CN114523882A - 一种多元式高精度锂电池预热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多元式高精度锂电池预热系统，括温度传感器、电池组、BMS、充电器、中控以及远程用户端；采用多测试点测温的方法，精准感测电池组的电芯内部不同位置在加热过程中的实时温度，并以此多个温度数值为参考控制电池组的加热时间以及加热温度，在保护电池组自身性能的同时有效避免析锂情况的发生；本发明可以是远程控制开启，也可以是通过手动开启，使用场景灵活方便；并且本发明采用多元功能的方案，可以使用电池组本身进行功能对其自身进行加热，也可以使用充电器功能对电池组进行加热，可以根据自身情况选择普通加热模式和快速加热模式，对于使用者的行驶中的意外状况有更加完善的应对策略。

Description

一种多元式高精度锂电池预热系统
技术领域
本发明涉及电动车辆锂电池电池组领域，尤其涉及一种多元式高精度锂电池预热系统。
背景技术
锂电池组低温充电会产生析锂现象，会严重影响电池寿命，严重时析出的锂金属可将电芯内部的隔膜刺穿，从而导致起火爆炸等安全问题。现在市面上的两轮电动车辆锂电池组的低温充电策略有一下三种：（1）侦测到电池组的温度探头温度低于设定值，BMS按照设定的策略断开充电电路；此方案会导致电池低温状况下无法充电；（2）侦测到电池组的温度探头温度低于设定值，BMS通过通讯反馈温度信息到充电器，充电器降低充电电流；此方案仍然是在低温充电，无法避免低温充电导致的析锂问题；（3）侦测到电池组的温度探头温度低于设定值，BMS通过通讯反馈温度信息到充电器，同时BMS断开充电电路，打开加热电路，利用供电电池本身的热源给自身加热；此方案中温度探头的探测点一般位于电芯的外部，比如在BMS上，在加热过程中，电芯的温度是逐渐上升的，而且电芯内部不同位置的温度是不一样的，这样传感器侦测到的温度会比电芯内部的实际温度高，基于这个温度来控制充电电流的开关，不能避免析锂问题；此外，加热的能量来自于电池本身，会严重影响车辆的续航里程。
目前还有一些锂电池的加热方案和温度控制方案，例如在电池组的外部设置加热膜等，对电池进行加热，但是其加热方式均比较单一，且对于电池组加热的时间和温度控制不能得到精准的控制，因此需要一种可以多元式高精度的锂电池预热系统。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种多元是高精度锂电池预热系统。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种多元式高精度锂电池预热系统，包括温度传感器、电池组、BMS、充电器、中控以及远程用户端；所述温度传感器包括至少三个温度探头，所述温度探头分别布置在所述电池组电芯的不同位置的探测点上，所述温度传感器用以多点感测所述电池组的电芯温度并反馈至所述BMS中，所述BMS与所述充电器之间连接，所述BMS与所述中控之间通信连接，所述中控与所述远程用户端之间通过无线通信连接；
所述电池组的加热模式包括普通加热模式和快速加热模式；所述普通加热模式为：所述BMS以设定的功率给所述电池组加热，直至所有温度探头感测的温度均不低于保护阈值1时，所述BMS控制关闭加热开关，打开充电开关并给所述电池组充电；所述快速加热模式为：所述电池组的电芯温度包括第一保护阈值和第二保护阈值，所述第一保护阈值低于所述第二保护阈值；所述BMS以设定的功率给所述电池组加热，当任一温度探头感测到的温度低于第二温度阈值时，增加加热功率直至任一温度探头感测到的温度到达第二保护阈值，通过PMW控制并维持加热功率直至所有温度探头感测到的温度均不低于第一保护阈值，所述BMS控制关闭加热开关，打开充电开关并给所述电池组充电；
所述加热场景包括远程控制加热以及充电器加热；所述远程控制加热的场景为：用户通过远程用户端向中控发送加热命令，所述中控与所述BMS通信连接，所述BMS控制所述电池组利用自身能量给自身加热；所述充电器加热的场景为：用户手动将所述充电器插接到所述电池组，当所述BMS接收到所述温度传感器反馈到的信息为所有的温度探头探测到的温度均低于第一保护阈值，则所述BMS关掉充电回路，并控制所述充电器提供能量给所述电池组加热。
