CN109921147A - 一种基于太阳能电池的锂离子动力电池加热管理装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于太阳能电池的锂离子动力电池加热管理装置及方法，属于锂离子动力电池低温加热与充电技术领域。本发明为了解决现有技术中低温环境下锂离子动力电池效率低的问题；包括太阳能电池、电池加热管理装置，放电电路，锂离子动力电池、开关电路和加热部件，太阳能电池的输出端通过开关电路连接加热片，锂离子动力电池的输出端分别与电池加热管理装置和放电电路建立连接，电池加热管理装置的输出端分别连接放电电路和开关电路；本发明可采用外部加热与内部加热两种加热方式对低温下的锂电池进行预热。

Description

一种基于太阳能电池的锂离子动力电池加热管理装置及方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子动力电池加热/充电技术，属于锂离子动力电池低温加热与充电技术领域。
背景技术
锂离子电池以其比功率高、能量密度大、自放电率低和贮藏时间长等优点，正逐步取代其他电池成为主要的动力电池。虽然锂离子电池有很多优点，但是在低温下，锂离子电池的充放电性能仍存在较大问题，例如：各种活性物质活跃性降低，电芯电极的反应率低，石墨负极锂离子电池内部各类阻抗大幅增加，电池可用容量减少，输出功率明显下降，这对电动汽车的使用性能影响较大。
发明内容
为了解决现有技术中锂动力电池在低温环境下充放电性能降低的问题，本申请提出了基于太阳能电池的锂离子动力电池加热管理装置及方法。
一种基于太阳能电池的锂离子动力电池加热管理装置，包括太阳能电池、电池加热管理装置，放电电路，锂离子动力电池、开关电路和加热部件，太阳能电池的输出端通过开关电路连接加热片，锂离子动力电池的输出端分别与电池加热管理装置和放电电路建立连接，电池加热管理装置的输出端分别连接放电电路和开关电路。
所述电池加热管理装置包括电压采集电路、电流采集电路、温度传感器和单片机电路，电压采集电路、电流采集电路和温度传感器的输入端均与锂离子动力电池建立连接，电压采集电路、电流采集电路和温度传感器的输出端均与单片机电路的输入端建立连接，单片机的电路的输出端与放电电路和开关电路建立连接。
所述开关电路为MOS开关电路。
所述加热部件为加热片。
一种基于太阳能电池的锂离子动力电池加热方法，包括以下步骤：
步骤一：根据不同锂电池类型，设定温度阈值T1、T2(T1<T2)以及电压阈值Umin；
步骤二：装置检测锂电池温度T并与T1进行比较，若T<T1，MOS管开关电路导通，加热片工作产生热量，利用热传导的方式，将热量传递给锂电池，锂电池热量上升，温度升高，否则进入步骤三；
步骤三：锂电池温度T高于T1，MOS管开关电路关断，加热片不工作；
步骤四：此时T>T1，检测T是否低于T2，若T>T2，锂电池不需要加热，放电电路不工作，否则进入步骤五；
步骤五：检测锂电池电压U并与Umin比较，若U<Umin，不允许锂电池放电，放电电路不工作，否则进入步骤六；
步骤六：若U>Umin，放电电路开始工作，锂电池对外放电，利用放电产生热量自加热；
步骤七：当锂电池温度T>T2时，放电电路停止工作；当电压U<Umin时，放电电路紧急停止，锂电池停止放电，避免过放电对锂电池造成损害。
锂电池温度特定值T1、T2由锂电池的种类确定，不同锂电池的温度会有所差异；
加热片覆盖锂电池表面，根据锂电池种类不同，覆盖部位有所不同；
包括实时记录电池温度并计算电池温升速率ΔT/Δt，当温升速率过快或过慢时，降低或提高加热片加热功率，避免锂电池因短时间内温升过高对锂电池电压造成影响；
