CN111361456A - 一种用于动力电池的自预热系统及动力电池的加热方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于动力电池的自预热系统和动力电池的加热方法。用户可以提前通过移动终端发出加热指令来远程操控车辆，而车辆根据加热指令、测温器和加热器等对动力电池提前加热，由此待用户到达车辆所在位置时，动力电池的温度已能够保证车辆此时具备良好的动力性能，并保证动力电池能够直接进行直流快充。

Description

一种用于动力电池的自预热系统及动力电池的加热方法
技术领域
本发明总的涉及机动车动力电池领域的控制系统及控制方法，特别是涉及一种用于动力电池的自预热系统及动力电池的加热方法。
背景技术
随着资源的不断枯竭以及环境的不断恶化，常规的内燃机动力车辆逐渐被新能源汽车所取代。然而，相比内燃机动力车辆，新能源汽车还存在着诸多问题。作为新能源汽车的动力来源，新能源汽车的动力电池的工作性能受环境温度影响较大。特别是在低温环境下，动力电池的电池活性会明显减弱，致使其输出功率大幅下降，进而导致车辆的动力性能大幅下降。由于在低温环境下，其动力电池的放电功率较低，车辆只能先低速运行，待动力电池在运转过程中产生的热量使电池逐渐升温后，车辆才能恢复至正常的动力性能状态。在某些特定路段，这会明显增加用户出行所需时间，同时也会大大降低用户的乘车体验。
此外，目前市场上出现的多数动力电池利用交流慢充桩给自身加热或保温。有一部分厂家开发出了可以利用直流快充桩边充电、边加热的动力电池，但是这类产品也仅适用于零度以上的环境条件。尤其是，当环境温度处于零度以下时，电动车的动力电池若是直接在直流快充桩上边充电边加热，则会导致动力电池出现析锂结晶，由此刺穿隔膜造成电池内部短路，严重时还会导致电池内部短路起火等危险情况的发生。
发明内容
本发明针对以上现有技术中存在的问题，提供了一种用于动力电池的自预热系统，所述自预热系统包括整车控制器(VCU)、测温器和加热器。其中，所述测温器与所述整车控制器通信连接，其用于检测环境温度和/或所述动力电池的内部温度并将测得的温度信息传送至所述整车控制器。加热器(PTC与所述动力电池电连接且与所述整车控制器通信连接，其用于加热所述动力电池。用户能够通过与所述整车控制器通信连接的移动终端向所述整车控制器发送加热指令，所述整车控制器接收到所述加热指令后根据所述温度信息确定是否致动所述加热器，并在确定致动所述加热器的情况下，基于所述加热指令和所述温度信息控制应用于所述加热器的加热参数
根据本发明的一种优选实施方式，所述自预热系统还包括电池管理系统(BMS)，所述电池管理系统与所述整车控制器通信连接，其用于检测所述动力电池的荷电状态(SOC)，当所述荷电状态表示所述动力电池的电容量低于预定值时，所述整车控制器不致动所述加热器，并将所述荷电状态发送至所述移动终端。
根据本发明的另一种优选实施方式，所述电池管理系统还用于检测所述动力电池的最大持续放电功率。
根据本发明的另一种优选实施方式，所述整车控制器还与控制电机运转的电机控制器(MCU)通信连接，当所述整车控制器致动所述加热器时，所述整车控制器还发出锁止指令至所述电机控制器以保证所述电机不输出扭矩。
根据本发明的另一种优选实施方式，所述自预热系统还包括DC-DC转换器，所述DC-DC转换器分别与所述整车控制器、所述动力电池电力连接以利用所述动力电池的电量为所述整车控制器提供电能。
根据本发明的另一种优选实施方式，所述预定值选自所述动力电池的最大电容量的5％-10％中的任意值。
根据本发明的另一种优选实施方式，所述加热器是PTC加热器。
根据本发明的另一种优选实施方式，所述PTC加热器包括贴附于所述动力电池的PTC加热膜或加热水腔。
