CN107834122A - 一种自动加热电池的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种自动加热电池的装置及方法。该装置包括：电池、加热装置、温度传感器、控制电路、控制器；电池为待加热电池，电池包括第一电极、第二电极和连接极，电池的第一电极与电池的第二电极的极性相反；加热装置设置于电池的侧面，加热装置的第一连接端与第一电极相连，第二连接端与连接极相连；当加热装置内部有电流通过时，加热装置产生热量，为电池加热；温度传感器包括多个，分别设置于电池的不同表面；控制电路包括两个接线端，分别与电池的第二电极和连接极相连；控制器接收温度传感器采集的温度数据，控制控制电路的断开与闭合。采用本发明的装置及方法，加热效率高，使用方便，易于维护，大大提高了整个装置使用时的工作效率。

Description

一种自动加热电池的装置及方法
技术领域
本发明涉及电动汽车动力电池领域，特别是涉及一种自动加热电池的装置及方法。
背景技术
在节能环保、治理大气雾霾成为社会热点问题并备受公众关注的背景下，以电动汽车为主的新能源汽车成为交通领域实现节能减排的有效途径之一。对于电动汽车，锂离子电池就以其能量密度高、循环寿命长、无记忆效应、环境友好等优点成为动力电池应用领域研究的热点。近年来，锂离子电池已经成为电动汽车用动力电池的主体。但是，锂离子电池在低温环境下的充、放电性能会急剧变差，这对电动汽车的使用性能影响较大，随着电动汽车应用地域范围的逐渐增大，锂离子电池在低温环境下凸显出的问题日渐明显。
因此，需要通过优化设计避免电池在低温环境下工作，目前常用的解决方法是在低温环境下对电池进行加热，以提高电池的实际工作温度。根据热源位置的不同可将加热方法分为外部加热和内部加热两种。外部加热方法是使用热源对电池单体外部进行加热，常用的方法是在电池组内布置加热片、电阻丝等热源，通过电池组内部热循环提高电池温度，该方法的缺点是加热效率低，使得加热前期电池工作效率低，同时需要外部电源进行加热，使用极为不便，内部加热方法是在电池内部对电池芯进行加热，常用的方法是对电芯施加交变电流或直流电流，由电池内部阻抗产生热量，提高电池温度，该方法的缺点是对于电池寿命和性能可能存在不利影响。因此，传统对电池加热的方法会使得带有加热装置的电池的工作效率低。
发明内容
本发明的目的是提供一种自动加热电池的装置及方法，解决现有加热装置工作效率低的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种自动加热电池的装置，所述装置包括：电池、加热装置、温度传感器、控制电路、控制器；
所述电池为待加热电池，所述电池包括第一电极、第二电极和连接极，所述电池的第一电极与所述电池的第二电极的极性相反；
所述加热装置设置于所述电池的侧面，所述加热装置包括第一连接端和第二连接端，所述加热装置的第一连接端与所述电池的第一电极相连，所述加热装置的第二连接端与所述电池的连接极相连；当所述加热装置内部有电流通过时，所述加热装置产生热量，为所述电池加热；
所述温度传感器包括多个，分别设置于所述电池的不同表面；
所述控制电路包括第一接线端和第二接线端，所述控制电路的第一接线端与所述电池的第二电极相连，所述控制电路的第二接线端与所述电池的连接极相连；
所述控制器接收所述温度传感器采集的温度数据，根据所述温度传感器同一时刻采集的温度数据生成控制信号，控制所述控制电路的断开与闭合；当所述控制电路闭合时，所述控制电路的第一接线端与第二接线端之间有电流通过，所述加热装置内部有电流通过。
可选的，所述电池的第一电极、第二电极与所述电池内部集流体相连。
可选的，所述连接极位于所述电池的外部，所述连接极为具有导电性能的材料。
可选的，所述加热装置为加热膜，所述加热膜固定于所述电池的侧面，所述加热膜的形状与所述电池的侧面的形状相同，所述加热膜不大于所述电池的侧面。
可选的，所述电池相对的两个表面上的温度传感器的位置对称。
可选的，所述控制电路包括控制开关，所述控制器通过控制所述控制开关的打开与关闭控制所述控制电路的断开与闭合。
一种自动加热电池的方法，所述方法包括：
获取自动加热电池的装置中温度传感器采集的温度数据；所述自动加热电池的装置包括：电池、加热装置、温度传感器、控制电路、控制器；所述电池为待加热电池，所述电池包括第一电极、第二电极和连接极，所述电池的第一电极与所述电池的第二电极的极性相反；所述加热装置设置于所述电池的侧面，所述加热装置包括第一连接端和第二连接端，所述加热装置的第一连接端与所述电池的第一电极相连，所述加热装置的第二连接端与所述电池的连接极相连；当所述加热装置内部有电流通过时，所述加热装置产生热量，为所述电池加热；所述温度传感器包括多个，分别设置于所述电池的不同表面；所述控制电路包括第一接线端和第二接线端，所述控制电路的第一接线端与所述电池的第二电极相连，所述控制电路的第二接线端与所述电池的连接极相连；
