CN115133176A - 电池系统和控制其的方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种电池系统和控制其的方法，该电池系统包括电池管理模块、电池模块和控制器。电池管理模块包括在外部端子和电池端子之间的主开关以及在外部端子和加热端子之间的加热开关。电池模块包括单元、加热元件和连接到加热元件的控制开关。控制器被配置为检测与充电器的连接，检测单元的温度，当该温度低于第一值时，关断主开关并接通加热开关和控制开关以将加热电力从充电器供应到加热元件，并且当该温度通过加热元件变得高于第二值时，关断加热开关并接通主开关以将充电电力从充电器供应到单元。

Description

电池系统和控制其的方法
技术领域
一个或更多个实施方式涉及电池系统和控制其的方法。
背景技术
铅酸电池可以用于轻型电动车辆(LEV)，诸如高尔夫球车、工业清洁车、叉车和高空作业平台，但是由于环境问题并为了提高能效，使用锂离子电池代替铅酸电池。由于产品在室外环境中工作的性质，LEV在大约-40℃至40℃的范围内的低温和高温环境中都应该是可靠的。此外，为了提高产品的可用性，以1充电率(C-rate)或更高快速充电可能是合意的。
发明内容
实施方式针对一种电池系统，该电池系统包括：电池管理模块，包括外部端子、电池端子、加热端子、在外部端子和电池端子之间的主开关以及在外部端子和加热端子之间的加热开关；至少一个电池模块，包括连接到电池端子的至少一个电池单元、加热元件以及在加热元件和加热端子之间的控制开关；以及控制器，配置为检测与充电器的连接，并检测所述至少一个电池单元的单元温度。当单元温度低于第一参考值时，控制器可以关断主开关并接通加热开关和控制开关，以将加热电力从充电器供应到加热元件，并且当单元温度高于第二参考值时，控制器可以关断加热开关并接通主开关，以将充电电力从充电器供应到所述至少一个电池单元。
控制器可以包括：微控制器，安装在电池管理模块上并配置为控制主开关和加热开关；以及至少一个模拟前端，分别安装在所述至少一个电池模块上，并被配置为检测单元温度，将检测到的单元温度传输到微控制器，并根据微控制器的控制将控制信号输出到控制开关。
控制信号可以为脉宽调制信号，微控制器可以配置为根据单元温度确定控制信号的占空比。
所述至少一个电池模块可以包括：第一电池模块，包括至少一个第一电池单元、第一加热元件以及在第一加热元件与加热端子之间的第一控制开关；以及第二电池模块，包括至少一个第二电池单元、第二加热元件以及在第二加热元件和加热端子之间的第二控制开关。
所述至少一个第一电池单元和所述至少一个第二电池单元可以彼此串联连接，当所述至少一个第一电池单元的第一单元温度和所述至少一个第二电池单元的第二单元温度中的一个低于第一参考值时，控制器可以配置为请求充电器供应加热电压，并且当第一单元温度和第二单元温度都高于第二参考值时，控制器可以配置为请求充电器供应比加热电压高的充电电压。
当所述至少一个第一电池单元的第一单元温度达到第二参考值且所述至少一个第二电池单元的第二单元温度低于第二参考值时，控制器可以配置为向第一控制开关输出具有第一占空比的第一控制信号，并向第二控制开关输出具有高于第一占空比的第二占空比的第二控制信号。
第二参考值可以等于或高于第一参考值。
加热元件可以是膜加热器，其具有拥有不同的每单位面积加热值的多个区域，且所述至少一个电池单元可以包括布置在膜加热器上的多个电池单元。
膜加热器的中心区域的每单位面积加热值可以低于膜加热器的边缘区域的每单位面积加热值。
加热元件可以包括第一膜加热器和围绕第一膜加热器的至少一部分的第二膜加热器，所述至少一个电池模块可以包括在第一膜加热器和加热端子之间的第一控制开关以及在第二膜加热器和加热端子之间的第二控制开关，并且控制器可以配置为向第二控制开关输出具有比输出至第一控制开关的第一控制信号的占空比高的占空比的第二控制信号。
实施方式还针对一种控制一实施方式的电池系统的方法，该方法包括：检测与充电器的连接；检测所述至少一个电池单元的单元温度；当单元温度低于第一参考值时，操作控制器以关断主开关并接通加热开关和控制开关，从而将加热电力从充电器供应到加热元件；以及，当单元温度高于第二参考值时，操作控制器以关断加热开关并接通主开关，从而将充电电力从充电器供应到所述至少一个电池单元。
将加热电力从充电器供应到加热元件可以包括：检测低于第一参考值的单元温度；关断主开关；请求充电器输出加热电压；检测施加到外部端子的加热电压；接通加热开关；以及调整用于控制控制开关的控制信号的占空比。
将充电电力从充电器供应到所述至少一个电池单元可以包括：检测单元温度保持高于第二参考值达预设时间；关断加热开关；请求充电器输出充电电压；检测施加到外部端子的充电电压；并且接通主开关。
附图说明
通过参照附图详细描述示例实施方式，对于本领域技术人员而言，特征将变得明显，附图中：
图1示出了根据一示例实施方式的电池系统；
图2示出了根据另一示例实施方式的电池系统；
图3示出了根据一示例实施方式的电池模块；
