CN105375087A - 一种电动汽车电池组低温预热系统及其控制方法 - Google Patents

一种电动汽车电池组低温预热系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

一种电动汽车电池组低温预热系统及其控制方法,涉及一种电动汽车电池组预热技术。解决了低温下电池充电和使用时，存在成本较高、结构复杂、控制难度大，故障率高或无法对电池均匀加热，造成电池组的均衡性差的问题。本发明的电池组最外一排电池单体的外侧和每相邻两排电池单体之间均贴设有电热膜，电池管理系统的电池组的剩余电量信号输出端连接整车管理系统的电池组剩余电量信号输入端，继电器组的供电信号输入端连接电池组的电源信号输出端，所述继电器组应控制电热膜的供电开关；整车管理系统的电池充电控制信号输出端连接地面充电装置的充电控制信号输入端，地面充电装置为电池组的充电。本发明适用于电动汽车电池预热使用。

Description

一种电动汽车电池组低温预热系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种电动汽车电池组预热技术。
背景技术
锂离子电池以其比功率高、能量密度大、寿命长、自放电率低和贮藏时间长等优点，正逐步取代其它电池成为主要的动力电池。虽然锂离子电池有许多优点，但是在低温下，锂离子电池的充放电性能仍存在较大问题，例如：各种活性物质活跃性降低，电芯电极的反应率低，石墨负极锂离子电池内部各类阻抗大幅增加，锂离子电池的使用存在困难，同时锂电池在低温充电过程中容易导致石墨负极上析出金属锂，形成枝晶。锂枝晶的生成可能会使电池的隔膜破裂而导致电池内部正负极短路，产生安全问题。另外，锂离子电池在低温时的放电性能差，放电容量显著降低，这对电动汽车的使用性能影响较大。
目前针对电池的低温使用问题，相关技术的一种做法是：利用交流电对电池进行脉冲充放电，利用电池低温内阻生热，电池升温后进行充电或使用，这种方法虽然可以有效解决低温下电池充电和使用的问题，但仍存在成本较高、结构复杂、控制难度大，故障率高等问题。相关技术的另一种做法是利用外部加热的方法对电池进行预热，使电池温度上升后对电池进行使用或直流充电。但这种方法无法对电池均匀加热，会给电池组的均衡造成麻烦。
发明内容
本发明是为了解决低温下电池充电和使用时，存在成本较高、结构复杂、控制难度大，故障率高或无法对电池均匀加热，造成电池组的均衡性差的问题。提出了一种电动汽车电池组低温预热系统及其控制方法。
本发明所述的一种电动汽车电池组低温预热系统，该系统包括电热膜、继电器组、电池管理系统、整车管理系统、温度传感器和地面充电装置；
电池组最外层电池单体的外侧和每相邻两排电池单体之间均贴设有电热膜，
电池管理系统用于采集电池组的剩余电量信息，电池管理系统的电池组的剩余电量信号输出端连接整车管理系统的电池组剩余电量信号输入端，整车管理系统的继电器开关控制信号输出端连接继电器组的开关控制信号输入端，继电器组的供电信号输入端连接电池组的电源信号输出端，所述继电器组中每个继电器对应控制一片电热膜的供电开关；整车管理系统的电池充电控制信号输出端连接地面充电装置的充电控制信号输入端，地面充电装置的充电信号输出端连接电池组的充电信号输入端，温度传感器用于采集电池组内电池单体的外部温度，温度传感器的信号输出端连接整车管理系统的电池温度信号输入端。
电动汽车电池组低温预热系统的控制方法，该方法的具体步骤为：
步骤一、采用温度传感器采集电池组内的温度T1；
步骤二、整车管理系统根据步骤一中获得的电池组内的温度T1，判断温度T1是否大于目标温度Tg,如果T1>Tg，则执行步骤十；否则执行步骤三；其中，Tg为正数；
步骤三、采用电池管理系统采集电池组剩余电量，整车管理系统判断电池组的剩余电量是否大于电池预热电量阈值Q1，若判断结果为是，则执行步骤四，若判断结果为否，则执行步骤七；
步骤四、整车管理系统向地面充电装置发送禁止充电控制信号，同时，向继电器组发送闭合控制信号，电池组放电为电热膜供电；
步骤五、采用温度传感器采集电池组内的温度T2，整车管理系统判断温度T2是否大于目标温度Tg，如果T2>Tg则执行步骤十，否则执行步骤六；
步骤六、电池管理系统检测电池容量损耗，整车管理系统判断电池容量损耗是否达到电池组的额定容量η，如果是，执行步骤七，否则执行步骤五；所述η为小于Q1的正数；
步骤七、整车管理系统控制继电器断开；
步骤八、整车管理系统向地面充电装置发送充电控制信号，地面充电装置对电池组进行充电；
步骤九、电池管理系统检测电池组的电量是否达到电池组的额定容量η，如果是，执行步骤一，否则，执行步骤八；
步骤十、停止预热，电动汽车电池组正常工作，执行步骤一。