根据所述温度传感器同一时刻的温度数据生成控制信号，控制所述控制电路的断开与闭合；当所述控制电路闭合时，所述控制电路的第一接线端与第二接线端之间有电流通过，所述加热装置内部有电流通过，所述装置开始为所述电池加热；当所述控制电路断开时，所述装置停止为所述电池加热。
可选的，所述根据所述温度传感器同一时刻的温度数据生成控制信号，具体包括：
获得所述温度数据中的最低温度；
判断所述最低温度是否小于第一设定温度，得到第一判断结果；
当所述第一判断结果表示所述最低温度小于所述第一设定温度时，生成第一控制信号，所述第一控制信号用于控制所述控制电路闭合；
当所述第一判断结果表示所述最低温度不小于所述第一设定温度时，获取所述温度数据中的最高温度；
判断所述最高温度是否大于第二设定温度，得到第二判断结果；
当所述第二判断结果表示所述最高温度大于所述第二设定温度时，生成第二控制信号，所述第二控制信号用于控制所述控制电路断开。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
电池以连接极和正负极(第一电极和第二电极)为桥梁，与控制电路和加热装置连接，从而保证加热装置与电池电极的直接连接，被加热的电池自身作为加热膜的供电源进行自加热，从而避免了所述加热装置从电动汽车电池箱外部引线，大大简化加热系统结构，使用方便。本发明设计合理，加热效率高，安全可靠，结构简单，使用方便，易于维护，省时省力，具有很好的推广使用价值。当电池温度过低时，低温信号反馈到所述控制器中，控制器下达开关闭合指令，开关闭合，控制电路处于通路状态，所述加热装置开始工作，对电池进行加热，当电池温度上升到电池正常工作温度范围时，控制器下达开关断开指令，开关断开，控制电路处于开路状态，所述加热装置停止工作，加热过程停止。该方法不需要外部电源进行加热，使用方法简单方便，由于加热装置尺寸小于电池表面尺寸，并且与电池表面直接接触，热量几乎被电池完全吸收，加热效率很高；同时，由于采用外部加热方式，因此不会对电池寿命和性能产生不利影响，大大提高了整个装置使用时的工作效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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他的附图。
图1为本发明自动加热电池的装置实施例1的立体装配图；
图2为本发明自动加热电池的装置实施例1的立体结构图；
图3为本发明自动加热电池的装置实施例1的对应电路图；
图4为本发明自动加热电池的装置实施例2的立体结构图；
图5为本发明自动加热电池的装置实施例2的正视图；
图6为本发明自动加热电池的装置实施例2的俯视图；
图7为本发明自动加热电池的装置实施例2的侧视图；
图8为本发明自动加热电池的装置实施例2的对应电路图。
具体实施方式
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做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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明自动加热电池的装置实施例1的立体装配图。如图1所示，所述装置包括：电池101、加热装置102、温度传感器103、控制电路104、控制器105；
所述电池101为待加热电池，所述电池101包括第一电极1011、第二电极1012、连接极1013和电池本体1014，所述电池101的第一电极1011与所述电池101的第二电极1012的极性相反；当第一电极1011为电池101的正极时，第二电极1012为电池101的负极；当第一电极1011为电池101的负极时，第二电极1012为电池101的正极。第一电极1011、第二电极1012与所述电池101内部集流体相连。本实施例中第一电极1011为电池101的正极，第二电极1012为电池101的负极。所述连接极1013为具有良好导电性的材料，位于电池外部，临近所述电池第一电极1011和电池第二电极1012，其外部形状根据所述电池101的外形结构，合理设计。
所述加热装置102设置于所述电池101的侧面，所述加热装置102包括第一连接端1021和第二连接端1022，所述加热装置102的第一连接端1021与所述电池101的第一电极1011相连，所述加热装置102的第二连接端1022与所述电池101的连接极1013相连；当所述加热装置102内部有电流通过时，所述加热装置102产生热量，为所述电池101加热。
