一种低温用锂离子电池加热系统及方法与流程

本发明属于锂离子电池加热，具体涉及一种低温用锂离子电池加热系统及方法。

背景技术：

1、锂离子电池凭借高能量密度、高工作电压、长循环寿命等突出优势迅速占领了便携式电子设备、电动汽车及储能市场。尽管如此，锂离子电池的应用仍受到一些限制。在高寒地区，冬天气温长期处于-25℃以下，锂离子电池容量急剧下降，循环寿命显著降低，严重限制了其在超低温环境及特种领域的应用。其原因主要是由于在低温条件下，电解质电导率下降，锂离子在电极材料内部的扩散速率减缓，电极/电解质界面电荷移动速率降低，电池极化骤增所导致的。

2、为了扩大锂离子电池的温度使用范围，目前最常规的方法是电池体系改进及电池加热系统优化设计。目前仅靠电池材料体系研发创新来攻克低温性能难度较大，因此一般都会辅助电池组系统加热的方式来提升电池的低温性能。目前低温用锂离子电池系统的设计方向主要有两个，一个是低温锂离子电池系统温控技术架构通过电池管理系统(batterymanagement system，以下简称bms)侦测电池温度，在温度过低不利于锂电池运行时，打开加热控制开关，通过加热板上的加热电阻短路产生热能，提升电池温度，其加热板以底板的形式或是侧面加热的形式呈现。另一个是低温锂离子电池系统温控技术架构通过bms侦测电池温度，在温度过低不利于锂电池运行时，由bms上报外部控制系统打开加热系统以及循环泵，使液体作为介质通过液冷板加热电芯，目前液冷板几乎都以底板形式呈现。

3、现有的低温电池包方案中有着以下缺点：一方面电池组不论是底部加热还是侧面加热，其导热效率较差，另一方面，温度量测系统以及bms上加热控制系统若有故障(如控制开关损坏或温度量测元件损坏)，将导致电池电量在加热板上耗尽或是无法正常启动加热。且此方案牵涉到通讯控制，通讯信号丢失以及通讯线路连接损坏都将导致温控系统失效。

技术实现思路

1、为解决现有技术中的导热效率较差以及因故障温控系统无法启动的问题，本发明的目的在于提供一种可以在电池组中被动独立运作，且可以规避元件异常带来风险的高效率加热系统架构，加热效率高又具备广泛适用性的低温用锂离子电池加热系统及方法。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

3、一种低温用锂离子电池加热系统，包括与电池模块一端相连的温度继电器，温度继电器与作为电流保护装置的正向热敏电阻相连，正向热敏电阻与能够将电能转化为热能的加热元件相连，加热元件与电池模块的另一端相连。

4、本发明进一步的改进在于，电池模块正极与温度继电器之间设置有前置继电器。

5、本发明进一步的改进在于，前置继电器连接有电池管理系统。

6、本发明进一步的改进在于，前置继电器与温度继电器之间设置有电流保护装置。

7、本发明进一步的改进在于，电流保护装置为电流熔断器。

8、本发明进一步的改进在于，温度继电器至少为并联设置的2个。

9、本发明进一步的改进在于，加热元件为加热膜或加热片。

10、本发明进一步的改进在于，还包括设置在电池模块一端的绝缘导热层，加热元件与绝缘导热层接触。

11、本发明进一步的改进在于，还包括用于包覆电池模块的绝热层。

12、本发明进一步的改进在于，温度继电器为常闭型温度继电器。

13、一种如上所述的低温锂离子电池加热系统的加热方法，采集电池模块温度，电池模块温度高于目标温度时，通过电池管理系统控制温度继电器断开，电池模块温度低于等于目标温度时，通过电池管理系统控制温度继电器闭合。

