CN109841923A - 一种电池组低温加热装置、电池模块及车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电池组低温加热装置、电池模块及车辆，其中，电池组低温加热装置包括低温电池组加热回路，加热回路的两端用于与动力电池组连接，加热回路上串设有第一开关、电感，电感的两端并联有续流支路，续流支路上串设有耗能元件。当电池组温度低于最低充电温度时，利用第一开关进行瞬间短路，通过电池组自身的内阻发出的热量使电池组发热升温，能量转换效率高，实现了对电池组的快速加热，节省了加热时间，提高了加热效率，当断开第一开关停止对电池组加热时，利用续流电阻对电感中的电流续流，防止电流流进电池组造成电池的损坏，提高了电池组的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于电池加热技术领域，特别涉及一种电池组低温加热装置、电池模块及车辆。
背景技术
随着新能源汽车的发展，纯电动汽车的普及越来越广泛，锂离子电池组是纯电动汽车的动力来源，电池组在使用过程中不可避免地会遇到低温环境，受电池技术的影响，电池在低温下其充电性能存在较大的问题，对纯电动汽车的影响较大，不能满足纯电动汽车的使用需求。已有的锂电池加热的方式种类较多，典型的有将空气或液体加热后引入电池包中，然而这种方法效率较低，且受到空间的限制，导致气体或液体的流速不均，难以保证均匀传热，较为有效的方法包括加热板加热、发热线缠绕加热、电热膜包覆盖加热等，其实质是在电池包上下添加加热板进行加热、在每个电池组前后缠绕加热线，或利用加热膜整个包覆在电池四周进行加热，然而这些方法的加热系统构造较为复杂，导致加热的经济性较低、成本及工艺问题较为严重。
为了对电池组的充电更加合理，公开号为“CN104638318A”，名称为“一种电动车动力电池组低温快速加热方法及系统”的中国专利文件，提出了一种电动车动力电池组低温快速加热的系统，该专利文件采用了瞬间短路的方法，使电流反复经过电池内阻产生热量加热动力电池组，当动力电池组达到了适宜的温度停止加热时，由电感、二极管、保险丝、动力电池组、电流电压检测单元形成回路，将电流泄放回动力电池组，但是如果此时动力电池组的温度可能还未达到适宜的温度，就对电池组充电，则可能会对电池组造成损坏，影响电池组的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电池组低温加热装置、电池模块及车辆，用于解决现有技术中未在电池组温度允许的范围内为电池组充电造成电池组损坏的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种电池组低温加热装置，包括以下方案：
装置方案一，一种电池组低温加热装置，包括低温电池组加热回路，所述加热回路的两端用于与动力电池组连接，所述加热回路上串设有第一开关、电感，所述电感的两端并联有续流支路，所述续流支路上串设有耗能元件。
装置方案二，在装置方案一的基础上，所述加热回路上还串设有第二开关，所述电感设置在所述第一开关与所述第二开关之间。
装置方案三和装置方案四，分别在装置方案一或装置方案二的基础上，所述耗能元件为电阻。
装置方案五和装置方案六，分别在装置方案三或装置方案四的基础上，所述第二开关为IGBT晶体管。
装置方案七和装置方案八，分别在装置方案五或装置方案六的基础上，还包括有控制器，所述控制器的两个控制信号输出端分别与所述第一开关的控制端和所述IGBT晶体管的控制端连接。
装置方案九，在装置方案一的基础上，所述续流支路上还串设有防反二极管。
本发明还提供了一种电池模块，包括以下方案：
模块方案一，包括动力电池组及电池组低温电池组加热回路，所述加热回路的两端与动力电池组连接，所述加热回路上串设有第一开关、电感，所述电感的两端并联有续流支路，所述续流支路上串设有耗能元件。
模块方案二，在模块方案一的基础上，所述加热回路上还串设有第二开关，所述电感设置在所述第一开关与所述第二开关之间。
模块方案三和模块方案四，分别在模块方案一或模块方案二的基础上，所述耗能元件为电阻。