所述加热装置102固定于所述电池101一侧，所述加热装置102采用加热膜1023，加热膜1023固定于所述电池的侧面，所述加热膜1023的形状与所述电池的侧面的形状相同，所述加热膜1023不大于所述电池的侧面。加热装置102的第一连接端1021和第二连接端1022即为加热膜1023的两个连接端。电流通过加热膜1023的连接端进入加热膜1023，由于加热膜1023具有一定的电阻，当有电流通过时，所述加热膜1023会产生热量，加热电池101。所述加热装置的第一连接端1021与电池正极或负极直接相连，所述加热装置的第二连接端1022与所述第三极104直接相连，这样的连接关系保证了所述加热装置102与电池电极的直接连接，被加热的电池自身作为加热膜1023的供电源进行自加热，从而避免了所述加热装置2从电动汽车电池箱外部引线，大大简化加热系统结构。
最好设计加热膜的尺寸略小于电池101整体尺寸，从而保证在电池成组时加热膜不会裸露；所述加热装置102的规格需根据电池101的电压、加热时间等参数进行合理选择。
所述温度传感器103包括多个，分别设置于所述电池101的不同表面。本实施例中温度传感器设置4个，4个传感器分别位于电池101四个面(除去顶面和底面)的中心位置，对称分布。
所述控制电路104包括第一接线端和第二接线端，所述控制电路104的第一接线端与所述电池101的第二电极1012相连，所述控制电路104的第二接线端与所述电池101的连接极1013相连；所述控制电路104包括连接线1041和控制开关1042，所述控制器105通过控制所述控制开关1042的打开与关闭控制所述控制电路104的断开与闭合。
所述控制器105接收所述温度传感器103采集的温度数据，根据所述温度传感器105同一时刻采集的温度数据生成控制信号，控制所述控制电路104的断开与闭合；当所述控制电路104闭合时，所述控制电路104的第一接线端与第二接线端之间有电流通过，所述加热装置102内部有电流通过。在本实施例中以4个传感器检测到的最低温度为控制器105的响应温度，四个传感器检测到的最低温度低于第一设定温度Tmin时，电路闭合，加热工作开始。当四个传感器检测到的最低温度高于第二设定温度Tmax时，电路断开，加热工作停止。
本实施例中，电池101以连接极1013和正负极为桥梁与控制电路104和加热装置102连接，从而保证加热装置102与电池101的电极直接连接，被加热的电池自身作为加热膜的供电源进行自加热，从而避免了所述加热装置从电动汽车电池箱外部引线，无外部复杂的供电电路，结构简单紧凑，大大简化加热系统结构，使用方便。
图2为本发明自动加热电池的装置实施例1的立体结构图，具体标号与图1中一致。
图3为本发明自动加热电池的装置实施例1的对应电路图。如图3所示，S表示开关，Pthird表示连接极，Rheat表示加热膜电阻，Rin表示电池内阻。本实施例1所示的装置构成的等效电路如图3所示。
图4为本发明自动加热电池的装置实施例2的立体结构图。如图4所示，与实施例1相似，装置包括：电池201、加热装置202、温度传感器(图中未标识，位于加热装置202与电池201之间)、控制电路204、控制器205。电池201包括第一电极2011、第二电极2012、连接极2013和电池本体2014，加热装置202包括第一连接端2021、第二连接端2022和加热膜2023，所述控制电路204包括连接线2041和控制开关2042。连接方式与实施例1相同。
图5为本发明自动加热电池的装置实施例2的正视图；图6为本发明自动加热电池的装置实施例2的俯视图；图7为本发明自动加热电池的装置实施例2的侧视图；图中标号与图4中标号对应。
图8为本发明自动加热电池的装置实施例2的对应电路图。如图8所示，S表示开关，Pthird表示连接极，Rheat表示加热膜电阻，Rin表示电池内阻。本实施例1所示的装置构成的等效电路如图8所示。
本发明中，温度传感器能够监测电池外壁温度并将温度信号反馈到控制器中，当电池温度过低时，低温信号反馈到控制器中，控制器下达开关闭合指令，开关闭合，控制电路处于通路状态，加热装置开始工作，对电池进行加热，当电池的温度上升到电池正常工作温度范围时，控制器下达开关断开指令，开关断开，控制电路处于开路状态，加热装置停止工作，加热过程停止。
本发明上述装置对应的自动加热电池的方法包括两个步骤：
步骤100：获取自动加热电池的装置中温度传感器采集的温度数据；
步骤200：根据所述温度传感器同一时刻的温度数据生成控制信号，控制所述控制电路的断开与闭合；当所述控制电路闭合时，所述控制电路的第一接线端与第二接线端之间有电流通过，所述加热装置内部有电流通过，所述装置开始为所述电池加热；当所述控制电路断开时，所述装置停止为所述电池加热。
具体的，控制过程为：
获得所述温度数据中的最低温度；
判断所述最低温度是否小于第一设定温度，得到第一判断结果；
当所述第一判断结果表示所述最低温度小于所述第一设定温度时，生成第一控制信号，所述第一控制信号用于控制所述控制电路闭合；
当所述第一判断结果表示所述最低温度不小于所述第一设定温度时，获取所述温度数据中的最高温度；
