CN105576323A - 一种电池系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池系统，包括：电池模组，包括电芯和外壳；发热模组，与电芯接触；温度采集模组，与电芯接触，用于采集电芯的温度；控制单元，分别与发热模组和温度采集模组连接，用于在电芯启动前，控制发热模组对电芯进行加热，并同步从温度采集模组获取电芯的温度，且在电芯的温度大于或等于第一预设温度时，控制发热模组停止对电芯进行加热。通过以上方式，本发明可保证电池能在低温环境下正常使用，且成本较低，使用较为方便。

Description

一种电池系统

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别是涉及一种电池系统。

背景技术

智能电池也称作SBS(SmartBatterySystem，智能电池系统)，它是现代电源技术的分支和重要组成部分。智能电池利用内部电子线路来测量、计算和存储电池数据，它使电源的使用和管理更加可预测。

对于电池来说，在低温环境下，电池内阻较大，影响电池性能。在低温环境下，使用锂电池的电动汽车会出现无法启动的现象，更有甚者，使用锂电池的电动无人机会发生坠机的现象，而有些型号的锂电池甚至直接不建议在低温环境下使用。

目前，现有技术解决上述技术问题较常用的方式是在使用电池前采用诸如空调、保温膜等外部设备对电池进行保温，当电池的温度达到适宜使用的温度时再使用电池。但，由于外部设备实现成本较高会造成成本的升高，且使用较为不方便。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种电池系统，可以保证电池能在低温环境下正常使用，并能解决成本较高和使用不方便的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种电池系统，包括：电池模组，包括电芯；发热模组，与电芯接触；温度采集模组，与电芯接触，用于采集电芯的温度；控制单元，分别与发热模组和温度采集模组连接，用于在电芯启动前，控制发热模组对电芯进行加热，并同步从温度采集模组获取电芯的温度，且在电芯的温度大于或等于第一预设温度时，控制发热模组停止对电芯进行加热。

其中，第一预设温度为5℃。

其中，电池模组包括多个电芯，发热模组分别与多个电芯接触，温度采集模组分别与多个电芯接触。

其中，电池系统还包括外部输入接口，外部输入接口与控制单元连接，用于根据用户输入产生触发信号并发送至控制单元，控制单元响应触发信号控制发热模组对电芯进行加热。

其中，电池系统还包括异常保护单元，异常保护单元与控制单元连接，用于检测发热模组的输入电流，且在输入电流大于预设电流阈值时，发送异常信号至控制单元，以使得控制单元根据异常信号控制发热模组停止对电芯进行加热。

其中，电池系统还包括与控制单元连接的通信模组，通信模组还与外部设备连接，在控制单元接收到异常信号时，控制单元产生异常信息并通过通信模组发送至外部设备。

其中，发热模组包括发热元件和加热电路，发热元件与电芯之间建立有导热通道，加热电路用于提供电流至发热元件，以控制发热元件发热。

其中，发热元件为包裹加热丝的FPC软板，并且，FPC软板：包裹电芯的全部或部分外表面；或内嵌于任意两个电芯之间。

其中，发热元件为加热片或发热电阻，并且，加热片或发热电阻：与电芯的全部或部分外表面贴合；或内嵌于任意两个电芯之间。

其中，温度采集模组包括温度传感器和第一模数转换器，温度传感器设置在电芯的外表面，第一模数转换器获取温度传感器采集的代表温度的电压信号、将电压信号转换为数字信号并发送至控制单元。

基于以上技术方案，本发明实施例提供的电池系统通过在电芯启动前，控制发热模组对电芯进行加热，并同步从温度采集模组获取电芯的温度，且在电芯的温度大于或等于第一预设温度时，控制发热模组停止对电芯进行加热，故可将电芯启动前将其温度加热至在适合工作的温度范围内，因此可保证电池能在低温环境下正常使用，同时由于本发明仅需在现有技术的智能电池系统的基础上增设发热模组和温度采集模组并实现智能化控制，因此成本较低，且使用较为方便。

附图说明

图1是根据本发明实施例的电池系统的电路结构示意图；

图2是根据本发明实施例的加热模组的电路结构示意图；

图3是根据本发明实施例的温度采集模组的电路结构示意图；

图4是根据本发明实施例的异常保护单元和发热模组的电路结构示意图；

图5是根据本发明实施例的电池的总体结构示意图；

图6是根据本发明实施例的电池的分解图；

图7示出根据本发明实施例的电芯与发热元件的连接方式。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

值得注意的是，本发明实施例中所提及的电池优选为锂电池。当然，本发明同样适用于铁电池、镍氢电池、锂电池、锂聚合电池、铅酸电池，本发明对以上电池同样适用。

首先请参见图1，图1是根据本发明实施例的电池系统的电路结构示意图。如图1所示，电池系统包括电池模组10、发热模组30、温度采集模组40以及控制单元20。

具体而言，电池模组10包括多个电芯101、102、103……104和外壳11。发热模组30分别与多个电芯101、102、103……104接触。温度采集模组40同样分别与多个电芯101、102、103……104接触，用于采集每一电芯的温度。控制单元20分别与发热模组30和温度采集模组40连接，在多个电芯101、102、103……104启动前，控制单元20控制发热模组30对多个电芯101、102、103……104进行加热，并同步从温度采集模组40获取多个电芯101、102、103……104的温度，且在多个电芯101、102、103……104的温度大于或等于第一预设温度时，控制发热模组30停止对多个电芯101、102、103……104进行加热。

