CN104701585B - 一种电动汽车的电池包管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动汽车的电池包管理系统，其特征在于：所述的管理系统为电池组A和电池组B串联组成的电池包上分别设有加热膜A和加热膜B，电池组A的电池垂直放置，加热膜A布置在电池组A所有电池的侧面，电池组B的电池倾倒放置，加热膜B布置在电池组B所有电池的底面。本发明采用高压PTC材料，具有过温、保护功能；加热膜集中式加热电池包，相比分散式加热省去了很多控制线束，控制简单可靠，节约了成本；高压加热膜发热效率高，加热效果好，加热时间短，缩短了充电时间，满足电动汽车充电时间短的要求；加热系统属于高压系统，设置有环路互锁，保证使用和维护中安全、可靠。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车的电池包的技术改进，特别涉及一种电动汽车的电池包管理系统。
背景技术
随着石油能源的不断短缺、环境污染日益严重，新能源汽车得到了很好的发展，目前，新能源汽车包括混合动力、纯电动、燃料电池汽车，其中最具代表性的就是丰田Prius混合动力和日产Leaf纯电动轿车。作为零排放、零污染的纯电动汽车，未来更是被整车厂和消费者看好，但现阶段纯电动汽车最致命的问题就是价格高、续航里程短、电池寿命不长，导致这些因素的最终原因就是电池价格高、能量密度小、循环使用次数较少，并且当电池组合成电池包后的使用寿命会更短、循环次数更少。
锂离子动力电池包具有能量密度高，比功率大，循环寿命长，容量大等诸多优点，因此在电动汽车及储能领域得到了日益广泛的应用。电动车通常有锂离子动力电池包提供驱动力，动力电池包提供多个动力电池，需要将很多的单体电池以不同的形式并联或串联组装在一起形成一个电池包，有时，几个电池包再以串联或并联的形式组合起来提供所需的电压和容量，电池的性能直接影响到电动车的动力性、经济性和续时里程，而电池的寿命则影响电动车的成本。动力电池包的温度控制就是其中的问题之一，电动车要求能在不同的环境中使用，其工作温度在-30℃至60℃范围内，一般动力电池，如锂离子电池，在15℃至30℃温度范围内有比较优良的工作性能，在此温度范围以外工作则会影响电池的放电性能，因为电池的电解液于温度降低时，其粘度增大，离子运动受到较大阻力，扩散能力降低使电池的活性降低而导致电池容量下降；其次低温还会导致负极活性物质利用率下降因而影响电池容量,充电或者放电困难，内压增大,缩短电池寿命。
通常的解决方法是当电池包温度过高时，在电池包外加强制空气对流来进行散热，有时还需要额外增加风扇，这种散热方式的散热效率很低；当电池包在低温环境工作时，在电池包外增加保温层来防止热量流失，以此来提供电池包工作性能。而目前电池管理系统开发设计厂家都只针对电池包的高温散热系统，而无电池包的低温加热保护功能.目前针对于低温的环境下电池包无法提供较长供电时间的问题，所提供的解决决策，大多是建议使用者携带数颗电池包备用，或者建议使用者将电池包放置于身上或者保温袋中以保持适当的温度，而上述的对策对使用者而言都相当的不便。因此在低温的环境条件下，如何使电池包仍可提供正常电量，成为研究人类待解决问题之一。现有技术中CN 102496751A提供了一种具备热量管理功能的电池包及其控制系统和控制方法，然而此方法提供了一种利用热管理系统对电池组加热的方法，此方法安全、可靠性好，但是采用分散式加热，结构复杂，价格昂贵，电池加热效果差不能满足现代电动汽车电池包集中式管理的需求。
本发明为了解决上述问题，提供一种新型的电池包管理系统，采用集中加热的方式对电池包进行加热，节约了成本提高安全性能是现有技术需要解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种电动汽车的电池包管理系统，降低生产成本、简化控制回路，提高加热效果好。
为达到上述目的，本发明的技术方案是，一种电动汽车的电池包管理系统，其特征在于：所述的管理系统为电池组A和电池组B串联组成的电池包上分别设有加热膜A和加热膜B，电池组A的电池垂直放置，加热膜A布置在电池组A所有电池的侧面，电池组B的电池倾倒放置，加热膜B布置在电池组B所有电池的底面。
所述的加热膜A和加热膜B都是采用高压PTC材料。
所述的加热膜A和加热膜B串联。
所述的电池组A和电池组B之间串有MSD手动维护开关，拆卸和维修时拔掉MSD手动维护开关。
