CN112290121A - 一种电池加热系统及电池加热方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池加热系统及电池加热方法，电池加热系统包括与至少一组电池模组相对应的感应单元、加热单元、控制单元以及BMS单元，加热单元包括第一开关、第二开关以及加热模块，第一开关、第二开关、加热模块和电池模组依次串联形成加热回路，当第一开关和第二开关均处于闭合状态时，加热回路接通；控制单元和BMS单元之间还设置有通讯模块，用于实现控制单元和BMS单元之间的信息通讯。本发明的电池加热系统，通过设置独立的控制单元，使得对加热系统的控制不需要再依附于BMS单元，同时控制单元和BMS单元之间又能够互相监控，当控制单元和BMS单元这两者的至少一者失效时另一者能够断开加热回路，极大的保证了加热系统的安全性。

Description

一种电池加热系统及电池加热方法
技术领域
本发明涉及一种电池加热系统及电池加热方法。
背景技术
在电动汽车的推广过程中，续航里程、充电时间和使用安全性均受动力电池性能的制约，而动力电池的性能受环境温度的影响较为显著，尤其是在低温环境中，锂离子动力电池的能量和功率特性会出现严重衰减。
为提高动力电池在低温环境下的性能，需要对动力电池进行加热，以使动力电池在低温环境下能够保持在正常的工作温度范围内，满足正常充放电的要求，从而使整车达到最佳性能状态。
目前动力电池的加热系统，通常是利用电动汽车内的BMS系统来控制加热回路的通断，以实现对电池模组的加热。但是，BMS系统，即电池管理系统，是电池与用户之间的纽带，其需要对电动汽车的电池实现整体的管理和控制，将加热系统的控制也交给BMS系统，无疑进一步增加了系统的复杂性，一旦BMS系统出现问题，将会使得加热系统因失去控制而造成安全事故。
发明内容
本发明的一个目的是克服现有技术的不足，提供一种改进的电池加热系统。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种电池加热系统，所述电池包括至少一组电池模组，所述加热系统包括与所述的至少一组电池模组相对应的感应单元、加热单元、控制单元以及BMS单元，
所述加热单元包括第一开关、第二开关以及加热模块，所述第一开关、第二开关、加热模块和所述电池模组依次串联形成加热回路，当所述第一开关和所述第二开关均处于闭合状态时，所述加热回路接通；
所述感应单元，用于检测所述电池模组的温度并输出第一信号；
所述控制单元，用于接收所述第一信号并控制所述第一开关闭合或断开；
所述BMS单元，用于控制所述第二开关的闭合或断开；
所述控制单元和所述BMS单元之间还设置有通讯模块，所述通讯模块，用于实现所述控制单元和所述BMS单元之间的信息通讯；
当所述控制单元和所述BMS单元这两者均能够接收到两者中的另一者的通讯信息时，所述BMS单元控制所述第二开关闭合，此时所述控制单元根据接收到的所述第一信号控制所述第一开关的闭合或断开；当所述控制单元和所述BMS单元这两者中的至少一者无法接收到其中另一者的通讯信息时，所述控制单元控制所述第一开关断开，和/或，所述BMS单元控制所述第二开关断开。
根据本发明，所述加热回路中流通的电流为电池模组在充放电的过程中分出的电流。
根据本发明的一个具体实施方式中，所述控制单元为内置有单片机的加热控制板。
根据本发明的又一个具体实施方式中，所述通讯模块内置有CAN通讯协议。
根据本发明，所述控制单元内预设有下限温度阈值和上限温度阈值，当所述第一信号所对应的温度值低于所述的下限温度阈值时，所述控制单元控制所述第一开关闭合；当所述第一信号所对应的温度值高于所述的上限温度阈值时，所述控制单元控制所述第一开关断开。
根据本发明的又一个具体实施方式中，所述下限温度阈值为0℃，所述上限温度阈值为20℃。
根据本发明的一个具体且优选的实施方式中，所述第一开关为MOS管。如此，能够避免像传统技术那样因长时间使用继电器作为开关而导致的触点粘连，保证了电池加热的安全性。
优选地，所述电池模组有多组，所述加热模块包括多片相互并联的PTC加热膜，所述的多片PTC加热膜的加热功率相同且与所述的多组电池模组一一对应。这样，能够减少同一电池中各电池模组的温度梯度，保证了多组电池模组之间的均衡。
