CN112216908A - 一种锂离子电池包自加热方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池包自加热方法、系统及电动汽车，所述方法包括：按照预设输出周期，持续向锂离子电池包的电芯输出正反交流电流，以使所述锂离子电池包自动加热；所述预设输出周期是根据锂离子电池包的电芯所需加热温度设定的，用于规定所述正反交流电流的频率。产生正反交流电流，使电流流过锂离子电芯，锂离子电芯内部极化产生阻抗，继而产生电热。本发明通过监控电芯温度，当温度低时，执行锂离子电池包自加热方法，使电芯工作在适宜的温度下。

Description

一种锂离子电池包自加热方法及系统
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池包自加热方法及系统。
背景技术
电动汽车在低温环境下工作，锂离子电芯易产生容量衰减甚至析锂等安全风险，需要加热电池包以使电芯工作在适宜的温度下。目前市场上主流的加热方式有电池包液冷系统液冷板加热、模组底部贴加热膜加热等方案。
若采用电池包液冷系统液冷板加热，那么电池包内部模组底部有冷却管路，冷却液使用加热器加热，通过水泵驱动冷却液循环，加热电芯。整车上需增加加热器、水泵、液冷板、液冷管路等部件，成本高，同时有冷却液漏液的风险。
若采用模组底部放置加热膜加热，在低温环境下，电池管理系统控制加热继电器吸合形成加热电流回路，电流通过模组底部加热膜产生热量，加热电芯。电池包内部需增加加热电阻、加热继电器、模组底部加热膜等二级件，增加电池包成本，同时加热效果不均匀，容易产生电池包温差大问题，影响电池包使用寿命。
以上加热方案不但热传导效率低，而且会增加整车能耗，同时需要新增液冷板、PTC加热器、加热膜等部件，增加整车成本。
发明内容
本发明的目的在于解决现有锂离子电池包加热方案引起整车能耗及整车成本问题，提供一种锂离子电池包自加热方法及系统。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种锂离子电池包自加热方法，包括：
按照预设输出周期，持续向锂离子电池包的电芯输出正反交流电流，以使所述锂离子电池包自动加热；所述预设输出周期是根据锂离子电池包的电芯所需的加热温度设定的，用于规定所述正反交流电流的频率。
作为上述方案的改进，在所述按照预设输出周期，持续向锂离子电池包的电芯输出正反交流电流之前，还包括：
获取所述锂离子电池包的电芯的监控温度；
若所述监控温度高于低温阈值，停止执行所述锂离子电池包自加热方法；
若所述监控温度低于低温阈值，继续执行所述按照预设输出周期，持续向锂离子电池包的电芯输出正反交流电流。
本发明另一实施例对应提供了一种电机控制器，其特征在于，所述电机控制器执行如上所述的锂离子电池包自加热方法；
所述电机控制器包括：至少四个绝缘栅双极型晶体管和至少两个电感；
所述电机控制器的第一控制端与外部的锂离子电池包的正输入端相连，第二控制端与所述锂离子电池包的负输入端相连；
其中，第一绝缘栅双极型晶体管的集电极是所述电机控制器的第一控制端；所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极与第二绝缘栅双极型晶体管的集电极、第一电感的一端均相连；所述第一电感的另一端与第二电感的一端相连；所述第二电感的另一端与第三绝缘栅双极型晶体管发射极、第四绝缘栅双极型晶体管的集电极均相连；所述第三绝缘栅双极型晶体管的集电极与所述第一绝缘栅双极型晶体管的集电极相连；所述第四绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第二绝缘栅双极型晶体管的发射极相连；所述第二绝缘栅双极型晶体管的发射极是所述电机控制器的第二控制端。
作为上述方案的改进，所述第一绝缘栅双极型晶体管、所述第二绝缘栅双极型晶体管、所述第三绝缘栅双极型晶体管、所述第四绝缘栅双极型晶体管均是N型绝缘栅双极型晶体管。
