CN113555625A - 动力电池加热系统及其加热方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力电池加热系统及其加热方法，该系统包括：动力电池箱内部设置有加热膜，加热膜用于通电后产生热量对动力电池系统进行加热；温度传感器设置于动力电池箱内部的电芯单体上，用于测量电芯的温度；外接电源与加热膜连接，用于为加热膜供电；控制器与加热膜、温度传感器和外接电源连接，用于根据温度传感器测量的温度生成控制指令。通过加热膜进行加热可以实现低温下动力电池系统快速智能均匀加热，并且可以精确至电芯单体级别的温度控制，确保温度一致性，附加加热系统后原电池系统质量能量密度无损，在电芯单体和箱体外壳上设置加热膜，结构简单，便于布置，成本低。

Description

动力电池加热系统及其加热方法

技术领域

本发明涉及低温加热技术领域，特别涉及一种动力电池加热系统及其加热方法。

背景技术

动力电池系统作为新能源车的动力源，其工作性能直接影响整车动力性能。锂离子电池在不同的温度下，其充放电性能都不一样，在高温高寒环境中，电池性能下降，影响电池的瞬时充放电功率，及其充放电电量，从而影响整车的瞬时动力性及其最终续驶里程，此外，电池长期处在高温高寒的环境中工作，会大大影响电池自身的寿命。现有的加热方式分为内部加热和外部加热两种。

外部加热：外部加热主要通过外置热源的方式对热传递介质(空气、液体或相变材料)进行加热，再通过热辐射、热对流或热传导的方式实现对电池的加热。该方法的技术难度与成本均较低，但需要在电池包箱体内需预留大量空间作为气体流道，降低了整包结构紧凑性；基于液体介质的电池加热方法尽管加热效率较高，但辅助设备多、结构设计复杂、成本高，同时存在密封与绝缘等安全隐患。此外，现有的加热方式无法针对每个电芯的实际温度进行加热功率的精确调节，只能在一定程度上进行总体加热功率的调节，因此完成加热时，系统内电芯的温度一致性较差。

内部加热：内部加热方法是利用电流通过有一定电阻值的导体所产生的焦耳热来加热动力电池，导体为动力电池本身。根据电流的正负流向可具体分为充电加热法、放电加热法和交流激励加热法；根据提供电流的电源不同，可分为自损耗型加热和外部能源供给加热，但须对动力电池单体结构进行较大的改动，一定程度上减小了电池的能量密度，且存在较大的能量消耗。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种动力电池加热系统，该系统可以实现动力电池系统低温下的快速均匀智能加热与保温。

本发明的另一个目的在于提出一种动力电池加热系统的加热方法。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种动力电池加热系统，包括：动力电池、控制器、外接电源、温度传感器；

所述动力电池箱内部设置有加热膜，所述加热膜用于通电后产生热量对所述动力电池系统进行加热；

所述加热膜为金属氧化物半导体制热材料MOSH制成；

所述温度传感器设置于所述动力电池箱内部的电芯单体上，用于测量电芯的温度；

所述外接电源与所述加热膜连接，用于为所述加热膜供电；

所述控制器与所述加热膜、所述温度传感器和所述外接电源连接，用于根据所述温度传感器测量的温度生成控制指令。

本发明实施例的动力电池加热系统，通过在动力电池箱内部的电芯单体以及外壳上设置加热膜，对加热膜通电后产生热量，对动力电池进行加热，可以保证动力电池系统在低温环境可以正常使用。通过加热膜进行加热可以实现低温下动力电池系统快速智能均匀加热，并且可以精确至电芯单体级别的温度控制，确保温度一致性，附加加热系统后原电池系统质量能量密度无损，在电芯单体和箱体外壳上设置加热膜，结构简单，便于布置，成本低。

另外，根据本发明上述实施例的动力电池加热系统还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，所述加热膜包括基底层，发热层和防水层，在所述基底层上镀一层金属氧化物半导体制热材料MOSH的薄膜形成所述发热层，在所述发热层上贴附一层防水层，在所述发热层引出一正一负两个电极连接外接电源，通电后产生热量。

进一步地，所述加热膜贴附在所述动力电池箱内部的每个电芯单体表面和\或所述动力电池箱的外壳内表面。

进一步地，所述控制器进一步用于，调整所述加热膜的通电时间和通电强度来控制所述动力电池箱的加热速率和最高加热温度。

进一步地，所述温度传感器设置在所述动力电池箱内的每个电芯单体上，用于测量每个电芯单体的温度。

进一步地，所述控制器进一步用于，根据所述每个电芯单体的温度调整每个电芯单体上加热膜的加热功率。

进一步地，所述控制器进一步用于，仅对所述动力电池箱外壳上的加热膜通电。

进一步地，所述外接电源包括但不限于铅酸电池和太阳能电池。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种动力电池加热系统的加热方法，包括：

采集动力电池箱中每个电芯单体的温度；

在电芯单体温度低于预设温度时，通过加热膜对每个电芯单体进行加热，直至动力电池中的每个电芯单体达到所述预设温度。

本发明实施例的动力电池加热系统的加热方法，通过采集动力电池箱中每个电芯单体的温度；在电芯单体温度低于预设温度时，通过加热膜对每个电芯单体进行加热，直至动力电池中的每个电芯单体达到预设温度。可以实现动力电池系统低温下的快速均匀智能加热与保温。