此外，本发明还涉及一种采用上述自预热系统的动力电池的加热方法，所述加热方法包括：
整车控制器接收来自用户的移动终端的加热指令以及来自测温器的温度信息；
所述整车控制器根据所述温度信息确定是否致动所述加热器以执行加热作业，并在确定致动所述加热器的情况下，基于所述加热指令和所述温度信息控制应用于所述加热器的加热参数。
根据本发明的一种优选实施方式，所述加热方法还包括：当所述荷电状态表示所述动力电池的电容量低于预定值时，所述整车控制器不致动所述加热器，并将所述荷电状态发送至所述移动终端。
根据本发明的另一种优选实施方式所述加热方法还包括：当所述最大持续放大功率低于设定值时，所述整车控制器不致动所述加热器，并将所述荷电状态发送至所述移动终端。
根据本发明的另一种优选实施方式，所述加热方法还包括：所述整车控制器发出锁止指令至所述电机控制器，由此保证所述加热器执行加热作业时，所述电机不输出扭矩。
根据本发明的另一种优选实施方式，所述加热方法还包括：所述整车控制器判断整车是否存在禁止上高压故障，当所述整车控制器判断存在禁止上高压故障时，所述整车控制器将所述禁止上高压故障发送至所述移动终端，并且不致动所述加热器；当所述整车控制器判断不存在禁止上高压故障时，所述整车控制器致动所述加热器执行加热作业。
根据本发明的另一种优选实施方式，所述禁止上高压故障包括碰撞故障、主正接触器开路故障、动力电池内部短路故障中的任意一种或多种。
根据本发明的另一种优选实施方式，当所述加热器完成加热作业时，所述整车控制器向所述移动终端发送加热完毕信息。
根据本发明的另一种优选实施方式，所述加热参数包括选自由加热量、加热速度、加热功率、加热时长组成的组中的任意一项或多项参数。
根据本发明的自预热系统和动力加热方法中含有测温器、加热器等。用户可以提前通过移动终端发出加热指令以远程操控车辆，而车辆可以根据加热指令、测温器和加热器等对动力电池提前加热，这样待用户到达车辆所在位置时，动力电池的温度已经能够保证车辆此时具备良好的动力性能，并且保证动力电池能够直接进行直流快充。
附图说明
为了更好地理解本发明的上述及其他目的、特征、优点和功能，可以参考附图中所示的优选实施方式。附图中相同的附图标记指代相同的部件。本领域技术人员应该理解，附图旨在示意性地阐明本发明的优选实施方式，对本发明的范围没有任何限制作用，图中各个部件并非按比例绘制。
图1是根据本发明一个优选实施方式的用于动力电池的自预热系统的总体结构图；
图2是根据本发明一个优选实施方式的用于动力电池的自预热系统的物理连接关系图；
图3是根据本发明的一个优选实施方式的动力电池的加热方法的流程图；
图4是根据本发明的一个优选实施方式的快充用车模式的MAP分类表；
图5是根据本发明的一个优选实施方式的行车用车模式的MAP分类表。
具体实施方式
接下来，将参照附图详细描述根据本发明的用于动力电池的自预热系统及动力电池的加热方法。这里所描述的仅仅是根据本发明的优选实施方式，本领域技术人员可以在所述优选实施方式的基础上想到能够实现本发明的其他方式，所述其他方式同样落入本发明的范围。
图1是根据本发明一个优选实施方式的用于动力电池的自预热系统的总体结构图。自预热系统包括整车控制器(VCU，Vehicle Control Unit)、测温器和加热器。其中，测温器与整车控制器通信连接，其用于检测环境温度和/或动力电池的内部温度并将测得的温度信息传送至整车控制器。加热器与动力电池电连接且与整车控制器通信连接，其用于加热动力电池。用户能够通过与整车控制器通信连接的移动终端向整车控制器发送加热指令，整车控制器在接收到加热指令后，首先根据温度信息确定是否需要致动加热器，并在确定需要致动加热器的情况下，再基于加热指令和温度信息控制或调整应用于加热器的加热参数。其中，整车控制器可通过数据采集模块(TBOX)与诸如手机、智能手表等移动终端通信连接，从而实现与用户之间进行交互。在此过程中，TBOX分别对数字信号和模拟信号进行转换以实现通信连通。