根据本发明的又一个具体且优选的实施方式中，所述PTC加热膜的厚度为0.1~0.5mm，进一步优选为0.2~0.4mm，更进一步优选为0.3mm。厚度较小的PTC加热膜能够极大的提升空间利用率。
根据本发明，所述PTC加热膜的设计温度为60℃。如此，PTC加热膜能够在达到60℃时产生热平衡，避免加热温度过高而影响电池寿命。
优选地，所述加热单元还包括串联于所述加热回路中的电流传感器和第三开关，所述电流传感器，用于检测所述加热回路中的电流并发出第二信号，所述控制单元，还用于接收所述第二信号并控制所述第三开关闭合或断开。
根据本发明的一个具体实施方式中，所述第二开关和所述第三开关均为继电器。
优选地，所述加热单元还包括串联于所述加热回路中的保护模块。
根据本发明的又一个具体实施方式中，所述保护模块为保险丝。
本发明的另一个目的是提供一种电池加热方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种电池加热方法，包括：
将电池模组置于加热回路中，保持第二开关和第三开关常闭，检测所述电池模组的温度并向控制单元输出第一信号，当所述第一信号所对应的温度值低于所述控制单元内预设的下限温度阈值时，所述控制单元控制所述第一开关闭合，此时所述加热回路接通，加热模块对所述电池模组进行加热；当所述第一信号所对应的温度值高于所述控制单元内预设的上限温度阈值时，所述控制单元控制所述第一开关断开，所述加热模块不再对所述电池模组进行加热。
优选地，在所述控制单元和BMS单元之间设置通讯模块并实现所述控制单元和所述BMS单元之间的信息通讯，当所述控制单元和所述BMS单元这两者均能够接收到两者中的另一者的通讯信息时，所述BMS单元控制所述第二开关闭合，此时所述控制单元根据接收到的所述第一信号控制所述第一开关的闭合或断开；当所述控制单元和所述BMS单元这两者中的至少一者无法接收到其中另一者的通讯信息时，所述控制单元控制所述第一开关断开，和/或，所述BMS单元控制所述第二开关断开。
优选地，检测所述加热回路中的电流并向所述控制单元输出第二信号，当所述第二信号所对应的电流值异常时，所述控制单元控制所述第二开关断开。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的电池加热系统，通过设置独立的控制单元，使得对加热系统的控制不需要再依附于BMS单元，同时控制单元和BMS单元之间又能够互相监控，当控制单元和BMS单元这两者的至少一者失效时另一者能够断开加热回路，极大的保证了加热系统的安全性。
附图说明
附图1为本发明的具体实施例中的电池加热系统的原理示意图。
图中：1、感应单元；2、控制单元；3、BMS单元；4、第一开关；5、第二开关；6、加热模块；7、通讯模块；8、电流传感器；9、第三开关；10、保护模块；
30、电池模组。
具体实施方式
下面结合附图来对本发明的技术方案作进一步的阐述。
本发明涉及对电池加热系统的改进。改进后的电池加热系统，通过设置独立的控制单元，使得对加热系统的控制不需要再依附于BMS单元，同时控制单元和BMS单元之间又能够互相监控，当控制单元和BMS单元这两者的至少一者失效时另一者能够断开加热回路，极大的保证了加热系统的安全性。
参见图1所示，其中示出了一种电池加热系统，电池包括至少一组电池模组30，加热系统包括与至少一组电池模组30相对应的感应单元1、加热单元、控制单元2以及BMS单元3。
加热单元包括第一开关4、第二开关5以及加热模块6，第一开关4、第二开关5、加热模块6和电池模组30依次串联形成加热回路，当第一开关4和第二开关5均处于闭合状态时，加热回路接通；感应单元1，用于检测电池模组30的温度并输出第一信号；控制单元2，用于接收第一信号并控制第一开关4闭合或断开；BMS单元3，用于控制第二开关5的闭合或断开。
具体地，在控制单元2内预设有下限温度阈值和上限温度阈值，其中下限温度阈值为0℃，上限温度阈值为20℃。当第一信号所对应的温度值低于0℃时，控制单元2控制第一开关4闭合；当第一信号所对应的温度值高于20℃时，控制单元2控制第一开关4断开。