优选地，快速加热模式中，当所述温度传感器的所有温度探头感测到的温度全部低于所述第一保护阈值时，加热功率提高；当任一温度探头感测到的温度大于第一保护阈值但小于第二保护阈值时，若所有温度探头的温度均低于所述第二保护阈值，则维持当前的加热功率继续加热，若任一温度探头的温度高于所述第二保护阈值，则关闭加热功率，如此循环直至所有温度探头的温度均高于所述第一保护阈值，所述BMS控制关闭加热开关，打开充电开关并给所述电池组充电。
优选地，多个温度探头分别布置在所述电池组的电芯中心、电芯正极端以及电芯负极端三个探测点上。
优选地，所述电池组包括单独的加热模块，所述加热模块与所述电池组的电芯的正负极直接相连，所述加热模块与所述BMS之间电连接并存在功率传输。
优选地，所述加热模块是两块分别覆盖安装在所述电池组的电芯正负两极的加热板。
优选地，所述远程用户端是手机APP或小程序。
优选地，所述中控与所述BMS之间总线通信连接，所述BMS与所述温度传感器以及所述充电器之间总线通信连接。
优选地，所述充电器与所述BMS之间存在功率传输，所述BMS与所述电池组以及所述加热模块之间存在功率传输。
与现有技术相比，本发明所保护的多元式高精度锂电池预热系统，采用多测试点的温度感测方法、根据不同的使用场景，采用多元的加热能量来源、可以选用不同的加热模式。
采用多个温度探头，分别感测电池组电芯不同位置的温度，实行多点温度感测，能够避免电芯升温过程中测得的温度比实际温度低的问题，使测得的温度更加精准，基于此测温技术测得的温度控制充电电流的开关，能够有效避免析锂问题。
根据不同的使用场景采用多元的加热能量来源，当使用者在外时，可以使用手机等远程终端通过物联网给车辆发送加热命令，在充电前先利用电池组自身的能量给自身加热，以缩短随后的充电时间；或者使用者利用充电器获取能量给在充电前给电池加热。这两种方法均是在充电前对电池组进行预加热，因此不影响充电后电池组的电量，从而不会对车辆的续航里程产生任何影响，并且可以适应远程加热的需求或者临时加热的需求，使用起来更加方便。
不同的加热模式，包括普通加热模式和快速加热模式，可以根据充电速度需求进行选择，能够在保护电池组的情况下对加热速度进行提高。
本发明的多元式高精度锂电池预热系统，能够实现对电池组电芯温度更精准的测量，并且能够在不同的场景和使用需求下，选用不同的加热方式和加热功率模式，有效避免析锂问题，维持车辆的续航里程，保护电池组的性能和使用寿命。
附图说明
图1为一种多元式高精度锂电池预热系统的整体结构框架图；
图2为一种多元式高精度锂电池预热系统的快速加热模式流程图；
图3为电池组的结构示意图。
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。
请结合图1、图2以及图3，一种多元式高精度锂电池预热系统，包括温度传感器1、电池组2、BMS3、充电器4、中控5以及远程用户端6；温度传感器1包括至少三个温度探头，温度探头分别布置在电池组2的电芯21的不同位置的探测点上，温度传感器1用以多点感测电池组2的电芯21温度并反馈至BMS3中，BMS3与充电器4之间连接，BMS3与中控5之间通信连接，中控5与远程用户端6之间通过无线通信连接。优选地，中控5与BMS3之间总线通信连接，BMS3与温度传感器1以及充电器4之间总线通信连接。优选地，充电器4与BMS3之间存在功率传输，BMS3与电池组2之间存在功率传输。
温度传感器1采用多个温度探头，可以分别感测电芯21不同位置的温度，因为电芯21在加热过程中温度是逐渐上升的，而且电芯21内部不同位置的温度是不一样的，只用一个温度探头且安装在电芯21外部，其感测的温度不精准，会低于电芯21内部的实际温度，基于这个温度来控制加热和充电开关的话，仍然会产生析锂问题。本发明采用多个温度探头在电芯21内部进行多点探测，能够有效测得精准的电芯21温度，避免析锂问题。
电池组2的加热模式包括普通加热模式和快速加热模式；普通加热模式为：BMS3以设定的功率给电池组2加热，直至所有温度探头感测的温度均不低于保护阈值1时，BMS3控制关闭加热开关，打开充电开关并给电池组2充电；快速加热模式为：电池组2的电芯21温度包括第一保护阈值和第二保护阈值，第一保护阈值低于第二保护阈值，第一保护阈值可以是电池组2脱离低温情况的温度门槛，当电池组2的任意位置的温度均超出第一保护阈值时，电池组2即脱离低温情况不需要再进行加热；第二保护阈值可以是电池组2保证其自身性能不受影响的加热安全温度，当探测到电池组2的任一位置温度超出第二保护阈值，则暂时停止加热保证电池的安全及自身性能；BMS3以设定的功率给电池组2加热，当任一温度探头感测到的温度低于第二温度阈值时，增加加热功率直至任一温度探头感测到的温度到达第二保护阈值，通过PMW控制并维持加热功率直至所有温度探头感测到的温度均不低于第一保护阈值，BMS3控制关闭加热开关，打开充电开关并给电池组2充电。
