CN102593551B - 动力电池差别式加热装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种动力电池差别式加热装置，包括：温度检测单元、电流检测单元、第一判断单元、第二判断单元、控制单元以及加热单元，其中，所述加热单元根据控制单元所提供的加热控制信号的不同而采取A级加热或B级加热，所述A级加热和B级加热在加热速率和加热中止温度的设定上均不相同。本发明的装置和方法能够有效地降低由于加热速率过快、温度过高可能引起的电池热失控概率，从而在一定程度上增强电池的安全性。

Description

动力电池差别式加热装置及方法
技术领域
本发明涉及一种动力电池的差别式加热装置和方法，具体涉及一种用于电动汽车的锂离子动力电池的差别式加热装置和方法。
技术背景
随着国家“电动汽车重大科技专项”两个五年计划的组织实施，“十城千辆”示范推广工程的展开，新能源汽车产业已被确立为国家战略性新兴产业，同时在众多产学研单位和广大技术人员的努力工作下，作为新能源汽车的核心技术动力电池也取得了较大的进展。而随着国家对中西部发展扶持政策的出台以及中西部经济的快速发展，我国电动汽车市场也以中西部大城市作为据点向内陆渗透，这就意味着在推进电动汽车产业时必须解决低温对动力电池性能的限制问题。这是因为，一些被大范围应用在电动汽车上的锂离子蓄电池在-10℃时容量及工作电压会明显降低，-20℃时性能会明显恶化，在-40℃时放电容量只有室温容量的30％左右，个别锂离子蓄电池甚至在-40℃时启动不了。因此，为了提高锂离子蓄电池使用的可靠性，促进电动汽车的全国普及，需要改进锂离子动力电池的低温性能或是为锂离子动力电池创建良好的工作环境。
一般而言，改进锂离子动力电池的低温性能通常做法是研制新型电解液或是利用电池内部的电化学反应来改善电池低温性能；而为锂离子动力电池创建良好的工作环境的通常做法是在电池外部设置加热装置，以提高电池的整体温度而使电池在合适的温度范围工作。
目前，电池外部设置的加热装置，大多是通过检测电池的温度来启动或停止对电池的加热，即当温度低于某一预定温度时开始对电池加热，当温度达到该预定温度时停止对电池的加热。采用上述方式没有考虑电池的实时工作状态，如没有考虑当车辆在高速、低速、加速、减速等交替变换的不同行驶状况下运行时，电池会以不同倍率放电，从而以不同生热速率产生热量；而且电池在充电时也会以不同的生热速率产生大量热量，以单一加热功率的设置来控制加热到何温度，即采用统一的加热速率、加热到同一温度，在实际情况中并不能够很好地防止因加热导致的电池热失控。因此，有必要针对电池的不同工作状态，设定不同的中止加热条件，须建立一种针对低温下锂离子动力电池的加热装置和方法，从而更合理的对电池进行加热，以确保电池高效率、长寿命的运行。
发明内容
为有效降低低温下锂离子动力电池加热装置容易产生的热失控风险和提高电池寿命，本发明提出一种新的加热装置和方法。
一种动力电池差别式加热装置，包括：一种动力电池差别式加热装置，包括：温度检测单元、电流检测单元、第一判断单元、第二判断单元、控制单元以及加热单元，其中，
温度检测单元，用于检测电池的实时温度，并将检测到的所述实时温度T送至所述第一判断单元；
电流检测单元，用于检测电池的放电电流I的大小；
第一判断单元，用于将所述实时温度T与预设定的温度Ts进行比较，并将判断结果提供给所述控制单元；
第二判断单元，用于判断放电电流I是否增大，并将判断结果提供给所述控制单元；
控制单元，一方面用于根据所述第一判断单元的判断结果来决定是否对所述电流检测单元启动放电电流检测，另一方面能够根据所述第二判断单元的判断结果对所述加热单元的加热状态进行控制；