并请继续参见图1，如图1所示，电池系统还包括外部输入接口50，外部输入接口50与控制单元20连接，用于根据用户输入产生触发信号并发送至控制单元20，控制单元20响应触发信号控制发热模组30对电芯进行加热。

举例而言，外部输入接口50具体可为按键、开关、无线信号接收器。

并且，电池系统还包括异常保护单元70，异常保护单元70与控制单元20连接，用于检测发热模组30的输入电流，且在输入电流大于预设电流阈值时，发送异常信号至控制单元20，以使得控制单元20根据异常信号控制发热模组30停止对电芯进行加热。

进一步，电池系统还包括与控制单元20连接的通信模组60，通信模组60还与外部设备连接，在控制单元20接收到异常信号时，控制单元20产生异常信息并通过通信模组60发送至外部设备。举例而言，通信模组60可以为串行或并行通信模块，具体可采用SPI、I2C或其他现有的总线协议进行通信。

请参见图2，图2是根据本发明实施例的发热模组30的电路结构示意图。如图2所示，发热模组30包括包裹加热丝3021……3024的FPC软板(图2未绘示，于下文详细介绍)和加热电路301，每一FPC软板分别包裹在对应一电芯的外表面，加热电路301用于提供电流至加热丝3021……3024，以控制其发热。

可选地，也可以用电阻代替加热丝，以实现与加热丝类似的加热功能。

请参见图3，图3是根据本发明实施例的温度采集模组40的电路结构示意图。如图3所示，温度采集模组40具体包括温度传感器41……44和第一模数转换器42，每一温度传感器设置在对应电芯的外表面，第一模数转换器42分别获取温度传感器41……44采集的代表各自电芯的温度的电压信号、并将电压信号转换为数字信号并发送至控制单元20。

值得注意的是，在本实施例中，电芯的数量是多个，但在本发明的可选实施例中，电芯的数量可以只是1个，在电芯的数量为1个时，同样可以通过上文所揭示的方式对单个电芯进行预热。

优选地，上述第一预设温度为5℃。

进一步地，基于图1所示的架构，在本实施例中，当多个电芯101、102、103……104启动之后，更可在多个电芯101、102、103……104之间的实现温度均衡。具体可参见下文所述：

在多个电芯101、102、103……104处于充电或放电状态时，控制单元20可设置为定期从温度采集模组40获取每一电芯的温度，在多个电芯101、102、103……104中任意二者的温度差大于或等于预设上限阈值、且多个电芯101、102、103……104中任意二者中的温度较高者的温度小于或等于第二预设温度时，控制单元20控制发热模组30对多个电芯101、102、103……104中任意二者中的温度较低者进行加热直至温度差小于或等于预设下限阈值，其中预设上限阈值大于预设下限阈值。

优选地，预设上限阈值为10℃，第二预设温度为35℃，预设下限阈值为5℃。

为了进一步清楚说明，请参见图4，图4是根据本发明实施例的异常保护单元和发热模组的电路结构示意图。

如图4所示，发热模组包括两组发热丝，其加热电路如图4所示，其中第一组发热丝为并联设置的发热丝802、803、804、805，第二组发热丝为并联设置的发热丝802’、803’、804’、805’，第一组发热丝包裹于第一FPC软板中，该第一FPC软板用于包裹第一电芯，第二组发热丝包裹于第二FPC软板中，该第二FPC软板用于包裹第二电芯，恒定电压源VCC分别施加于两组发热丝之上，控制单元20通过限流电阻807和分压电阻808控制开关三极管809之通断，从而控制第一组发热丝进行发热或停止发热，控制单元20通过限流电阻807’和分压电阻808’控制开关三极管809’之通断，从而控制第二组发热丝进行发热或停止发热。

并请继续参见图4，如图4所示，异常保护单元包括：

采样电阻组806，包括多个并联的电阻(图中示出2个，但本发明也包括大于2个的情况)，用于将工作中的加热丝使用的总电流转换为电压；

第二模数转换器801，设置在采样电阻组806的一端与另一端之间，以采集两点间的电压，并将该电压转换为数字信号的电压数值。

控制单元20也可实现异常保护单元的部分功能，具体而言，控制单元20将该电压数值与一预设数值作比较，在该电压数值大于预设数值时，判断发热模组的输入电流大于预设电流阈值，此时控制单元20发送高电平至三极管809及三极管809’使得两组加热丝停止工作，从而实现控制发热模组停止对所有电芯进行加热。

值得注意的是，本实施例中，为了便于说明，仅用两组加热丝进行说明，但，本领域技术人员应该理解到，在本发明的可替代实施例中，也应包括使用一组、三组或以上发热丝的情况。

