CN111446520A - 一种采用电磁感应加热动力电池包的装置和方法 - Google Patents

一种采用电磁感应加热动力电池包的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种采用电磁感应加热动力电池包的装置，包括与动力电池包的电芯连接的水冷板，所述水冷板与一冷热循环水路连接，所述冷热循环水路包括设置在水冷板进水方向上的水箱、泵、水冷机和电磁感应加热装置，所述水冷机与所述电磁感应加热装置串联连接或者并联连接。本发明的有益效果在于：采用电磁感应加热的方式，金属料筒放在管路内部，通过磁场磁力线使金属料筒自身发热，使能量聚集于加热体，减少电池加热的时间，提高加热效率，减低高低压部分的绝缘要求，同时也提高了冬天电动汽车的续航里程。

Description

一种采用电磁感应加热动力电池包的装置和方法
技术领域
本发明涉及动力电池包加热装置领域，特别涉及一种采用电磁感应加热动力电池包的装置和方法。
背景技术
低温会影响电动汽车的锂离子电池充放电能力，电池预加热技术，是为了让电池在温度较低的时候，可以将温度上升到最佳的工作温度。目前的电池加热方式有：1)电池自然发热加热，电池充放电的时候会产生热量，提高电池的温度。2)鼓风加热，使用外部的空调吹热风，电池包内部进行温度控制。3)电池包内加热设备加热，使用PTC或者加热膜，贴近电池模组表面进行加热。4)液体循环加热，使用PTC加热液体，电池包内部加装利于散热的水道，将热量均匀的散发到电池包内部。
但是上述四种加热方式分别存在如下缺陷：
1)对于电池自发热加热方案，加热速度慢，也无法实现预加热的目的；
2)对于鼓风加热方案，电池温升比较慢，很容易出现加热装置或驾驶舱温度过高的现象；
3)使用电池包内加热设备加热也会存在加热温度不均匀，和加热源靠近的电芯温度明显高于远离热源的电芯，同时对绝缘的要求比较高；
4)对于液体循环加热方案，目前是最先进的加热控制方法，不过目前是采用PTC加热液体，PTC加热使用接触传递加热方式，能量传输效率比较低，大部分的热量都散失到空气中去，加热惯性现象产生，升降温都缓慢。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的上述不足和缺陷，提供一种采用电磁感应加热动力电池包的装置和方法，本发明在工业、民用设备上大量使用，具有转化效率高、升降温迅速高效的优点。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种采用电磁感应加热动力电池包的装置，包括与动力电池包的电芯连接的水冷板，所述水冷板与一冷热循环水路连接，所述冷热循环水路包括设置在水冷板进水方向上的水箱、泵、水冷机和电磁感应加热装置，所述水冷机与所述电磁感应加热装置串联连接或者并联连接。
在本发明的一个优选实施例中，所述电磁感应加热装置包括设置在冷热循环水路的管路中的金属料筒、缠绕在所述金属料筒上的电磁线圈以及为所述电磁线圈提供高频交流电的电磁感应发生装置。
在本发明的一个优选实施例中，所述电磁感应发生装置包括电磁感应发生电路，其中，所述电磁线圈作为电磁感应发生电路中的LC电路的电感部分。
在本发明的一个优选实施例中，所述金属料筒的外表面设置有绝缘保温层。
在本发明的一个优选实施例中，所述电磁线圈的外周设置有电磁屏蔽层。
在本发明的一个优选实施例中，所述电磁感应发生电路还包括过压欠压保护电路、电流采样电阻、运算放大电路、同步检测调整电路、闭环震荡电路、反压抑制电路、IGBT、驱动回路、IGBT过热保护电路、水温度检测模块、风扇控制模块、CAN通信模块，过压欠压保护电路用于监控电源电压，使电磁加热器工作在合适的工作电压下；电流采样电阻和运算放大电路用于获得当前的工作电流，同时用于过流保护；同步检测调整电路和闭环震荡电路采用电阻分压及电容延时的方式跟踪谐振电路两端的电压变化，提供合理的IGBT导通起点；反压抑制电路抑制IGBT的反压不超过指定的限制电压，保护IGBT不损坏；电磁线圈、IGBT和驱动回路形成主谐振回路，IGBT在导通阶段给电感电容充电，谐振阶段，IGBT关闭，形成功率输出；IGBT过热保护电路是通过检测IGBT的温度，如果超过指定的温度则降低功率或者直接关闭电磁加热；水温度检测模块用于获得当前的液体温度，用于PI控制；风扇控制模块用于对IGBT的散热；CAN通信模块用于接收BMS电池管理系统的温度控制请求，同时也上报当前的功率，液体温度等信息。