作为上述方案的改进，所述按照预设输出周期，持续向锂离子电池包的电芯输出正反交流电流，具体包括：
闭合所述第一绝缘栅双极型晶体管和所述第四绝缘栅双极型晶体管，且断开所述第二绝缘栅双极型晶体管和所述第三绝缘栅双极型晶体管，从而使电流流经所述第一绝缘栅双极型晶体管、所述第一电感、所述第二电感和所述第四绝缘栅双极型晶体管，其中所述第一电感和所述第二电感处于积蓄电能的工作状态；
断开所述第一绝缘栅双极型晶体管和所述第四绝缘栅双极型晶体管，且闭合所述第二绝缘栅双极型晶体管和所述第三绝缘栅双极型晶体管，从而使电流流经所述第二绝缘栅双极型晶体管、所述第一电感、所述第二电感和所述第三绝缘栅双极型晶体管，其中所述第一电感和所述第二电感处于释放电能的工作状态；
根据预设输出周期重复以上步骤，使所述第一电感和所述第二电感在积蓄电能和释放电能两种工作状态间来回切换，产生正反交流电流流过锂离子电芯，继而产生电热。
本发明另一实施例对应提供了一种锂离子电池包自加热系统，其特征在于，包括：锂离子电池包、电池管理系统及如上所述的电机控制器；
其中，所述锂离子电池包包括锂离子电芯；所述锂离子电芯的正极是所述锂离子电池包的正输入端，所述锂离子电芯的负极是所述锂离子电池包的负输入端；所述锂离子电池包的正输入端与所述电机控制器的第一控制端相连；所述锂离子电池包的负输入端与所述电机控制器的第二控制端相连；
所述电池管理系统与所述锂离子电池包、所述电机控制器均相连。
本发明另一实施例对应提供了一种电动汽车，其特征在于，包括如上所述的锂离子电池包自加热系统。
与现有技术相比，本发明实施例公开的锂离子电池包自加热方法及系统，利用锂离子电芯化学特性，通过在电池包外部后产生正反交流电流电流对电芯进行周期性地充放电以激发正负极材料的极化特性，利用电芯的极化电阻，电芯内部可以产生大量的热量使电芯自发热，不需要增加PTC加热器、加热膜、液冷板等附件，减少了整车成本。因为在低温条件下，电芯是自发热的，不需要通过外部加热冷却水或者加热膜传导热量，减少了热传导的能耗损失，也避免了引入外部热管理系统及热传导通路导致的设计不一致性。
附图说明
图1是本发明实施例所提供的一种电机控制器处于一种工作状态的示意图；
图2是本发明实施例所提供的一种电机控制器处于另一种工作状态的示意图。
具体实施方式
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，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种锂离子电池包自加热方法，包括：
S1、按照预设输出周期，持续向锂离子电池包的电芯输出正反交流电流，以使所述锂离子电池包自动加热；所述预设输出周期是根据锂离子电池包的电芯所需的加热温度设定的，用于规定所述正反交流电流的频率。
示例性地，在所述按照预设输出周期，持续向锂离子电池包的电芯输出正反交流电流之前，还包括：
S01、获取所述锂离子电池包的电芯的监控温度。
S02、若所述监控温度高于低温阈值，停止执行所述锂离子电池包自加热方法。
S03、若所述监控温度低于低温阈值，继续执行所述按照预设输出周期，持续向锂离子电池包的电芯输出正反交流电流。
本发明实施例充分利用锂离子电芯的阻抗特性，即当到达一定频率的正反交流电流通过电芯，且频率高于锂离子在正负极中扩散的速度，可以激发正负极材料的极化特性，利用电芯的极化电阻，电芯内部可以产生大量的热量。同时，由于交流电过程中没有锂离子在正负极极片中的嵌入和脱出，不会对电芯寿命产生影响和产生安全风险。在另一个实施例中，正反交流电流可以在整车上通过策略控制电机控制器的IGBT(绝缘栅双极型晶体管)通断，可以产生正反交流电流，不需要额外新增零部件，具体的产生方式可以参阅下文相关的内容。
参见图1和图2，本发明另一实施例对应提供了一种电机控制器，所述电机控制器执行上述实施例所述的锂离子电池包自加热方法。
所述电机控制器包括：至少四个绝缘栅双极型晶体管和至少两个电感。
