CN105470603B - 一种电动汽车电池包充电加热系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种电动汽车电池包充电加热系统及控制方法，该系统包括电性连接的电池包和BMS，BMS与加热液供应室内的加热模块电性连接；加热液供应室上设置有出水口和进水口，出水口与进水口通过管路连接电池箱；电池包设置在电池箱内，电池箱的一端设置有进口电磁阀，另一端设置有出口电磁阀，加热液供应室通过管路与电池箱连接并形成循环流体通道。整个稳态系统通过BMS以电池包内温度传感器为依据操控加热模块的通断，达到电池包的温度稳态。本申请该装置结构紧凑，占用空间小，能够在大、中、小各类电动汽车上使用，工作效果好，操作方便，安全，加热稳定性好，采用通用接口驱动加热的控制策略，系统通用性强。

Description

一种电动汽车电池包充电加热系统及控制方法

技术领域

本发明属于电池包温度辅助系统，具体涉及一种电动汽车电池包充电加热系统及控制方法。

背景技术

近年来，国家大力发展电动汽车行业，电动汽车有着节能、环保等诸多优点，并且是诸多高新技术结合的产物，随着能源的日趋减少和政府的大力倡导，在不久的将来其必将拥有广阔的市场。

电动汽车可合理利用电网波谷电力等优点，目前我国已将电动汽车产业化列为新能源汽车产业规划。对于电动汽车而言，由于用电动机代替了发动机，所以燃油车的能源系统势必要发生改变来适应电动汽车。影响电动汽车产业化的关键瓶颈是动力电池，而高压电池包的制冷和制热关系到电池组的工作能力，对整车的动力输出和能量输入效率有着至关重要的作用。目前，电池包在冬季时充电时间及充电电量很大程度地受到了环境温度的制约，在冬季或者寒冷的条件下想实时保证电池的最佳工作温度很难达到。

因此，目前大多出电动汽车动力电池多采用锂离子动力电池，由于现有的锂离子动力电池在低温情况下充电困难甚至不能充电，影响电动汽车的使用。一般都是通过对锂离子动力电池加热来解决，现有技术多是通过热源体直接对锂离子动力电池进行加热，加热时锂离子动力电池温度不易控制，稳定性和实用性较差，并且充电时不能自动进行加热充电控制，使用起来比较麻烦繁琐。如果涉及到多节电池的情况，将会更加复杂，成本高，不能有效缓解因高压电池包温度过低而导致充电过慢甚至无法充电的现象。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种电

动汽车电池包充电加热系统及控制方法。本发明有效地缓解了在电动汽车中，高压电池包因温度过低而导致充电过慢甚至无法充电的现象。

本发明的目的通过以下技术方案来实现： 一种电动汽车电池包充电加热系统，包括电性连接的电池包和BMS ，所述BMS 与加热液供应室内的加热模块电性连接；所述加热液供应室上设置有出水口和进水口，所述出水口与所述进水口通过管路连接电池箱；所述电池包设置在所述电池箱内，所述电池箱的一端设置有进口电磁阀，另一端设置有出口电磁阀，所述加热液供应室通过管路与所述电池箱连接并形成循环流体通道；在所述出水口与所述电池箱连接的管路上设置有循环泵，所述循环泵提供循环流体通道的动力；所述出水口通过管路分别连接到所述电池箱一端的电磁阀上，所述电池包内设置有电池模组，所述电池模组内部布置有温度传感器，所述加热液供应室通过驱动电源驱动，所述驱动电源包括快充接口、DC-DC直流转换器和蓄电池，所述DC-DC直流转换器与所述加热液供应室连接，将高压直流电转换为低压直流电，整个加热装置通过所述BMS以所述温度传感器为依据操控所述加热模块的通断，达到所述电池包的温度稳态。

优选地，所述温度传感器为PT100表面安装温度传感器。

优选地，所述加热液供应室包括冷却液、加热模块，所述加热模块为防水加热电阻丝。

优选地，所述BMS对所述电池模组检测的正常值设置为不低于0°。

优选地，所述进口电磁阀、所述出口电磁阀可为一组或多组，方便控制所述电池模组的冷却水路接通。

优选地，所述加热液供应室上设有出水管和进水管，所述出水管和所述进水管外包覆有防止热量流失的隔热层。

一种电动汽车电池包充电加热控制方法，所述控制方法包括如下步骤：

S1：监测步骤，

温度传感器实时监测电池模组的温度并将检测的信号传输给BMS；

S2：第一判断步骤，

所述BMS判断电池包内的温度是否达到所述电池包的充电温度；

S3：控制步骤，

当达到所述电池包的充电温度时，通过快充接口对所述电池包充电，所述BMS控制所述加热模块加热，所述加热模块对加热液供应室内的液体进行加热，使所述加热液体达到适宜温度后，所述BMS发出指令，打开相应电磁阀，启动循环泵，将所述加热液引入到电池箱内，对所述电池包进行加热；

