CN106785233B - 电池结构的加热控制方法、加热控制装置以及电池系统 - Google Patents

电池结构的加热控制方法、加热控制装置以及电池系统 Download PDF

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Abstract

本申请涉及电池结构的加热控制方法、加热控制装置以及电池系统。该加热控制方法包括以下步骤:S10,检测所述电池结构的温度值T;S20,判断所述温度值T是否满足第一加热条件,如果是,进入步骤S30;S30,控制所述电池结构的正极端子和负极端子短接,以通过短接电流产生的热量加热所述电池结构。当电池结构的温度值T满足第一加热条件时,控制电池结构的正极端子和负极端子短接,正极端子与负极端子短接,相当于正极片与负极片短接,此时,短路电流产生的热量迅速在电池结构内散发,从而使得电池结构快速被加热,缓解了现有技术中采用热传导的方式导致电池结构内部与外部温差大的现象。

Description

电池结构的加热控制方法、加热控制装置以及电池系统

技术领域

本申请涉及电池加热技术领域,尤其涉及一种电池结构的加热控制方法、加热控制装置以及电池系统。

背景技术

在低温条件下,电池容易出现极化和内阻增大的现象,导致低温下电池组的放电能力不足,并且,在低温下,电池充电时容易发生析锂反应,导致电池的安全性降低。因此,在低温环境下,需要对电池组进行加热。

相关技术中,通常采用外部加热装置进行加热,例如,将加热膜外贴于电池或者电池组的外表面,通过加热膜自身发热进而将热量传导给电池或者电池组。又如,电池组内安装水循环系统,首先对水循环系统中的水进行加热,然后利用加热后的水对电池组加热。

上面两种加热的方式均通过热量传导的方式对电池或电池组进行加热,加热速率低,导致加热后电池内部与外部温差较大。

发明内容

本申请实施例提供了一种电池单体的加热控制方法、电池组的加热控制方法以及电池系统,可以减小电池内部与外部的温差。

本申请的第一方面提供了一种电池结构的加热控制方法,包括以下步骤:

S10,检测所述电池结构的温度值T;

S20,判断所述温度值T是否满足第一加热条件,如果是,进入步骤S30;

S30,控制所述电池结构的正极端子和负极端子短接,以通过短接电流产生的热量加热所述电池结构。

优选的,所述第一加热条件为:所述温度值T小于第一预设温度值T1,所述第一预设温度值T1小于温度上限值T0

优选的,还包括以下步骤:

S35,检测所述电池结构的正极端子与负极端子短接时的电压值V,

S40,判断所述温度值T是否满足第二加热条件,如果是,进入步骤S50;

S50,采用外部加热装置加热所述电池结构。

优选的,所述第二加热条件为:所述温度值T大于或等于所述第一预设温度值T1且小于所述温度上限值T0,或者,所述电压值V小于或等于预设电压值V0

优选的,所述采用外部加热装置加热所述电池结构具体为,加热与所述电池结构接触的相变材料,以通过所述相变材料加热所述电池结构。

优选的,所述步骤S50之后还包括以下步骤:

S60,检测所述相变材料的温度值T2

S70,当所述相变材料的温度值T2大于所述相变温度值T3,或者所述相变材料的温度值T2大于所述温度上限值T0时,停止加热所述电池结构。

本申请的第二方面提供了一种加热控制装置,应用于上述任一项所述的加热控制方法,包括:

第一检测单元,所述第一检测单元用于检测所述电池结构的温度值T;

第一判断单元,所述第一判断单元用于判断所述温度值T是否满足第一加热条件;

第一控制单元,所述第一控制单元在所述温度值T满足所述第一加热条件时控制所述电池结构的正极端子和负极端子短接,以通过短接电流产生的热量加热所述电池结构。

优选的,还包括:

第二检测单元,所述第二检测单元用于检测所述电池结构的正极端子与负极端子短接时的电压值V,

第二判断单元和第二控制单元,所述第二判断单元用于判断所述温度值T是否满足第二加热条件,所述第二控制单元用于在所述温度值T满足所述第二加热条件时控制采用外部加热装置加热所述电池结构。

优选的,还包括:

第三检测单元,所述第三检测单元用于检测相变材料的温度值T2

第三判断单元,所述第三判断单元用于判断相变材料的温度值T2是否大于所述温度上限值T0,或者大于所述相变材料的相变温度值T3

第三控制单元,所述第三控制单元用于在所述相变材料的温度值T2大于相变温度值T3,或者所述温度值T2大于所述温度上限值T0时,停止加热所述电池结构。

本申请的第三方面提供了一种电池系统,包括电池结构、外部加热装置、加热控制装置,

所述加热控制装置与所述外部加热装置以及所述电池结构电连接以形成控制回路,所述外部加热装置能够在所述加热控制装置的控制下加热所述电池结构,且所述加热控制装置为上述任一项所述的加热控制装置。

