CN101685971A - 车载磷酸铁锂锂电池的低温激活装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种车载磷酸铁锂锂电池的低温激活装置，其特征在于，该低温激活装置包括开关管(22)、控制器(24)和温度采集器(26)；所述开关管(22)包括输入端、输出端和控制端，分别用于与磷酸铁锂锂电池的正极、负极和所述控制器(24)连接；所述温度采集器(26)与控制器(24)连接，用于检测磷酸铁锂锂电池的内部温度，并将相应的温度信号输入到所述控制器(24)；控制器(24)用于接收温度采集器(26)输出的温度信号，将所述内部温度与电池激活最低温度进行比较，根据比较结果，控制开关管(22)的通断。该装置及方法能在低温环境下对电池进行预热并减少不必要的功率损耗。

Description

车载磷酸铁锂锂电池的低温激活装置及方法
技术领域
本发明涉及一种车载磷酸铁锂锂电池的低温激活装置及方法。
背景技术
磷酸铁锂锂电池一般用于混合动力车或电动车，作为动力电池，但这种电池存在一个缺点，就是在低温环境下，例如低于-20℃，电池只能放电而不能充电。如果要在低温环境下对电池进行充电，就需要先对电池进行预热。
现有的混合动力车中，电机14的驱动电路一般使用绝缘栅双极型功率管12(IGBT)三相全桥电路，如图1所示。IGBT 12的栅极连接到控制器24，控制器24输出PWM信号来控制IGBT 12的导通。当磷酸铁锂锂电池处在低温环境下时，如果要对电池进行充电，通常是先启动图1中的电路，使电池有电流流过，由于电池具有内阻，因此当有电流流过时电池会产生热量，以此来给电池预热。但是这种预热方法会产生不必要的能量损失，因为电机14电枢的电阻、IGBT 12以及电路中串接的电阻都会消耗功率，而这些消耗的功率对电池的预热没有作出任何的贡献；此外，如果电池电量过低，上述预热方法不太适用，而且很有可能使该预热方法不可行。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种车载磷酸铁锂锂电池的低温激活装置及方法，该装置及方法能在低温环境下对电池进行预热并减少不必要的功率损耗。
为实现上述目的，本发明提供一种车载磷酸铁锂锂电池的低温激活装置，其中，该低温激活装置包括开关管、控制器和温度采集器；所述开关管包括输入端、输出端和控制端，分别用于与磷酸铁锂锂电池的正极、负极和所述控制器连接；所述温度采集器与控制器连接，用于检测磷酸铁锂锂电池的内部温度，并将相应的温度信号输入到所述控制器；控制器用于接收温度采集器输出的温度信号，将所述内部温度与电池激活最低温度进行比较，根据比较结果，控制开关管的通断。
本发明还提供一种车载磷酸铁锂锂电池的低温激活方法，该方法包括：a)检测磷酸铁锂锂电池的内部温度；b)将所述内部温度与电池激活最低温度进行比较；c)如果所述内部温度低于电池激活最低温度，则使所述电池输出电流。
本发明提供的车载磷酸铁锂锂电池的低温激活装置以及方法，在需要对电池进行充电时，温度采集器检测电池的内部温度，产生反映该温度的温度信号并将该温度信号输入到控制器。控制器将该温度信号与预先设定的电池激活最低温度信号进行比较，经比较判断电池的内部温度是否低于需要对电池进行激活的电池激活最低温度。如果低于电池激活最低温度，则控制器输出控制信号给开关管，控制开关管导通。电池有电流通过，由此产生热量，给电池预热。当温度采集器检测到电池的内部温度达到或大于预先设定的最高温度时，控制器停止输出控制信号，开关管关断，电池不再有电流流过，停止预热。该低温激活装置结构简单，所用的都是低功率器件，消耗功率小；而且在给电池充电时该低温激活装置使电池处于激活后的状态，有利于对电池进行充电。
附图说明
图1是现有的混合动力车或电动车的电机的驱动电路；
图2是本发明的实施例提供的车载磷酸铁锂锂电池的低温激活装置的结构示意图；
图3是本发明提供的车载磷酸铁锂锂电池的低温激活方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
如图2所示，本发明提供一种车载磷酸铁锂锂电池的低温激活装置，其中，该低温激活装置包括开关管22、控制器24和温度采集器26；所述开关管22包括输入端、输出端和控制端，分别用于与磷酸铁锂锂电池的正极、负极和所述控制器24连接；所述温度采集器26与控制器24连接，用于检测磷酸铁锂锂电池的内部温度，并将相应的温度信号输入到所述控制器24；控制器24用于接收温度采集器26输出的温度信号，将所述内部温度与电池激活最低温度进行比较，根据比较结果，控制开关管22的通断。如果所述内部温度低于电池激活最低温度，则控制器24输出控制信号控制所述开关管22导通。