对于本发明中的加热指令，其包含用户的用车方式等信息。具体地，用车方式例如可包括行车需求、充电需求，等等。此外，加热指令还可进一步包括时间信息，由此自预热系统可以确定驾驶员何时需要用车(行车或快充)，并确定具体的加热参数。对于自预热系统的加热参数等，可通过存储在系统内多个MAP表来获取。针对不同的用车需求(快充用车、行车用车)、环境温度条件、用车时间等，自预热系统可以具有对应的多个MAP表。自预热系统在收到加热指令后，能够根据不同的MAP表确定具体的加热参数。对于MAP表，可参见图4-图5，其中的图4表示快充用车模式下的MAP表的分类方式，图5表示行车模式下的MAP表的分类方式。
对于本发明的加热器，其优选为PTC加热器。PTC加热器可被构造成包括贴附于动力电池上的PTC加热膜或加热水腔。对于本发明的加热参数，其可以是包括从由加热量、加热速度、加热功率、加热时长的组中选择的任意一项或多项参数。
具有整车控制器、加热器、测温器的自预热系统可采用下述方法来进行加热动力电池。首先，整车控制器接收来自用户的移动终端的加热指令以及来自测温器的温度信息。此后，整车控制器根据温度信息确定是否需要致动加热器以执行加热作业，并在确定需要致动加热器的情况下，基于加热指令和温度信息控制应用于所述加热器的加热参数。
除了以上组成形式的自预热系统及对应的加热方法，本发明此外还涉及了其他组成形式的自预热系统以及对应的动力电池加热方法。例如，在一种优选实施方式中，自预热系统还包括电池管理系统(BMS)。其中，电池管理系统与整车控制器通信连接，并用于检测动力电池的荷电状态(SOC，State of Charge)。当检测到的荷电状态表示动力电池的电容量低于预定值时，整车控制器不致动加热器，并将荷电状态发送至移动终端。由此可以避免在动力电池的电量不足的情况下，自预热系统仍利用动力电池来进行自预热从而导致的电池馈电情况的发生。优选地，可将上述预定值设定为动力电池的最大电容量的5％-10％中的任意值。
上述的电池管理系统此外还可进一步设定成用于检测动力电池的最大持续放电功率。在此情况下，当最大持续放大功率低于设定值时，整车控制器不致动加热器，并将荷电状态发送至移动终端。其中，设定值可根据车辆的重量、滚动阻力系数、整车的最高车速以及加速性能等确定。
由于最大持续放电功率与整车的动力性能直接关联，在将电池管理系统进一步设定成可检测最大持续放电功率后，自预热系统可以针对包含行车需求的加热指令做出更为合理的执行动作。
除了通过设置电池管理系统来判断是否停止致动加热器之外，本发明的加热方法中还通过以下判断步骤来确定是否致动加热器。具体地，可在根据本发明的加热方法中进一步增加如下所述的判断步骤：整车控制器判断整车是否存在禁止上高压故障，当整车控制器判断存在禁止上高压故障时，整车控制器将禁止上高压故障发送至移动终端，并且不致动加热器；当整车控制器判断不存在禁止上高压故障时，整车控制器致动加热器执行加热作业。其中，禁止上高压故障可选自碰撞故障、主正接触器开路故障、动力电池内部短路故障中的任意一种或多种。
为了保证动力电池输出的电能不被浪费，在另一种优选实施例中，整车控制器还可被设定成与控制电机运转的电机控制器(MCU)通信连接。当整车控制器致动加热器时，整车控制器还发出锁止指令至电机控制器以保证电机不输出扭矩。由此，由动力电池输出的电能仅用于加热动力电池自身时，而不会致动车轮转动而使得车辆与其他物体发生碰撞。