优选的,所述外部加热装置包括加热器,所述加热器的电阻随着温度的升高而增加。

优选的,所述外部加热装置还包括相变材料,所述加热器与相变材料接触,所述相变材料能够在相变温度下发生相变,所述加热器的热量经由所述相变材料传递至所述电池结构。

优选的,所述相变材料具有容纳腔,所述加热器容纳在所述容纳腔内。

本申请提供的技术方案可以达到以下有益效果:

本申请提供了一种电池结构的加热控制方法,当电池结构的端子的温度值T满足第一加热条件时,控制电池结构的正极端子和负极端子短接,正极端子与负极端子短接,相当于正极片与负极片短接,此时,短路电流产生的热量迅速在电池结构内散发,从而使得电池结构快速被加热,缓解了现有技术中采用热传导的方式导致电池结构内部与外部温差大的现象。

应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的,并不能限制本申请。

附图说明

图1为本申请实施例提供的加热控制方法的实施例一的控制流程图;

图2为本申请实施例提供的加热控制方法的实施例二的控制流程图;

图3为本申请实施例提供的加热控制方法的实施例三的控制流程图;

图4为本申请实施例提供的电池结构短路时的等效电路图;

图5为本申请实施例提供的电池结构的内阻与温度的关系图;

图6为本申请实施例提供的加热器的等效电路图;

图7为本申请实施例提供的电池结构的加热时的最低温度与最高温度的示意图;

图8为现有技术的电池结构的加热时的最低温度与最高温度的示意图。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本申请的实施例,并与说明书一起用于解释本申请的原理。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。

本申请提供了一种电池结构的加热控制方法,电池结构可以为包含一个电池单体的电池结构,也可以是包含多个电池单体的电池结构,例如,电池模组。

如图1所示,该加热控制方法包括以下步骤:

S10,检测电池结构的温度值T;

S20,判断温度值T是否满足第一加热条件,如果是,进入步骤S30;

S30,控制电池结构的正极端子和负极端子短接,以通过短接电流产生的热量加热所述电池结构,

当温度值T不满足第一加热条件,则执行步骤S31,不加热电池结构。

根据上述的方法,当电池结构的温度值T满足第一加热条件时,控制电池结构的正极端子和负极端子短接,电池结构的等效电路图如图4所示,此时,正极端子与负极端子短接,相当于正极片与负极片短接,此时,短路电流产生的热量迅速在电池结构内散发,从而使得电池结构快速被加热,缓解了现有技术中采用热传导的方式导致电池结构内部与外部温差大的现象。

第一加热条件可以根据实际需求选择设置,本实施例中,第一加热条件为:温度值T小于第一预设温度值T1,且第一预设温度值T1小于温度上限值T0。这里所说的“温度上限值T0”指的是允许给电池结构加热的最大温度值。由于电池结构的内阻随着温度的升高而减小,参见图5,当温度升高时,电池结构的内阻显著减小,会造成由于短路电流过大损坏电池结构,此时,设定第一预设温度值T1小于温度上限值T0,会减小电池结构发生损坏的风险,提高电池结构的安全性。

需要说明的是,电池结构的温度值T可以是端子的温度值,也可以是电池结构表面的温度值。

另外,当电池结构包括多个电池单体时,可以仅检测其中几个电池单体的温度值T,而无需检测所有电池单体的温度值T。例如,当多个电池单体沿自身厚度方向层叠设置时,在检测温度值T时,可以仅检测厚度方向的最外侧的两个电池单体的温度值T,如果其中一者的温度值T满足第一加热条件,即可进入步骤S30,否则,进入步骤S31,不加热电池结构。

进一步地,为了减小正极端子和负极端子短路时的风险,如图2所示,该加热控制方法还包括以下步骤:

S35,检测所述电池结构的正极端子与负极端子短接时的电压值V,

S40、判断温度值T是否满足第二加热条件,如果是,进入步骤S50;

S50,采用外部加热装置加热电池结构。

当温度值T不满足第二加热条件时,则执行步骤S31,不加热电池结构。

当正极端子和负极端子短接时,短路电流持续加热电池结构,电池结构的温度不断升高,此时,如果继续保持正极端子和负极端子短接,会增大电池结构损坏的风险,为此,本方案中,还设置第二加热条件,且当满足第二加热条件时,采用外部加热装置加热电池结构,以此减小上述风险。

