CN104723893B - 一种电池加热系统及电动汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电动车辆技术领域，特别涉及一种电池加热系统及电动汽车。该加热系统包括电池模块、加热模块、电池管理模块、充电状态电源和行车状态电源；加热模块的一端通过加热接触器与电池模块的一端连接，另一端通过负极接触器与电池模块的另一端连接；加热模块还分别与充电状态电源和行车状态电源相连接；电池模块分别与充电状态电源和行车状态电源相连接；电池管理模块与电池模块连接。本发明提供的电池加热系统电路简单，元器件少，可有效满足整车充电和行车时均能对电池起到加热保温的作用，使电池始终工作在最佳温度点，最大程度地优化电池性能且延长其使用寿命，提高整车的使用性能。

Description

一种电池加热系统及电动汽车
技术领域
本发明涉及电动车辆技术领域，特别涉及一种电池加热系统及具有该电池系统的电动汽车。
背景技术
随着全球节能环保的需求，纯电动汽车等新能源车辆已成为汽车领域的主流趋势，而其中的动力电池系统则为纯电动汽车等新能源车量提供能源支持，其充放电的性能则是影响整车动力性和经济型的关键因素。
由于电动汽车中的动力电池系统为电化学系统，外界环境温度对其自身温度影响较大，致使整个系统的性能受温度的制约比较严重。
为了提升动力电池系统的温度适用性，现有技术中在电动汽车中多具备加热系统，其中，加热系统主要分为以下几种形式：
（1）采用低压加热系统进行加热，即加热源来自低压蓄电池。因低压蓄电池的能量是由DC/DC电源转换的，且DC/DC电源的功率有限，使得整个系统的加热功率即加热速率受制于DC/DC电源的功率，同时经过DC/DC功率会将一定的损耗，因此，整个加热系统的加热效率较低。
（2）采用空调暖风进行加热，即借助空调暖风作为经过驾驶舱的热源来加热电池系统。但当空调暖风经过驾驶舱后，其暖风温度会降低，使得其对电池的加热效果比较低，该种加热电池方式只有在启动空调系统的前提下才能够实施加热，使得整车充电时的加热受限；
（3）采用高压加热系统，即加热源为来自车载充电机的高压直流。采用该种方式进行加热时只在能在充电时实施加热，且当充电完成后需要关闭车载充电机，这样导致对电池不具备保温效果，另外，这种加热方式使得在行车时无法对电池系统加热，导致冬季低温环境时整车动力性降低，续驶里程降低。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种电池加热系统及具有该电池系统的电动汽车，以克服现有技术中对电池加热效率低下以及无法在行车时对电池进行有效加热的弊端。
（二）技术方案
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种电池加热系统，其包括：电池模块、加热模块、电池管理模块、充电状态电源和行车状态电源；
所述加热模块的一端通过加热接触器与电池模块的一端相连接，其另一端通过负极接触器与电池模块的另一端相连接；
所述加热模块通过加热接触器还分别与充电状态电源和行车状态电源相连接；
所述电池模块通过负极接触器还分别与充电状态电源和行车状态电源相连接；
所述电池管理模块与电池模块连接，其通过加热接触器与加热模块相连接。
优选地，所述加热模块包括若干个并联连接的加热单元。
优选地，每条电路上的加热单元连接用于控制加热单元加热温度以及电池模块温度的温控开关。
优选地，当车体处于充电状态时，对电池单元加热采用如下方式：
慢充线接入车体时，所述充电状态电源为车载充电机；
快充线接入车体时，所述充电状态电源为非车载快充电源设备。
优选地，当车体处于行车时，对电池单元加热采用如下方式：
所述行车状态电源为车体内的蓄电池。
优选地，当所述电池模块的温度低于可充电温度时，所述电池管理模块控制加热接触器闭合，对电池模块进行加热。
优选地，当所述电池模块的加热温度高于可充电温度时，所述电池管理模块控制负极接触器闭合，对电池模块进行边充电边加热。
优选地，当所述电池模块温度的加热温度高于加热温度上限时，所述电池管理模块控制加热接触器断开，对电池模块只充电不加热。
优选地，当所述电池模块的温度降至加热温度下限时，所述电池管理模块控制加热接触器闭合，对电池模块继续边充电边加热，直至充电完成。
优选地，充电完成后，电池管理模块控制负极接触器断开，对电池模块进行保温处理。
优选地，在行车过程中，电池管理模块时刻检测电池模块的温度，当电池模块当前温度降低至加热温度下限时，电池管理模块控制加热接触器闭合，蓄电池为加热模块提供热源，电池模块进入边加热边行车阶段；
