CN106374168B - 一种加热装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种加热方法，涉及电芯加热技术领域，能够通过电芯自身的脉冲放电实现电芯加热。该方法适用于一种加热装置，所述加热装置包括：单体电芯、温度传感器、监控单元以及放电控制器。所述方法包括：所述温度传感器采集所述单体电芯的温度信息；所述监控单元根据所述温度信息，输出放电控制信号；所述放电控制器根据所述放电控制信号，启动放电操作，以控制所述单体电芯的放电状态。本发明实施例提供的技术方案适用于电芯加热过程中。

Description

一种加热装置及方法
【技术领域】
本发明涉及电芯加热技术领域，尤其涉及一种加热装置及方法。
【背景技术】
能源紧缺和环境污染的双重压力推动了电动汽车的快速发展。目前电动汽车使用的动力电池一般为锂电子电池，锂电子电池具有绿色环保、功率密度高、寿命长、充放电倍率高等优点。然而在低温环境下，电动汽车的电池在动力学性能较差，阻抗成倍增加，充放电容量大幅下降，放电能力减弱，存在放不出电或者需要较长预热时间的问题，并且存在一定的安全隐患。这些严重损害了电动汽车的使用寿命、续航里程和安全性。
目前现有的电池加热技术一般是通过外置加热器对电芯进行加热，有PTC(Positive Temperature Coefficient)热敏电阻加热、热风机加热、液体加热等方式。一般先控制加热器，将加热器周围温度升高，然后经过接触传导、空气对流或液体传热等途径对电芯进行加热。
在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：
通过外置加热器对电芯进行加热，需要先对加热器进行加热，再间接加热电芯，不管是哪种方式，都存在产热速度慢、加热效率低的问题。
【发明内容】
有鉴于此，本发明实施例提供了一种加热装置及方法，通过对电芯进行高频脉冲放电，使电芯快速自加热。
一方面，本发明实施例提供了一种加热装置，所述装置包括：
单体电芯，被加热的主体；
温度传感器，用于采集所述单体电芯的温度信息；
监控单元，用于根据所述温度信息，输出放电控制信号；
放电控制器，与所述单体电芯处于同一回路中，用于根据所述输出放电控制信号，启动放电操作。
另一方面，本发明实施例提供了一种加热方法，适用于上述装置，所述方法包括：
所述温度传感器采集所述单体电芯的温度信息；
所述监控单元根据所述温度信息，输出放电控制信号；
所述放电控制器根据所述放电控制信号，启动放电操作，以控制所述单体电芯的放电状态。
本发明实施例提供了一种加热装置及方法，通过控制脉冲放电控制器控制电路的放电状态，对电芯进行高频脉冲放电，使得电芯实现快速自加热，产热速度快、加热效率高，并且通过对电芯进行高频脉冲放电的方式对电芯进行快速自加热不需要加热器，设计成本低、安全性能好。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例提供的一种加热装置的组成结构图；
图2是本发明实施例提供的一种脉冲放电形式示意图；
图3是本发明实施例提供的一种加热方法流程图；
图4是本发明实施例提供的另一种加热方法流程图；
图5是本发明实施例提供的另一种加热方法流程图；
图6是本发明实施例提供的另一种加热方法流程图；
图7是本发明实施例提供的另一种加热装置的组成结构图；
图8是本发明实施例提供的另一种加热方法流程图。
【具体实施方式】
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本发明实施例提供了一种加热装置，适用于电芯加热过程中，如图1所示，所述装置包括：
单体电芯11、温度传感器12、监控单元13以及放电控制器14。
其中，所述放电控制器14与所述单体电芯11处于同一回路中，所述监控单元13连接于所述单体电芯11的正负极，所述温度传感器12连接于所述监控单元13。
其中，所述温度传感器12可以选择直接连接于所述单体电芯11，也可以选择无线传输的方式获取所述单体电芯11的温度。
其中，所述监控单元13可以选择直接连接于所述放电控制器14，也可以选择通过无线传输方式进行通信。
单体电芯11，被加热的主体。
温度传感器12，用于采集所述单体电芯的温度信息。
监控单元13，指的是通过输出所述放电控制信号对放电控制器14进行控制的单元，可以根据所述温度信息，输出放电控制信号。
