CN103051026A - 一种锂离子电池组充电加热系统和加热方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种锂离子电池组充电加热系统和加热方法，是针对锂离子电池组低温加热问题所提出的，所述方法中在锂离子电池组低温充电时采用的加热方式是通过电池组放电和外部加热装置同时工作，电池组内部和外部同时加热，加热效率高，加热时间短。通过充电回路的工作，补充因放电所损失的SOC，电池管理系统对整个流程中的充放电时间、充放电电流、温度、SOC等数据进行采集、监控和处理等。

Description

一种锂离子电池组充电加热系统和加热方法

技术领域：

本发明涉及锂离子电池领域，具体的说是一种锂离子电池组低温充电加热系统和加热方法。

背景技术：

锂离子电池在低温充电时，锂离子在负极容易出现枝晶现象，随着枝晶的长大，会刺破电池正负极之间的隔膜，形成短路，造成很大危险。目前对锂离子电池的加热方法，多是采用外部加热，这样电池受热不均，仍然会有析锂现象发生。

发明内容：

为解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提出一种锂离子电池组充电加热系统，该系统包括充电回路、放电回路、电池组、放电开关、充电开关，所述的充电回路包括充电装置、充电开关和电池组，所述的放电回路包括外部加热装置、放电开关和电池组；所述充电装置包含充电设备控制模块、温度采样模块、开关控制模块，电池管理系统分别与该充电设备控制模块、温度采样模块、开关控制模块连接通讯，对各模块进行数据传输和控制。

作为本发明的进一步特征，所述外部加热装置包含有电热毯或电阻丝或PTC。

作为本发明的进一步特征，所述充电装置包含充电机或电子负载。

作为本发明的进一步特征，所述充电开关和放电开关为PMOS或NMOS或继电器。

作为本发明的进一步特征，所述电池管理系统和充电设备控制模块之间的通讯方式采用CAN或LIN或RS485或RS232。

为实现本发明的目的，本发明还提出一种锂离子电池组充电加热方法，包括以下步骤：

1)温度采样模块对锂离子电池组的温度进行采样，当采样得到的温度小于设定值temp1时，电池组自动进入低温加热模式，根据当前电池组SOC和温度值设定放电回路工作时间T1、充电回路工作时间T2和放电电流I1、充电电流I2，使I1×T1＝I2×T2，确保电池组的SOC维持恒定；

2)在低温加热模式下，首先闭合放电开关K1，使放电回路工作时间T1，放电电流为I1，利用电池组的放电发热，对电池进行内部加热，同时接通了外部加热装置，对电池进行外部加热，持续时间T1，断开开关K1，放电回路停止工作；然后闭合充电开关K2，使充电回路工作时间T2，充电装置以充电电流I2给电池组充电，补充电池组因放电降低的SOC。

3)完成一次放电充电过程，对电池组温度进行一次判定，如果温度T大于等于设定值temp1，退出低温加热模式，进入正常充电模式。

作为本发明的进一步特征，当低温加热模式时，充电回路和放电回路交替工作，工作时间T1、T2和工作电流I1、I2可根据SOC和温度的变化自动调整。

由于采用以上技术方案，本发明的一种锂离子电池组充电发热系统和加热方法，通过放电回路和充电回路的循环工作，对电池组内部和外部同时加热，使电池受热均匀，同时结构简单，效率高，有效的解决了电池组低温加热充电问题。

附图说明：

图1为本发明的锂离子电池组充电加热系统结构框图

图2为本发明的锂离子电池组加热功能框图

图3为本发明的锂离子电池组加热方法的流程图

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明的实施方式。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图1所示，本发明锂离子电池组充电加热系统包括充电回路、放电回路、电池组12、放电开关15、充电开关14。充电回路包括充电装置11、充电开关14和电池组12，放电回路包括外部加热装置装置13、放电开关15和电池组12。充电装置11可以由充电机或电子负载等设备组成，电池组12由多个电池单体串并联组成，电池组内阻为R1，外部加热装置13由电热毯等组成，其电阻为R2。K1为放电回路开关，K2为充电回路开关。

图2为本发明锂离子电池组充电加热系统功能框图，该加热系统主要功能分为3个功能模块。充电设备控制模块21，温度采样模块22和开关控制模块23。BMS(电池管理系统)20为整个系统的CPU，对各功能模块进行数据传输和控制。模块20与模块21之间的通讯可以但不限于选用CAN、LIN、RS485、RS232等通讯方式。温度采样模块22采集的温度数据传送至模块20进行计算处理，由模块20对温度进行比较，并做出判定是否进入低温加热模式。