在本实施例中，感应单元1为温度传感器；控制单元2为内置有单片机的加热控制板；BMS单元3为电动汽车的电池管理系统，是电池与用户之间的纽带，主要对象是二次电池，主要就是为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电；第一开关4为MOS管，通过MOS管的导通与关断来实现加热回路的通断，能够避免像传统技术那样因长时间使用继电器作为开关而导致的触点粘连，保证了电池加热的安全性。
本实施例的另一个重要创新点在于：在控制单元2和BMS单元3之间还设置有通讯模块7，通讯模块7，用于实现控制单元2和BMS单元3之间的信息通讯。本例中的通讯模块7中可选的内置有CAN通讯协议。
当控制单元2和BMS单元3这两者均能够接收到两者中的另一者的通讯信息时，BMS单元3控制第二开关5闭合，此时控制单元2根据接收到的第一信号控制第一开关4的闭合或断开；当控制单元2和BMS单元3这两者中的至少一者无法接收到其中另一者的通讯信息时，控制单元2控制第一开关4断开，和/或，BMS单元3控制第二开关5断开。
具体地，当控制单元2无法再接收到BMS单元3的通讯信息时，则表明BMS单元已部分失效，此时为保证安全性，控制单元2断开第一开关4；或者当BMS单元3无法再接收到控制单元2的通讯信息时，则表明控制单元2已部分失效，此时为保证安全性，BMS单元3断开第二开关5；又或者控制单元2和BMS单元3均无法接收到对方的通讯信息时，可能两者都已部分失效，此时可断开第一开关4和第二开关5中的至少一个，保证加热回路是断开的即可，避免安全事故。如此，能够最大化的保证加热系统的安全性，避免因控制单元2和/或BMS单元3失效而导致的安全事故。
作为优选地方面，电池模组30有多组，加热模块6包括多片相互并联的PTC加热膜，多片PTC加热膜的加热功率相同且与多组电池模组30一一对应。这样，能够减少同一电池中各电池模组30的温度梯度，保证了多组电池模组30之间的均衡。
进一步地，采用的PTC加热膜的厚度为0.3mm，厚度较小的PTC加热膜能够极大的提升空间利用率。
加热单元还包括串联于加热回路中的电流传感器8和第三开关9，电流传感器8，用于检测加热回路中的电流并发出第二信号，控制单元2，还用于接收第二信号并控制第三开关9闭合或断开。
本例中，第二开关5和第三开关9均为继电器。当电流传感器8检测到加热回路中的电流异常时，比如在第二开关5和第三开关9常闭的情况下，断开第一开关4时加热回路中仍有电流，或者闭合第一开关4时加热回路中没有电流等异常情况，此时，控制单元2接收到第二信号并发现异常电流，随后断开第三开关9，保证了加热回路的安全性。
进一步地，加热单元还包括串联于加热回路中的保护模块10。本例中，保护模块10为保险丝，能够在电流异常升高到一定高度和热度时自身熔断切断电流，进一步保障了加热回路的安全。
以下具体阐述本实施例的电池加热方法：
将电池模组30置于加热回路中，保持第二开关5和第三开关9常闭，检测电池模组30的温度并向控制单元2输出第一信号，当第一信号所对应的温度值低于控制单元2内预设的下限温度阈值时，控制单元2控制第一开关4闭合，此时加热回路接通，加热模块6对电池模组30进行加热；当第一信号所对应的温度值高于控制单元2内预设的上限温度阈值时，控制单元2控制第一开关4断开，加热模块6不再对电池模组30进行加热。
进一步地，在控制单元2和BMS单元3之间设置通讯模块7并实现控制单元2和BMS单元3之间的信息通讯，当控制单元2和BMS单元3这两者均能够接收到两者中的另一者的通讯信息时，BMS单元3控制第二开关5闭合，此时控制单元2根据接收到的第一信号控制第一开关4的闭合或断开；当控制单元2和BMS单元3这两者中的至少一者无法接收到其中另一者的通讯信息时，控制单元2控制第一开关4断开，和/或，BMS单元3控制第二开关5断开。
进一步地，检测加热回路中的电流并向控制单元2输出第二信号，当第二信号所对应的电流值异常时，控制单元2控制第二开关4断开。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电池加热系统，所述电池包括至少一组电池模组（30），其特征在于：所述加热系统包括与所述的至少一组电池模组（30）相对应的感应单元（1）、加热单元、控制单元（2）以及BMS单元（3），