S4：第二判断步骤，

所述温度传感器实时监测所述电池模组的温度并将检测的信号传输给所述BMS，当达到适宜温度时，所述BMS发出指令断开充电模块的供电以及关闭循环泵及相对应的电磁阀，通过快充接口对所述电池包充电。

优选地，如果所述BMS判断所述电池包内的温度能充电则充电；当需要充电时，所述加热液供应室可以通过蓄电池、DC-DC直流转换器或快充接口进行取电；当所述电池包内的温度低于或高于适宜充电温度时，所述BMS判断所述电池包内的温度不适宜充电，则DC-DC直流转换器、蓄电池或快充接口给加热模块供电。

优选地，如果有某个所述电池模组达到适宜充电温度，所有电池模组中仍有电池模组没有达到适宜充电温度， BMS发出指令并关闭满足温度要求的电磁阀；如果所有电池模组温度都满足要求，BMS会自动判定并关闭所有的电磁阀并随之关闭加热模块，整个系统关闭，循环泵关闭，电磁阀关闭，加热模块关闭。

本发明有效缓解了电动汽车中电池包因为温度过低而导致充电过慢甚至无法充电的现象。该恒温系统结构紧凑，占用空间小，能够在大、中、小各类电动汽车上使用，工作效果好，操作方便、安全；加热稳定好，采用通用接口驱动加热的控制策略，系统通用性强。

附图说明

图1是本发明的结构原理图；

图2是本发明电磁阀的开闭示意图。

具体实施方式

本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

如图1所示，一种电动汽车电池包充电加热装置，包括电性连接的电池包1和BMS2，所述的BMS为电池管理系统，所述BMS2与加热液供应室3内的加热模块32电性连接；所述加热液供应室上设置有出水口33和进水口34，所述出水口33与所述进水口34通过管路连接电池箱4；所述电池箱4内设置有电池包1，所述电池包1内设有电池模组11，所述电池模组11内部布有温度传感器12，所述电池箱4内部包括流体管路，所述电池箱4通过流体管路与电磁阀连接，所述电池箱4的一端设置有进口电磁阀41，另一端设置有出口电磁阀42，所述加热液供应室3通过管路与所述电池箱4连接并形成循环流体通道。

如图1所示，所述加热液供应室3上设有出水管和进水管，所述出水管和所述进水管外包覆有防止热量流失的隔热层；所述隔热层设计的目的是防止热量的流失或者冷却液温度过高。所述加热液供应室3通过驱动电源驱动，所述驱动电源包括快充接口6、DC-DC直流转换器7和蓄电池8，所述DC-DC直流转换器7与所述加热液供应室3连接，将高压直流电转换为低压直流电。所述加热液供应室3包括冷却液31、加热模块32，所述加热模块32为防水加热电阻丝，所述加热电阻丝用于给所述加热液供应室内部的循环水加热。本技术方案模拟了燃油车发动机冷却液的水循环，用所述加热液供应室代替发动机余温加热来给冷却液升温，克服了直接由比热容较小的空气导热而导致制热效果不佳和制热范围小的缺陷，同时增加了加热液供应室的利用率。在本实施例中，所述加热电阻丝为防水加热电阻丝，该防水加热电阻丝的使用可靠性高、寿命长，在使用过程中具有很好的防漏电、防水性能，方便耐用。

如图1所示，所述电池包1内设置有电池模组11，所述电池模组11内部布置有温度传感器12，所述温度传感器为所述电池模组的有机组成部分，所述温度传感器用来实时检测所述电池模组温度是否达到可充电温度，并将信号传给BMS以便BMS进行下一步动作，所述温度传感器的设置可用于保护该电池包充电加热装置及其里面的电路。

所述温度传感器12可为多点传感器或PT100表面安装温度传感器，在本实施例中，所述温度传感器优选为PT100表面安装温度传感器，所述PT100表面安装温度传感器的优点为：

1、准确性高。在所有的温度计中，它的准确度最高，可以达到1Mk。

2、输出信号大，灵敏度高。PT100热电阻温度计的灵敏度比热电温度计(热电偶)高一个数量级。

3、测温范围广，稳定性能好。在振动小而适宜的环境下，可以在长时间内保持0.1℃以下的稳定性。

在所述出水口31与所述电池箱4连接的管路上设置有循环泵5，所述循环泵5提供循环流体通道的一个动力，引导该装置的整个循环水路，所述出水口31通过管路分别连接到所述电池箱一端的电磁阀上。