判断所述最高温度是否大于第二设定温度，得到第二判断结果；
当所述第二判断结果表示所述最高温度大于所述第二设定温度时，生成第二控制信号，所述第二控制信号用于控制所述控制电路断开。
本发明的装置在具体使用时，包括如下步骤：
步骤1、将电池、加热装置、控制电路以及温度传感器安装到相应位置；
步骤2、根据电池性能参数和最佳工作温度范围，设定触发开关开合温度(即设定第一设定温度和第二设定温度)；
步骤3、将电池成组，安装到电动汽车上，将控制器与电动汽车BMS相连，控制电路的导通状态由BMS和控制器联合控制。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种自动加热电池的装置，其特征在于，所述装置包括：电池、加热装置、温度传感器、控制电路、控制器；
所述电池为待加热电池，所述电池包括第一电极、第二电极和连接极，所述电池的第一电极与所述电池的第二电极的极性相反；
所述加热装置设置于所述电池的侧面，所述加热装置包括第一连接端和第二连接端，所述加热装置的第一连接端与所述电池的第一电极相连，所述加热装置的第二连接端与所述电池的连接极相连；当所述加热装置内部有电流通过时，所述加热装置产生热量，为所述电池加热；
所述温度传感器包括多个，分别设置于所述电池的不同表面；
所述控制电路包括第一接线端和第二接线端，所述控制电路的第一接线端与所述电池的第二电极相连，所述控制电路的第二接线端与所述电池的连接极相连；
所述控制器接收所述温度传感器采集的温度数据，根据所述温度传感器同一时刻采集的温度数据生成控制信号，控制所述控制电路的断开与闭合；当所述控制电路闭合时，所述控制电路的第一接线端与第二接线端之间有电流通过，所述加热装置内部有电流通过。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电池的第一电极、第二电极与所述电池内部集流体相连。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述连接极位于所述电池的外部，所述连接极为具有导电性能的材料。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加热装置为加热膜，所述加热膜固定于所述电池的侧面，所述加热膜的形状与所述电池的侧面的形状相同，所述加热膜不大于所述电池的侧面。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电池相对的两个表面上的温度传感器的位置对称。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制电路包括控制开关，所述控制器通过控制所述控制开关的打开与关闭控制所述控制电路的断开与闭合。
7.一种自动加热电池的方法，其特征在于，所述方法包括：
获取自动加热电池的装置中温度传感器采集的温度数据；所述自动加热电池的装置包括：电池、加热装置、温度传感器、控制电路、控制器；所述电池为待加热电池，所述电池包括第一电极、第二电极和连接极，所述电池的第一电极与所述电池的第二电极的极性相反；所述加热装置设置于所述电池的侧面，所述加热装置包括第一连接端和第二连接端，所述加热装置的第一连接端与所述电池的第一电极相连，所述加热装置的第二连接端与所述电池的连接极相连；当所述加热装置内部有电流通过时，所述加热装置产生热量，为所述电池加热；所述温度传感器包括多个，分别设置于所述电池的不同表面；所述控制电路包括第一接线端和第二接线端，所述控制电路的第一接线端与所述电池的第二电极相连，所述控制电路的第二接线端与所述电池的连接极相连；
根据所述温度传感器同一时刻的温度数据生成控制信号，控制所述控制电路的断开与闭合；当所述控制电路闭合时，所述控制电路的第一接线端与第二接线端之间有电流通过，所述加热装置内部有电流通过，所述装置开始为所述电池加热；当所述控制电路断开时，所述装置停止为所述电池加热。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据所述温度传感器同一时刻的温度数据生成控制信号，具体包括：
获得所述温度数据中的最低温度；
判断所述最低温度是否小于第一设定温度，得到第一判断结果；
当所述第一判断结果表示所述最低温度小于所述第一设定温度时，生成第一控制信号，所述第一控制信号用于控制所述控制电路闭合；
当所述第一判断结果表示所述最低温度不小于所述第一设定温度时，获取所述温度数据中的最高温度；
判断所述最高温度是否大于第二设定温度，得到第二判断结果；
当所述第二判断结果表示所述最高温度大于所述第二设定温度时，生成第二控制信号，所述第二控制信号用于控制所述控制电路断开。
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