所述开关管22为本领域技术人员公知的具有控制端的开关器件，例如，继电器、场效应管、IGBT等，优选为IGBT。
所述温度采集器26为本领域技术人员公知的温度传感器，在此不再赘述。
所述控制器24为本领域技术人员公知的可编程处理器，例如单片机、DSP、车载ECU等，优选为DSP。控制器24包括比较模块和信号产生模块等。比较模块将温度采集器26输入的温度信号与存储在控制器24中的预定值进行比较，如果温度信号小于该预定值，则说明电池的内部温度低于需要对电池进行激活的电池激活最低温度。此时，比较模块输出信号到信号产生模块，信号产生模块产生控制信号，例如PWM信号并将该信号输出到开关管22的控制端，由此来控制开关管22的导通。还对控制器24设定最高温度值，如果温度采集器26输入的温度信号达到或大于该最高温度值，则说明电池的内部温度达到或超过设定温度，该设定温度高于所述电池激活最低温度，此时，控制器24不再给开关管22输出控制信号，开关管22关断。
所述电池激活最低温度为-21℃至-18℃。所述设定温度为-15℃至-10℃。
所述低温激活装置还包括充放电电路，该电路包括二极管201、电阻203以及电容205，所述电容205的一端与所述开关管22的输出端相连接，另一端接所述二极管201的阴极和电阻203的一端，二极管201的阳极和电阻203的另一端接开关管22的输入端。当IGBT关断时为了防止电流突变损坏元器件，通过二极管201向电容205充电来抑制IGBT两端的电压过大，当IGBT开通时电容205上存储的电荷通过电阻203放电。
所述低温激活装置还包括电流采样器28，与控制器24连接，该电流采样器28用于检测流过所述磷酸铁锂锂电池的电流大小，并将相应的电流信号输入到所述控制器24，该控制器24根据该电流信号调节输出给开关管22的控制信号以控制开关管22的导通时间，从而控制流过所述电池的电流大小，使检测到的电流大小为一定值或处于一定的范围内。控制器24对流过电池的电流进行反馈控制。可以对控制器24设置一设定电流值，控制器24根据所述电流信号与该设定电流值的偏差来控制输出的控制信号，例如，如果控制信号是PWM信号，则控制PWM信号的占空比；如果控制信号是脉频调制信号(PFM)，则控制PFM信号的频率，由此控制开关管22单位时间内的导通时间从而实现对电流的反馈控制。为了防止电流过大或过小，控制器24还可以根据电流采样器28输出的电流信号将流过电池的电流大小控制在例如为1000A～1500A的范围内。这些反馈控制方法可以例如是PI控制、PD控制、PID控制以及其他的控制方法，这些方法为本领域技术人员公知，不多做赘述。
所述电流采样器28可以是本领域技术人员公知的电流传感器、分流电阻、光耦隔离运算放大器等，优选为电流霍尔传感器。
优选地，为了使所述低温激活装置只在需要对电池进行充电时才被启动，该低温激活装置还包括充电状态检测单元(未示出)，该充电状态检测单元用于检测电池的状态是否处于充电状态，并将反映电池状态的信号传送给所述控制器24，该控制器24根据该信号作出控制：如果电池的状态处于充电状态，则使开关管22、温度采集器26和电流采样器28被供电。如果电池处于充电状态，则该检测单元发出信号到所述控制器24，该控制器24由闲置状态被激活到工作状态，从而启动开关管22、温度采集器26和电流采样器28，使开关管22、温度采集器26和电流采样器28被供电。该充电状态检测单元可以采用多种方式实现，例如，可以用电压传感器或分压电阻来检测电池的充电电路是否与充电源接通，如果接通，则电压传感器或分压电阻通过电路连接到控制器24，将检测信号传送给控制器24，控制器24根据该信号接通给开关管22、温度采集器26和电流采样器28供电的电源(如果它们需要供电)。如果所述开关管22、温度采集器26和电流采样器28是有源器件，则可以通过控制器24共用所述电电源，这样可以更进一步减少能量消耗。所述供电电源可以由所述电池来提供，因此不用提供额外的电源。
当如上所述，如果所述电池的内部温度达到或超过所述设定温度，则控制器24控制开关管22断开，之后，控制器24还用于断开开关管22、温度采集器26和电流采样器28与供电电源之间的连接(如果它们需要供电)，而控制器24自身也从工作模式切换到闲置模式。在闲置模式下，控制器24只等待接收充电状态检测单元传送过来的信号，在接收到信号后，再从闲置模式切换到工作模式。这样能进一步降低电能消耗。
如图3所示，本发明还提供一种车载磷酸铁锂锂电池的低温激活方法，该方法包括：
a)检测磷酸铁锂锂电池的内部温度；
b)将所述内部温度与电池激活最低温度进行比较；
c)如果所述内部温度低于电池激活最低温度，则使电池输出电流。
其中，步骤a)是通过温度采集器26执行的。
