CN105977580A - 一种锂离子电池短路加热系统 - Google Patents

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汪世伟
常乐
古伟鹏
陈红雨
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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池短路加热系统，包括放电功率单元和放电控制单元，所述放电功率单元包括功率元件、放电电阻、电池组模块，放电控制单元包括温度传感器、电流传感器、控制器、电源模块。本发明结构简单、设计合理，通过温度传感器检测锂电池周围环境温度、电流传感器检测功率元件输出端的放大电流的电流值，使控制器对功率元件进行实时控制，从而提高电池内部的温度控制精度，缩短电池的加热响应时间，提高了低温环境下电动汽车的使用性能和锂电池的使用寿命。

Description

一种锂离子电池短路加热系统
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，特别是涉及一种锂离子电池短路加热系统。
背景技术
电动汽车是利用车载储能电池通过电动机将电能转换为机械能的车辆。目前市场上的电动汽车使用的储能电池材料一般为锂电池。考虑到汽车需要在复杂的路况和环境条件下行驶，或者有些电子设备需要在较差的环境条件中使用，所以作为电动汽车或电子设备电源的电池就需要适应这些复杂的状况，尤其是当电动车或电子设备处于低温环境中时，更需要电池具有优异的低温充放电性能和较高的输出、输入功率性能。
一般而言，在低温条件下，锂离子电池充电过程中，锂离子的迁移速率减慢，难于嵌入负极中而相对较易从负极中脱出，从而造成锂金属沉积，这就是所谓的“锂枝晶”。沉积的锂与电解液发生还原反应，会形成新的固体电解质相界面膜（即SEI膜）覆盖在原理SEI膜上，随之电池的阻抗增大，极化增强，从而导致电池的容量急剧下降。而电池容量的急剧衰减极可能使电池内部发生短路，造成安全事故，且低温充放电也会直接影响电池的使用寿命。
为了避免锂枝晶的出现，并保持电池容量、增加电池的使用寿命，就需要对电池进行温度管理。目前在电池低温时使用的辅助加热方式有两种：一种是利用工业电源为加热器，为锂电池提供电能进行加热；另一种是利用电动车的车载电源为加热器，为锂电池提供电能进行加热，这种方法虽然可以在电池充放电时对电池进行加热，但会造成整车的续驶里程缩短的问题。这两种加热方式存在加热时间长、加热温度不便控制的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，设计出一种锂离子电池短路加热系统。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种锂离子电池短路加热系统，包括放电功率单元和放电控制单元，所述放电功率单元包括用于对电路中的电流进行放大的功率元件、用于限制放电电流最大值的放电电阻、电池组模块；
所述放电控制单元包括用于检测锂电池周围环境温度的温度传感器、用于检测功率元件输出端的放大电流的电流值的电流传感器、用于控制功率元件导通的控制器、为控制器供电的直流电源；
所述温度传感器和电流传感器的信号输出端分别连接控制器的信号输入端，控制器的信号输出端连接功率元件的信号输入端，功率元件的两个信号输出端分别与放电电阻和电池组模块的一端连接，放电电阻与电池组模块的另一端相连。
所述温度传感器为多个，电池组模块包括多个锂电池，每个锂电池的位置均设置有一个用于检测其周围环境温度的温度传感器。
所述放电电流最大值的范围为300A-350A。
所述功率元件为绝缘栅双极型晶体管。
所述功率元件Q2的基极与控制器的输出端口连接，集电极与放大电阻R12连接，发射极与电池组模块的一端连接且其连接点接地；所述电池组模块的另一端与放大电阻R12连接。
本发明的积极有益效果：本发明结构简单、设计合理，通过温度传感器检测锂电池周围环境温度、电流传感器检测功率元件输出端的放大电流的电流值，然后分别将温度信号和电流值信号传递给控制器，使控制器对功率元件进行实时控制，从而提高电池内部的温度控制精度，电池能够快速加热，加热响应时间短，提高了低温环境下电动汽车的使用性能和锂电池的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的系统原理框图
图2为本发明的系统电器连接图
图3为本发明放电控制单元的电器连接图
图4为本发明放电功率单元的电器连接图
图5为本发明的电路原理图
图6为本发明控制器的电路原理图
图中标号的具体含义为：1为电池组模块的接头、2为放电电阻、3为功率元件、4为控制器、5为温度传感器、6为电流传感器。
具体实施方式
下面结合附图具体说明本发明的具体实施方式。
参见图1、图2、图3、图4，本发明的锂离子电池短路加热系统，包括放电功率单元和放电控制单元，所述放电功率单元包括功率元件3、放电电阻2、电池组模块1，放电控制单元包括温度传感器5、电流传感器6、控制器4、直流电源，直流电源为控制器供电。
温度传感器5用于检测锂电池的周围环境温度，并将温度信号转换为电信号传递给控制器4。所述温度传感器5为多个，电池组模块1包括多个锂电池，每个锂电池的位置均设置有一个用于检测其周围环境温度的温度传感器5。
控制器4用于控制功率元件3的导通，其输出端口与功率元件3连接。功率元件3用于对电路中的电流进行放大，其两个信号输出端分别与放电电阻2和电池组模块1的一端连接，放电电阻2与电池组模块1的另一端相连。放电电阻2用于限制放电电流最大值，所述放电电流最大值的范围为300A-350A。电流传感器6用于检测功率元件3输出端的放大电流的电流值，并将其检测的电流值信号转换为电信号传递给控制器4。
本申请采用的功率元件3为绝缘栅双极型晶体管。
参见图5，图中TH1为温度传感器，A1为电流传感器，Q2为功率元件，BT1为锂电池组，R12为放电电阻，图6为本发明控制器的电路原理图。温度传感器TH1检测锂电池的周围环境温度，其一端接地，另一端连接芯片U3的IN1+引脚，温度信号通过芯片U3传递给单片机U2。电流传感器A1检测功率元件Q2集电极端的放大电流的电流值，其一端接地，另一端连接芯片U3的IN2+引脚，电流信号通过芯片U3传递给单片机U2。
图6中三极管Q1的集电极与电阻R6的连接点为控制器的信号输出端，控制器的信号输出端与功率元件Q2的基极连接，功率元件Q2的集电极与放电电阻R12连接，放电电阻R12的另一端连接锂电池组BT1；功率元件Q2的发射极连接锂电池组BT1的另一端，其连接点接地。
当温度传感器检测到周围环境温度低于0℃时，控制器控制功率元件Q2导通，集电极与放大电阻R12连接，发射极与锂电池组的一端连接且其连接点接地；所述电池组模块的另一端与放大电阻R12连接。
当周围环境温度较低时，锂电池的内阻很大，温度传感器会将检测的温度信号转换为电信号传递给控制器，控制器输出高电平，使功率元件Q2导通，功率元件Q2对电路中的电路进行放大，大电流使电池温度快速升高，电池快速加热，从而缩短电池的加热时间。同时电流传感器实时检测功率元件Q2集电极端的放大电流的电流值，并将其检测的电流信号传递给控制信号，当放大电流的电流值超过设定值时，控制器输出低电平，使功率元件Q2不导通，停止对电路中电流的放大。放电电阻始终将功率元件Q2集电极端的放大电流的最大值控制在300A-350A的范围内。
本发明结构简单、设计合理，通过温度传感器检测锂电池周围环境温度、电流传感器检测功率元件输出端的放大电流的电流值，然后分别将温度信号和电流值信号传递给控制器，使控制器对功率元件进行实时控制，从而提高电池内部的温度控制精度，电池能够快速加热，加热响应时间短，提高了低温环境下电动汽车的使用性能和锂电池的使用寿命。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (5)