同理,第二加热条件也可以根据实际需要设定,本实施例中,第二加热条件为:温度值T大于或等于第一预设温度值T1且小于温度上限值T0,或者,电压值V小于或等于预设电压值V0。如此设置后,第二加热条件包括两个判断式,两个判断式为逻辑或的关系,如果其中的一者满足,即可采用外部加热装置加热电池结构,以使得该加热控制方法更加灵活且安全。需要说明的是,预设电压值V0为低于电池结构的截止电压值。

通常情况下,采用外部加热装置加热时,可以通过外部加热体直接与电池结构相接触,以将热量传递至电池结构。本申请中,为了避免过热,优选采用外部加热装置加热电池结构具体为,加热与电池结构接触的相变材料,以通过该相变材料加热电池结构。当加热相变材料时,相变材料的温度上升,当温度到达相变温度时,相变材料的温度保持在相变温度,而不会继续上升,以此避免发生过热,减小电池结构损坏的风险。

为此,在该加热控制方法中,如图3所示,在步骤S50之后还包括以下步骤:

S60,检测相变材料的温度值T2

S70,当相变材料的温度值T2大于相变温度值T3,或者所述温度值T2大于温度上限值T0时,停止加热电池结构。

且当温度值T既不满足第一加热条件,又不满足第二加热条件时,则执行步骤S31,不加热电池结构。

此方案中,当加热功率过高且相变材料的温度值T2升高至相变温度值T3时,相变材料将会发生相变进而维持相变温度值T3不变,从而可以避免发生过热,当相变材料的温度值T2大于相变温度值T3时,停止加热电池结构,此时,可以通过相变材料储存的热量对电池结构进行加热。

本申请的第二方面还提供了一种加热控制装置,该加热装置应用于上述任一实施例所述的加热控制方法,该加热装置包括:

第一检测单元,第一检测单元用于检测电池结构的温度值T;

第一判断单元,第一判断单元用于判断温度值T是否满足第一加热条件;

第一控制单元,第一控制单元在温度值T满足第一加热条件时控制电池结构的正极端子和负极端子短接,以通过短接电流产生的热量加热所述电池结构。

该加热控制装置能够控制电池结构的正极端子和负极端子短接,当正极端子与负极端子短接时,相当于正极片与负极片短接,此时,短路电流产生的热量迅速在电池结构内散发,从而使得电池结构快速被加热,缓解了现有技术中采用热传导的方式导致电池结构内部与外部温差大的现象。

进一步,该加热装置还包括:

第二检测单元,第二检测单元用于检测电池结构的正极端子与负极端子短接时的电压值V,

第二判断单元和第二控制单元,第二判断单元用于判断温度值T是否满足第二加热条件,第二控制单元用于在温度值T满足第二加热条件时控制采用外部加热装置加热电池结构。

更进一步,该加热装置还包括:

第三检测单元,第三检测单元用于检测相变材料的温度值T2

第三判断单元,第三判断单元用于判断相变材料的温度值T2是否大于所述温度上限值T0,或者大于相变材料的相变温度值T3

第三控制单元,第三控制单元用于在相变材料的温度值T2大于相变温度值T3,或温度值T2大于温度上限值T0时,停止加热电池结构。

本申请的第三方面还提供了一种电池系统,包括电池结构、外部加热装置、加热控制装置,加热控制装置与外部加热装置以及电池结构电连接以形成控制回路,外部加热装置能够在加热控制装置的控制下加热电池结构,且加热控制装置为上述任一实施例中的加热控制装置。

优选的,外部加热装置包括加热器,加热器的电阻随着温度的升高而增加,如此设置后,使得加热器的温度与电阻的关系符合电池结构加热所需的加热功率,从而提高了能量的利用率,例如,加热器可采用热敏陶瓷加热器。加热器的等效电路图如图6所示。

进一步地,外部加热装置还包括相变材料,加热器与相变材料接触,相变材料能够在相变温度下发生相变,加热器的热量经由相变材料传递至电池结构,当热量传递至相变材料时,相变材料的温度上升,当温度到达相变温度时,相变材料的温度保持在相变温度,而不会继续上升,以此避免发生过热,减小电池结构损坏的风险。

根据一个实施例,相变材料包括阻燃剂、稳定剂和石蜡等,上述物质溶解后制成浆料,将多孔石墨浸入浆料后再经过冷凝、烘干和压铸等工艺后制成相变材料。当然,相变材料不仅限于上述物质,还可以通过其他物质加工而成。