当电池管理模块检测到电池模块的温度升高至加热温度上限时，电池管理模块控制加热接触器断开，电池模块进入只行车不加热阶段。
优选地，所述电池管理模块通过继电器分别与充电状态电源和行车状态电源相连接。
优选地，所述充电状态电源和行车状态电源的低电压端分别在充电状态和行车状态为电池管理模块提供激活信号及供电电源。
优选地，所述电池模块为由多个电池组成的电池组，所述电池之间设有检修开关。
另一方面，本发明还提供一种电动汽车，包括上述的电池加热系统。
（三）有益效果
本发明提供一种电池加热系统及电动汽车，该加热系统电路简单，元器件少，可有效满足整车充电和行车时均能对电池起到加热保温的作用，使电池始终工作在最佳温度点，最大程度地优化电池性能且延长其使用寿命，提高整车的使用性能；同时，加热边充电的状态可缩短充电时间，使用起来方便快捷。
附图说明
图1为本发明实施例电池加热系统电路结构示意图。
其中：
K1：检修开关；K2：负极接触器；K3：加热接触器；K4：快充电路内的接触器；R1：预充电阻；K5：预充接触器；K6：正极接触器；K7：继电器；R2～R4：电阻；S1～S3温控开关;标示A：负极接触器控制端，接入BMS；标示B：负极接触器反馈端，接入BMS；标示C：车载充电机和快充充电器提供的低压电源;标示D：整车低压蓄电池的正极（常电）；标示E：预充接触器控制端，接入BMS；标示F：预充极接触器反馈端，接入BMS；标示G：正极接触器控制端，接入BMS；标示H：正极接触器反馈端，接入BMS。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，本发明提供一种电池加热系统，其包括：电池模块、加热模块、电池管理模块BMS、充电状态电源和行车状态电源；
其中，加热模块的一端通过加热接触器K3与电池模块的正极输出端相连接于M点，其另一端通过负极接触器K2与电池模块的负极输出端相连接于N点，另外，该加热模块通过加热接触器K3还分别与充电状态电源和行车状态电源相连接于M点。
所述电池模块通过负极接触器K2还分别与充电状态电源和行车状态电源相连接；
该电池管理模块BMS与电池模块连接，其通过加热接触器K3与加热模块相连接，其还通过继电器K7分别与充电状态电源和行车状态电源相连接。该电池管理模块负责控制电池模块系统的加热和充电状态。
具体的，该加热模块包括若干个并联连接的加热分支，每个加热分支上设有一加热单元；本电路中，该加热单元采用电阻方式。本实施例中采用三组并联连接的电阻，分别为电阻R2、电阻R3和电阻R4。整个加热模块由加热接触器K3进行加热回路的导通和断开。每一路加热分支回路内设有一个常闭温控开关，分别为S1、S2和S3，该三个温控开关S1、S2和S3独立工作。
当加热分支回路中某一路的温控开关达到一定温度值时，该路的温控开关自动断开，达到限制电池模块温度过高从而起到保护电池模块的目的。三个温控开关的断开温度值由热仿真分析获得，经试验得知，该断开温度值与电池模块本身的温度差值由温控开关与电池模块之间的热阻和功率决定。
当然，本实施例中的加热模块包括但不局限于采用上述电路，也可以采用其他加热电路。
其中，电池模块为由多个电池组成的电池组，所述电池之间设有检修开关，便于在安全状态下进行维护。
需要说明的是，本发明实施例中对电池模块加热可分为车体充电状态和车体行车状态，不管车体处于何种状态，均能有效地对电池模块进行加热，提高车体的动力性能以及使用性能。
下面分为两种状态分别对电池模块加热原理进行详细描述。
（一）车体充电时加热
（1）对车体充电可采用慢充线或快充电两种充电方式，当慢充线接入车体时，充电状态电源为车载充电机，该车载充电机激活工作，车载充电机提供的低压电源到达C点，使继电器K7吸合，C点为电池管理系统BMS提供低压电源，该BMS激活并开始工作，与车载充电机建立通讯；
（2）若此时电池模块温度低于电池可充电温度，则BMS控制加热接触器K3闭合，接通加热模块电路，同时控制车载充电机电流竖直，电池模块开始加热。
（3）当电池模块温度高于电池可充电温度时，BMS控制负极接触器K2闭合，同时根据电池模块可接受的充电电流和加热电路功率计算并发送车载充电机应输出的电流值指令至车载充电机，该电池模块进入边充电边加热阶段。
（4）当电池模块一直加热器温度升高至25℃（该加热温度上限阈值可标定）时，BMS控制加热接触器K3断开，电池模块进入只充电不加热阶段。