一种采用电磁感应加热动力电池包的方法，利用如上述任一技术方案所述的一种采用电磁感应加热动力电池包的装置，在电池包充电、放电或静置过程中，根据电池包温度和电量，调节电磁感应加热装置的工况，使电池包在低温环境下能够维持在合适的工作温度，如电池温度低于第一设定温度时，则控制电磁感应加热装置进行低功率加热；如电池包温度低于第二设定温度时，则控制电磁感应加热装置进行高功率加热；若检测到电池包温度高于理想温度或电量低于电量下限设定值时，则关闭电磁感应加热装置，高功率加热期间，同时监控水路温度，根据查表方式或滞回控制调整加热器功率，避免水路温度过高。
在本发明的一个优选实施例中，第一设定温度为10℃，第二设定温度为5℃，理想温度为15℃，电量下限设定值为20％。
由于采用了如上的技术方案，本发明的有益效果在于：采用电磁感应加热的方式，金属料筒放在管路内部，通过磁场磁力线使金属料筒自身发热，使能量聚集于加热体，减少电池加热的时间，提高加热效率，减低高低压部分的绝缘要求，同时也提高了冬天电动汽车的续航里程。
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，下面将对实施例或现有技术描述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为本发明一种实施例的水冷机与电磁感应加热装置串联连接的液冷循环系统的结构框图。
图2为本发明一种实施例的电磁感应加热装置的结构图。
图3为本发明一种实施例的电磁感应发生电路的主电路图。
图4为本发明一种实施例的电磁感应加热装置的结构框图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。
参见图1至图4所示的一种采用电磁感应加热动力电池包的装置，包括与动力电池包的电芯连接的水冷板100，水冷板100与一冷热循环水路连接，冷热循环水路包括设置在水冷板100进水方向上的水箱200、电子水泵300、水冷机400和电磁感应加热装置500，水冷机400与电磁感应加热装置500串联连接或者并联连接，本实施例中的水冷机400与电磁感应加热装置500串联连接，水冷机400作为制冷，电磁感应加热装置500作为加热，以满足不同温度下的制冷和加热的需求，通过电子水泵300把液体流动起来，通过水冷板100控制电芯的温度。
结合图2所示，电磁感应加热装置500包括设置在冷热循环水路的管路中的金属料筒510、缠绕在金属料筒510上的电磁线圈520以及为电磁线圈520提供高频交流电的电磁感应发生装置530。金属料筒10放在管路内部，通过磁场磁力线使金属料筒510自身发热，使能量聚集于加热体。为了进一步提高本装置的加热保温性能，本实施例中的金属料筒510的外表面设置有绝缘保温层511，电磁线圈520的外周设置有电磁屏蔽层521，绝缘保温层511能够防止热量的耗散，电磁屏蔽层521能够减少电磁感应加热对外部的干扰。而感应加热的启停，加热功率的大小通过CAN网络控制。
结合图3所示，电磁感应发生装置包括电磁感应发生电路，其中，电磁线圈作为电磁感应发生电路中的LC电路的电感部分，LC电路的大小决定谐振频率，直流电源电压通过谐振变换器变换成频率为20～35kHz的交流电。电压谐振变换器是低开关损耗的零电压型(ZVS)变换器，功率开关管的开关动作由单片机控制，并通过驱动电路完成。
结合图4所示，电磁感应发生电路还包括过压欠压保护电路、电流采样电阻、运算放大电路、同步检测调整电路、闭环震荡电路、反压抑制电路、IGBT、驱动回路、IGBT过热保护电路、水温度检测模块、风扇控制模块、CAN通信模块，过压欠压保护电路用于监控电源电压，使电磁加热器工作在合适的工作电压下；电流采样电阻和运算放大电路用于获得当前的工作电流，同时用于过流保护；同步检测调整电路和闭环震荡电路采用电阻分压及电容延时的方式跟踪谐振电路两端的电压变化，提供合理的IGBT导通起点；反压抑制电路抑制IGBT的反压不超过指定的限制电压，保护IGBT不损坏；电磁线圈、IGBT和驱动回路形成主谐振回路，IGBT在导通阶段给电感电容充电，谐振阶段，IGBT关闭，形成功率输出；IGBT过热保护电路是通过检测IGBT的温度，如果超过指定的温度则降低功率或者直接关闭电磁加热；水温度检测模块用于获得当前的液体温度，用于PI控制；风扇控制模块用于对IGBT的散热；CAN通信模块用于接收BMS电池管理系统的温度控制请求，同时也上报当前的功率，液体温度等信息。