本发明是采用温度传感器采集电池组内的温度，整车管理系统根据温度传感器采集的温度和电池管理系统采集的电池剩余电量来对电池组充电和控制加热膜对电池组进行预热。结构简单，控制简单，且电热膜贴合在电池组内的每排电池的两侧，对电池组进行预热时，采用电池组为电热膜供电，既利用电池放电时内阻生热对电池进行内部加热，同时又利用电热膜产热对电池进行外部加热，实现了对电池组的均匀预热。
附图说明
图1为本发明所述电动汽车电池组低温预热系统的原理框图；图中，细实线为通信连接线，粗实线为充放电线。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种电动汽车电池组低温预热系统，该系统包括电热膜1、继电器组3、电池管理系统4、整车管理系统5、温度传感器6和地面充电装置7；
电池组2最外层电池单体的外侧和每相邻两排电池单体之间均贴设有电热膜1，
电池管理系统4用于采集电池组2的剩余电量信息，电池管理系统4的电池组的剩余电量信号输出端连接整车管理系统5的电池组剩余电量信号输入端，整车管理系统5的继电器开关控制信号输出端连接继电器组3的开关控制信号输入端，继电器组3的供电信号输入端连接电池组2的电源信号输出端，所述继电器组3中每个继电器对应控制一片电热膜1的供电开关；整车管理系统5的电池充电控制信号输出端连接地面充电装置7的充电控制信号输入端，地面充电装置7的充电信号输出端连接电池组2的充电信号输入端，温度传感器6用于采集电池组2内电池单体的外部温度，温度传感器6的信号输出端连接整车管理系统5的电池温度信号输入端。
本实施方式中所述的地面充电装置采用充电桩实现。
本发明使用电动汽车动力电池组放电为电热膜供电，既利用电池放电时内阻生热对电池进行内部加热，同时又利用电热膜产热对电池进行外部加热。与使用交流脉冲加热电池相比，本发明结构简单，控制简单；与单独使用外部电源加热电池相比，本发明能够使单体电池的温度均匀升高，通过整车管理系统与地面充电装置通信，利用地面充电装置间歇性供电，使电池在预热阶段保持SOC剩余容量基本不变，防止电池在预热过程中容量损耗过多，解决了电池在低温条件下可放出容量下降以及充电难，甚至无法充电的问题。
具体实施方式二、本实施方式是具体实施方式一所述的电动汽车电池组低温预热系统的控制方法，该方法的具体步骤为：
步骤一、采用温度传感器6采集电池组2内的温度T1；
步骤二、整车管理系统5根据步骤一中获得的电池组2内的温度T1，判断温度T1是否大于目标温度Tg,如果T1>Tg，则执行步骤十；否则执行步骤三；其中，Tg为正数；
步骤三、采用电池管理系统4采集电池组2剩余电量，整车管理系统5判断电池组2的剩余电量是否大于电池预热电量阈值Q1，若判断结果为是，则执行步骤四，若判断结果为否，则执行步骤七；
步骤四、整车管理系统5向地面充电装置7发送禁止充电控制信号，同时，向继电器组3发送闭合控制信号，电池组2放电为电热膜1供电；
步骤五、采用温度传感器6采集电池组2内的温度T2，整车管理系统5判断温度T2是否大于目标温度Tg，如果T2>Tg则执行步骤十，否则执行步骤六；
步骤六、电池管理系统4检测电池容量损耗，整车管理系统5判断电池容量损耗是否达到电池组的额定容量η，如果是，执行步骤七，否则执行步骤五；所述η为小于Q1的正数；
步骤七、整车管理系统5控制继电器断开；
步骤八、整车管理系统5向地面充电装置发送充电控制信号，地面充电装置7对电池组进行充电；
步骤九、电池管理系统检测电池组的电量是否达到电池组的额定容量η，如果是，执行步骤一，否则，执行步骤八；
步骤十、停止预热，电动汽车电池组正常工作，执行步骤一。
具体实施方式三、本实施方式是对具体实施方式二所述的电动汽车电池组低温预热系统的控制方法的进一步说明，温度阀值Tg为10度。
具体实施方式四、本实施方式是对具体实施方式二所述的电动汽车电池组低温预热系统的控制方法的进一步说明，电池的容量损耗预设值η为电池额定容量的2％～4％。
本发明在电池组间增加电热膜，每一个电热膜引出一对端子，其中一个端子与相邻电池组的负极相连，另一端经过继电器与相邻电池组的正极相连，即电池组、继电器与电热膜构成回路，继电器等效于电池与电热膜所构成回路的开关。当继电器闭合时，电池与电热膜构成闭合回路，电池放电为电热膜供电，既利用电池低温放电时内阻生热对电池进行内部加热，同时又利用电热膜产热对电池进行外部加热。整车管理系统与地面充电装置进行通信，地面充电装置对电池施加的电流幅值由整车管理系统控制。预热阶段，电池放电为电热膜供电，当电池的容量损耗达到电池组的额定容量η时，电池停止放电，整车管理系统控制继电器断开，并且向地面充电装置发送充电信号，地面充电装置以某一倍率对电池进行充电，使电池的SOC剩余容量在预热阶段基本保持不变，防止电池在预热过程中容量损耗过多。