模块方案五和模块方案六，分别在模块方案三或模块方案四的基础上，所述第二开关为IGBT晶体管。
模块方案七和模块方案八，分别在模块方案五或模块方案六的基础上，还包括有控制器，所述控制器的两个控制信号输出端分别与所述第一开关的控制端和所述IGBT晶体管的控制端连接。
模块方案九，在模块方案一的基础上，所述续流支路上还串设有防反二极管。
本发明还提供了一种车辆，包括以下方案：
车辆方案一，包括电池模块，所述电池模块包括动力电池组及电池组低温加热回路，所述加热回路的两端与动力电池组连接，所述加热回路上串设有第一开关、电感，所述电感的两端并联有续流支路，所述续流支路上串设有耗能元件。
车辆方案二，在车辆方案一的基础上，所述加热回路上还串设有第二开关，所述电感设置在所述第一开关与所述第二开关之间。
车辆方案三和车辆方案四，分别在车辆方案一或车辆方案二的基础上，所述耗能元件为电阻。
车辆方案五和车辆方案六，分别在车辆方案三或车辆方案四的基础上，所述第二开关为IGBT晶体管。
车辆方案七和车辆方案八，分别在车辆方案五或车辆方案六的基础上，还包括有控制器，所述控制器的两个控制信号输出端分别与所述第一开关的控制端和所述IGBT晶体管的控制端连接。
车辆方案九，在车辆方案一的基础上，所述续流支路上还串设有防反二极管。
本发明的有益效果是：
本发明通过对电池在低温条件下的可控短路特性研究，利用电池组在低温下的内阻显著增大的特性，提供了一种可控瞬间短路的方案，当电池组温度低于最低充电温度时，利用第一开关进行瞬间短路，通过电池组自身的内阻发出的热量使电池组发热升温，能量转换效率高，实现了对电池组的快速加热，节省了加热时间，提高了加热效率，当断开第一开关停止对电池组加热时，利用续流电阻对电感中的电流续流，防止电流流进电池组造成电池的损坏，提高了电池组的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的开关K1、晶体管S1闭合时的电路原理图；
图2为本发明的晶体管S1断开，电阻续流时的电路原理图；
图3为利用电池内阻对电池本身进行加热的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：
一种电池组低温加热装置，如图1所示，包括低温电池组加热回路，加热回路的两端用于与动力电池组连接，回路上依次串设有第一开关，第一开关可以为手动开关，优选的为图1中的继电器K1、电感(对应图1中的电感L1)，继电器K1触点的一端与动力电池组的正极连接，继电器K1触点的另一端与电感L1的一端连接，电感L1的另一端与动力电池组的负极连接，电感L1的两端还并联有续流支路，续流支路上串设有耗能元件，本实施例的耗能元件为电阻R1。当电池组处于低温的环境中，通过闭合开关K1利用电池组自身的内阻发热对电池组进行加热，当停止为电池组加热时，利用续流电阻对电感释放的电流续流，防止电感释放的电流流经电池组，造成电池组的永久损坏。
该电池组低温加热装置还包括有控制器，控制器的两个控制信号输出端分别与第一开关的控制端和第二开关的控制端连接，该控制器可以为图1中的电池管理系统，作为其他实施方式，也可以选择CPU、FPGA等具有控制功能的器件。电池组的充电回路中还串设有第二开关，即晶体管S1，电感设置在第一开关于第二开关之间，且电感L1通过晶体管S1与电池组的负极连接，电池管理系统供电连接继电器K1线圈的一端，继电器K1线圈的另一端接地，电池管理系统还控制连接晶体管S1的控制端。
因为，电池组在低温时的电阻远大于电池组在常温或高温时的电阻，因此，在低温启动时，通过电感L1将电池组的正负极相连，形成回路电流，此时电池组的内阻很大，电池组具有很大的压降，因此，可以通过自身发热对电池组本身进行加热，但是在常温或高温下如果直接利用电感将电池组的正负极相连，则会形成短路，造成电池组的损坏。
