一种家用储能电池的低温冷启动系统及控制方法与流程

本发明属于储能电池领域，具体涉及一种家用储能电池的低温冷启动系统及控制方法。

背景技术：

1、随着海外各国加速能源结构调整，近年来家用储能市场正在蓬勃发展。现有家用储能系统大多采用三元电池或磷酸铁锂电池等实现。这些电池的主要优点是能量密度高，缺点是在低温环境下电池的放电电流会非常小，甚至无法正常输出电流，处于寒冷地区的家用储能电池，如果为了实现低温环境下的正常启动，目前大多启动装置中会使用热交换器等来加热电池系统，使电池系统内部的温度维持在一个适宜的范围；然而，这种方法需要一定的预热时间，难以实现快速启动；同时，在寒冷条件下系统热量自动消耗，长时间的小功率加热效率极低。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种家用储能电池的低温冷启动系统及控制方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、第一方面，本发明实施例提供了一种家用储能电池的低温冷启动系统，所述系统包括：

3、锂电池、超级电容、ptc电阻加热器r1、mosfet开关管sw1、mosfet开关管sw2、mosfet开关管sw3、二极管d1、二极管d2、电感l1、滤波电容c1、家庭用电器、温度检测模块、控制模块和应急供暖设备；

4、所述温度检测模块用于监测所述锂电池的温度；所述控制模块用于在所述家用储能电池的低温冷启动系统的启动过程中，根据当前温度输出相应的控制信号，控制所述mosfet开关管sw1、所述mosfet开关管sw2、所述mosfet开关管sw3的工作状态，依次形成快速冷启动电路、辅助升压电路、辅助加热电路和常规工作电路，从而分阶段实现相应的电路功能；所述应急供暖设备用于利用所述家用储能电池的低温冷启动系统启动过程中产生的热量进行加热。

5、在本发明的一个实施例中，所述家用储能电池的低温冷启动系统的部件连接关系包括：

6、所述锂电池的正极连接所述二极管d2的正极和所述mosfet开关管sw1的漏极；

7、所述二极管d2的负极连接所述二极管d1的负极、所述滤波电容c1的第一端和所述家庭用电器的第一端；

8、所述mosfet开关管sw1的源极连接所述电感l1的第一端、所述ptc电阻加热器r1的第一端和所述mosfet开关管sw2的源极；

9、所述电感l1的第二端连接所述二极管d1的正极和所述mosfet开关管sw3的漏极；

10、所述mosfet开关管sw2的漏极连接所述超级电容的正极；

11、所述锂电池的负极连接所述ptc电阻加热器r1的第二端、所述超级电容的负极、所述mosfet开关管sw3的源极、所述滤波电容c1的第二端和所述家庭用电器的第二端；

12、所述温度检测模块的输出端连接所述控制模块的输入端；

13、所述mosfet开关管sw1的栅极接入所述控制模块输出的控制信号s1，所述mosfet开关管sw2的栅极接入所述控制模块输出的控制信号s2，所述mosfet开关管sw3的栅极接入所述控制模块输出的控制信号s3。

14、在本发明的一个实施例中，所述mosfet开关管sw1、所述mosfet开关管sw2和所述mosfet开关管sw3均为n型mosfet开关管。

15、在本发明的一个实施例中，所述ptc电阻加热器r1包括热敏电阻。

16、在本发明的一个实施例中，所述控制模块输出的控制信号，包括高电平信号、低电平信号和pwm信号。

17、在本发明的一个实施例中，控制所述mosfet开关管sw1、所述mosfet开关管sw2、所述mosfet开关管sw3的工作状态，形成快速冷启动电路，包括：

18、所述控制模块输出低电平信号s1控制所述mosfet开关管sw1关断，输出高电平信号s2控制所述mosfet开关管sw2导通，输出pwm信号s3控制所述mosfet开关管sw3频繁导通关断，形成快速冷启动电路。

19、在本发明的一个实施例中，控制所述mosfet开关管sw1、所述mosfet开关管sw2、所述mosfet开关管sw3的工作状态，形成辅助升压电路，包括：

20、所述控制模块输出高电平信号s1控制所述mosfet开关管sw1导通，输出高电平信号s2控制所述mosfet开关管sw2导通，输出pwm信号s3控制所述mosfet开关管sw3频繁导通关断，形成辅助升压电路。

21、在本发明的一个实施例中，控制所述mosfet开关管sw1、所述mosfet开关管sw2、所述mosfet开关管sw3的工作状态，形成辅助加热电路，包括：

22、所述控制模块输出高电平信号s1控制所述mosfet开关管sw1导通，输出低电平信号s2控制所述mosfet开关管sw2关断，输出低电平信号s3控制所述mosfet开关管sw3关断，形成辅助加热电路。

23、在本发明的一个实施例中，控制所述mosfet开关管sw1、所述mosfet开关管sw2、所述mosfet开关管sw3的工作状态，形成常规工作电路，包括：

24、所述控制模块输出低电平信号s1控制所述mosfet开关管sw1关断，输出低电平信号s2控制所述mosfet开关管sw2关断，输出低电平信号s3控制所述mosfet开关管sw3关断，形成常规工作电路。

25、第二方面，本发明实施例提供了一种家用储能电池的低温冷启动控制方法，应用于第一方面所述的家用储能电池的低温冷启动系统，所述方法包括：

26、当所述温度检测模块检测到所述锂电池的温度低于预设温度下限时，所述控制模块输出低电平信号控制所述mosfet开关管sw1关断，输出高电平信号控制所述mosfet开关管sw2导通，输出pwm信号控制所述mosfet开关管sw3频繁导通关断，实现超级电容升压输出快速启动系统，同时为所述ptc电阻加热器r1供电，以使得所述ptc电阻加热器r1为所述锂电池加热；

27、当所述温度检测模块检测到所述锂电池的温度大于或等于所述预设温度下限，但小于预设常温启动温度时，所述控制模块输出高电平信号控制所述mosfet开关管sw1和所述mosfet开关管sw2导通，输出pwm信号控制所述mosfet开关管sw3频繁导通关断，实现锂电池并联超级电容升压输出，同时为所述ptc电阻加热器r1供电，以使得所述ptc电阻加热器r1为所述锂电池加热；

28、当所述温度检测模块检测到所述锂电池的温度大于或等于所述预设常温启动温度时，所述控制模块输出高电平信号控制所述mosfet开关管sw1导通，输出低电平信号控制所述mosfet开关管sw2和所述mosfet开关管sw3关断，实现锂电池直接输出，同时为所述超级电容充电以及为所述ptc电阻加热器r1供能；

29、当所述温度检测模块检测到所述锂电池的温度大于常规工作温度时，所述控制模块输出低电平信号控制所述mosfet开关管sw1、所述mosfet开关管sw2和所述mosfet开关管sw3关断，实现锂电池常规工作；

30、其中，所述预设温度下限＜所述预设常温启动温度＜所述常规工作温度。

31、本发明的有益效果：

32、本发明实施例所提供的方案中，在低温环境下家用储能电池的低温冷启动系统启动到正常运行阶段，控制模块根据温度检测模块检测出的锂电池当前温度，输出相应的控制信号，控制三个mosfet开关管的工作状态，依次形成快速冷启动电路、辅助升压电路、辅助加热电路和常规工作电路，从而分阶段实现相应的电路功能，能实现家用储能电池快速冷启动并保证家庭用电器稳定的电压输出，同时能够利用启动过程产生的热量实现应急供暖，相比于锂电池传统加热方式，能提高整个系统的响应速度和电池加热速度。