图3为本发明充电加热方法的流程图，在块30中，当电池管理系统20收到充电指令时，进入块31对温度进行判断：如果当前温度T大于等于设定值temp1，电池组直接进入块35正常充电模式；如果当前温度T小于temp1，电池组进入低温加热模式36。

正常充电模式下，图2中的电池管理系统20根据电池组当前SOC和单体电压、温度等信息对充电设备控制模块21进行设置，并且监测整个充电过程，实时上报电池组相关的单体电压、电流温度、SOC等相关数据，出现异常会及时上报故障并切断充电设备。

低温加热模式下，在块32中BMS首先根据当前SOC和温度T，对放电时间T1、充电时间T2和放电电流I1、充电电流I2进行设定，使I1×T1＝I2×T2，确保电池组充入和放出的电量相等，使SOC维持恒定。然后放电阶段33和充电阶段34依次工作。

放电阶段33中，放电回路工作，闭合放电开关15，断开充电开关14，放电回路工作时间为T1，此时放电电流为I1，外部加热装置13同时工作。电池组接收的热量由两部分组成，内部热量Q1和外部热量Q2，电池组放出的安时为W1。其中

Q1＝I12×R1×T1

Q2＝I12×R2×T1

W1＝T1×T1充电阶段34中，充电回路工作，断开放电开关15，闭合充电开关14，充电回路工作时间为T2，此时充电电流为I2，充电装置对电池组充电。电池组产生的热量Q3，电池组充入的安时为W2。其中

Q3＝I22×R1×T2

W2＝I2×T2

其中W1＝W2，电池组放出和充入的电量相等，保证了电池组12的SOC不会降低。运行完一次放电阶段和充电阶段后，电池组接收的总热量为Q，其由

Q＝Q1+Q2+Q3

每次充电阶段34结束，系统会转移到块31，BMS会对温度进行一次判断，如果温度达到设定值temp1，退出低温加热模式，否则循环执行31→32→33→34。

当然，上述说明并非对本技术方案的限制，任何在该技术方案的实质上的变化、修订、延伸均落入本发明的保护范围之列。

Claims (7)

1.一种锂离子电池组充电加热系统，其特征在于：该系统包括充电回路、放电回路、电池组、放电开关、充电开关，所述的充电回路包括充电装置、充电开关和电池组，所述的放电回路包括外部加热装置、放电开关和电池组；所述充电装置包含充电设备控制模块、温度采样模块、开关控制模块，电池管理系统分别与该充电设备控制模块、温度采样模块、开关控制模块连接通讯，对各模块进行数据传输和控制。

2.根据权利要求1所述的加热系统，其特征在于：所述外部加热装置包含有电热毯或电阻丝或PTC。

3.根据权利要求1或2所述的加热系统，其特征在于：所述充电装置包含充电机或电子负载。

4.根据权利要求3所述的加热系统，其特征在于：充电开关和放电开关为PMOS或NMOS或继电器。

5.根据权利要求4所述的加热系统，其特征在于：所述电池管理系统和充电设备控制模块之间的通讯方式采用CAN或LIN或RS485或RS232。

6.一种利用权利要求5中所述的加热系统实现的锂离子电池组充电加热方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)温度采样模块对锂离子电池组的温度进行采样，当采样得到的温度小于设定值时，电池组自动进入低温加热模式，根据当前电池组SOC和温度值设定放电回路工作时间T1、充电回路工作时间T2和放电电流I1、充电电流I2，使I1×T1＝I2×T2，确保电池组的SOC维持恒定；

2)在低温加热模式下，首先闭合放电开关，使放电回路工作时间T1，放电电流为I1，利用电池组的放电发热，对电池进行内部加热，同时接通了外部加热装置，对电池进行外部加热，持续时间T1，断开放电开关，放电回路停止工作；然后闭合充电开关，使充电回路工作时间T2，充电装置以充电电流I2给电池组充电，补充电池组因放电降低的SOC。

3)完成一次放电充电过程，对电池组温度进行一次判定，如果温度T大于等于设定值，退出低温加热模式，进入正常充电模式。

7.根据权利要求6所述的充电加热方法，其特征在于：当低温加热模式时，充电回路和放电回路交替工作，工作时间T1、T2和工作电流I1、I2根据SOC和温度的变化自动调整。

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