14、与现有技术相比，本发明与具有以下有益效果：

15、本发明以被动元件温度继电器控制加热系统启动，降低加热系统功能失效机率，同时能够简化电池管理系统的控制方法；本发明采用能够将电能转化为热能的加热元件，以电池本身电能加热电阻式加热片的方式，使得此加热系统应用范围更广，适用于任何体系的电池组中；本发明以电池正/负极为加热路径，可以大幅提升加热系统对锂离子电池本身的加热效率。

16、进一步的，本发明以2个以上的被动元件温度继电器并联控制加热系统启动，其备用互替的设计使加热系统大大降低失效可能。

17、进一步的，电流融断器能够避免线路短路带来的损坏与产生火花风险。

18、进一步的，与电池管理系统相连的前置继电器作为加热系统启动的前置条件，能够确保只有在bms正常运行且无过低压/过高温现象时，才能启动加热系统。

19、本发明中通过采集电池模块温度，电池模块温度高于目标温度时，通过电池管理系统控制温度继电器断开，以关闭加热系统，电池模块温度低于等于目标温度时，通过电池管理系统控制温度继电器闭合，以开启加热系统，加热方法简单，易于控制，便于应用于锂离子电池等低温效能较差的电池组中。

技术特征：

1.一种低温用锂离子电池加热系统，其特征在于，包括与电池模块(3)负极相连的温度继电器(5)，温度继电器(5)与正向热敏电阻(10)相连，正向热敏电阻(10)与能够将电能转化为热能的加热元件相连，加热元件与电池模块(3)的正极相连。

2.根据权利要求1所述的低温锂离子电池加热系统，其特征在于，电池模块(3)正极与温度继电器(5)之间设置有前置继电器(7)。

3.根据权利要求2所述的低温锂离子电池加热系统，其特征在于，前置继电器(7)连接有电池管理系统(4)。

4.根据权利要求2所述的低温锂离子电池加热系统，其特征在于，前置继电器(7)与温度继电器(5)之间设置有电流保护装置。

5.根据权利要求4所述的低温锂离子电池加热系统，其特征在于，电流保护装置为电流熔断器(8)。

6.根据权利要求1所述的低温锂离子电池加热系统，其特征在于，温度继电器(5)至少为并联设置的2个。

7.根据权利要求1所述的低温锂离子电池加热系统，其特征在于，加热元件为加热膜或加热片(9)。

8.根据权利要求1所述的低温锂离子电池加热系统，其特征在于，还包括设置在电池模块(3)一端的绝缘导热层(2)，加热元件与绝缘导热层(2)接触。

9.根据权利要求1所述的低温锂离子电池加热系统，其特征在于，还包括用于包覆电池模块(3)的绝热层(12)。

10.根据权利要求1所述的低温锂离子电池加热系统，其特征在于，温度继电器(5)为常闭型温度继电器。

11.一种如权利要求3所述的低温锂离子电池加热系统的加热方法，其特征在于，采集电池模块(3)温度，电池模块(3)温度高于目标温度时，通过电池管理系统(4)控制温度继电器(5)断开，电池模块(3)温度低于等于目标温度时，通过电池管理系统(4)控制温度继电器(5)闭合。

技术总结
本发明公开一种低温用锂离子电池加热系统及方法，包括与电池模块负极相连的温度继电器，温度继电器与正向热敏电阻相连，正向热敏电阻与能够将电能转化为热能的加热元件相连，加热元件与电池模块的正极相连。本发明以被动元件温度继电器控制加热系统启动，降低加热系统功能失效机率，同时能够简化电池管理系统的控制方法；本发明采用能够将电能转化为热能的加热元件，以电池本身电能加热电阻式加热片的方式，使得此加热系统应用范围更广，适用于任何体系的电池组中；本发明以电池正/负极为加热路径，可以大幅提升加热系统对锂离子电池本身的加热效率。

技术研发人员：石海鹏,姜楠,孙召琴,胡晨,曹志刚,范胜国,穆居易,于冉,魏斌
受保护的技术使用者：中国电力科学研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16