CN109768343A - 一种轨道交通电池组自调节加热系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道交通电池组自调节加热系统及控制方法，包括：加热片、温度传感器、自动卷绕器、高压线束、信号线束、控制器、高压盒、蓄电池。加热片布置在电池模组侧面，控制器控制高压盒内开关开启与闭合给自动卷绕器及加热片供电，通过自动卷绕器转动带动加热片内部加热丝的位置移动，使加热片对电池模组加热；方法：温度传感器监测电池模组温度，根据电池模组实时温度分布，自动卷绕器调节加热片内加热丝的位置分布，调节加热片不同位置的发热功率，实现依电池模组温度分布情况进行自调节加热。通过加热片内部加热丝位置的实时调节，使加热效果随电池模组温度分布以保持最佳状态，提高加热均衡性，进而提高电池使用性能和使用寿命。

Description

一种轨道交通电池组自调节加热系统及控制方法

技术领域

本发明涉及轨道交通电池组加热的技术领域，具体涉及一种轨道交通电池组自调节加热系统及控制方法。

背景技术

目前国内外城市、城际轨道交通均采用电力作为能源，但都配备有应急电源，使列车在电网发生故障时具有自主移动能力。应急电源目前均采用锂离子动力电池成组形成，在北方等高寒地区，冬天时，电池的温度时常小于零度，无法达到锂离子电池的最佳工作温度区间，强行使用会造成电池寿命衰减，过早进入报废状态，同时在此情况下极易使电池进入危险工作状态引发事故造成安全隐患。为了保证电池组能正常工作，延长其使用寿命并保证其工作性能，电池组的加热系统至关重要。

目前对于轨道交通电池组的加热方式普遍借鉴于新能源汽车电池组加热方式，采用加热片进行加热。通过在电池模组上布置加热片，外部供电使加热片发热，对电池模组进行加热。但是目前的加热片结构形式固定，发热功率恒定，无法根据电池模组的具体温度变化情况对各部位发热功率进行调节，造成电池模组内始终存在电池加热不均匀的情况，致使电池模组内各电池温差较大，进而使电池的使用性能与使用寿命受到限制。

专利号ZL201420275927.1，授权日2014年11月05日，发明创造的名称为一种电池加热系统，该申请公开了一种电池加热系统，其不足之处是：1、该发明专利公开的电池加热系统对电池的加热无法根据电池模组的温度实时变化进行发热功率调节；2、布置在模组两侧，中间部位的电池无法直接加热，加热所需时间较长。

专利申请号CN201610593189.9，公开日2016年10月26日，发明创造的名称为一种带热管理的电池加热装置，该申请公开了一种带热管理的电池加热装置，其不足之处是采用加热线对电池进行加热，加热线的布置并不牢固可靠会使电池模组的结构凌乱，增加危险发生概率，同时加热线也无法针对某一区域进行发热功率调节，加热均衡性差。

发明内容

鉴于此，本发明的目的是提供一种轨道交通电池组自调节加热系统及控制方法，用于轨交列车应急牵引电池组系统低温启动时的加热，以保证电池组在低温下启动时快速处于最佳放电温度区间，提高电池组的热均衡性，保证轨道列车在应急牵引电池组系统的使用性能与使用寿命。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种轨道交通电池组自调节加热系统，包括：电气系统、加热系统；所述电气系统包括电温度传感器、高压线束、信号线束、控制器、高压盒、蓄电池、电池模组，所述的加热系统包括加热片、自动卷绕器、电接口；温度传感器采用胶粘方式粘贴于电池模组表面，通过信号线束与控制器连接，将电池模组的温度数据实时传递给控制器，控制器与高压盒通过信号线束连接，高压盒内为控制给自动卷绕器与加热片供电的开关，由控制器进行控制，自动卷绕器与高压盒之间、高压盒与蓄电池之间采用高压线束进行连接，通过高压线束传递电流；单个加热片有两个电接口，电接口分别位于加热片两端，自动卷绕器与加热片通过高压线束进行连接，通过高压线束5传递电流；