进一步的，包括检测锂离子电池的开路电压的步骤，当电池电压U低于Umin值时，不允许放电电路导通，锂离子电池不能放电。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
应用外部加热与内部加热两种加热方式对低温下的锂电池进行预热，在不同的温度区间应用不同的加热方法，以达到最优的加热效果。
附图说明
图1是本发明实施例的装置结构框图；
图2是本发明实施例的电池加热管理装置结构示意图；
图3是本发明实施例的MOS管开关电路。
图4是本发明实施例的电压检测电路图；
图5是本发明实施例的电流检测电路图；
图6是本发明实施例的加热电路图；
图7是本发明的原理流程图；
具体实施方式
下面结合附图对本申请的实施例进行进一步描述。
一种基于太阳能电池1的锂离子动力电池加热管理装置，包括太阳能电池、电池加热管理装置，放电电路，锂离子动力电池、开关电路和加热部件，太阳能电池的输出端通过开关电路连接加热片，锂离子动力电池的输出端分别与电池加热管理装置和放电电路建立连接，电池加热管理装置的输出端分别连接放电电路和开关电路。
所述电池加热管理装置包括电压采集电路、电流采集电路、温度传感器和单片机电路，电压采集电路、电流采集电路和温度传感器的输入端均与锂离子动力电池建立连接，电压采集电路、电流采集电路和温度传感器的输出端均与单片机电路的输入端建立连接，单片机的电路的输出端与放电电路和开关电路建立连接。
所述开关电路为MOS开关电路，如图3所示，控制信号VG控制VS是否给VD供电。此电路中，源漏两端没有接反，R1与R2存在的意义在于R1控制栅极电流不至于过大，R2控制栅极的常态。当VG为低电平时，Ugs<0，PMOS管导通，VD输出高电平；当VG为高电平时，Ugs>0，PMOS管关断，加热片停止工作。
如图4所示，本实施例的电压采集电路包括依次连接的第一分压电路1、光耦隔离电路2和稳压电路3，图中第一分压电路1的电阻R1满足：第一分压电路1输出的电压值U满足：采用的光耦隔离的作用使被隔离的两部分电路之间没有电的直接连接，主要是防止因有电的连接而引起的干扰，稳压电路3的作用是保持输出电压基本不变，以及过压保护，经过电压采样，光耦隔离，经过稳压后，传输到单片机DSP等元器件进行处理。
如图5所示，本实施例的电流采集电路包括串联连接电流传感器ACS712芯片4和第二分压电路5，电池串联到IA和IB口，Vcc管脚用于芯片ACS712供电，GND管脚接地，FILTER管脚用于滤波，图中R1、R2和R3构成第二分压电路，第二分压电路5的输出电压U满足：，避免输出电压过高，损坏后面的控制器，如单片机、DSP等，即ACS712芯片将采集到的电流信号转换成电压信号，再作为输入信号传给单片机等控制器。
本实施例的一个重要部件是加热部件，加热部件是直接给锂离子动力电池加热的部分，温度对电池的性能影响很大，外界温度过高或过低等变化都会对锂离子动力电池造成损害，会使其性能变差，因此本实施例的加热电路包括温度控制电路和加热片，加热片包覆在锂离子动力电池表面，加热片与锂离子电池之间安装只有硅胶片导热夹层，导热硅胶夹层使热恋通过热传导为锂离子动力电池加热，并且导热硅胶夹层具有良好的保温效果，保持热量长时间的聚集在锂离子动力电池的外部，如图6所示，所述温度控制电路包括继电器和开关管，开关电路的输出端通过开关管连接继电器，所述太阳能供电电池通过继电器的敞开出点与加热片建立连接。
如图7所示，本实施例的基于太阳能电池的锂离子动力电池加热方法，包括以下步骤：
步骤一：根据不同锂电池类型，设定温度阈值T1、T2(T1<T2)以及电压阈值Umin；
步骤二：装置检测锂电池温度T并与T1进行比较，若T<T1，MOS管开关电路导通，加热片工作产生热量，利用热传导的方式，将热量传递给锂电池，锂电池热量上升，温度升高，否则进入步骤三；
