CN113561847A - 一种锂电池系统及工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锂电池系统技术领域，尤其是一种锂电池系统及工作方法，包括BMS，所述BMS电连接有快充接口、放电接口、电池模组，还包括电池加热模块、快充继电器K2、充电加热继电器K5、放电继电器K1、放电加热继电器K4，所述电池加热模块、充电加热继电器K5、快充接口之间形成加热回路，所述电池模组、快充继电器K2、充电加热继电器K5、电池加热模块、快充接口之间形成充电加热回路，所述电池模组、放电继电器K1、放电加热继电器K4、电池加热模块、放电接口之间形成放电加热回路，本系统可以在充电及放电时实现多种模式快速切换，降低电器元件数量的使用，降低制造成本，同时控制逻辑更加简单。

Description

一种锂电池系统及工作方法
技术领域
本发明涉及锂电池系统技术领域，尤其涉及一种锂电池系统及工作方法。
背景技术
目前锂电池系统在工业车辆领域只是初步应用阶段，电气原理设计并不完善。已在电动汽车领域验证和使用的电气原理设计却因为成本和特种车辆使用要求已不能在工业车辆上使用：
1、由于成本需求及与整车策略的交流联系，工业车辆电气设计将总负极继电器取消；
2、由于回路中总负极继电器的取消，充电加热、放电加热的原理设计需要做出新的设计；
3、在新能源汽车上使用的快充方式包含充电加热，加热过程分为三个阶段：纯加热阶段，边充电边加热阶段，纯充电阶段，由于工业车辆成本要求较高，工业车辆控制回路中取消总负继电器，使得应用于电动汽车中的边充电边加热逻辑无法实现。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中锂电池系统在工业车辆上的设计应用效果不好的缺点，而提出的一种锂电池系统及工作方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种锂电池系统，包括BMS，所述BMS电连接有快充接口、放电接口、电池模组，还包括电池加热模块、快充继电器K2、充电加热继电器K5、放电继电器K1、放电加热继电器K4，所述电池模组、快充继电器K2、快充接口之间形成充电回路，所述电池加热模块、充电加热继电器K5、快充接口之间形成加热回路，所述电池模组、快充继电器K2、充电加热继电器K5、电池加热模块、快充接口之间形成充电加热回路，所述电池模组、放电继电器K1、放电接口之间形成放电回路，所述电池模组、放电继电器K1、放电加热继电器K4、电池加热模块、放电接口之间形成放电加热回路。
所述电池加热模块包括串联连接的加热熔断器F2、加热膜/PTC。
所述锂电池系统还包括预充继电器K3、预充电阻R1、DC模块，所述DC模块与电池模组、BMS电连接，所述DC模块、预充继电器K3、预充电阻R1、放电接口之间形成预上电回路，所述电池模组、放电继电器K1、放电接口之间形成上电回路。
所述电池模组串联连接有分流器S，所述分流器S与BMS电连接，所述分流器S设有前端电压检测模块、后端电压检测模块，所述BMS电连接有用于将分流器S前端电压及后端电压转换成电流的电流数据采集模块。
所述放电继电器K1设有前端电压检测模块、后端电压检测模块；
和/或所述快充继电器K2设有前端电压检测模块、后端电压检测模块；
和/或所述预充继电器K3设有前端电压检测模块、后端电压检测模块；
和/或所述放电加热继电器K4设有前端电压检测模块、后端电压检测模块；
和/或所述充电加热继电器K5设有前端电压检测模块、后端电压检测模块；
所述前端电压检测模块、后端电压检测模块均与BMS电连接，所述前端电压检测模块检测电压值与所述后端电压检测模块检测电压值的差值小于继电器粘连判断设定的阈值，且BMS未控制相应检测的继电器吸合，则BMS判断该继电器处于粘连状态。
锂电池系统的工作方法，包括以下步骤：
在BMS完成与充电机握手通讯后，当锂电池系统最低温度T0＜tmin≤T1时锂电池系统进入只加热不充电模式：先闭合快充继电器K2，后闭合充电加热继电器K5，则充电机此时会读取到锂电池系统总压V，BMS向充电机发出充电需求加热电流ih，充电机开始输出电流ic后BMS断开快充继电器K2，锂电池系统开始利用充电机输出的电流对锂电池系统进行加热，即进入只加热不充电模式；
加热过程中当锂电池系统最低温度达到T1＜tmin≤T2时，闭合快充继电器K2，BMS向充电机需求电流ih+iB，此时进入同时加热和充电模式；