步骤b)是通过控制器24执行的。
步骤c)是通过控制器24控制开关管22导通来实现的。
其中，所述低温激活方法还包括如果所述内部温度达到或高于一设定温度，则控制器24控制开关管22断开，使电池停止输出电流，该设定温度高于所述电池激活最低温度；
控制器24使开关管22、温度采集器26和电流采样器28不被供电，控制器24进入闲置模式。
所述电池激活最低温度为-21℃至-18℃；所述设定温度为-15℃至-10℃。
其中，所述低温激活方法还包括：
所述电流采样器28检测流过所述电池的电流大小，并将反映该电流大小的电流信号传送给所述控制器24；
控制器24根据检测到的电流大小调节输出给开关管22的控制信号，控制开关管22的导通时间，从而调节流过所述电池的电流大小，以使得检测到的电流大小处于1000A～1500A的范围内。
其中，所述根据检测到的电流大小调节流过所述电池的电流大小包括：
根据检测到的电流大小调节控制信号的占空比，其中控制信号为PWM信号；或
根据检测到的电流大小调节控制信号的频率，其中控制信号为PFM信号。
其中，在执行步骤a)之前，该方法还包括：检测所述电池是否处于充电状态；如果电池处于充电状态，则执行步骤a)。该步骤通过充电状态检测单元来完成。

Claims (14)

1、一种车载磷酸铁锂锂电池的低温激活装置，其特征在于，该低温激活装置包括开关管(22)、控制器(24)和温度采集器(26)；所述开关管(22)包括输入端、输出端和控制端，分别用于与磷酸铁锂锂电池的正极、负极和所述控制器(24)连接；所述温度采集器(26)与控制器(24)连接，用于检测磷酸铁锂锂电池的内部温度，并将相应的温度信号输入到所述控制器(24)；控制器(24)用于接收温度采集器(26)输出的温度信号，将所述内部温度与电池激活最低温度进行比较，根据比较结果，控制开关管(22)的通断。
2、根据权利要求1所述的低温激活装置，其中，如果所述内部温度低于电池激活最低温度，则控制器(24)控制所述开关管(22)导通。
3、根据权利要求1所述的低温激活装置，其中，如果所述内部温度达到或超过一设定温度，则所述控制器(24)还用于控制开关管(22)断开，该设定温度高于所述电池激活最低温度。
4、根据权利要求3所述的低温激活装置，其中，所述设定温度为-15℃至-10℃。
5、根据权利要求1-4中任意一项所述的低温激活装置，其中，所述电池激活最低温度为-21℃至-18℃。
6、根据权利要求2所述的低温激活装置，其中，该低温激活装置还包括电流采样器(28)，与控制器(24)连接，用于检测流过所述磷酸铁锂锂电池的电流大小，并将相应的电流信号输入到所述控制器(24)，该控制器(24)还根据该电流信号控制开关管(22)的导通时间，以使得检测到的电流大小处于1000A～1500A的范围内。
7、根据权利要求5所述的低温激活装置，其中，该低温激活装置还包括充电状态检测单元，该充电状态检测单元用于检测电池的状态是否处于充电状态，并将反映电池状态的信号传送给所述控制器(24)，该控制器(24)根据该信号作出控制：如果电池的状态处于充电状态，则使开关管(22)、温度采集器(26)和电流采样器(28)被供电。
8、根据权利要求1所述的低温激活装置，其中，该低温激活装置还包括充放电电路，该电路包括二极管(201)、电阻(203)以及电容(205)，所述电容(205)的一端与所述开关管22的输出端相连接，另一端接所述二极管(201)的阴极和电阻(203)的一端，二极管(201)的阳极和电阻(203)的另一端接开关管22的输入端。
9、一种车载磷酸铁锂锂电池的低温激活方法，该方法包括：
a)检测磷酸铁锂锂电池的内部温度；
b)将所述内部温度与电池激活最低温度进行比较；
c)如果所述内部温度低于电池激活最低温度，则使电池输出电流。
10、根据权利要求9所述的低温激活方法，其中，该方法还包括如果所述内部温度达到或超过一设定温度，则使电池停止输出电流，该设定温度高于所述电池激活最低温度。
11、根据权利要求10所述的低温激活方法，其中，所述设定温度为-15℃至-10℃。
12、根据权利要求9-10任一项所述的低温激活方法，其中，所述电池激活最低温度为-21℃至-18℃。
13、根据权利要求10所述的低温激活方法，其中，该方法还包括：
检测流过所述电池的电流大小；
根据检测到的电流大小控制电池输出电流的时间，以使得检测到的电流大小处于1000A～1500A的范围内。
14、根据权利要求9所述的低温激活方法，其中，在执行步骤a)之前，该方法还包括：
检测所述电池是否处于充电状态；
如果电池处于充电状态，则执行步骤a)。
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