所述的管理系统设有车载充电器总成为加热膜A和加热膜B提供高压，并且通过车辆充电线束连接交流充电桩；BMS连接车载充电器总成并对其进行控制。
所述的车载充电器总成连接缆上控制盒通过低压线束HVIL～HVIL1～HVIL2～HVIL3～HVIL4连接到BMS实现环路互锁。
所述的电池包上设置15个温度测试点，温度传感器布置在电池的正面的中心点，通过温度传感器将电池包各个方位的温度信息传递为BMS进行处理和分析，BMS检测到15个温度的任何一个低于0℃，下发加热指令，吸合加热膜继电器，加热膜给电池包加热；BMS检测到15个温度全部高于20℃时，下发慢充指令，同时吸合慢充继电器和总负继电器使车载充电器总成给电池包充电。感测电池包的内部温度是否低于低温加热温度，在确认低于加热温度时BMS进入加热模式允许吸合加热膜继电器对电池包加热；再确认电池包的内部温度是否全部高于加热截止温度，确认内部温度高于加热截止温度时，BMS进入慢充模式允许吸合慢充继电器和总负继电器对电池包充电，接着确认电池包的内部温度是否高于过热保护温度30℃，若高于过热保护温度时BMS进入禁止充电模式不允许吸合继电器，保证不加热和充电。
一种电动汽车的电池包管理系统，由于采用上述的结构，本发明的优点在于：1、加热材料采用高压PTC材料，PTC为半导体陶瓷材料，正温度系数热敏电阻，具有过温、保护功能；2、加热膜集中式加热电池包，相比分散式加热省去了很多控制线束，控制简单可靠，节约了成本；3、采用车载充电器总成给加热膜提供高压，节约了单独的加热供电装置，节约了成本，高压加热膜发热效率高，加热效果好，加热时间短，缩短了充电时间，满足电动汽车充电时间短的要求；4、加热系统属于高压系统，设置有环路互锁，保证使用和维护中安全、可靠。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明；
图1为本发明一种电动汽车的电池包管理系统的电路图；
在图1中，1、电池组A；2、电池组B；3、加热膜A；4、加热膜B；5、慢充继电器；6、总负继电器；7、加热膜继电器；8、BMS；9、车载充电器总成；10、交流充电桩；11、缆上控制盒；12、MSD手动维护开开关。
具体实施方式
本发明克服现有的电动汽车加热系统不能满足现代电动汽车加热需求的现状，而提供一种新型电池包加热系统的技术方案，此技术方案设计成本低、控制回路简单，采用车载充电器总成9给加热膜提供高压，加热膜集中式加热电池包，加热效果好，完全满足现代电动汽车需求，高压安全保护更可靠。
具体如图1所示，本发明包括两个电池组组成的电池包和两大块加热膜，加热膜分为加热膜A 3和加热膜B 4串联组成，电池包分为电池组A 2和电池组B 1串联组成，MSD手动维护开关12串联在电池组A 2和电池组B 1之间，拆卸和维修时拔掉MSD手动维护开关12，保证人身安全，电池组由多个电池并联后串联组成，两个电池组中电池组A 2电池垂直放置，加热膜A 3布置在这个电池组所有电池的侧面，保证可以加热到每个电池；另外电池组B 1电池倾倒放置，加热膜B 4布置在这个电池组所有电池的底面，保证可以加热到每个电池；此电池包共用了两大块加热膜，可以集中对每个电池进行加热，相比分散式加热省去了很多控制线束，控制简单可靠，节约了成本。电池包加热材料采用高压PTC材料，PTC为半导体陶瓷材料，正温度系数热敏电阻，居里点温度设为35℃，具有发热、过温保护功能，安全可靠。
本发明采用车载充电器总成9给加热膜提供高压，加热膜的工作电压350V,总功率2500W,交流充电桩10通过车辆充电线束连接车载充电器总成9，将220V交流输入给车载充电器总成9，车载充电器总成9将交流220V转换为直流电250V～390V之间给电池供电，电池包加热系统和慢充系统是各自独立的系统，BMS 8下发控制指令进入加热模式，车载充电器总成9给加热膜供350V的直流电，通过吸合加热膜继电器7使加热膜工作给电池包加热；BMS8下发控制指令进入慢充模式，车载充电器总成9给电池包供250V～390V的直流电，通过同时吸合慢充继电器5和总负继电器6使车载充电器总成9给电池包充电；车载充电器9通过BMS下方控制指令实现慢充和加热，节约了单独的加热供电装置，节约了成本，高压加热膜发热效率高，加热效果好，加热时间短，缩短了充电时间，满足电动汽车充电时间短的要求。
加热系统属于高压系统，设置有环路互锁，环路结构由缆上控制盒11(交流充电桩10内部)通过低压线束HVIL～HVIL1～HVIL2～HVIL3～HVIL4连接到BMS 8的单片机实现，整个互锁回路如果有断开的情况，缆上控制盒将不会闭合交流高压输出继电器，加热回路线束和接插件就不会带高压电，保证使用和维护中安全、可靠。