所述加热单元包括第一开关（4）、第二开关（5）以及加热模块（6），所述第一开关（4）、第二开关（5）、加热模块（6）和所述电池模组（30）依次串联形成加热回路，当所述第一开关（4）和所述第二开关（5）均处于闭合状态时，所述加热回路接通；
所述感应单元（1），用于检测所述电池模组（30）的温度并输出第一信号；
所述控制单元（2），用于接收所述第一信号并控制所述第一开关（4）闭合或断开；
所述BMS单元（3），用于控制所述第二开关（5）的闭合或断开；
所述控制单元（2）和所述BMS单元（3）之间还设置有通讯模块（7），所述通讯模块（7），用于实现所述控制单元（2）和所述BMS单元（3）之间的信息通讯；
当所述控制单元（2）和所述BMS单元（3）这两者均能够接收到两者中的另一者的通讯信息时，所述BMS单元（3）控制所述第二开关（5）闭合，此时所述控制单元（2）根据接收到的所述第一信号控制所述第一开关（4）的闭合或断开；当所述控制单元（2）和所述BMS单元（3）这两者中的至少一者无法接收到其中另一者的通讯信息时，所述控制单元（2）控制所述第一开关（4）断开，和/或，所述BMS单元（3）控制所述第二开关（5）断开。
2.根据权利要求1所述的一种电池加热系统，其特征在于：所述控制单元（2）内预设有下限温度阈值和上限温度阈值，当所述第一信号所对应的温度值低于所述的下限温度阈值时，所述控制单元（2）控制所述第一开关（4）闭合；当所述第一信号所对应的温度值高于所述的上限温度阈值时，所述控制单元（2）控制所述第一开关（4）断开。
3.根据权利要求1或2所述的一种电池加热系统，其特征在于：所述第一开关（4）为MOS管。
4.根据权利要求1所述的一种电池加热系统，其特征在于：所述电池模组（30）有多组，所述加热模块（6）包括多片相互并联的PTC加热膜，所述的多片PTC加热膜的加热功率相同且与所述的多组电池模组（30）一一对应。
5.根据权利要求4所述的一种电池加热系统，其特征在于：所述PTC加热膜的厚度为0.1~0.5mm。
6.根据权利要求1所述的一种电池加热系统，其特征在于：所述加热单元还包括串联于所述加热回路中的电流传感器（8）和第三开关（9），所述电流传感器（8），用于检测所述加热回路中的电流并发出第二信号，所述控制单元（2），还用于接收所述第二信号并控制所述第三开关（9）闭合或断开。
7.根据权利要求1所述的一种电池加热系统，其特征在于：所述加热单元还包括串联于所述加热回路中的保护模块（10）。
8.一种电池加热方法，所述加热方法基于权利要求1-7中任一项权利要求所述的加热系统，其特征在于：所述加热方法包括：
将电池模组（30）置于加热回路中，保持第二开关（5）和第三开关（9）常闭，检测所述电池模组（30）的温度并向控制单元（2）输出第一信号，当所述第一信号所对应的温度值低于所述控制单元（2）内预设的下限温度阈值时，所述控制单元（2）控制所述第一开关（4）闭合，此时所述加热回路接通，加热模块（6）对所述电池模组（30）进行加热；当所述第一信号所对应的温度值高于所述控制单元（2）内预设的上限温度阈值时，所述控制单元（2）控制所述第一开关（4）断开，所述加热模块（6）不再对所述电池模组（30）进行加热。
9.根据权利要求8所述的一种电池加热方法，其特征在于：在所述控制单元（2）和BMS单元（3）之间设置通讯模块（7）并实现所述控制单元（2）和所述BMS单元（3）之间的信息通讯，当所述控制单元（2）和所述BMS单元（3）这两者均能够接收到两者中的另一者的通讯信息时，所述BMS单元（3）控制所述第二开关（5）闭合，此时所述控制单元（2）根据接收到的所述第一信号控制所述第一开关（4）的闭合或断开；当所述控制单元（2）和所述BMS单元（3）这两者中的至少一者无法接收到其中另一者的通讯信息时，所述控制单元（2）控制所述第一开关（4）断开，和/或，所述BMS单元（3）控制所述第二开关（5）断开。
10.根据权利要求8所述的一种电池加热方法，其特征在于：检测所述加热回路中的电流并向所述控制单元（2）输出第二信号，当所述第二信号所对应的电流值异常时，所述控制单元（2）控制所述第二开关（4）断开。
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