所述电机控制器的第一控制端与外部的锂离子电池包的正输入端相连，第二控制端与所述锂离子电池包的负输入端相连。
其中，第一绝缘栅双极型晶体管K1的集电极是所述电机控制器的第一控制端；所述第一绝缘栅双极型晶体管K1的发射极与第二绝缘栅双极型晶体管K2的集电极、第一电感L1的一端均相连；所述第一电感L1的另一端与第二电感L2的一端相连；所述第二电感L2的另一端与第三绝缘栅双极型晶体管K3的发射极、第四绝缘栅双极型晶体管K4的集电极均相连；所述第三绝缘栅双极型晶体管K3的集电极与所述第一绝缘栅双极型晶体管K1的集电极相连；所述第四绝缘栅双极型晶体管K4的发射极与所述第二绝缘栅双极型晶体管K2的发射极相连；所述第二绝缘栅双极型晶体管K2的发射极是所述电机控制器的第二控制端。
示例性地，所述第一绝缘栅双极型晶体管K1、所述第二绝缘栅双极型晶体管K2、所述第三绝缘栅双极型晶体管K3、所述第四绝缘栅双极型晶体管K4均是N型绝缘栅双极型晶体管。
示例性地，所述按照预设输出周期，持续向锂离子电池包的电芯输出正反交流电流，具体包括：
闭合所述第一绝缘栅双极型晶体管K1和所述第四绝缘栅双极型晶体管K4，且断开所述第二绝缘栅双极型晶体管K2和所述第三绝缘栅双极型晶体管K3，从而使电流流经所述第一绝缘栅双极型晶体管K1、所述第一电感L1、所述第二电感L2和所述第四绝缘栅双极型晶体管K4，如图1所示，箭头方向是电流的方向，其中所述第一电感L1和所述第二电感L2处于积蓄电能的工作状态。
断开所述第一绝缘栅双极型晶体管K1和所述第四绝缘栅双极型晶体管K4，且闭合所述第二绝缘栅双极型晶体管K2和所述第三绝缘栅双极型晶体管K3，从而使电流流经所述第二绝缘栅双极型晶体管K2、所述第一电感L1、所述第二电感L2和所述第三绝缘栅双极型晶体管K3，如图2所示，箭头方向是电流的方向，其中所述第一电感L1和所述第二电感L2处于释放电能的工作状态；
根据预设输出周期重复以上步骤，使所述第一电感L1和所述第二电感L2在积蓄电能和释放电能两种工作状态间来回切换，产生正反交流电流流过锂离子电芯，继而产生电热。
此外，可以理解的是，所述电机控制器可以由电动汽车上原电机控制器简单改装得到，所以所述电机控制器可以适用于绝大部分的电动汽车。
与现有技术相比，本发明实施例公开的锂离子电池包自加热方法，利用锂离子电芯化学特性，通过在电池包外部后产生正反交流电流电流对电芯进行周期性地充放电以激发正负极材料的极化特性，利用电芯的极化电阻，电芯内部可以产生大量的热量使电芯自发热，不需要增加PTC加热器、加热膜、液冷板等附件，减少了整车成本。因为在低温条件下，电芯是自发热的，不需要通过外部加热冷却水或者加热膜传导热量，故而减少了热传导的能耗损失，也避免了引入外部热管理系统及热传导通路导致的设计不一致性。
本发明另一实施例对应提供了一种锂离子电池包自加热系统，其特征在于，包括：锂离子电池包、电池管理系统及如上所述的电机控制器；
其中，所述锂离子电池包包括锂离子电芯；所述锂离子电芯的正极是所述锂离子电池包的正输入端，所述锂离子电芯的负极是所述锂离子电池包的负输入端；所述锂离子电池包的正输入端与所述电机控制器的第一控制端相连；所述锂离子电池包的负输入端与所述电机控制器的第二控制端相连。
所述电池管理系统与所述锂离子电池包、所述电机控制器均相连。
此外，可以理解的是，所述电池管理系统可以是具备对锂离子电池包的控制功能的主控板，也可以是分散在不同的电路板上的多个控制单元组成等，在此不做具体限定。
与现有技术相比，本发明实施例公开的锂离子电池包自加热系统，利用锂离子电芯化学特性，通过在电池包外部后产生正反交流电流电流对电芯进行周期性地充放电以激发正负极材料的极化特性，利用电芯的极化电阻，电芯内部可以产生大量的热量使电芯自发热，不需要增加PTC加热器、加热膜、液冷板等附件，减少了整车成本。因为在低温条件下，电芯是自发热的，不需要通过外部加热冷却水或者加热膜传导热量，减少了热传导的能耗损失，也避免了引入外部热管理系统及热传导通路导致的设计不一致性。