加热过程中当锂电池系统最低温度tmin＞T2时，断开充电加热继电器K5，BMS向充电机需求电流iB，进入只充电模式；
加热过程中当锂电池系统最高温度tmax≧T3时，此时锂电池系统禁止充电并进行报警反馈；
其中T0、T1、T2、T3、为数值依次增大的锂电池系统温度设定阀值，tmin为锂电池系统实时温度值、为锂电池系统采集的最低温度，tmax为锂电池系统实时温度值、为锂电池系统采集的最高温度值，ih为电池系统设计的加热电流，iB电池系统充电允许电流，ic为充电设备输出给电池系统电流。
包括以下步骤：
在刚开始充电时，当锂电池系统最低温度T1＜tmin≤T2，此时BMS与充电机通讯完成后先闭合快充继电器K2，后闭合充电加热继电器K5，同时向充电机发出需求电流ih+iB，此时进入同时加热和充电模式。
在刚开始充电时，当锂电池系统最低温度tmin＞T2时，BMS闭合快充继电器K2，BMS向充电机需求电流iB，进入只充电模式。
放电加热时：钥匙上电BMS唤醒后，当锂电池系统最低温度tmin<T4时，则在闭合放电继电器K1后再闭合加热继电器K4对电池进行加热；放电加热开启后，当电池最低温度tmin>T5时，关闭放电加热继电器K4，放电加热结束，车辆进行正常放电；
其中T4定义为电池系统放电时电池加热开启温度，T5定义为电池系统放电时电池加热关闭温度。
电池开关闭合后，DC模块开始工作，BMS得到供电后自检无故障、吸合预充继电器K3对整车MCU进行预充，t2时间后BMS断开预充继电器K3，吸合主正继电器K1实现上电预充功能，t2为配合整车电控需求做出的预充继电器K3吸合的时间。
本发明提出的一种锂电池系统及工作方法，有益效果在于：本系统可以在充电及放电时实现多种模式快速切换，降低电器元件数量的使用，降低制造成本，同时控制逻辑更加简单，本系统实现低温充电过程中从纯加热模式成功进入边充电边加热模式，杜绝了低温下电池充电电流给电池充电的问题；充电加热继电器与放电加热继电器并联设计，分别实现充电加热和放电加热功能，加热后端设计总压采集点，分别实现充电加热继电器粘连检测功能和放电继电器粘连检测功能。
附图说明
图1为锂电池系统电气原理结构示意图；
图2为图1A部放大结构示意图；
图3为图1B部放大结构示意图。
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。
参照图1-3，一种锂电池系统，包括BMS，BMS系统指电池管理系统，BMS电连接有快充接口、放电接口、电池模组，还包括电池加热模块、快充继电器K2、充电加热继电器K5、放电继电器K1、放电加热继电器K4，电池模组、快充继电器K2、快充接口之间形成充电回路，电池加热模块、充电加热继电器K5、快充接口之间形成加热回路，电池模组、快充继电器K2、充电加热继电器K5、电池加热模块、快充接口之间形成充电加热回路，电池模组、放电继电器K1、放电接口之间形成放电回路，电池模组、放电继电器K1、放电加热继电器K4、电池加热模块、放电接口之间形成放电加热回路，其中电池加热模块包括串联连接的加热熔断器F2、加热膜/PTC。
在BMS完成与充电机握手通讯后，当锂电池系统最低温度T0＜tmin≤T1时锂电池系统进入只加热不充电模式：先闭合快充继电器K2，后闭合充电加热继电器K5，则充电机此时会读取到锂电池系统总压V，BMS向充电机发出充电需求加热电流ih，充电机开始输出电流ic后BMS断开快充继电器K2，锂电池系统开始利用充电机输出的电流对锂电池系统进行加热，即进入只加热不充电模式；
加热过程中当锂电池系统最低温度达到T1＜tmin≤T2时，闭合快充继电器K2，BMS向充电机需求电流ih+iB，此时进入同时加热和充电模式；
加热过程中当锂电池系统最低温度tmin＞T2时，断开充电加热继电器K5，BMS向充电机需求电流iB，进入只充电模式；
加热过程中当锂电池系统最高温度tmax≧T3时，此时锂电池系统禁止充电并进行报警反馈；
其中T0、T1、T2、T3、为数值依次增大的锂电池系统温度设定阀值，tmin为锂电池系统实时温度值、为锂电池系统采集的最低温度，tmax为锂电池系统实时温度值、为锂电池系统采集的最高温度值，ih为电池系统设计的加热电流，iB电池系统充电允许电流，ic为充电设备输出给电池系统电流。
在刚开始充电时，当锂电池系统最低温度T1＜tmin≤T2，此时BMS与充电机通讯完成后先闭合快充继电器K2，后闭合充电加热继电器K5，同时向充电机发出需求电流ih+iB，此时进入同时加热和充电模式。