除了可将自预热系统的部分部件设置成具备更多的功能外，自预热系统还可以在部件种类上做出进一步的改变。例如，根据本发明的一种优选实施方式，自预热系统还可设置DC-DC转换器，DC-DC转换器分别与整车控制器、动力电池电力连接以利用动力电池的电量为整车控制器提供电能。为了对整车控制器进行供电，整车控制器也可以与整车上独立的蓄电池供电。
对于动力电池与上述PTC加热器、DC-DC转换器的电连接关系可参见图2。其中，电池的正极引出端连接有彼此成并联关系的主正接触器、预充接触器，上述接触器后端连接有彼此成并联关系的PTC加热器、电机控制器和DC-DC转换器，最后通过主负接触器而与电池负极引出端连接，形成控制回路。其中，PTC加热器由PTC开关和PTC加热膜组成。工作时，电池管理系统先闭合主负接触器、预充接触器，动力电池通过预充接触器向外输出较低电压，为电机电路上的电容充电以防止直接上高压后直接击穿电容。在预充完成后，电池管理系统发送预充完成的信息至整车控制器，此时电机控制器进行高压自检，并在自检通过后发送高压自检完成的信息至整车控制器，由此主正接触器闭合，同时主负接触器断开以进行上高压，直至整车上高压完成。
以下结合图2-3针对配备有数据采集模块(TBOX)、整车控制器(VCU)、电池管理系统(BMS)、电机控制器(MCU)、DC-DC转换器、PTC加热器的自预热系统的工作流程进行详细说明。在图3的方案中，加热方法依照以下步骤进行：用户根据自己的用车方式和时间需求借由手机向数据采集模块发送加热指令；TBOX解析加热指令，确定其用车模式和时间需求并通过诸如12V的高电平信号硬线唤醒整车控制器，使其开始进行初始化并开始正常工作；整车控制器硬线唤醒电池管理系统、电机控制器、DC-DC转换器和PTC加热器的控制器；当电池管理系统、电机控制器、DC-DC转换器和PTC加热器的控制器被唤醒后，即进行初始化，整车控制器和上述已被唤醒的设备之间即可进行CAN信息交互；整车控制器随后根据电池管理系统的反馈信息，判断电池SOC是否大于一预定值、最大持续放电功率是否大于设定值、整车是否存在禁止上高压故障以确认是否可以对整车上高压，当不满足上高压条件时，整车将不满足的原因反馈至移动终端结束操作，当满足上高压条件时，整车控制器控制整车上高压；当整车上高压完成时，整车控制器控制MCU不使能，并使得PTC加热器、DC-DC转换器开始工作；整车控制器根据温度信息和用车时间等得出PTC加热器的加热参数；PTC加热器开始根据加热参数执行加热作业；在PTC加热器执行加热作业过程中，电池管理系统不断检测动力电池，确定是否完成加热作业，当PTC加热器完成加热作业时，电池管理系统、电机控制器、DC-DC转换器和PTC加热器的控制器协调工作以进行下高压作业，同时整车控制器向数据采集模块发送预热完成信息；数据采集模块发送预热完成信息至移动终端，完成预热作业。
如上所述，根据本发明的自预热系统和加热方法，用户在需要用车(行车或快充)时，可以提前对动力电池进行远程预加热控制，由此保证用户在到达车辆位置时即可用车。即使车辆无法实现预加热，本发明的自预热系统也能提前将相关信息发送至移动终端以告知用户，从而保证用户有更长的应急处理时间。
本发明的保护范围仅由权利要求限定。得益于本发明的教导，本领域技术人员容易认识到可将本发明所公开结构的替代结构作为可行的替代实施方式，并且可将本发明所公开的实施方式进行组合以产生新的实施方式，它们同样落入所附权利要求书的范围内。

Claims (16)

1.一种用于动力电池的自预热系统，所述自预热系统包括整车控制器，其特征在于，所述自预热系统还包括：
测温器，所述测温器与所述整车控制器通信连接，其用于检测环境温度和/或所述动力电池的内部温度并将测得的温度信息传送至所述整车控制器；