1. 一种锂离子电池短路加热系统,其特征是：包括放电功率单元和放电控制单元，
所述放电功率单元包括用于对电路中的电流进行放大的功率元件、用于限制放电电流最大值的放电电阻、电池组模块；
所述放电控制单元包括用于检测锂电池周围环境温度的温度传感器、用于检测功率元件输出端的放大电流的电流值的电流传感器、用于控制功率元件导通的控制器、为控制器供电的直流电源；
所述温度传感器和电流传感器的信号输出端分别连接控制器的信号输入端，控制器的信号输出端连接功率元件的信号输入端，功率元件的两个信号输出端分别与放电电阻和电池组模块的一端连接，放电电阻与电池组模块的另一端相连。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池短路加热系统，其特征是：所述温度传感器为多个，电池组模块包括多个锂电池，每个锂电池的位置均设置有一个用于检测其周围环境温度的温度传感器。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池短路加热系统，其特征是：所述放电电流最大值的范围为300A-350A。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池短路加热系统，其特征是：所述功率元件为绝缘栅双极型晶体管。
5.根据权利要求4所述的锂离子电池短路加热系统，其特征是：所述功率元件Q2的基极与控制器的输出端口连接，集电极与放大电阻R12连接，发射极与电池组模块的一端连接且其连接点接地；所述电池组模块的另一端与放大电阻R12连接。
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