具体的加热过程为，如图3所示，电池管理系统检测电池温度，当电池温度高于电池的最低充电温度，不对电池加热，当电池温度低于电池的最低充电温度时，检测电池荷电状态SOC是否低于第一设定值或最低单体电压是否低于下第一限值，若低于第一设定值或低于第一下限值，则不对电池加热，若高于第一设定值或高于第一下限值，则进入短路内阻加热模式，电池管理系统为继电器K1的线圈供电，并控制晶体管S1导通，形成充电回路，利用电池组自身内阻产生的热量为电池组加热。
加热过程中，检测电池温度是否低于最低充电温度，若高于最低充电温度，此时电池组不需要加热，电池管理系统控制晶体管S1关断，或接触器K1关断，停止为电池组加热，此时，电感L1中释放的电流通过续流电阻进行消耗，如果此时电池的温度还未升至允许的范围，而电感释放的电流流经电池组，则会对电池组的隔膜结构造成永久损坏，影响电池组的使用寿命，如图2所示，若电池温度低于最低充电温度，则继续判断电池荷电状态SOC是否低于第二设定值或最低单体电压是否低于第二下限值，若低于第一设定值或低于第一下限值，则不对电池加热，否则，继续利用电池内阻进行加热。当电池管理系统检测到电池的温度已经升至允许的温度范围，则可以对电池组进行充电，那么电感释放的电流也可以流经电池组，为电池组充电而不会对电池组造成损坏。
随着加热过程的进行，电池组的温度不断升高，充电回路的总阻值发生变化，即电池组的阻值会随着温度的变化而变化，充电回路中的电流也会发生变化，为了防止充电回路中的电流过大对电池组造成损坏，利用电感可以限流的特性对充电回路中的电流进行限制，避免了电流过大。继电器K1的一端与电池组的正极之间串设有保险丝，用于对电路保护，避免电池加热装置烧毁，提高电池加热装置的安全性。续流回路上还串设有防反二极管D1，在为电池组充电时，防止充电电流流经续流支路。
本发明还提供了一种电池模块，包括动力电池组及电池组低温电池组加热回路，加热回路的两端与动力电池组连接，加热回路上串设有第一开关、电感，电感的两端并联有续流支路，续流支路上串设有耗能元件。
本发明还提供了一种车辆，包括电池模块，电池模块包括动力电池组及电池组低温加热回路，加热回路的两端与动力电池组连接，加热回路上串设有第一开关、电感，电感的两端并联有续流支路，续流支路上串设有耗能元件。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于以上所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种电池组低温加热装置，包括低温电池组加热回路，所述加热回路的两端用于与动力电池组连接，所述加热回路上串设有第一开关、电感，其特征在于，所述电感的两端并联有续流支路，所述续流支路上串设有耗能元件。
2.根据权利要求1所述的电池组低温加热装置，其特征在于，所述加热回路上还串设有第二开关，所述电感设置在所述第一开关与所述第二开关之间。
3.根据权利要求1或2所述的电池组低温加热装置，其特征在于，所述耗能元件为电阻。
4.根据权利要求3所述的电池组低温加热装置，其特征在于，所述第二开关为IGBT晶体管。
5.根据权利要求4所述的电池组低温加热装置，其特征在于，还包括有控制器，所述控制器的两个控制信号输出端分别与所述第一开关的控制端和所述IGBT晶体管的控制端连接。
6.根据权利要求1所述的电池组低温加热装置，其特征在于，所述续流支路上还串设有防反二极管。
7.一种电池模块，其特征在于，包括动力电池组及电池组低温电池组加热回路，所述加热回路的两端与动力电池组连接，所述加热回路上串设有第一开关、电感，所述电感的两端并联有续流支路，所述续流支路上串设有耗能元件。
8.根据权利要求7所述的电池模块，其特征在于，所述加热回路上还串设有第二开关，所述电感设置在所述第一开关与所述第二开关之间。
9.根据权利要求7或8所述的电池模块，其特征在于，所述耗能元件为电阻。
10.一种车辆，其特征在于，包括电池模块，所述电池模块包括动力电池组及电池组低温加热回路，所述加热回路的两端与动力电池组连接，所述加热回路上串设有第一开关、电感，所述电感的两端并联有续流支路，所述续流支路上串设有耗能元件。
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