一种采用电磁感应加热动力电池包的方法，利用上述的一种采用电磁感应加热动力电池包的装置，在电池包充电、放电或静置过程中，根据电池包温度和电量，调节电磁感应加热装置的工况，使电池包在低温环境下能够维持在合适的工作温度，如电池温度低于第一设定温度(本实施例中的第一设定温度为10℃，当然也可以根据情况调整)时，则控制电磁感应加热装置进行低功率加热；如电池包温度低于第二设定温度(本实施例中的第二设定温度为5℃，当然也可以根据情况调整)时，则控制电磁感应加热装置进行高功率加热；若检测到电池包温度高于理想温度(本实施例中的理想温度为15℃，当然也可以根据情况调整)或电量低于电量下限设定值(本实施例中的电量下限设定值为20％，当然也可以根据情况调整)时，则关闭电磁感应加热装置，高功率加热期间，同时监控水路温度，根据查表方式或滞回控制调整加热器功率，避免水路温度过高。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种采用电磁感应加热动力电池包的装置，包括与动力电池包的电芯连接的水冷板，其特征在于，所述水冷板与一冷热循环水路连接，所述冷热循环水路包括设置在水冷板进水方向上的水箱、泵、水冷机和电磁感应加热装置，所述水冷机与所述电磁感应加热装置串联连接或者并联连接。
2.如权利要求1所述的一种采用电磁感应加热动力电池包的装置，其特征在于，所述电磁感应加热装置包括设置在冷热循环水路的管路中的金属料筒、缠绕在所述金属料筒上的电磁线圈以及为所述电磁线圈提供高频交流电的电磁感应发生装置。
3.如权利要求1所述的一种采用电磁感应加热动力电池包的装置，其特征在于，所述电磁感应发生装置包括电磁感应发生电路，其中，所述电磁线圈作为电磁感应发生电路中的LC电路的电感部分。
4.如权利要求1所述的一种采用电磁感应加热动力电池包的装置，其特征在于，所述金属料筒的外表面设置有绝缘保温层。
5.如权利要求1所述的一种采用电磁感应加热动力电池包的装置，其特征在于，所述电磁线圈的外周设置有电磁屏蔽层。
6.如权利要求3所述的一种采用电磁感应加热动力电池包的装置，其特征在于，所述电磁感应发生电路还包括过压欠压保护电路、电流采样电阻、运算放大电路、同步检测调整电路、闭环震荡电路、反压抑制电路、IGBT、驱动回路、IGBT过热保护电路、水温度检测模块、风扇控制模块、CAN通信模块，过压欠压保护电路用于监控电源电压，使电磁加热器工作在合适的工作电压下；电流采样电阻和运算放大电路用于获得当前的工作电流，同时用于过流保护；同步检测调整电路和闭环震荡电路采用电阻分压及电容延时的方式跟踪谐振电路两端的电压变化，提供合理的IGBT导通起点；反压抑制电路抑制IGBT的反压不超过指定的限制电压，保护IGBT不损坏；电磁线圈、IGBT和驱动回路形成主谐振回路，IGBT在导通阶段给电感电容充电，谐振阶段，IGBT关闭，形成功率输出；IGBT过热保护电路是通过检测IGBT的温度，如果超过指定的温度则降低功率或者直接关闭电磁加热；水温度检测模块用于获得当前的液体温度，用于PI控制；风扇控制模块用于对IGBT的散热；CAN通信模块用于接收BMS电池管理系统的温度控制请求，同时也上报当前的功率，液体温度等信息。
7.一种采用电磁感应加热动力电池包的方法，其特征在于，利用如权利要求1-6任一权利要求所述的一种采用电磁感应加热动力电池包的装置，在电池包充电、放电或静置过程中，根据电池包温度和电量，调节电磁感应加热装置的工况，使电池包在低温环境下能够维持在合适的工作温度，如电池温度低于第一设定温度时，则控制电磁感应加热装置进行低功率加热；如电池包温度低于第二设定温度时，则控制电磁感应加热装置进行高功率加热；若检测到电池包温度高于理想温度或电量低于电量下限设定值时，则关闭电磁感应加热装置，高功率加热期间，同时监控水路温度，根据查表方式或滞回控制调整加热器功率，避免水路温度过高。
8.如权利要求7所述的一种采用电磁感应加热动力电池包的方法，其特征在于，第一设定温度为10℃，第二设定温度为5℃，理想温度为15℃，电量下限设定值为20％。
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