加热器，所述加热器与所述动力电池电连接且与所述整车控制器通信连接，其用于加热所述动力电池；
其中，用户能够通过与所述整车控制器通信连接的移动终端向所述整车控制器发送加热指令，所述整车控制器接收到所述加热指令后根据所述温度信息确定是否致动所述加热器，并在确定致动所述加热器的情况下，基于所述加热指令和所述温度信息控制应用于所述加热器的加热参数。
2.根据权利要求1所述的自预热系统，其中，所述自预热系统还包括电池管理系统(BMS)，所述电池管理系统与所述整车控制器通信连接，其用于检测所述动力电池的荷电状态(SOC)，当所述荷电状态表示所述动力电池的电容量低于预定值时，所述整车控制器不致动所述加热器，并将所述荷电状态发送至所述移动终端。
3.根据权利要求1所述的自预热系统，其中，所述电池管理系统还用于检测所述动力电池的最大持续放电功率。
4.根据权利要求1所述的自预热系统，其中，所述整车控制器还与控制电机运转的电机控制器(MCU)通信连接，当所述整车控制器致动所述加热器时，所述整车控制器还发出锁止指令至所述电机控制器以保证所述电机不输出扭矩。
5.根据权利要求4所述的自预热系统，其中，所述自预热系统还包括DC-DC转换器，所述DC-DC转换器分别与所述整车控制器、所述动力电池电力连接以利用所述动力电池的电量为所述整车控制器提供电能。
6.根据权利要求2所述的自预热系统，其中，所述预定值选自所述动力电池的最大电容量的5％-10％中的任意值。
7.根据权利要求1所述的自预热系统，其中，所述加热器是PTC加热器。
8.根据权利要求7所述的自预热系统，其中，所述PTC加热器包括贴附于所述动力电池的PTC加热膜或加热水腔。
9.一种动力电池的自动加热方法，其采用如权利要求1-8中任一项所述的自预热系统，所述加热方法包括：
整车控制器接收来自用户的移动终端的加热指令以及来自测温器的温度信息；
所述整车控制器根据所述温度信息确定是否致动所述加热器以执行加热作业，并在确定致动所述加热器的情况下，基于所述加热指令和所述温度信息控制应用于所述加热器的加热参数。
10.根据权利要求9所述的加热方法，其中，所述加热方法还包括：当所述荷电状态表示所述动力电池的电容量低于预定值时，所述整车控制器不致动所述加热器，并将所述荷电状态发送至所述移动终端。
11.根据权利要求10所述的加热方法，其中，所述加热方法还包括：当所述最大持续放大功率低于设定值时，所述整车控制器不致动所述加热器，并将所述荷电状态发送至所述移动终端。
12.根据权利要求9所述的加热方法，其中，所述加热方法还包括：所述整车控制器发出锁止指令至所述电机控制器，由此保证所述加热器执行加热作业时，所述电机不输出扭矩。
13.根据权利要求9所述的加热方法，其中，所述加热方法还包括：所述整车控制器判断整车是否存在禁止上高压故障，当所述整车控制器判断存在禁止上高压故障时，所述整车控制器将所述禁止上高压故障发送至所述移动终端，并且不致动所述加热器；当所述整车控制器判断不存在禁止上高压故障时，所述整车控制器致动所述加热器执行加热作业。
14.根据权利要求13所述的加热方法，其中，所述禁止上高压故障包括碰撞故障、主正接触器开路故障、动力电池内部短路故障中的任意一种或多种。
15.根据权利要求10或11所述的加热方法，其中，当所述加热器完成加热作业时，所述整车控制器向所述移动终端发送加热完毕信息。
16.根据权利要求9所述的加热方法，其中，所述加热参数包括选自由加热量、加热速度、加热功率、加热时长组成的组中的任意一项或多项参数。
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