在刚开始充电时，当锂电池系统最低温度tmin＞T2时，BMS闭合快充继电器K2，BMS向充电机需求电流iB，进入只充电模式。
放电加热时：钥匙上电BMS唤醒后，当锂电池系统最低温度tmin<T4时，则在闭合放电继电器K1后再闭合加热继电器K4对电池进行加热；放电加热开启后，当电池最低温度tmin>T5时，关闭放电加热继电器K4，放电加热结束，车辆进行正常放电；
其中T4定义为电池系统放电时电池加热开启温度，T5定义为电池系统放电时电池加热关闭温度。
锂电池系统还包括预充继电器K3、预充电阻R1、DC模块，DC模块与电池模组、BMS电连接，DC模块、预充继电器K3、预充电阻R1、放电接口之间形成预上电回路，电池模组、放电继电器K1、放电接口之间形成上电回路。电池开关闭合后，DC模块开始工作，BMS得到供电后自检无故障、吸合预充继电器K3对整车MCU进行预充，t2时间后BMS断开预充继电器K3，吸合主正继电器K1实现上电预充功能，t2为配合整车电控需求做出的预充继电器K3吸合的时间。
电池模组串联连接有分流器S，分流器S与BMS电连接，分流器S设有前端电压检测模块、后端电压检测模块，BMS电连接有用于将分流器S前端电压及后端电压转换成电流的电流数据采集模块。该原理方案使用分流器采集数据方案，配合BMS系统读取分流器前后端压降，并将压降信息通过算法换算出相应电流，实现电流高精度采集计算工作。
上电闭合时会出现大电流冲击导致继电器粘连现象，为了获得继电器粘黏检测：
放电继电器K1设有前端电压检测模块、后端电压检测模块；
和/或快充继电器K2设有前端电压检测模块、后端电压检测模块；
和/或预充继电器K3设有前端电压检测模块、后端电压检测模块；
和/或放电加热继电器K4设有前端电压检测模块、后端电压检测模块；
和/或充电加热继电器K5设有前端电压检测模块、后端电压检测模块；
前端电压检测模块、后端电压检测模块均与BMS电连接，前端电压检测模块检测电压值与后端电压检测模块检测电压值的差值小于继电器粘连判断设定的阈值，且BMS未控制相应检测的继电器吸合，则BMS判断该继电器处于粘连状态。
继电器粘连检测在BMS上电时完成，现以放电继电器K1粘连检测为例：step1 BMS通电唤醒后BMS读取放电继电器K1前端电压为V1+，K1后端电压为V2+；step2：BMS对比继电器K1前后端电压，如果V1+-V2+<u(u为继电器粘连判断设定的阈值)，且BMS未控制继电器K1吸合，则BMS判断该继电器处于粘连状态，此时由BMS按照电池系统策略进行报警和操作，利用该原理操作可实现原理图中各继电器的粘连检测功能。
本锂电池系统具有如下有益效果：
1、实现低温充电过程中从纯加热模式成功进入边充电边加热模式，杜绝了低温下电池充电电流给电池充电的问题；
2、充电加热继电器与放电加热继电器并联设计，分别实现充电加热和放电加热功能，加热后端设计总压采集点，分别实现充电加热继电器粘连检测功能和放电继电器粘连检测功能；
3、利用该系统可实现各继电器的闭合状态及粘连检测功能；
4、利用该系统配合BMS策略设计可以实现低温环境下放电加热功能；
5、按照该原理并参照电气物料BOM设计，配合BMS设计策略实现电池系统充电、放电等各项功能；
6、按照该原理并参照电气物料BOM，配合BMS系统实现电池系统充放电电流的精准检测；
7、按照该原理并参照电气物料BOM设计，实现电池系统预充功能，以保护继电器及放电回路。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变而得到的技术方案、构思、设计，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锂电池系统，包括BMS，所述BMS电连接有快充接口、放电接口、电池模组，其特征在于，还包括电池加热模块、快充继电器K2、充电加热继电器K5、放电继电器K1、放电加热继电器K4，所述电池模组、快充继电器K2、快充接口之间形成充电回路，所述电池加热模块、充电加热继电器K5、快充接口之间形成加热回路，所述电池模组、快充继电器K2、充电加热继电器K5、电池加热模块、快充接口之间形成充电加热回路，所述电池模组、放电继电器K1、放电接口之间形成放电回路，所述电池模组、放电继电器K1、放电加热继电器K4、电池加热模块、放电接口之间形成放电加热回路。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池系统，其特征在于，所述电池加热模块包括串联连接的加热熔断器F2、加热膜/PTC。