本发明所述的加热片包括电接口、加热片壳体、滑轨、加热丝、卷绕线束；单个加热片有两个电接口，电接口分别位于加热片两端，加热片壳体由绝缘高导热柔软性质材料制成，可以充分粘贴于电池模组表面，滑轨由低摩擦系数绝缘材料制成，安装于加热片壳体内部的两侧，加热丝通过预先加工好的卡槽在滑轨上进行滑动，卷绕线束分别对应与加热丝连接，一根卷绕线束连接一个加热丝，当自动卷绕器转动对应的卷绕线束时，卷绕线束拖动加热丝在滑轨上进行移动并且给加热丝供电，采用两个自动卷绕器能够保证加热丝的来回移动准确及平稳；两个自动卷绕器由电机带动转动。

同时，本发明所述的加热丝包括发热体、滑块、连接器；发热体为PTC材料制成，由控制器控制通电的电流与电压大小控制其发热功率，滑块由导热绝缘低摩擦系数材料制成，安装于发热体两端，滑块预先加工好卡槽以及通孔，卡槽用于与滑轨卡接进行滑动，连接器安装于滑块的通孔内，与发热体相连接，同时与卷绕线束连接，负责给发热体传输电流并拖动其移动；

结合所述的轨道交通电池组自调节加热系统，本发明提供如下控制方法：

所述的自调节加热系统控制方法如下：控制器通过温度传感器检测各电池模组温度，当达到相应的控制触发条件时，对自调节加热系统进行调整，根据轨道交通电池组工作预热需求，设定第一触发加热条件为T1≤0℃，即当电池模组上检测到电池有部位温度T≤0℃时，控制器通过信号线束控制高压盒内开关闭合，给自动卷绕器上的卷绕线束及加热片1进行供电，同时由控制器控制位于电池模组两端的两个自动卷绕器开始转动通过卷绕高压线束带动卷绕线束，进而带动加热丝在滑轨上进行移动，在此判断条件下，自动卷绕器将加热丝移动至等间距分布在滑轨上，即各加热丝之间间距相等，达到使加热片表面发热均匀的效果；此时对电池模组进行均匀加热，同时控制器通过温度传感器对电池模组温度分布情况进行实时监测，若电池模组温度呈现出温差T_diff≥3℃，则自动卷绕器拉动加热丝进行移动，将低温区域的加热丝分布数量提升，降低高温区域的加热丝数量，则加热片呈现出的加热功率为随着电池模组温度变化，自动对相应区域的加热功率进行大小调节，随着加热的持续进行，当控制器检测到某点温度≥0℃时，则停止加热。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明公开的一种轨道交通电池组自调节加热系统及控制方法根据电池组的实时温度分布变化情况进行加热效率的调整，可以针对性的提高低温位置的加热效率。

(2)本发明公开的一种轨道交通电池组自调节加热系统及控制方法使电池组加热均匀性得到保障，从而极大地提升了电池组的使用性能与使用寿命。

附图说明

为了更清楚的说明本发明的轨道交通电池组自调节加热系统及控制方法，下面将对上述涉及的零部件以及控制方法工作流程利用附图做简单直观的说明，下面描述中的附图仅仅是本发明一个例子，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的电池组自调节加热系统图

图2为本发明实施例提供的加热片三维图

图3为本发明实施例提供的加热片左视图

图4为本发明实施例提供的加热丝三维图

图5为本发明实施例提供的电池组自调节加热系统布置图

其中：1-加热片、2-温度传感器、3-自动卷绕器、4-电接口、5-高压线束、6-信号线束、7-控制器、8-高压盒、9-蓄电池、10-电池模组、11-加热片壳体、12-滑轨、13-加热丝、14-卷绕线束、15-发热体、16-滑块、17-连接器

具体实施方式

本发明实施例公开了一种轨道交通电池组自调节加热系统及控制方法，用于轨道交通列车的应急牵引电池组系统，能保证应急牵引电池组系统在低温启动时快速处于最佳温度区间。

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其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1与图5所示，本发明实施例提供的轨道交通电池组自调节加热系统包括电气系统、加热系统，所述电气系统包括电温度传感器2、高压线束5、信号线束6、控制器7、高压盒8、蓄电池9、电池模组10，所述的加热系统包括加热片1、自动卷绕器3、电接口4；温度传感器2采用胶粘方式粘贴于电池模组10表面，通过信号线束6与控制器7连接，将电池模组10的温度数据实时传递给控制器7，控制器7与高压盒8通过信号线束6连接，高压盒8内为控制给自动卷绕器3与加热片1供电的开关，由控制器7进行控制，自动卷绕器3与高压盒8之间、高压盒8与蓄电池9之间采用高压线束5进行连接，通过高压线束5传递电流；单个加热片1有两个电接口4，电接口4分别位于加热片1两端，自动卷绕器3与加热片1通过高压线束5进行连接，通过高压线束5传递电流；

