CN107591589B - 电芯加热控温方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电芯加热控温方法，其包括：确定电芯的预热温度范围和正常工作温度范围，其中，预热温度范围低于正常工作温度范围；判断电芯是否处于充放电状态，并测量电芯温度；若电芯未处于充放电状态，且电芯温度低于预热温度范围，将电芯加热至预热温度范围上限；若电芯处于充放电状态，且电芯温度低于正常工作温度范围，将电芯加热至正常工作温度范围上限。与现有技术相比，本发明通过将电芯加热过程分为预加热和快加热两部分，使电芯在充放电时能够快速升温至正常工作温度范围，加热速度快、能耗低、效率高。
Description
技术领域
本发明属于锂电池领域，更具体地说，本发明涉及一种电芯加热控温方法。
背景技术
当今社会不可再生能源日益紧缺，不可再生能源造成的环境污染越来越严重。因此，各种新能源、尤其是锂电池领域的技术发展越来越迅速。然而，由于锂电池的工作温度范围有限，温控系统成为保障锂电池正常工作必不可少的一部分。
目前，锂电池在低温环境中进行电池充放电时，电芯的温度控制基本靠加热膜加热来实现，当电芯需要充放电时，需要较长时间将电芯温度加热至工作所要求的温度范围内。
有鉴于此，有必要提供一种能够快速将电芯温度加热至工作所要求的温度范围的电芯加热膜控温电路。
发明内容
本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种能耗低、效率高的电芯加热温控方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种电芯加热控温方法，其包括以下步骤：
确定电芯的预热温度范围和正常工作温度范围，其中，预热温度范围低于正常工作温度范围；
判断电芯是否处于充放电状态，并测量电芯温度；
若电芯未处于充放电状态，且电芯温度低于预热温度范围，将电芯加热至预热温度范围上限；若电芯处于充放电状态，且电芯温度低于正常工作温度范围，将电芯加热至正常工作温度范围上限。
作为本发明电芯加热控温方法的一种改进，所述将电芯加热，是通过控温电路对设置于电芯处的加热膜通电将电芯加热。
作为本发明电芯加热控温方法的一种改进，所述控温电路由所述电芯供电，所述加热膜有两个以上，多个加热膜并联后串联在控温电路中，每个加热膜所在的并联支路串联有支路开关元件，支路开关元件连接于加热膜的负极端。
作为本发明电芯加热控温方法的一种改进，所述将电芯加热至预热温度范围上限，具体为通过支路开关元件接通两个以上加热膜将电芯加热至预热温度范围下限后、再通过支路开关元件仅接通一个加热膜继续将电芯加热至预热温度范围上限。
作为本发明电芯加热控温方法的一种改进，所述将电芯加热至正常工作温度范围上限，具体为通过支路开关元件接通两个以上加热膜将电芯加热至正常工作温度范围上限。
作为本发明电芯加热控温方法的一种改进，所述通过控温电路加热电芯之前还包括，检测控温电路是否正常。
作为本发明电芯加热控温方法的一种改进，所述检测控温电路是否正常，是通过检测加热膜与支路开关元件之间的电位来检测控温电路是否正常。
作为本发明电芯加热控温方法的一种改进，所述判断电芯是否处于充放电状态，是通过计算机程序判断电芯是否处于充放电状态。
作为本发明电芯加热控温方法的一种改进，所述测量电芯温度，是通过设置于电芯表面的热敏电阻测量电芯温度。
作为本发明电芯加热控温方法的一种改进，所述支路开关元件的开启与关闭由计算机程序控制。
与现有技术相比，本发明电芯加热控温方法具有以下技术效果。通过将电芯加热过程分为预加热和快加热两部分，一方面降低了控温能耗；另一方面使电芯在充放电时能够快速升温至正常工作温度范围，加热速度快、效率高。通过在加热电芯之前对加热电路进行自检，提高了电芯加热的安全性和可靠性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式，对本发明电芯加热控温方法及其有益技术效果进行详细说明。
图1为本发明电芯加热控温方法的流程图。
图2为本发明电芯加热控温方法的实施例的电路图。