另外，根据本发明上述实施例的动力电池加热系统的加热方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，还包括：

通过动力电池箱内的每个电芯的温度，确定每个电芯的加热模式，所述加热模式包括每个电芯的通电时间和通电强度。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的动力电池加热系统结构示意图；

图2为根据本发明一个实施例的动力电池结构图；

图3为根据本发明一个实施例的加热膜结构图；

图4为根据本发明一个实施例的电池加热系统箱体结构图；

图5为根据本发明一个实施例的动力电池加热系统的加热方法流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的动力电池加热系统及其加热方法。

首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的动力电池加热系统。

图1为根据本发明一个实施例的动力电池加热系统结构示意图。

如图1所示，该动力电池加热系统包括：动力电池、控制器、外接电源、温度传感器。

动力电池箱内部设置有加热膜，加热膜用于通电后产生热量对动力电池系统进行加热。

所述加热膜为金属氧化物半导体制热材料MOSH制成；

温度传感器设置于动力电池箱内部的电芯单体上，用于测量电芯的温度。

外接电源与加热膜连接，用于为加热膜供电。

控制器与加热膜、温度传感器和外接电源连接，用于根据温度传感器测量的温度生成控制指令。

控制器进一步用于，调整加热膜的通电时间和通电强度来控制动力电池的加热速率和最高加热温度。

如图2和图3所示，以方壳型锂离子电池为例，展示了动力电池的结构。

加热膜包括基底层，发热层和防水层，在基底层上镀一层金属氧化物半导体制热材料MOSH的薄膜形成发热层，在发热层上贴附一层防水层，在发热层引出一正一负两个电极连接外接电源，通电后产生热量。

具体地，采用了一种关键功能材料即金属氧化物半导体制热材料(MOSH)。将涂覆有MOSH材料的加热膜设置于动力电池内部(本实施例以方壳型锂离子电池为例，但MOSH材料的基底材料灵活多变，如塑料薄膜，因此不受电芯形状限制)，并且从薄膜上设置有两个电极，其为一正一负。加热膜电极在通电的时候，由于金属氧化物半导体制热材料的特性可产生大量的热，用于快速均匀加热电池，同时由于MOSH材料在基底材料上的均匀分布，加热膜表面发热温度一致。同时，该加热膜还具有无污染、质量轻、成本低等优点，且布置方式简单便捷，无需破坏电池内部组成结构或引发额外的电化学反应。加热过程中升温速率和加热的最高温度可由通电电流和通电时间决定。

作为一种实例，加热膜的制作方法包括：

1)提供基材；

本实施例为塑料薄膜，但不限于此，还可以使用其他基材料。

2)对基材的一个表面进行抛光打磨；

3)通过靶材溅射在基材表面进行MOSH材料镀膜，形成发热层，同时设置正负两个电极；

4)在发热层上表面涂覆绝缘防水层，从而形成加热膜。

具体地，动力电池箱体内表面的加热膜与电芯表面包裹的加热膜采用同种工艺制作，如图4所示，每个加热膜分为三层结构，总体厚度可控制为1mm，从上至下为绝缘防水层，发热层(MOSH材料，厚度范围可调节，为1～800μm)，基底层(如塑料薄膜)，发热层设置有两个电极，为一正一负，通过外部供电使MOSH材料发热，发热的上限温度取决于MOSH材料的用量，在使用中发热温度的大小取决于供电电压的大小，通过外部控制器进行调节。

进一步地，加热膜贴附在动力电池箱内部的每个电芯单体表面和\或动力电池外壳内表面。在加热时，可以对电芯进行加热，也可以同时对动力电池的壳体进行加热。在只需要保温时，可以仅对动力电池壳体上的加热膜进行通电，从而保证动力电池的温度保持在一定范围内。

进一步地，温度传感器设置在动力电池的每个电芯单体上，用于测量每个电芯单体的温度。

控制器进一步用于，根据每个电芯单体的温度调整每个电芯单体上加热膜的加热功率。

具体地，温度传感器设置在动力电池箱内部，用于检测动力电池的温度。更具体地，可以在动力电池箱内的每个电芯上均设置一个温度传感器，采集每个电芯的温度，并发送给控制器。控制器可以根据每个电芯的温度计算每个电芯的加热速率，从而保证每个电芯温度一致。