加热单元，用于在所述控制单元的控制下对电池进行加热；
其特征在于，所述加热单元根据控制单元所提供的加热控制信号的不同而采取A级加热或B级加热，所述A级加热和B级加热在加热速率和加热中止温度的设定上均不相同。
其中，所述加热单元具体采用加热板、加热膜或加热丝对电池进行加热。
其中，所述电流检测单元采用霍尔电流传感器对放电电流进行测量。
其中，所述控制单元对所述加热单元的控制策略为，当放电电流I增大时，启动A级加热直至加热到中止加热温度TA；否则，启动B级加热直至加热到中止加热温度TB，其中A级加热的加热功率高于B级加热功率；其中，T、TA、TB三者的大小关系为，T＜TA＜TB。
其中，所述A级加热具体为，加热速率为2℃/min，加热中止温度TA为18℃；所述B级加热具体为，加热速率为1℃/min，加热中止温度TB为20℃；所述预设定的温度Ts＝16℃。
一种动力电池差别式加热方法，包括，
步骤1、利用温度检测单元检测电池的实时温度T，并将检测到的所述实时温度T送至所述第一判断单元；
步骤2、利用第一判断单元对所检测到的实时温度T与预设定的温度Ts进行比较，若T小于Ts，则转到步骤3；若T不大于Ts，则返回步骤1；
步骤3、控制单元使电流检测单元对电池的放电电流I进行检测，并将检测到的放电电流I送至第二判断单元；
步骤4、所述第二判断单元对所检测到的I值是否在增大进行判断，并将判断结果提供给所述控制单元；
步骤5、所述控制单元根据步骤4中的判断结果向所述加热单元提供对应级别的加热控制信号；
其特征在于，所述加热单元根据控制单元所提供的加热控制信号的不同而采取A级加热或B级加热，所述A级加热和B级加热在加热速率和加热中止温度的设定上均不相同。
其中，所述加热单元具体采用加热板、加热膜或加热丝对电池进行加热。
其中，所述电流检测单元采用霍尔电流传感器对放电电流进行测量。
其中，所述控制单元对所述加热单元的控制策略为，当放电电流I增大时，启动A级加热直至加热到中止加热温度TA；否则，启动B级加热直至加热到中止加热温度TB，其中A级加热的加热功率高于B级加热功率；其中，T、TA、TB三者的大小关系为，T＜TA＜TB。
其中所述A级加热具体可以为，加热速率为2℃/min，加热中止温度TA为18℃；所述B级加热具体可以为，加热速率为1℃/min，加热中止温度TB为20℃；所述预设定的温度Ts可以设定为16℃。
本发明的优点在于，充分考虑电池的各种实际运行状况，通过设置不同的加热级别来对加热单元进行加热调整。一方面有利于电池自身放热能量的利用，另一方面降低了由于加热速率过快、温度过高可能引起电池热失控的概率，从而在一定程度上增加了电池的安全性。
附图说明
附图1为本发明低温锂离子电池差别式加热装置图；
附图2为本发明低温锂离子电池差别式加热方法流程图；
具体实施方式
在附图1中，动力电池差别式加热装置包括：温度检测单元1、电流检测单元2、第一判断单元3、第二判断单元4、控制单元5和加热单元6，其中，
温度检测单元1，用于检测电池的实时温度，并将检测到的所述实时温度T送至所述第一判断单元3；电流检测单元2，用于检测电池的放电电流I的大小；第一判断单元3，用于将所述实时温度T与预设定的温度Ts进行比较，并将判断结果提供给所述控制单元5；第二判断单元4，用于判断放电电流I是否增大，并将判断结果提供给所述控制单元5；控制单元5，一方面用于根据所述第一判断单元3的判断结果来决定是否对所述电流检测单元2启动放电电流检测，另一方面能够根据所述第二判断单元4的判断结果对所述加热单元6的加热状态进行控制；加热单元6，用于在所述控制单元5的控制下对电池进行加热；其中，所述加热单元6根据控制单元5所提供的加热控制信号的不同而采取A级加热或B级加热，所述A级加热和B级加热在加热速率和加热中止温度的设定上均不相同。