电池包加热系统的策略如下：电池包共设置15个温度测试点，温度传感器布置在电池的正面的中心点，通过温度传感器将电池包各个方位的温度信息传递为BMS 8的单片机进行处理和分析，加热温度下限0℃，即BMS检测到15个温度的任何一个低于0℃，下发加热指令，吸合加热膜继电器7，加热膜给电池包加热；加热上限温度为20℃，即BMS 8检测到15个温度全部高于20℃时，下发慢充指令，同时吸合慢充继电器5和总负继电器6使车载充电器总成9给电池包充电。感测电池包的内部温度是否低于低温加热温度，在确认低于加热温度时BMS 8进入加热模式允许吸合加热膜继电器7对电池包加热；再确认电池包的内部温度是否全部高于加热截止温度，确认内部温度高于加热截止温度时，BMS8进入慢充模式允许吸合慢充继电器5和总负继电器6对电池包充电，接着确认电池包的内部温度是否高于过热保护温度(30℃)，若高于过热保护温度时BMS8进入禁止充电模式不允许吸合继电器，保证不加热和充电。借由这种电池包加热系统，可使电池包于低温和高温的条件下，都可以获得最适当的保护。
电池包充电过程中会出现二次加热或者三次加热，二次加热是指第一次启动加热后转正常充电，充电过程中检测到电池包温度又降到了0℃一下，第二次启动加热，三次加热亦是如此，原因是充电过程中电池的升温远低于电池受到环境低温影响的降温速度，在正常充电转二次或三次加热过程中，策略要求增加转换延时15min，即慢充转二次或三次加热过程，断开慢充继电器5和总负继电器6，需要延时15min才能吸合加热膜继电器7，避免继电器的损坏。
本发明成本低、控制回路简单，采用车载充电器总成给加热膜提供高压，加热膜集中式加热电池包，加热效果好，完全满足现代电动汽车需求，高压安全保护更可靠。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种电动汽车的电池包管理系统，其特征在于：所述的管理系统为电池组A(2)和电池组B(1)串联组成的电池包上分别设有加热膜A(3)和加热膜B(4)，电池组A(2)的电池垂直放置，加热膜A(3)布置在电池组A(2)所有电池的侧面，电池组B(1)的电池倾倒放置，加热膜B(4)布置在电池组B(1)所有电池的底面；
所述的电池包上设置15个温度测试点，温度传感器布置在电池的正面的中心点，通过温度传感器将电池包各个方位的温度信息传递给BMS(8)进行处理和分析，BMS(8)检测到15个温度的任何一个低于0℃，下发加热指令，吸合加热膜继电器，加热膜给电池包加热；BMS(8)检测到15个温度全部高于20℃时，下发慢充指令，同时吸合慢充继电器(5)和总负继电器(6)使车载充电器总成(9)给电池包充电，感测电池包的内部温度是否低于低温加热温度，在确认低于加热温度时BMS(8)进入加热模式允许吸合加热膜继电器(7)对电池包加热；再确认电池包的内部温度是否全部高于加热截止温度，确认内部温度高于加热截止温度时，BMS(8)进入慢充模式允许吸合慢充继电器(5)和总负继电器(6)对电池包充电，接着确认电池包的内部温度是否高于过热保护温度30℃，若高于过热保护温度时BMS(8)进入禁止充电模式不允许吸合继电器，保证不加热和充电。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车的电池包管理系统，其特征在于：所述的加热膜A(3)和加热膜B(4)都是采用高压PTC材料。
3.根据权利要求1所述的一种电动汽车的电池包管理系统，其特征在于：所述的加热膜A(3)和加热膜B(4)串联。
4.根据权利要求1所述的一种电动汽车的电池包管理系统，其特征在于：所述的电池组A(2)和电池组B(1)之间串有MSD手动维护开关(12)，拆 卸和维修时拔掉MSD手动维护开关(12)。
5.根据权利要求1所述的一种电动汽车的电池包管理系统，其特征在于：所述的管理系统设有车载充电器总成(9)为加热膜A(3)和加热膜B(4)提供高压，并且通过车辆充电线束连接交流充电桩(10)；BMS(8)连接车载充电器总成(9)并对其进行控制。
6.根据权利要求5所述的一种电动汽车的电池包管理系统，其特征在于：所述的车载充电器总成(9)连接缆上控制盒(11)通过低压线束HVIL～HVIL1～HVIL2～HVIL3～HVIL4连接到BMS(8)实现环路互锁。
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