图3为本发明电芯加热控温方法的实施例的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和技术效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。
本发明的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系的表述是基于附图所示的方位或位置关系，并不是指示或暗示所描述的装置或元件必须具有的特定安装和操作方位，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明的描述中，高低电平是基于电路图中上拉或下拉电压实现的，并不是指示或暗示所描述的电平具有特定的电位，因此不能理解为对本发明的限制。
请参照图1所示，本发明电芯加热控温方法包括以下步骤。
步骤101，确定电芯的预热温度范围和正常工作温度范围，其中，预热温度范围低于正常工作温度范围。
步骤103，判断电芯是否处于充放电状态，并测量电芯温度。
步骤105，若电芯未处于充放电状态，且电芯温度低于预热温度范围，将电芯加热至预热温度范围上限；若电芯处于充放电状态，且电芯温度低于正常工作温度范围，将电芯加热至正常工作温度范围上限。
以下为在电池管理系统中采用控温电路实现本发明电芯加热控温方法的一个实施例。
请参照图2所示，控温电路由锂电池电芯B1供电，保险丝F1、并联的加热膜H1和加热膜H2、总开关Q3依次串联于电芯B1的正极和负极之间。加热膜H1和加热膜H2所在的并联支路分别串联有支路开关Q1和支路开关Q2，支路开关Q1和支路开关Q2位于加热膜与总开关Q3之间。加热膜H1的两端和加热膜H2的两端分别并联有二极管D1和二极管D2。由于加热膜H1和加热膜H2为金属材质，作为负载呈现感性，断电瞬间会有电感断电风险，二极管D1和二极管D2分别为加热膜H1和加热膜H2提供了关断时续流的通路。总开关Q3、支路开关Q1和支路开关Q2都是MOSFET元件。电芯B1表面设置有热敏电阻R1，热敏电阻R1通过将温度信号转换为电压信号来测量电芯的温度。加热膜H1与支路开关Q1之间设有电压采样点G1，加热膜H2与支路开关Q2之间设有电压采样点G2。热敏电阻R1、电压采样点G1、电压采样点G2、支路开关Q1、支路开关Q2和总开关Q3分别与控制模块(未图示)相连，控制模块能够根据热敏电阻R1、电压采样点G1、电压采样点G2的输入信号做出判断，并根据判断结果控制支路开关Q1、支路开关Q2和总开关Q3开启或关闭，控制模块的判断和控制功能由软件实现。
请参照图3所示，电池管理系统开机并进行初始化，若电池管理系统不正常则发出告警并关闭支路开关Q1、支路开关Q2和总开关Q3。若电池管理系统正常，则关闭支路开关Q1和支路开关Q2、开启总开关Q3，采集电压采样点G1相对于电芯B1负极的电压V1和电压采样点G2相对于电芯B1负极的电压V2，判断电压V1与电压V2是否分别等于预先设定值U1和U2，以确定控温电路中的两个加热膜并联支路关闭时是否正常。若电压V1与电压V2与预先设定值U1和U2不同，则发出告警并关闭支路开关Q1、支路开关Q2和总开关Q3。若电压V1与电压V2与预先设定值U1和U2相同，则开启支路开关Q1、支路开关Q2和总开关Q3，再次采集电压采样点G1相对于电芯B1负极的电压V1和电压采样点G2相对于电芯B1负极的电压V2，判断电压V1与电压V2是否分别等于预先设定值U3和U4，以确定温控电路中的两个加热膜并联支路开启时是否正常。若电压V1与电压V2与预先设定值U3和U4不同，则发出告警并关闭支路开关Q1、支路开关Q2和总开关Q3。若电压V1与电压V2与预先设定值U1和U2相同，则关闭支路开关Q1和支路开关Q2、开启总开关Q3，控制模块通过电池管理系统判断电芯B1是否处于充放电状态。
若电芯B1未处于充放电状态，且热敏电阻R1测量到的电芯B1温度t小于预先设定的预热温度范围下限T1，则开启支路开关Q1、支路开关Q2、总开关Q3，接通两个加热膜对电芯B1进行全速加热。电芯B1温度t升高，当热敏电阻R1测量到的电芯B1温度t大于预先设定的预热温度范围下限T1时，开启支路开关Q1和总开关Q3、关闭支路开关Q2，仅接通一个加热膜对电芯B1进行慢速加热。电芯B1温度t升高，当热敏电阻R1测量到的电芯B1温度t大于预先设定的预热温度范围上限T2时，关闭支路开关Q1、支路开关Q2、总开关Q3，停止对电芯B1加热。