图2给出了本发明低温锂离子电池差别式加热方法流程图，具体加热方法的步骤为：
步骤1、利用温度检测单元1检测电池的实时温度T，并将检测到的所述实时温度T送至所述第一判断单元3；
步骤2、利用第一判断单元3对所检测到的实时温度T与预设定的温度Ts进行比较，若T小于Ts，则转到步骤3；若T不大于Ts，则返回步骤1；
步骤3、控制单元5使电流检测单元2对电池的放电电流I进行检测，并将检测到的放电电流I送至第二判断单元4；
步骤4、所述第二判断单元4对所检测到的I值是否在增大进行判断，并将判断结果提供给所述控制单元5；
步骤5、所述控制单元5根据步骤4中的判断结果向所述加热单元6提供对应级别的加热控制信号；
其中，所述加热单元6根据控制单元5所提供的加热控制信号的不同而采取A级加热或B级加热，所述A级加热和B级加热在加热速率和加热中止温度的设定上均不相同。
进一步地可以采取的措施为：所述控制单元对所述加热单元的控制策略可以为，当放电电流I增大时，启动A级加热直至加热到中止加热温度TA；否则，启动B级加热直至加热到中止加热温度TB，其中A级加热的加热功率高于B级加热功率；T、TA、TB三者的大小关系为，T＜TA＜TB。例如可以设定为：Ts为16℃；A级加热：加热速率为2℃/min，加热中止温度TA为18℃，所述的加热速率指电池实际被加热时的温升速率；B级加热：加热速率为1℃/min，加热中止温度TB为20℃。
对于加热方式，A级加热和B级加热的加热方式可以相同或不同，可以从以下加热方式中选取：在电池包上下添加加热板实行加热、在每个电池列前后缠绕加热线(如硅胶加热线)来对电池加热、利用加热膜(如金属电热膜、碳基电热膜等)整个包覆在电池四周进行加热，或者将电池短路使电池自己升温。
对于电池温度T的测量，所述的电池温度可通过温度传感器测量，对于由多个单体电池组成的电池组，可以利用多个温度传感器测得每个电池的温度，取最低的温度作为检测的电池的温度T。
对于放电电流I，可以选择通过霍尔电流传感器来测量。
值得注意的是，在本发明中，所谓“电池”指的是锂离子蓄电池，既包括单个锂离子电池单体，也包括由多个锂离子电池单体组成的锂离子电池组。其中对于“电池”的各种描述既适用于锂离子单个电池单体，也适用于锂离子电池组。
实施例1：实验电池组包括20个模块，每个模块由6个单体电池串联，其中单体电池样品参数为：1)额定电压3.7V，额定容量11Ah；2)电池的组成：正极活性材料为LiMn2O4，负极活性材料为石墨，电解液的主要成分为LiPF6、EC(碳酸乙烯酯)和DMC(碳酸二甲酯)，以及celgard 2325隔膜等。
试验仪器：调温调湿箱，型号SPHH-101；FLUKE 2620数据采集器，型号WT 210DIGITAL POWERMETER)；MACCOR综合电池测试仪，型号340030V 5A。
试验过程：在环境温度为20℃时，将安装有动力电池差别式加热装置的电池置于调温调湿箱中，并以-1℃/min的速率降到-30℃。在4min后，电池的温度降为开始小于16℃，即T＜Ts，此时启动动力电池差别式加热装置的电流检测单元2，获得放电电流I＝0，通过控制单元5启动A级加热，加热速率为2℃/min，直到电池的温度为18℃，即T＝TA停止加热。
虽然上面已详细描述了本发明的实施方式，但在不偏离本发明的精神或实质特征的情况下，本发明还可以用其它的形式来体现。因此，以上的描述仅仅是为了说明，而不是为了限制。本发明的保护范围应由所附权利要求而不是说明书中的以上描述来限定。所有在权利要求含义内的等价变换均应落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种动力电池差别式加热装置，包括：温度检测单元、电流检测单元、第一判断单元、第二判断单元、控制单元以及加热单元，其中，