为了避免热量散失,提高加热效率,优选相变材料具有容纳腔,加热器容纳在容纳腔内。

需要说明的是,外部加热装置可以与电池结构的侧面接触,也可以与电池结构的底面接触,本实施例中,优选外部加热装置设置在电池结构的底部,并与电池结构的底面相接触,以方便电池系统的设置。

图7示出了本申请实施例提供的电池结构的加热时的最低温度与最高温度的示意图,图7中示出的电池结构的平均加热速率约为6℃/min。图8示出了现有技术的电池结构的加热时的最低温度与最高温度的示意图,图8中示出的电池结构的平均加热速率约为0.2℃/min。可见,本申请实施例可以显著提升电池结构的平均加热速率。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种电池结构的加热控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
S10,检测所述电池结构的温度值T;
S20,判断所述温度值T是否满足第一加热条件,如果是,进入步骤S30;
S30,控制所述电池结构的正极端子和负极端子短接,以通过短接电流产生的热量加热所述电池结构;
S35,检测所述电池结构的正极端子与负极端子短接时的电压值V;
S40,判断所述温度值T或所述电压值V是否满足第二加热条件,如果是,进入步骤S50;
S50,采用外部加热装置加热所述电池结构。
2.根据权利要求1所述的加热控制方法,其特征在于,所述第一加热条件为:所述温度值T小于第一预设温度值T1,所述第一预设温度值T1小于温度上限值T0
3.根据权利要求2所述的加热控制方法,其特征在于,所述第二加热条件为:所述温度值T大于或等于所述第一预设温度值T1且小于所述温度上限值T0,或者,所述电压值V小于或等于预设电压值V0
4.根据权利要求2所述的加热控制方法,其特征在于,所述采用外部加热装置加热所述电池结构具体为:加热与所述电池结构接触的相变材料,以通过所述相变材料加热所述电池结构。
5.根据权利要求4所述的加热控制方法,其特征在于,所述步骤S50之后还包括以下步骤:
S60,检测所述相变材料的温度值T2
S70,当所述相变材料的温度值T2大于相变温度值T3,或者所述相变材料的温度值T2大于所述温度上限值T0时,停止加热所述电池结构。
6.一种加热控制装置,应用于如权利要求1-5中任一项所述的加热控制方法,其特征在于,包括:
第一检测单元,所述第一检测单元用于检测所述电池结构的温度值T;
第一判断单元,所述第一判断单元用于判断所述温度值T是否满足第一加热条件;
第一控制单元,所述第一控制单元在所述温度值T满足所述第一加热条件时控制所述电池结构的正极端子和负极端子短接,以通过短接电流产生的热量加热所述电池结构;
第二检测单元,所述第二检测单元用于检测所述电池结构的正极端子与负极端子短接时的电压值V;
第二判断单元和第二控制单元,所述第二判断单元用于判断所述温度值T或所述电压值V是否满足第二加热条件,所述第二控制单元用于在所述温度值T或所述电压值V满足所述第二加热条件时控制采用外部加热装置加热所述电池结构。
7.根据权利要求6所述的加热控制装置,其特征在于,还包括:
第三检测单元,所述第三检测单元用于检测相变材料的温度值T2
第三判断单元,所述第三判断单元用于判断相变材料的温度值T2是否大于温度上限值T0,或者大于相变材料的相变温度值T3
第三控制单元,所述第三控制单元用于在所述相变材料的温度值T2大于相变温度值T3,或者所述温度值T2大于所述温度上限值T0时,停止加热所述电池结构。
8.一种电池系统,其特征在于,包括电池结构、外部加热装置、加热控制装置,
所述加热控制装置与所述外部加热装置以及所述电池结构电连接以形成控制回路,所述外部加热装置能够在所述加热控制装置的控制下加热所述电池结构,且所述加热控制装置为权利要求6或7所述的加热控制装置。
9.根据权利要求8所述的电池系统,其特征在于,所述外部加热装置包括加热器,所述加热器的电阻随着温度的升高而增加。
10.根据权利要求9所述的电池系统,其特征在于,所述外部加热装置还包括相变材料,所述加热器与相变材料接触,所述相变材料能够在相变温度下发生相变,所述加热器的热量经由所述相变材料传递至所述电池结构。
11.根据权利要求10所述的电池系统,其特征在于,所述相变材料具有容纳腔,所述加热器容纳在所述容纳腔内。
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