若电芯B1未处于充放电状态，且热敏电阻R1测量到的电芯B1温度t不小于预先设定的预热温度范围下限T1，则关闭支路开关Q1、支路开关Q2、总开关Q3，不对电芯B1加热。
若电芯B1处于充放电状态，且热敏电阻R1测量到的电芯B1温度t小于预先设定的正常工作温度范围下限T2(预先设定的正常温度范围下限与预先设定的预热温度上限相同)，则开启支路开关Q1、支路开关Q2、总开关Q3，接通两个加热膜对电芯B1进行全速加热。电芯B1温度t升高，当热敏电阻R1测量到的电芯B1温度t大于预先设定的正常工作温度范围上限T3时，关闭支路开关Q1、支路开关Q2、总开关Q3，停止对电芯B1加热。
若电芯B1处于充放电状态，且热敏电阻R1测量到的电芯B1温度t不小于预先设定的正常工作温度范围下限T2，则关闭支路开关Q1、支路开关Q2、总开关Q3，不对电芯B1加热。
结合以上对本发明的详细描述可以看出，相对于现有技术，本发明的电芯加热控温方法通过加热膜控温电路，在系统开始工作时使用较低功率进行预加热，将电芯温度维持在略低于电芯正常工作温度范围内，当电池系统需要进行充放电时使用较大功率快速将电芯温度提升至电芯工作温度范围内，提高了控温效率，保障了电芯加热系统的正常工作。此外，对电芯预加热的过程分为缓慢加热和快速加热两个阶段，降低了控温的能耗。加热膜控温电路加热电芯之前能够进行自检，提高了电芯加热的安全性和可靠性。
根据上述原理，本发明还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (9)
1.一种电芯加热控温方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
确定电芯的预热温度范围和正常工作温度范围，其中，预热温度范围低于正常工作温度范围；
判断电芯是否处于充放电状态，并测量电芯温度：
若电芯未处于充放电状态，且电芯温度低于预热温度范围下限，将电芯加热至预热温度范围上限；
若电芯未处于充放电状态，且电芯温度不低于预热温度范围下限，不对电芯加热；
若电芯处于充放电状态，且电芯温度低于正常工作温度范围下限，将电芯加热至正常工作温度范围上限；
若电芯处于充放电状态，且电芯温度不低于正常工作温度范围下限，不对电芯加热；
所述将电芯加热，是通过控温电路对设置于电芯处的加热膜通电将电芯加热的，控温电路由电芯供电。
2.根据权利要求1所述的电芯加热控温方法，其特征在于：所述加热膜有两个以上，多个加热膜并联后串联在控温电路中，每个加热膜所在的并联支路串联有支路开关元件，支路开关元件连接于加热膜的负极端。
3.根据权利要求2所述的电芯加热控温方法，其特征在于：所述将电芯加热至预热温度范围上限，具体为通过支路开关元件接通两个以上加热膜将电芯加热至预热温度范围下限后、再通过支路开关元件仅接通一个加热膜继续将电芯加热至预热温度范围上限。
4.根据权利要求2所述的电芯加热控温方法，其特征在于：所述将电芯加热至正常工作温度范围上限，具体为通过支路开关元件接通两个以上加热膜将电芯加热至正常工作温度范围上限。
5.根据权利要求2所述的电芯加热控温方法，其特征在于：所述通过控温电路加热电芯之前还包括，检测控温电路是否正常。
6.根据权利要求5所述的电芯加热控温方法，其特征在于：所述检测控温电路是否正常，是通过检测加热膜与支路开关元件之间的电位来检测控温电路是否正常。
7.根据权利要求1所述的电芯加热控温方法，其特征在于：所述判断电芯是否处于充放电状态，是通过计算机程序判断电芯是否处于充放电状态。
8.根据权利要求1所述的电芯加热控温方法，其特征在于：所述测量电芯温度，是通过设置于电芯表面的热敏电阻测量电芯温度。
9.根据权利要求2所述的电芯加热控温方法，其特征在于：所述支路开关元件的开启与关闭由计算机程序控制。
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