如图1所示，从进水口进来的是凉水，凉水经过加热液供应室内加热电阻丝的加热，热水从加热液供应室的出水口出来，从该出水口出去的即是指定温度的热水，热水流过内部布有保温水管的电池模组，再回到加热液供应室里，再重新加热，做下一个循环。

如图2所示，为电磁阀的开闭示意图，所述电磁阀可以为一组或多组，如果所述电磁阀为一组的话也可以正常工作，即实现单控（单独循环），这种设计可适宜不同温度需求，对局部温度变化可处理，不需要耗电，给所有的模组加热，节约能量，提高能量利用率。在本实施例中，所述电磁阀优选为两组电磁阀，即该装置中两个电池箱的两端分别各设有进口电磁阀、出口电磁阀。如图2所示，为循环流体通路的水流向图，从左到右依次为电磁阀的打开状态和闭合状态。所述电磁阀的设计可高效利用冷却液，选择性让循环液通过需要温度处理的模组，方便控制单个模组的冷却水路接通。

在本实施例中，整个系统有两种取供电方式，所述两种取供电方式的设计为了增加该装置的适应性。第一种方式：快充接口的低压电（利用GBT 20234中规定的20A低压电源供电）驱动，加热液供应室供电，这时DC-DC直流转换器不工作，完成高压上电，也可通过蓄电池充口从外界取电；第二种方式：在运行过程中，整个系统通过DC-DC直流转换器、蓄电池供电。

该装置工作有个前提条件，在电池在需要工作时，即在充电、放电的情况下才工作；电池充电时，是通过电解、游离、重新结合，使电能转化为化学能被储存在电池中；电池放电时，过程与充电相反，接通电源后，电池内的物质放电，在构成的回路上形成电流，使化学能转化为电能。

该装置的控制策略是：在快充接口插电并确认开始充电时，电池模组内部的温度传感器实时监测所述电池模组温度并将信号传递给BMS（电池管理系统），BMS会自动判定所有电池模组的温度，来决定是否启动加热模块，并决定打开哪一路电磁阀。当某一电池模组温度达到要求时，BMS会自动判定并关闭其相对的电磁阀；当所有电池模组温度都达到要求时，BMS会自动判定并关闭所有的电磁阀随之关闭加热装置。

在实际应用过程中，快充接口为电池包充电，即通过快充接口的A+针脚提供的24V低压电供电，使加热液供应室内的加热模块加热，当加热温度达到电池包适宜温度时，BMS会导通，这时启动循环泵，循环泵开始抽水，并同时打开每个电池箱上的电磁阀，循环泵将加热液供应室中的热水引入到电池箱当中，对电池包进行加热，电池包的外部通过相互贯通的进水管和出水管与用于储存冷却液的加热液供应室连通，以形成循环。这时BMS实时监测，通过BMS中的MCU运算比较，当监测到电池包内的温度不适宜时，通过控制电路发出指令，打开相应阀体，这时循环泵工作，加热模块工作。

电池包的适宜充电温度在1℃~50℃之间。在本实施例中，电池包的最适宜充电温度为30℃，当温度低于1℃或高于50℃时，均不适合电池包充电。因为锂离子动力电池在0℃以上充电效果基本能达到要求，所述BMS对电池包检测的正常值设置为不低于0℃。整组电池的放电口与充电口要随时保持清洁，防止接触点出现铜锈，造成接触不良发生过热而损坏。另外，在本实施例中，所述电池包的适宜温度是个变量，可根据不同厂家的需求作调控，在应用中适应性更高。

如果有某个电池模组达到相应温度，所有电池模组中仍有电池模组没有达到指定温度，这时，BMS下达命令，并关闭满足温度要求的电磁阀。如果所有电池模组温度都满足要求，BMS会自动判定并关闭所有的电磁阀并随之关闭加热模块，这时整个系统关闭，循环泵关闭，电磁阀关闭，加热模块关闭。整个稳态系统通过BMS以电池模组内温度传感器为依据操控加热液供应室的通断，达到电池包的温度稳态。

一种电动汽车电池包充电加热控制方法，其控制方法包括如下步骤：

S1：监测步骤，

所述电池模组内的温度传感器实时监测所述电池模组温度，所述BMS判断所述电池包内的温度是否能充电；

S2：判断步骤（1），

如所述BMS判断所述电池包内的温度能充电则充电；当需要充电的时候，所述加热液供应室可以通过蓄电池、DC-DC直流转换器或快充接口的低压电驱动进行取电；

S3：判断步骤（2），

当电池包内的温度低于或高于预定温度时，所述BMS判断所述电池包内的温度不适宜充电，则DC-DC直流转换器、蓄电池或快充接口给加热模块供电；

S4：控制步骤，

所述加热模块加热冷却液，冷却液达到指定加热温度，此时所述BMS通过控制电路发出指令，打开相应阀体，启动循环泵，水经过循环泵、循环流体管路和电磁阀进入到电池箱内，此时电池包内温度升高；