本发明另一实施例对应提供了一种电动汽车，其特征在于，包括如上所述的锂离子电池包自加热系统。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制。本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种锂离子电池包自加热方法，其特征在于，包括：
按照预设输出周期，持续向锂离子电池包的电芯输出正反交流电流，以使所述锂离子电池包自动加热；所述预设输出周期是根据锂离子电池包的电芯所需的加热温度设定的，用于规定所述正反交流电流的频率。
2.如权利要求1锂离子电池包自加热方法，其特征在于，在所述按照预设输出周期，持续向锂离子电池包的电芯输出正反交流电流之前，还包括：
获取所述锂离子电池包的电芯的监控温度；
若所述监控温度高于低温阈值，停止执行所述锂离子电池包自加热方法；
若所述监控温度低于低温阈值，继续执行所述按照预设输出周期，持续向锂离子电池包的电芯输出正反交流电流。
3.一种电机控制器，其特征在于，所述电机控制器执行如权利要求1至2任意一项所述的锂离子电池包自加热方法；
所述电机控制器包括：至少四个绝缘栅双极型晶体管和至少两个电感；
所述电机控制器的第一控制端与外部的锂离子电池包的正输入端相连，第二控制端与所述锂离子电池包的负输入端相连；
其中，第一绝缘栅双极型晶体管的集电极是所述电机控制器的第一控制端；所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极与第二绝缘栅双极型晶体管的集电极、第一电感的一端均相连；所述第一电感的另一端与第二电感的一端相连；所述第二电感的另一端与第三绝缘栅双极型晶体管发射极、第四绝缘栅双极型晶体管的集电极均相连；所述第三绝缘栅双极型晶体管的集电极与所述第一绝缘栅双极型晶体管的集电极相连；所述第四绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第二绝缘栅双极型晶体管的发射极相连；所述第二绝缘栅双极型晶体管的发射极是所述电机控制器的第二控制端。
4.如权利要求3所述的电机控制器，其特征在于：所述第一绝缘栅双极型晶体管、所述第二绝缘栅双极型晶体管、所述第三绝缘栅双极型晶体管、所述第四绝缘栅双极型晶体管均是N型绝缘栅双极型晶体管。
5.如权利要求3或4所述电机控制器，其特征在于，所述按照预设输出周期，持续向锂离子电池包的电芯输出正反交流电流，具体包括：
闭合所述第一绝缘栅双极型晶体管和所述第四绝缘栅双极型晶体管，且断开所述第二绝缘栅双极型晶体管和所述第三绝缘栅双极型晶体管，从而使电流流经所述第一绝缘栅双极型晶体管、所述第一电感、所述第二电感和所述第四绝缘栅双极型晶体管，其中所述第一电感和所述第二电感处于积蓄电能的工作状态；
断开所述第一绝缘栅双极型晶体管和所述第四绝缘栅双极型晶体管，且闭合所述第二绝缘栅双极型晶体管和所述第三绝缘栅双极型晶体管，从而使电流流经所述第二绝缘栅双极型晶体管、所述第一电感、所述第二电感和所述第三绝缘栅双极型晶体管，其中所述第一电感和所述第二电感处于释放电能的工作状态；
根据预设输出周期重复以上步骤，使所述第一电感和所述第二电感在积蓄电能和释放电能两种工作状态间来回切换，产生正反交流电流流过锂离子电芯，继而产生电热。
6.一种锂离子电池包自加热系统，其特征在于，包括：锂离子电池包、电池管理系统及如权利要求3－5所述的电机控制器；
其中，所述锂离子电池包包括锂离子电芯；所述锂离子电芯的正极是所述锂离子电池包的正输入端，所述锂离子电芯的负极是所述锂离子电池包的负输入端；所述锂离子电池包的正输入端与所述电机控制器的第一控制端相连；所述锂离子电池包的负输入端与所述电机控制器的第二控制端相连；
所述电池管理系统与所述锂离子电池包、所述电机控制器均相连。
7.一种电动汽车，其特征在于，包括如权利要求6所述的锂离子电池包自加热系统。
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