温度检测单元，用于检测电池的实时温度，并将检测到的所述实时温度T送至所述第一判断单元；
电流检测单元，用于检测电池的放电电流I的大小；
第一判断单元，用于将所述实时温度T与预设定的温度Ts进行比较，并将判断结果提供给所述控制单元；
第二判断单元，用于判断放电电流I是否增大，并将判断结果提供给所述控制单元；
控制单元，一方面用于根据所述第一判断单元的判断结果来决定是否对所述电流检测单元启动放电电流检测，另一方面能够根据所述第二判断单元的判断结果对所述加热单元的加热状态进行控制；
加热单元，用于在所述控制单元的控制下对电池进行加热；
其特征在于，所述加热单元根据控制单元所提供的加热控制信号的不同而采取A级加热或B级加热，所述A级加热和B级加热在加热速率和加热中止温度的设定上均不相同。
2.根据权利要求1所述的动力电池差别式加热装置，其特征在于，所述加热单元具体采用加热板、加热膜或加热丝对电池进行加热。
3.根据权利要求1所述的动力电池差别式加热装置，其特征在于，所述电流检测单元采用霍尔电流传感器对放电电流I进行测量。
4.根据权利要求1-3任一项所述的动力电池差别式加热装置，其特征在于，其中，所述控制单元对所述加热单元的控制策略为，当放电电流I增大时，启动A级加热直至加热到中止加热温度TA；否则，启动B级加热直至加热到中止加热温度TB，其中A级加热的加热功率高于B级加热功率；其中，T、TA、TB三者的大小关系为，T<TA<TB。
5.根据权利要求4所述的动力电池差别式加热装置，其特征在于，所述A级加热具体为，加热速率为2℃／min，加热中止温度TA为18℃；所述B级加热具体为，加热速率为1℃／min，加热中止温度TB为20℃；所述预设定的温度Ts=16℃。
6.一种动力电池差别式加热方法，包括，
步骤1、利用温度检测单元检测电池的实时温度T，并将检测到的所述实时温度T送至第一判断单元；
步骤2、利用第一判断单元对所检测到的实时温度T与预设定的温度Ts进行比较，若T小于Ts，则转到步骤3；若T不小于Ts，则返回步骤1；
步骤3、控制单元使电流检测单元对电池的放电电流I进行检测，并将检测到的放电电流I送至第二判断单元；
步骤4、所述第二判断单元对所检测到的I值是否在增大进行判断，并将判断结果提供给所述控制单元：
步骤5、所述控制单元根据步骤4中的判断结果向所述加热单元提供对应级别的加热控制信号；
其特征在于，所述加热单元根据控制单元所提供的加热控制信号的不同而采取A级加热或B级加热，所述A级加热和B级加热在加热速率和加热中止温度的设定上均不相同。
7.根据权利要求6所述的动力电池差别式加热方法，其特征在于，所述加热单元具体采用加热板、加热膜或加热丝对电池进行加热。
8.根据权利要求6所述的动力电池差别式加热方法，其特征在于，所述电流检测单元采用霍尔电流传感器对放电电流进行测量。
9.根据权利要求6-8任一项所述的动力电池差别式加热方法，其特征在于，其中，所述控制单元对所述加热单元的控制策略为，当放电电流I增大时，启动A级加热直至加热到中止加热温度TA；否则，启动B级加热直至加热到中止加热温度TB，其中A级加热的加热功率高于B级加热功率；其中，T、TA、TB三者的大小关系为，T<TA<TB。
10.根据权利要求9所述的动力电池差别式加热方法，其特征在于，所述A级加热具体为，加热速率为2℃／min，加热中止温度TA为18℃；所述B级加热具体为，加热速率为1℃／min，加热中止温度TB为20℃；所述预设定的温度Ts＝16℃。
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