3.根据权利要求1所述的一种锂电池系统，其特征在于，所述锂电池系统还包括预充继电器K3、预充电阻R1、DC模块，所述DC模块与电池模组、BMS电连接，所述DC模块、预充继电器K3、预充电阻R1、放电接口之间形成预上电回路，所述电池模组、放电继电器K1、放电接口之间形成上电回路。
4.根据权利要求1所述的一种锂电池系统，其特征在于，所述电池模组串联连接有分流器S，所述分流器S与BMS电连接，所述分流器S设有前端电压检测模块、后端电压检测模块，所述BMS电连接有用于将分流器S前端电压及后端电压转换成电流的电流数据采集模块。
5.根据权利要求3所述的一种锂电池系统，其特征在于，所述放电继电器K1设有前端电压检测模块、后端电压检测模块；
和/或所述快充继电器K2设有前端电压检测模块、后端电压检测模块；
和/或所述预充继电器K3设有前端电压检测模块、后端电压检测模块；
和/或所述放电加热继电器K4设有前端电压检测模块、后端电压检测模块；
和/或所述充电加热继电器K5设有前端电压检测模块、后端电压检测模块；
所述前端电压检测模块、后端电压检测模块均与BMS电连接，所述前端电压检测模块检测电压值与所述后端电压检测模块检测电压值的差值小于继电器粘连判断设定的阈值，且BMS未控制相应检测的继电器吸合，则BMS判断该继电器处于粘连状态。
6.一种如权利要求1-5任一项所述锂电池系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
在BMS完成与充电机握手通讯后，当锂电池系统最低温度T0＜tmin≤T1时锂电池系统进入只加热不充电模式：先闭合快充继电器K2，后闭合充电加热继电器K5，则充电机此时会读取到锂电池系统总压V，BMS向充电机发出充电需求加热电流ih，充电机开始输出电流ic后BMS断开快充继电器K2，锂电池系统开始利用充电机输出的电流对锂电池系统进行加热，即进入只加热不充电模式；
加热过程中当锂电池系统最低温度达到T1＜tmin≤T2时，闭合快充继电器K2，BMS向充电机需求电流ih+iB，此时进入同时加热和充电模式；
加热过程中当锂电池系统最低温度tmin＞T2时，断开充电加热继电器K5，BMS向充电机需求电流iB，进入只充电模式；
加热过程中当锂电池系统最高温度tmax≧T3时，此时锂电池系统禁止充电并进行报警反馈；
其中T0、T1、T2、T3、为数值依次增大的锂电池系统温度设定阀值，tmin为锂电池系统实时温度值、为锂电池系统采集的最低温度，tmax为锂电池系统实时温度值、为锂电池系统采集的最高温度值，ih为电池系统设计的加热电流，iB电池系统充电允许电流，ic为充电设备输出给电池系统电流。
7.根据权利要求6所述的锂电池系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
在刚开始充电时，当锂电池系统最低温度T1＜tmin≤T2，此时BMS与充电机通讯完成后先闭合快充继电器K2，后闭合充电加热继电器K5，同时向充电机发出需求电流ih+iB，此时进入同时加热和充电模式。
8.根据权利要求6或7所述的锂电池系统的工作方法，其特征在于，在刚开始充电时，当锂电池系统最低温度tmin＞T2时，BMS闭合快充继电器K2，BMS向充电机需求电流iB，进入只充电模式。
9.根据权利要求6所述的锂电池系统的工作方法，其特征在于，放电加热时：钥匙上电BMS唤醒后，当锂电池系统最低温度tmin<T4时，则在闭合放电继电器K1后再闭合加热继电器K4对电池进行加热；放电加热开启后，当电池最低温度tmin>T5时，关闭放电加热继电器K4，放电加热结束，车辆进行正常放电；
其中T4定义为电池系统放电时电池加热开启温度，T5定义为电池系统放电时电池加热关闭温度。
10.根据权利要求6所述的锂电池系统的工作方法，其特征在于，预充时，电池开关闭合后，DC模块开始工作，BMS得到供电后自检无故障、吸合预充继电器K3对整车MCU进行预充，t2时间后BMS断开预充继电器K3，吸合主正继电器K1实现上电预充功能，t2为配合整车电控需求做出的预充继电器K3吸合的时间。
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