（5）若电池温度降低至20℃（该加热温度下限阈值可标定）时，BMS控制加热接触器K3闭合，电池模块进入边加热边充电阶段。如此循环直至电池充电结束；
（6）电池模块充电结束后，BMS控制负极接触器K2断开，保持加热接触器K3闭合，电池模块进入加热保温阶段。
（7）当快充线接入整车时，整个控制过程如（1）至（6）过程，只是将车载充电机更换成非车载快充电源设备，充电功率有所调整。
在该状态中，车载充电机或非车载快充电源设备的低电压端同时为电池管理模块BMS提供激活信号及供电电源。充电时，不需要整车上电，使用方便。
（二）车体行车时加热
整车处于行车状态时，该电池模块的加热源由车体内的蓄电池DC/DC提供。在行车过程中，BMS时刻检测电池模块的温度，当电池模块当前温度降低至20℃（该加热温度下限可标定）时，BMS控制加热接触器K3闭合，蓄电池DC/DC为加热模块提供热源，电池模块进入边加热边行车阶段；
当BMS检测到电池模块的温度升高至25℃（该加热温度上限阈值可标定）时，BMS控制加热接触器K3断开，电池模块进入只行车不加热阶段；如此循环直至电池放电电能释放完。
在该状态下，由车体电瓶低压蓄电池为BMS提供激活信号及供电。
另一方面，本发明还提供一种电动汽车，包括上述的电池加热系统。
本发明提供的电动汽车，由于上述电池加热系统，该加热系统电路简单，元器件少，可有效满足整车充电和行车时均能对电池起到加热保温的作用，使电池始终工作在最佳温度点，最大程度地优化电池性能且延长其使用寿命，提高整车的使用性能；同时，加热边充电的状态可缩短充电时间，使用起来方便快捷。
上述描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (8)

1.一种电池加热系统，其特征在于，包括：
电池模块、加热模块、电池管理模块、充电状态电源和行车状态电源；其中，所述电池模块为由多个电池组成的电池组，所述电池之间设有检修开关；
所述加热模块的一端通过加热接触器与电池模块的一端相连接，其另一端通过负极接触器与电池模块的另一端相连接；
所述加热模块通过加热接触器还分别与充电状态电源和行车状态电源相连接；
所述电池模块通过负极接触器还分别与充电状态电源和行车状态电源相连接；
所述电池管理模块与电池模块连接，其通过加热接触器与加热模块相连接；
当车体处于充电状态时，对电池模块加热采用如下方式：
当所述电池模块的温度低于可充电温度时，所述电池管理模块控制加热接触器闭合，对电池模块进行加热；
当所述电池模块的温度高于可充电温度时，所述电池管理模块控制负极接触器闭合，对电池模块进行边充电边加热；
当所述电池模块的温度升高至加热温度上限时，所述电池管理模块控制加热接触器断开，对电池模块只充电不加热；
当所述电池模块的温度降至加热温度下限时，所述电池管理模块控制加热接触器闭合，对电池模块继续边充电边加热，直至充电完成；
当车体处于行车时，对电池模块加热采用如下方式：
所述行车状态电源为车体内的蓄电池；
在行车过程中，电池管理模块时刻检测电池模块的温度，当电池模块当前温度降低至加热温度下限时，电池管理模块控制加热接触器闭合，蓄电池为加热模块提供热源，电池模块进入边加热边行车阶段；
当电池管理模块检测到电池模块的温度升高至加热温度上限时，电池管理模块控制加热接触器断开，电池模块进入只行车不加热阶段。
2.如权利要求1所述的电池加热系统，其特征在于，所述加热模块包括若干个并联连接的加热单元。
3.如权利要求2所述的电池加热系统，其特征在于，每条电路上的加热单元连接用于控制加热单元加热温度以及电池模块温度的温控开关。
4.如权利要求1所述的电池加热系统，其特征在于，当车体处于充电状态时，对电池单元加热采用如下方式：
慢充线接入车体时，所述充电状态电源为车载充电机；
快充线接入车体时，所述充电状态电源为非车载快充电源设备。
5.如权利要求1所述的电池加热系统，其特征在于，充电完成后，电池管理模块控制负极接触器断开，对电池模块进行保温处理。
6.如权利要求1-5任一项所述的电池加热系统，其特征在于，所述电池管理模块通过继电器分别与充电状态电源和行车状态电源相连接。
7.如权利要求6所述的电池加热系统，其特征在于，所述充电状态电源和行车状态电源的低电压端分别在充电状态和行车状态为电池管理模块提供激活信号及供电电源。
8.一种电动汽车，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的电池加热系统。
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