放电控制器14，可执行所述监控单元13放电控制指令的放电控制器件，根据所述输出放电控制信号，启动放电操作，以控制所述单体电芯11的放电状态。
可选的是，为了调节所述回路的电流，所述放电控制器14包括至少一个变阻器，通过调节变阻器的阻值大小，从而调节这个放电电路的阻值，进而在输出电压稳定的情况下，调节放电电流。
可选的是，所述放电控制器14一般推荐为脉冲放电控制器，即对所述单体电芯11进行脉冲式放电控制，其中一种脉冲放电形式如图2所示的示例。
本发明实施例提供了一种加热装置，通过控制脉冲放电控制器控制电路的放电状态，对电芯进行高频脉冲放电，使电芯快速自加热。这种加热装置产热速度快、加热效率高，并且通过对电芯进行高频脉冲放电的方式对电芯进行加热不需要加热器，设计成本低、安全性能好。
基于前述结构，本发明实施例提供了一种加热方法，如图3所示，所述方法包括：
101、所述温度传感器采集所述单体电芯的温度信息。
102、所述监控单元根据所述温度信息，输出放电控制信号。
103、所述放电控制器根据所述放电控制信号，启动放电操作，以控制所述单体电芯的放电状态。
本发明实施例提供了一种加热方法，通过控制脉冲放电控制器控制电路的放电状态，对电芯进行高频脉冲放电，使得电芯快速自加热。这种加热方式产热速度快、加热效率高，并且通过对电芯进行高频脉冲放电的方式对电芯进行加热不需要加热器，设计成本低、安全性能好。
进一步来说，结合前述方法流程，在本发明实施例的另一种可能的实现方式中，针对步骤102，根据所述温度信息，输出放电控制信号的实现提供了以下具体流程，如图4所示，包括：
1021、当所述温度信息满足预设温度范围时，所述监控单元输出放电启动信号。
其中，所述预设温度范围指的是所述单体电芯温度低于电芯正常工作的最低温度。因此，当温度信息不满足预设温度范围时，可以理解为所述单体电芯处于正常工作温度，暂时不需要进行加热。
进一步来说，结合前述方法流程，在本发明实施例的另一种可能的实现方式中，针对步骤102，本发明实施例还提供了以下流程，如图5所示，具体为：
1022、所述监控单元按照预设频率输出放电启动信号。
其中，所述预设频率指的是可以实现所述单体电芯快速加热的放电频率，如图2所示一个放电周期，预设频率为其倒数。
可选的是，为了对所述单体电芯状态进行实时监测，所述监控单元13还用于采集所述单体电芯11的正负极电压。
可选的是，为了保证自加热的可靠性，所述监控单元13还用于根据所述单体电芯11的正负极电压，输出所述放电控制信号。
为了保证自加热的可靠性，避免加热过程中所述单体电芯的正负极电压差过小时影响其正常工作，因此需要根据所述单体电芯的正负极电压控制放电过程。基于该目的，本发明实施例还提供了以下流程，执行在步骤102之前，如图6所示，具体为：
104、所述监控单元采集所述单体电芯的正负极电压。
此时，步骤102的具体执行方法如以下步骤1023，包括：
1023、当所述单体电芯的正负极电压差不小于电压差阈值，且所述温度信息满足预设温度范围时，所述监控单元输出放电启动信号。
其中，所述电压差阈值指的是预设的满足所述单体电芯正常工作的电压差。
为了对所述回路电流进行监控，所述装置还包括电流监控器15，该装置结构如图7所示，所述电流监控器15处于所述回路中，所述电流监控器15的一个端口外接所述监控单元13。
所述电流监控器15的主要功能用于采集所述回路的电流。
可选的是，为了保证自加热的安全性，所述监控单元13还用于根据所述回路的电流，输出所述放电控制信号。
为了保证自加热的安全性，避免加热过程中所述回路的电流过大时造成对所述单体电芯的损坏，因此，需要根据所述回路的电流控制放电过程。基于该目的，本发明实施例依托于具有电流监控器15的装置结构，还提供了以下流程，执行在步骤102之前，如图8所示，具体为：
105、所述电流监控器采集所述放电控制器和所述单体电芯所在回路内的电流，并将采集到的电流信息传输至所述监控单元。
此时，步骤102的具体执行方法如以下步骤1024，包括：
1024、当所述回路内的电流不大于电流阈值，且所述温度信息满足预设温度范围时，所述监控单元输出放电启动信号。
其中，所述电流阈值指的是所述单体电芯自加热过程中，所述回路中不造成所述单体电芯损坏的最大电流。