进一步地，加热膜所需的电能由外接电源提供，外接电源包括铅酸电池，也可以为太阳能电池板，也可以使用其他电源，本发明的实施例不进行具体限制。

综上，在本发明实施例的动力电池加热系统中，当环境温度较低影响系统正常使用时，加热控制器连通外部电源(本实施例采用铅酸电池，不局限于此类电源)，同时调控供电电压，给每个电芯以及箱体内表面加热膜通电，产生热量迅速加热整个动力电池系统，同时在每个电芯表面设置有温度传感器，实时监测每个电芯的温度，当出现温升过快或温度过高电芯，则针对性降低该类电芯表面加热膜加热功率，从而使整个系统内电芯保持温度一致，当系统内所有电芯温度均达到合适的工作温度时，停止对加热膜供电完成加热，此外，在完成加热且无需使用动力电池系统时，可保持单独对系统箱体内表面加热膜的持续供电，使箱体内表面加热膜工作在低发热功率模式下，从而使整个动力电池系统最低限度的维持在可工作温度范围，起到保温效果(箱体内表面加热膜以及电芯表面的加热膜并非需要完全覆盖，可根据实际的使用情况进行尺寸与布置位置调节)。

根据本发明实施例提出的动力电池加热系统，通过在动力电池箱内部的电芯单体以及外壳上设置加热膜，对加热膜通电后产生热量，对动力电池进行加热。可以保证动力电池系统在低温环境可以正常使用。通过加热膜进行加热可以实现低温下动力电池系统快速智能均匀加热，并且可以精确至电芯单体级别的温度控制，确保温度一致性，附加加热系统后原电池系统质量能量密度无损，在电芯单体和箱体外壳上设置加热膜，结构简单，便于布置，成本低。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的动力电池加热系统的加热方法。

图5为根据本发明一个实施例的动力电池加热系统的加热方法流程图。

如图5所示，该动力电池加热系统的加热方法包括：

S1，采集动力电池箱中每个电芯单体的温度。

S2，在电芯单体温度低于预设温度时，通过加热膜对每个电芯单体进行加热，直至动力电池中的每个电芯单体达到所述预设温度。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：

通过动力电池箱内的每个电芯的温度，确定每个电芯的加热模式，加热模式包括每个电芯的通电时间和通电强度。

可以理解的是，所有的电芯单体均达到预设温度时，动力电池加热完成，但在加热过程中，每个电芯单体的温度可能不相同，因此在加热过程中，对于温度过高或温升速率过快的电芯要对应的降低它们表面加热膜的供电电流大小，从而相应降低这些电芯表面加热膜的加热功率。若在加热过程中出现局部电芯温度达到了温度上限值，那么可以停止对这些电芯的加热，或者可以提前对电芯的温升速率与温度进行评判，在达到上限温度之前就停止对某些电芯进行加热，从而保证所有电芯在安全的温度范围内。

在对动力电池停止加热后，若在短时间内还会继续使用电芯，可以继续对对箱体内表面上的加热膜继续供电以维持箱内的温度，是一种保温功能，防止在一段时间后因为外部环境温度过低，电芯温度迅速下降不能放电，若长时间不使用，则可以在下次使用前提前进行加热即可。

需要说明的是，前述对系统实施例的解释说明也适用于该实施例的方法，此处不再赘述。

根据本发明实施例提出的动力电池加热系统的加热方法，通过采集动力电池箱中电芯的温度；在动力电池箱内电芯温度低于预设温度时，对动力电池箱内部的全部加热膜进行供电；加热后的动力电池箱内电芯温度高于预设温度后，停止对动力电池箱内的电芯进行加热，仅对动力电池箱外壳上的加热膜进行供电。可以实现动力电池系统低温下的快速均匀智能加热与保温。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种动力电池加热系统，其特征在于，包括：动力电池、控制器、外接电源、温度传感器；

所述动力电池箱内部设置有加热膜，所述加热膜用于通电后产生热量对所述动力电池系统进行加热；

所述加热膜为金属氧化物半导体制热材料MOSH制成；

所述温度传感器设置于所述动力电池箱内部的电芯单体上，用于测量电芯的温度；

所述外接电源与所述加热膜连接，用于为所述加热膜供电；

所述控制器与所述加热膜、所述温度传感器和所述外接电源连接，用于根据所述温度传感器测量的温度生成控制指令。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述加热膜包括基底层，发热层和防水层，在所述基底层上镀一层金属氧化物半导体制热材料MOSH的薄膜形成所述发热层，在所述发热层上贴附一层防水层，在所述发热层引出一正一负两个电极连接外接电源，通电后产生热量。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述加热膜贴附在所述动力电池箱内部的每个电芯单体表面和\或所述动力电池外壳内表面。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器进一步用于，调整所述加热膜的通电时间和通电强度来控制所述动力电池箱的加热速率和最高加热温度。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述温度传感器设置在所述动力电池箱内的每个电芯单体上，用于测量每个电芯单体的温度。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述控制器进一步用于，根据所述每个电芯单体的温度调整每个电芯单体上加热膜的加热功率。

7.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述控制器进一步用于，仅对所述动力电池箱外壳上的加热膜通电。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述外接电源包括但不限于铅酸电池和太阳能电池。

9.一种加热方法，其特征在于，用于权利要求1-8所述的动力电池加热系统，包括以下步骤：

采集动力电池箱中每个电芯单体的温度；

在电芯单体温度低于预设温度时，通过加热膜对每个电芯单体进行加热，直至动力电池中的每个电芯单体达到所述预设温度。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：

通过动力电池箱内的每个电芯的温度，确定每个电芯的加热模式，所述加热模式包括每个电芯的通电时间和通电强度。

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