步骤三：锂电池温度T高于T1，MOS管开关电路关断，加热片不工作；
步骤四：此时T>T1，检测T是否低于T2，若T>T2，锂电池不需要加热，放电电路不工作，否则进入步骤五；
步骤五：检测锂电池电压U并与Umin比较，若U<Umin，不允许锂电池放电，放电电路不工作，否则进入步骤六；
步骤六：若U>Umin，放电电路开始工作，锂电池对外放电，利用放电产生热量进行自加热；
步骤七：当锂电池温度T>T2时，放电电路停止工作；当电压U<Umin时，放电电路停止，锂电池停止放电，避免过放电对锂电池造成损害。
本发明的实施例的上述描述是为了示例和说明的目的而给出的。它们并不是穷举性，也不意于将本发明限制于这些精确描述的内容，在上述教导的指引下，还可以有许多改动和变化。这些实施例被选中和描述仅是为了最好解释本发明的原理以及它们的实际应用，从而使得本领域技术人员能够更好地在各种实施例中并且使用适合于预期的特定使用的各种改动来应用本发明。因此，应当理解的是，本发明意欲覆盖在下面权利要求范围内的所有改动和等同。

Claims (6)

1.一种基于太阳能电池的锂离子动力电池加热管理装置，其特征在于：包括太阳能电池、电池加热管理装置，放电电路，锂离子动力电池、开关电路和加热部件，太阳能电池的输出端通过开关电路连接加热片，锂离子动力电池的输出端分别与电池加热管理装置和放电电路建立连接，电池加热管理装置的输出端分别连接放电电路和开关电路。
2.根据权利要求1所述一种基于太阳能电池的锂离子动力电池加热管理装置，其特征在于：所述电池加热管理装置包括电压采集电路、电流采集电路、温度传感器和单片机电路，电压采集电路、电流采集电路和温度传感器的输入端均与锂离子动力电池建立连接，电压采集电路、电流采集电路和温度传感器的输出端均与单片机电路的输入端建立连接，单片机的电路的输出端与放电电路和开关电路建立连接。
3.根据权利要求1所述一种基于太阳能电池的锂离子动力电池加热管理装置，其特征在于：所述开关电路为MOS开关电路。
4.根据权利要求1所述一种基于太阳能电池的锂离子动力电池加热管理装置，其特征在于：所述加热部件为加热片，加热片包覆在锂离子动力电池外部。
5.一种基于太阳能电池的锂离子动力电池加热方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：根据不同锂电池类型，设定温度阈值T1、T2(T1<T2)以及电压阈值Umin；
步骤二：装置检测锂电池温度T并与T1进行比较，若T<T1，MOS管开关电路导通，加热片工作产生热量，利用热传导的方式，将热量传递给锂电池，锂电池热量上升，温度升高，否则进入步骤三；
步骤三：锂电池温度T高于T1，MOS管开关电路关断，加热片不工作；
步骤四：此时T>T1，检测T是否低于T2，若T>T2，锂电池不需要加热，放电电路不工作，否则进入步骤五；
步骤五：检测锂电池电压U并与Umin比较，若U<Umin，不允许锂电池放电，放电电路不工作，否则进入步骤六；
步骤六：若U>Umin，放电电路开始工作，锂电池对外放电，利用放电产生热量自加热；
步骤七：当锂电池温度T>T2时，放电电路停止工作；当电压U<Umin时，放电电路紧急停止，锂电池停止放电，避免过放电对锂电池造成损害。
6.根据权利要求5所述一种基于太阳能电池的锂离子动力电池加热方法，其特征在于：包括检测锂离子电池的开路电压的步骤，当电池电压低于Umin值时，不允许放电电路导通，锂离子电池不能放电，避免锂电池过放电。
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