Claims (4)

1.一种电动汽车电池组低温预热系统，其特征在于，该系统包括电热膜(1)、继电器组(3)、电池管理系统(4)、整车管理系统(5)、温度传感器(6)和地面充电装置(7)；
电池组(2)最外层电池单体的外侧和每相邻两排电池单体之间均贴设有电热膜(1)，电池管理系统(4)用于采集电池组(2)的剩余电量信息，电池管理系统(4)的电池组的剩余电量信号输出端连接整车管理系统(5)的电池组剩余电量信号输入端，整车管理系统(5)的继电器开关控制信号输出端连接继电器组(3)的开关控制信号输入端，继电器组(3)的供电信号输入端连接电池组(2)的电源信号输出端，所述继电器组(3)中每个继电器对应控制一片电热膜(1)的供电开关；整车管理系统(5)的电池充电控制信号输出端连接地面充电装置(7)的充电控制信号输入端，地面充电装置(7)的充电信号输出端连接电池组(2)的充电信号输入端，温度传感器(6)用于采集电池组(2)内电池单体的外部温度，温度传感器(6)的信号输出端连接整车管理系统(5)的电池温度信号输入端。
2.根据权利要求1所述的电动汽车电池组低温预热系统的控制方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：
步骤一、采用温度传感器(6)采集电池组(2)内的温度T1；
步骤二、整车管理系统(5)根据步骤一中获得的电池组(2)内的温度T1，判断温度T1是否大于目标温度Tg,如果T1>Tg，则执行步骤十；否则执行步骤三；其中，Tg为正数；
步骤三、采用电池管理系统(4)采集电池组(2)剩余电量，整车管理系统(5)判断电池组(2)的剩余电量是否大于电池预热电量阈值Q1，若判断结果为是，则执行步骤四，若判断结果为否，则执行步骤七；
步骤四、整车管理系统(5)向地面充电装置(7)发送禁止充电控制信号，同时，向继电器组(3)发送闭合控制信号，电池组(2)放电为电热膜(1)供电；
步骤五、采用温度传感器(6)采集电池组(2)内的温度T2，整车管理系统(5)判断温度T2是否大于目标温度Tg，如果T2>Tg则执行步骤十，否则执行步骤六；
步骤六、电池管理系统(4)检测电池容量损耗，整车管理系统(5)判断电池容量损耗是否达到电池组的额定容量η，如果是，执行步骤七，否则执行步骤五；所述η为小于Q1的正数；
步骤七、整车管理系统(5)控制继电器断开；
步骤八、整车管理系统(5)向地面充电装置发送充电控制信号，地面充电装置(7)对电池组进行充电；
步骤九、电池管理系统检测电池组的电量是否达到电池组的额定容量η，如果是，执行步骤一，否则，执行步骤八；
步骤十、停止预热，电动汽车电池组正常工作，执行步骤一。
3.根据权利要求2所述的电动汽车电池组低温预热系统的控制方法，其特征在于，温度阀值Tg为10度。
4.根据权利要求2所述的电动汽车电池组低温预热系统的控制方法，其特征在于，电池的容量损耗预设值η为电池额定容量的2％～4％。
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