并且，在图4所示电路中，采用了包括多个并联的电阻的采样电阻组806，其通过多个电阻并联的连接方式，可减小流经单一电阻的电流值，从而降低发热量，避免该部分电路发热过于严重的情况发生。

进一步地，异常保护电路还包括保险丝，如图4所示，保险丝821与第一组发热丝串联，在第一组发热丝电流过大时，自动熔断从而对电芯及本电路进行过热保护。

同理，保险丝821’与第二组发热丝串联，以实现与发热丝821类似之功能。

以下请进一步参见图5和图6，其中图5是根据本发明实施例的电池的总体结构示意图，图6是根据本发明实施例的电池的分解图。

如图5和图6所示，本发明的电池包括电芯101和电芯102，FPC软板810包裹在电芯101和电芯102的外表面，并且FPC软板810分别包裹上述的第一组加热丝和第二组加热丝。

值得注意的是，FPC软板810可包裹电芯的全部或部分外表面或内嵌于任意两个所述电芯之间。

在图5和图6中，具体揭示了由FPC软板和加热丝实现发热元件功能的一种优选实施方式，请参见图7，图7示出根据本发明实施例的电芯与发热元件的连接方式。如图7所示，本发明的发热元件901与电芯101建立导热通道，发热元件901不应仅限于FPC软板和加热丝，凡与电芯之间建立有导热通道，且通过加热电路提供的电流进行发热的所有发热元件也应在本发明保护范围之内。

举例而言，发热元件也可为加热片或发热电阻，并且，所述加热片或所述发热电阻可与所述电芯的全部或部分外表面贴合，或内嵌于任意两个所述电芯之间。

值得注意的是，温度传感器(未绘示)可分别设置于电芯101和102的外表面，每一电芯对应的温度传感器的数量不限，可根据实际需要设置。

因此，在本实施例中，通过上述设置，更可解决在电池工作过程中电芯单体的温度不一致的问题，使得多个电芯保持温度一致性，进而提高电池的性能，并进一步提高电池荷电状态(SOC，stateofcharge)的准确性，进而实现多个电芯之间的温度均衡。

综上，本发明揭示的电池系统通过在电芯启动前，控制发热模组对电芯进行加热，并同步从温度采集模组获取电芯的温度，且在电芯的温度大于或等于第一预设温度时，控制发热模组停止对电芯进行加热，故可将电芯启动前将其温度加热至在适合工作的温度范围内，因此可保证电池能在低温环境下进行预热，从而能够在低温下正常使用，同时由于本发明仅需在现有技术的智能电池系统的基础上增设发热模组和温度采集模组并实现智能化控制，因此成本较低，且使用较为方便。

并且，在设置有多个电芯时，本发明更可实现多个电芯之间的温度均衡，从而提高电芯的一致性，以增强电池系统的整体性能。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种电池系统，其特征在于，包括：

电池模组，包括电芯；

发热模组，与所述电芯接触；

温度采集模组，与所述电芯接触，用于采集所述电芯的温度；

控制单元，分别与所述发热模组和所述温度采集模组连接，用于在所述电芯启动前，控制所述发热模组对所述电芯进行加热，并同步从所述温度采集模组获取所述电芯的温度，且在所述电芯的温度大于或等于第一预设温度时，控制所述发热模组停止对所述电芯进行加热。

2.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，所述第一预设温度为5℃。

3.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，所述电池模组包括多个电芯，所述发热模组分别与所述多个电芯接触，所述温度采集模组分别与所述多个电芯接触。

4.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，所述电池系统还包括外部输入接口，所述外部输入接口与所述控制单元连接，用于根据用户输入产生触发信号并发送至所述控制单元，所述控制单元响应所述触发信号控制所述发热模组对所述电芯进行加热。

5.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，所述电池系统还包括异常保护单元，所述异常保护单元与所述控制单元连接，用于检测所述发热模组的输入电流，且在所述输入电流大于预设电流阈值时，发送异常信号至所述控制单元，以使得所述控制单元根据所述异常信号控制所述发热模组停止对所述电芯进行加热。

6.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，所述电池系统还包括与所述控制单元连接的通信模组，所述通信模组还与外部设备连接，在所述控制单元接收到所述异常信号时，所述控制单元产生异常信息并通过所述通信模组发送至所述外部设备。

7.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，所述发热模组包括发热元件和加热电路，所述发热元件与所述电芯之间建立有导热通道，所述加热电路用于提供电流至所述发热元件，以控制所述发热元件发热。

8.根据权利要求7所述的电池系统，其特征在于，所述发热元件为包裹加热丝的FPC软板，并且，所述FPC软板：

包裹所述电芯的全部或部分外表面；

或内嵌于任意两个所述电芯之间。

9.根据权利要求7所述的电池系统，其特征在于，所述发热元件为加热片或发热电阻，并且，所述加热片或所述发热电阻：

与所述电芯的全部或部分外表面贴合；

或内嵌于任意两个所述电芯之间。

10.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，所述温度采集模组包括温度传感器和第一模数转换器，所述温度传感器设置在所述电芯的外表面，所述第一模数转换器获取所述温度传感器采集的代表所述温度的电压信号、将所述电压信号转换为数字信号并发送至所述控制单元。