本发明实施例提供了一种加热装置及方法，通过控制脉冲放电控制器控制电路的放电状态，对电芯进行高频脉冲放电，使得电芯快速自加热。这种加热方式产热速度快、加热效率高；并且通过对电芯进行高频脉冲放电的方式对电芯进行快速加热不需要加热器，设计成本低；添加电流和电压监控控制电芯放电状态，安全性能好。
为了更好的理解本技术方案，本发明实施例以脉冲放电的方式实现电动车中的单体电芯加热为例提供了更加具体的实施方式，需要说明的本发明实施例适用但不限于以下实施方式，具体包括以下步骤：
步骤1、电动车电源开启，单体电芯加热装置开启脉冲放电步骤。
步骤2、温度传感器将单体电芯温度信息反馈给监控单元；监控单元采集单体电芯的正负极电压；电流监控器将回路电流信息反馈给监控单元。
步骤3、监控单元检测单体电芯温度是否满足预设温度范围、单体电芯电压差是否达到电压差阈值以及回路电流是否达到电流阈值。
步骤4、监控单元根据步骤3的检测结果控制脉冲放电控制器的运行。
当温度传感器反馈的单体电芯温度满足预设温度范围，并且单体电芯电压差不小于电压差阈值，回路电流不大于电流阈值时，执行步骤41。
步骤41、监控单元按设定的脉冲放电频率启动脉冲放电控制器，对单体电芯进行高频率脉冲放电。
当不满足执行步骤41的任意一个条件时，执行步骤42。
步骤42、监控单元停止脉冲放电步骤。
在本实施例中，执行步骤41，具体设置参数如下。
每次脉冲放电的时间t1设置为0.1s，每次静置的时间t2设置为1s，则一个脉冲放电的周期T＝t1+t2为1.1s，脉冲放电频率1/T为1/1.1Hz。
本实施例，被加热的单体电芯在加热之前温度为-30℃，使用三个不同放电时长对单体电芯进行脉冲放电自加热，单体电芯的温度变化结果列于下表。
放电时间t1/s 静置时间t2/s 放电时长t/s 初始温度T/℃ 最终温度T/℃ 上升温度T/℃
0.1 1 7 -30 -20 10
0.1 1 12 -30 -10 20
0.1 1 15 -30 0 30
本次试验在低温环境下进行，电芯的加热速率远远高于现有的热管理系统，具有非常大的潜在应用前景。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (2)

1.一种加热装置，其特征在于，所述装置包括：
单体电芯，被加热的主体；
温度传感器，用于采集所述单体电芯的温度信息；
监控单元，用于根据所述温度信息，输出放电控制信号；
放电控制器，为脉冲放电控制器，与所述单体电芯处于同一回路中，用于根据所述输出放电控制信号，启动放电操作；
所述监控单元，还用于采集所述单体电芯的正负极电压，并根据所述单体电芯的正负极电压，输出所述放电控制信号；
所述放电控制器包括至少一个变阻器，用于调节所述回路的放电电流；
所述装置还包括电流监控器，用于采集所述回路的电流；
所述监控单元还用于根据所述回路的电流，输出所述放电控制信号；
所述监控单元，具体用于当所述温度传感器反馈的所述单体电芯的温度满足预设温度范围，并且所述单体电芯的正负极电压差不小于电压差阈值，所述回路的电流不大于电流阈值时，按设定的脉冲放电频率启动所述放电控制器，对所述单体电芯进行高频率脉冲放电。
2.一种加热方法，其特征在于，适用于一种加热装置，所述加热装置包括：单体电芯、温度传感器、监控单元以及与所述单体电芯处于同一回路中的放电控制器，所述放电控制器为脉冲放电控制器；
所述温度传感器采集所述单体电芯的温度信息；
所述监控单元根据所述温度信息，输出放电控制信号；
所述放电控制器根据所述放电控制信号，启动放电操作，以控制所述单体电芯的放电状态；
所述根据所述温度信息，输出放电控制信号之前还包括：所述监控单元采集所述单体电芯的正负极电压；
所述放电控制器包括至少一个变阻器，所述方法还包括：调节所述变阻器的阻值大小，以调节所述回路的放电电流；
所述加热装置还包括电流监控器，所述方法还包括：
所述电流监控器采集所述放电控制器和所述单体电芯所在回路内的电流，并将采集到的电流信息传输至所述监控单元；
所述根据所述温度信息，输出放电控制信号包括：
当所述单体电芯的温度信息满足预设温度范围，所述单体电芯的正负极电压差不小于电压差阈值，且所述回路内的电流不大于电流阈值时，所述监控单元输出放电控制信号；
所述监控单元输出放电控制信号包括：
所述监控单元按设定的脉冲放电频率启动所述放电控制器，对所述单体电芯进行高频率脉冲放电。
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