S5：逐一判断步骤，

当温度传感器监测电池包温度达到适宜充电温度时，BMS逐一判断每个电池包的温度，当某个电池包温度达到适宜温度关闭对应电磁阀；

S6：充电步骤，

所述BMS通过控制电路发出指令，关闭循环泵及相应的电磁阀，快充接口对电池包进行充电，即通过快充接口的A+针脚提供的24V低压电供电。

该充电加热控制方法利用加热液供应室产生的热能来对电池包进行加热，不会消耗电池电量，因此不会影响电动汽车的动力性和续航里程；BMS通过控制各电磁阀的开度来分配热量，控制方法简单。该方法可避免因电池包温度过低不能启动电动汽车，因此扩大了纯电动汽车的使用范围。

本发明有效缓解了电动汽车中电池包因为温度过低而导致充电过慢甚至无法充电的现象。该恒温系统结构紧凑，占用空间小，能够在大、中、小各类电动汽车上使用，工作效果好，操作方便、安全；加热稳定好，采用通用接口驱动加热的控制策略，系统通用性强。

本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1. 一种电动汽车电池包充电加热系统，包括电性连接的电池包（1）和BMS（2），所述BMS（2）与加热液供应室（3）内的加热模块（32）电性连接；其特征在于：所述加热液供应室上设置有出水口（33）和进水口（34），所述出水口（33）与所述进水口（34）通过管路连接电池箱（4）；所述电池包（1）设置在所述电池箱（4）内，所述电池箱的一端设置有进口电磁阀（41），另一端设置有出口电磁阀（42），所述加热液供应室（3）通过管路与所述电池箱（4）连接并形成循环流体通道；在所述出水口（33）与所述电池箱（4）连接的管路上设置有循环泵（5），所述循环泵（5）提供循环流体通道的动力；所述出水口（33）通过管路分别连接到所述电池箱一端的电磁阀上，所述电池包（1）内设置有电池模组（11），所述电池模组（11）内部布置有温度传感器（12），所述加热液供应室（3）通过驱动电源驱动，所述驱动电源包括快充接口（6）、DC-DC直流转换器（7）和蓄电池（8），所述DC-DC直流转换器（7）与所述加热液供应室（3）连接，将高压直流电转换为低压直流电，整个加热装置通过所述BMS（2）以所述温度传感器（12）为依据操控所述加热模块（32）的通断，达到所述电池包（1）的温度稳态；

所述温度传 感器（12）为PT100表面安装温度传感器；所述加热液 供应室（3）包括冷却液（31）、加热模块（32），所述加热模块（32）为防水加热电阻丝；所述BMS（2） 对所述电池模组（11）检测的正常值设置为不低于0°；所述进口电 磁阀（41）、所述出口电磁阀（42）可为一组或多组，方便控制所述电池模组（11）的冷却水路 接通；所述加热液供应室（3）上设有出水管和进水管，所述出水管和所述进水管外包覆有防止热量流失的隔热层；

所述加热系统的控制方法包括如下步骤： S1：监测步骤， 温度传感器实时监测电池模组的温度并将检测的信号传输给BMS； S2：第一判断步骤， 所述BMS判断电池包内的温度是否达到所述电池包的充电温度； S3：控制步骤， 当达到所述电池包的充电温度时，通过快充接口对所述电池包充电，所述BMS控制所述 加热模块加热，所述加热模块对加热液供应室内的液体进行加热，使所述加热液体达到适 宜温度后，所述BMS发出指令，打开相应电磁阀，启动循环泵，将所述加热液引入到电池箱 内，对所述电池包进行加热； S4：第二判断步骤， 所述温度传感器实时监测所述电池模组的温度并将检测的信号传输给所述BMS，当达到适宜温度时，所述BMS发出指令断开充电模块的供电以及关闭循环泵及相对应的电磁阀，通过快充接口对所述电池包充电；如果所述BMS判断所述电池包内的温度能充电则充电；当需要充电时，所述加热液供应室可以通过 蓄电池、DC-DC直流转换器或快充接口进行取电；当所述电池包内的温度低于或高于适宜充 电温度时，所述BMS判断所述电池包内的温度不适宜充电，则DC-DC直流转换器、蓄电池或快 充接口给加热模块供电；如果有某个所述电池模组达到适宜充电温度，所有电池模组中仍有电池模组没有达到适宜充电温 度，BMS发出指令并关闭满足温度要求的电磁阀；如果所有电池模组温度都满足要求，BMS 会自动判定并关闭所有的电磁阀并随之关闭加热模块，整个系统关闭，循环泵关闭，电磁阀 关闭，加热模块关闭。