如图2和图3所示，本发明实施例提供的轨道交通电池组自调节加热系统中所述的加热片1包括电接口4、加热片壳体11、滑轨12、加热丝13、卷绕线束14；单个加热片1有两个电接口4，电接口4分别位于加热片1两端，加热片壳体11由绝缘高导热柔软性质材料制成，可以充分粘贴于电池模组10表面，滑轨12由低摩擦系数绝缘材料制成，安装于加热片壳体11内部，加热丝13通过预先加工好的卡槽在滑轨12上进行滑动，卷绕线束14分别对应与加热丝13连接，一根卷绕线束连接一个加热丝13，当自动卷绕器3转动对应的卷绕线束14时，卷绕线束14拖动加热丝13滑轨12上进行移动并且给加热丝13供电，采用两个自动卷绕器3是为了保证加热丝13移动准确及平稳；

如图4所示，本发明实施例提供的轨道交通电池组自调节加热系统中所述的加热丝13包括发热体15、滑块16、连接器17；发热体15为PTC材料制成，由控制器7控制通电的电流与电压大小控制其发热功率，滑块16由导热绝缘低摩擦系数材料制成，安装于发热体15两端，滑块16预先加工好卡槽以及通孔，卡槽用于与滑轨12卡接进行滑动，连接器17安装于滑块16的通孔内，与发热体15相连接，同时与卷绕线束14连接，负责给发热体15传输电流并拖动其移动；

结合图1至图5，本发明实施例提供的一种轨道交通电池组自调节加热系统控制方法如下：所述的自调节加热系统控制方法如下：

控制器7通过温度传感器2检测各电池模组10温度，当达到相应的控制触发条件时，对自调节加热系统进行调整，根据轨道交通电池组工作预热需求，设定第一触发加热条件为T1≤0℃，即当电池模组10上检测到电池有部位温度T≤0℃时，控制器7通过信号线束6控制高压盒内开关闭合，给自动卷绕器3及加热片1进行供电，同时自动卷绕器3开始转动通过卷绕高压线束5带动卷绕线束14，进而带动加热丝13在滑轨12上进行移动，在此判断条件下，自动卷绕器3将加热丝13移动至等间距分布在滑轨12上，即各加热丝13之间间距相等，达到使加热片1表面发热均匀的效果；此时对电池模组10进行均匀加热，同时控制器7通过温度传感器2对电池模组10温度分布情况进行实时监测，若电池模组10温度呈现出温差T_diff≥3℃，则自动卷绕器3拉动加热丝13进行移动，将低温区域的加热丝13分布数量提升，降低高温区域的加热丝13数量，则加热片1呈现出的加热功率为随着电池模组10温度变化，自动对相应区域的加热功率进行大小调节，随着加热的持续进行，当控制器7检测到某点温度≥0℃时，则停止加热。

从上述技术方案可以看出，本发明实施例提供一种轨道交通电池组自调节加热系统及控制方法，解决轨道交通车辆应急牵引电池系统在低温启动工作时的加热问题，保证应急牵引电池组系统在低温启动时在短时间内达到电池组工作的最佳温度区间，提高电池组的热均衡性，保证轨道列车在应急牵引电池组系统的使用性能与使用寿命。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种轨道交通电池组自调节加热系统，其特征在于，包括电气系统和加热系统；

所述电气系统包括：控制器(7)、温度传感器(2)、开关、蓄电池(9)；所述加热系统包括：加热片(1)、自动卷绕器(3)；所述温度传感器(2)通过信号线束(6)与所述控制器(7)相连，将电池模组(10)的温度数据实时传递给控制器(7)；所述控制器(7)与所述开关通过信号线束(6)相连，所述开关分别通过高压线束(5)连接自动卷绕器(3)和蓄电池(9)，通过其开闭控制蓄电池(9)给自动卷绕器(3)与加热片(1)供电与否，所述开关的开闭由所述控制器(7)控制；