普通加热模式下一直以设定的加热功率进行恒定功率加热，控制方法简单；而加速模式下是在设定的默认加热功率下，进一步提高加热的功率，缩短加热的时间，同时使用PMW方法控制并维持加热功率，在缩短加热时间的同时，对电池组2起到保护的作用，防止电池组2的使用寿命缩短，上述两种加热模式可以根据使用者的需要自行选择。
加热场景包括远程控制加热以及充电器4加热；远程控制加热的场景为：用户通过远程用户端6向中控5发送加热命令，中控5与BMS3通信连接，BMS3控制电池组2利用自身能量给自身加热；充电器4加热的场景为：用户手动将充电器4插接到电池组2，当BMS3接收到温度传感器1反馈到的信息为所有的温度探头探测到的温度均低于第一保护阈值，则BMS3关掉充电回路，并控制充电器4提供能量给电池组2加热。
本发明提供上述两种使用场景，使得使用者可以远程或者充电前对电池组2进行预加热。远程加热通过控制远程用户端6向车辆发送指令控制电池组2利用自身的能量自加热，而充电器4加热则是在使用者在插接充电器4后，车内BMS3判断出电池组2处于低温状态后，控制关断充电电路，控制充电器4提供能量给电池组2供电。此外，两种使用场景均是对电池组2进行充电前的“预加热”，即加热后再对电池组2进行充电，因此不会出现影响电车续航里程的情况。
在一优选的实施例中，多个温度探头分别布置在电池组2的电芯21中心、电芯21正极端以及电芯21负极端三个探测点上，正极温度、负极温度以及电芯21中心的温度均被温度探头感测并反馈，其测量的电芯21温度更加全面精准，结合本申请的两种充电模式，只有当所有感测到的温度全部大于第一保护阈值时，才会断开加热开关并对电池组2进行充电，以此多个温度作为判断电池组2是否需要加热以及是否可以停止加热的标准，判断更加精准、可以有效避免析锂情况。
在一优选的实施例中，电池组2包括单独的加热模块22，加热模块22与电池组2的电芯21的正负极直接相连，加热模块22与BMS3之间电连接并存在功率传输。电池组2利用自身能量进行加热时，电池组2直接向加热模块22功能并使其发热，从而使得整个电池组2发热；利用充电器4的能量对电池组2进行加热时，充电器4向BMS3进行功率传输，BMS3向加热模块22进行功率传输，从而使得电池组2发热。优选地，加热模块22是两块分别覆盖安装在电池组2的电芯21正负两极的加热板，加热板最好均匀、全面地覆盖在电池芯的外部，起到良好、均匀的发热作用。
优选地，远程用户端6可以是手机APP或小程序，能够使得使用者在远离车辆的情况下也能够方便地进行控制，满足远程加热的使用场景需求。
在一优选的实施例中，选用快速加热模式，当温度传感器1的所有温度探头感测到的温度全部低于第一保护阈值时，加热功率提高；当任一温度探头感测到的温度大于第一保护阈值但小于第二保护阈值时，若所有温度探头的温度均低于第二保护阈值，则维持当前的加热功率继续加热，若任一温度探头的温度高于第二保护阈值，则关闭加热功率，如此循环直至所有温度探头的温度均高于第一保护阈值，BMS3控制关闭加热开关，打开充电开关并给电池组2充电。其中，当任一温度探头感测到的温度大于第一保护阈值但小于第二保护阈值时所采用的控制方式即为PMW方法，通过脉宽调制模拟控制输出电压，使得加热功率维持在当前的加热功率上，防止功率过高破坏电池组2的性能，或者功率过低使的加热温度无法保持。
快速加热模式完整流程如图2所示，其包括以下步骤：
S1、开启整个系统，可以是使用远程用户端，如手机APP、小程序等远程操控开启，或者是将充电器连接到电动车辆上进行，手动开启整个系统；
S2、温度传感器的温度探头对电芯的不同位置的温度进行感测，并将感测到的温度反馈给BMS；如果感测到的温度全部大于第一保护阈值，则转到S8；如果感测到的温度有小于第一保护阈值的，则转到S3；
S3、BMS控制按照设定的默认功率对电池组进行加热；
S4、温度传感器对按照默认功率加热一段时间后的电池组的电芯再次进行温度感测，并将感测到的温度反馈给BMS；若感测到的温度全部小于第一保护阈值，则转到S5；若感测到的温度有大于第一保护阈值的，有小于等于第一保护阈值的，则转到S6；若感测到的温度全部大于第一保护阈值，则转到S7；
S5、在设定的默认加热功率的基础上再次提高加热功率，对电池组进行加热；