所述加热片(1)在通电发热时给电池模组(10)传递热量，所述加热片(1)能够通过自动卷绕器(3)的转动实现在电池模组(10)表面不同位置处加热；所述自动卷绕器(3)的转动受所述控制器(7)控制。

2.根据权利要求1所述的一种轨道交通电池组自调节加热系统，其特征在于，所述加热片(1)包括加电接口(4)、加热片壳体(11)、滑轨(12)、加热丝(13)、卷绕线束(14)；所述滑轨(12)置于所述加热片壳体(11)内部两侧，所述加热丝(13)能够沿所述滑轨(12)滑动，所述加热丝(13)上连有所述卷绕线束(14)，所述加热片壳体(11)两端设有所述电接口(4)，所述卷绕线束(14)通过所述电接口(4)伸出壳体(11)之外。

3.根据权利要求2所述的一种轨道交通电池组自调节加热系统，其特征在于，所述加热片壳体(11)内的加热丝(13)有若干根，所述每根加热丝(13)对应连接一根卷绕线束(14)、并且每根卷绕线束(14)均通过两端电接口(4)伸出壳体(11)之外与位于壳体(11)两端的自动卷绕器(3)相连，通过两端的自动卷绕器(3)的转动配合实现定位加热丝(13)的加热位置。

4.根据权利要求2所述的一种轨道交通电池组自调节加热系统，其特征在于，所述加热丝(13)包括发热体(15)、滑块(12)、连接器(17)；所述滑块(12)位于所述发热体(15)的两端，所述滑块(12)底部设有卡槽，所述卡槽能够卡接在所述加热片壳体内部的滑轨(12)上、且两者之间可滑动，所述滑块(16)上还设有通孔，所述通孔内安装所述连接器(17)，所述连接器(17)分别与所述发热体(15)和所述卷绕线束(14)相连，将卷绕线束(14)输送的电流传递给发热体(15)。

5.根据权利要求4所述的一种轨道交通电池组自调节加热系统，其特征在于，所述发热体(15)为杆状，所述滑块(16)为圆柱状，所述自动卷绕器(3)由电机带动转动。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种轨道交通电池组自调节加热系统，其特征在于，所述开关置于高压盒(8)内。

7.根据权利要求1-5任一项所述的一种轨道交通电池组自调节加热系统，其特征在于，所述温度传感器(2)采用胶粘方式粘贴于电池模组(10)表面；所述加热片的壳体(11)由绝缘高导热柔软性质材料制成；所述加热片(1)内部的滑轨(12)由低摩擦系数绝缘材料制成；所述加热片(1)内部的加热丝(13)两端的滑块(16)由导热绝缘低摩擦系数材料制成，所述加热片(1)内部的加热丝的发热体(15)为PTC材料制成。

8.一种轨道交通电池组自调节加热控制方法，其特征在于，

控制器(7)通过温度传感器(2)检测各电池模组(10)温度，当达到相应的控制触发条件时，对自调节加热系统进行调整，根据轨道交通电池组工作预热需求，设定第一触发加热条件为T1≤0℃，即当电池模组(10)上检测到电池有部位温度T≤0℃时，控制器(7)通过信号线束(6)控制高压盒(8)内开关闭合，给自动卷绕器(8)上缠绕的卷绕线束(14)及加热片(1)进行供电，同时由控制器(7)控制位于电池模组(10)两端的两个自动卷绕器(3)开始转动通过卷绕高压线束(5)带动卷绕线束(14)，进而带动加热片内部的加热丝(13)在滑轨(12)上移动，在此判断条件下，自动卷绕器(3)将加热丝(13)移动至等间距分布在滑轨(12)上，即各加热丝(13)之间间距相等，达到使加热片(1)表面发热均匀的效果，此时对电池模组(10)进行均匀加热；同时控制器(7)通过温度传感器(2)对电池模组(10)温度分布情况进行实时监测，若电池模组(10)温度呈现出温差T_diff≥3℃，则控制两端的自动卷绕器(3)拉动加热丝(13)进行移动，将低温区域的加热丝(13)分布数量提升，降低高温区域的加热丝(13)数量，使得加热片(1)呈现出的加热功率为随着电池模组(10)的温度变化而变化，自动对相应区域的加热功率进行大小调节，随着加热的持续进行，当控制器(7)检测到某点温度≥0℃时，则停止加热。