S6、若感测到的温度全部小于第二保护阈值，则维持当前功率，并转到S4；否则，BMS控制关闭加热功率，并转到S4；
S7、BMS控制关闭加热功率；
S8、BMS控制打开充电开关，并开始给电池组充电；
S9、快速加热模式下的整个电池加热过程结束。
由上所述，本发明的多元式高精度锂电池预热系统，采用多测试点测温的方法，能够精准感测到电池组的电芯内部不同位置在加热过程中的实时温度，并以此多个温度数值为参考控制电池组的加热时间以及加热温度，结果更加精准，其加热效果更好，能够在保护电池组自身性能的同时有效避免析锂情况的发生，延长电池组的使用寿命。此外，本发明的预热系统，其预热可以是远程控制开启，也可以是通过手动开启，使用场景灵活方便；并且本发明采用多元功能的方案，可以使用电池组本身提供能量对其自身进行加热，也可以使用充电器功能对电池组进行加热，可以根据自身情况选择普通加热模式和快速加热模式，对于使用者的行驶中的意外状况有更加完善的应对策略，且不会影响电池组本身的续航里程。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

Claims (8)

1.一种多元式高精度锂电池预热系统，其特征在于：包括温度传感器、电池组、BMS、充电器、中控以及远程用户端；所述温度传感器包括至少三个温度探头，所述温度探头分别布置在所述电池组的电芯的不同位置的探测点上，所述温度传感器用以多点感测所述电池组的电芯温度并反馈至所述BMS中，所述BMS与所述充电器之间连接，所述BMS与所述中控之间通信连接，所述中控与所述远程用户端之间通过无线通信连接；
所述电池组的加热模式包括普通加热模式和快速加热模式；所述普通加热模式为：所述BMS以设定的功率给所述电池组加热，直至所有温度探头感测的温度均不低于保护阈值1时，所述BMS控制关闭加热开关、打开充电开关并给所述电池组充电；所述快速加热模式为：所述电池组的电芯温度包括第一保护阈值和第二保护阈值，所述第一保护阈值低于所述第二保护阈值；所述BMS以设定的功率给所述电池组加热，当任一温度探头感测到的温度低于第二温度阈值时，增加加热功率直至任一温度探头感测到的温度到达第二保护阈值，通过PMW控制并维持加热功率直至所有温度探头感测到的温度均不低于第一保护阈值，所述BMS控制关闭加热开关、打开充电开关并给所述电池组充电；
所述加热场景包括远程控制加热以及充电器加热；所述远程控制加热的场景为：用户通过远程用户端向中控发送加热命令，所述中控与所述BMS通信连接，所述BMS控制所述电池组利用自身能量给自身加热；所述充电器加热的场景为：用户手动将所述充电器插接到所述电池组，当所述BMS接收到所述温度传感器反馈到的信息为所有的温度探头探测到的温度均低于第一保护阈值，则所述BMS关掉充电回路并控制所述充电器提供能量给所述电池组加热。
2.如权利要求1所述的多元式高精度锂电池预热系统，其特征在于：快速加热模式中，当所述温度传感器的所有温度探头感测到的温度全部低于所述第一保护阈值时，加热功率提高；当任一温度探头感测到的温度大于第一保护阈值但小于第二保护阈值时，若所有温度探头的温度均低于所述第二保护阈值，则维持当前的加热功率继续加热，若任一温度探头的温度高于所述第二保护阈值，则关闭加热功率，如此循环直至所有温度探头的温度均高于所述第一保护阈值，所述BMS控制关闭加热开关，打开充电开关并给所述电池组充电。
3.如权利要求2所述的多元式高精度锂电池预热系统，其特征在于：多个温度探头分别布置在所述电池组的电芯中心、电芯正极端以及电芯负极端三个探测点上。
4.如权利要求2所述的多元式高精度锂电池预热系统，其特征在于：所述电池组包括单独的加热模块，所述加热模块与所述电池组的电芯的正负极直接相连，所述加热模块与所述BMS之间电连接并存在功率传输。
5.如权利要求4所述的多元式高精度锂电池预热系统，其特征在于：所述加热模块是两块分别覆盖安装在所述电池组的电芯正负两极的加热板。
6.如权利要求2所述的多元式高精度锂电池预热系统，其特征在于：所述远程用户端是手机APP或小程序。
7.如权利要求2所述的多元式高精度锂电池预热系统，其特征在于：所述中控与所述BMS之间总线通信连接，所述BMS与所述温度传感器以及所述充电器之间总线通信连接。
8.如权利要求2所述的多元式高精度锂电池预热系统，其特征在于：所述充电器与所述BMS之间存在功率传输，所述BMS与所述电池组之间存在功率传输。
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