图4A示出了根据一示例实施方式的膜加热器；
图4B示出了根据另一示例实施方式的膜加热器；
图5A至图5D示出了根据示例实施方式的加热元件；
图6示出了根据一示例实施方式的包括图5A至图5D的加热元件的电池模块；
图7是用于描述根据一示例实施方式的控制电池系统的方法的流程图；以及
图8是用于描述根据另一示例实施方式的控制电池系统的方法的流程图。
具体实施方式
现在将参照附图在下文中对示例实施方式进行更全面地描述；然而，它们可以以不同的形式实施，而不应被解释为限于在这里阐述的实施方式。更确切地，这些实施方式被提供以使得本公开将是彻底和完整的，并将示例实施例完全传达给本领域技术人员。
在附图中，为了图示清楚，层和区域的尺寸可能被夸大。还将理解，当一层或元件被称为“在”另一层或衬底“上”时，它可以直接在所述另一层或衬底上，或者也可以存在中间层。此外，将理解，当一层被称为“在”另一层“之下”时，它可以直接在所述另一层之下，并且还可以存在一个或更多个中间层。此外，还将理解，当一层被称为“在”两层“之间”时，它可以是这两层之间的唯一层，或者也可以存在一个或更多个中间层。相同的附图标记始终指代相同的元件。
当在此使用时，术语“和/或”包括一个或更多个相关列出项目的任何和所有组合。当在一列元素之后时，诸如“……中的至少一个”的表述修饰整列元素，而不修饰该列中的个别元素。
在本说明书中使用的术语仅用于描述特定实施方式，而不旨在限制本公开。单数形式的“一”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确指示。在本说明书中，将理解，诸如“包括”或“具有”等的术语旨在说明在说明书中公开的特征、数字、步骤、动作、组件、部件或其组合的存在，而不旨在排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、动作、组件、部件或其组合可存在或可被添加的可能性。将理解，尽管术语“第一”、“第二”等可以在这里用来描述各种组件，但是这些组件不应被这些术语限制。这些组件仅用于将一个组件与另一组件区分开。
图1示出了根据一示例实施方式的电池系统。
参照图1，电池系统100可以包括电池管理模块110、电池模块130和150中的至少一个以及控制器120、140和160。电池系统100可以通过连接到充电器10被充电，通过连接到负载来放电。
电池管理模块110可以包括外部端子101a和101b、电池端子111a和111b、加热端子112a和112b、在外部端子101a和电池端子111a之间的主开关114以及在外部端子101a和加热端子112a之间的加热开关117。
电池模块130和150可以包括第一电池模块130和第二电池模块150。
第一电池模块130可以包括连接至电池端子111a和111b的至少一个第一电池单元131、第一加热元件132以及在第一加热元件132和加热端子112a之间的第一控制开关134。
第二电池模块150可以包括连接至电池端子111a和111b的至少一个第二电池单元151、第二加热元件152以及在第二加热元件152和加热端子112a之间的第二控制开关154。
在图1中，电池系统100包括两个电池模块130和150。然而，电池系统100可以仅包括一个电池模块，或者可以包括三个或更多个串联或并联连接的电池模块。
控制器120、140和160可以包括微控制器(MCU)120以及模拟前端(AFE)140和160中的至少一个。
在图1中，两个模拟前端140和160被包括在电池系统100中，对应于两个电池模块130和150。模拟前端的数量可以对应于电池模块的数量。
微控制器120可以安装在电池管理模块110上，第一模拟前端140和第二模拟前端160可以分别安装在第一电池模块130和第二电池模块150上。
外部端子101a和101b可以将储存在电池系统100中的电力输出至外部装置，诸如负载，或者可以从外部装置(诸如充电器10)接收要储存在电池系统100中的电力。外部端子101a和101b可以被配置为连接到充电器10的充电端子11a和11b。在一示例中，第一外部端子101a是正的，第二外部端子101b是负的，但是这仅是一示例。
电池端子111a和111b可以配置为连接至第一电池模块130和第二电池模块150。第一电池模块130的第一电池单元131和第二电池模块150的第二电池单元151可以并联连接在电池端子111a和111b之间。第一电池单元131和第二电池单元151可以通过电池端子111a和111b接收充电电流并输出放电电流。
第一开关电路113可以布置在外部端子101a和电池端子111a之间。第一开关电路113可以包括主开关114和主熔丝115。
主开关114可以连接在外部端子101a和电池端子111a之间。主开关114可以通过由微控制器120输出的主控制信号121控制。
第一开关电路113可以包括电流传感器，该电流传感器可以检测输入到外部端子101a和101b的充电电流和/或从外部端子101a和101b输出的放电电流，从而向微控制器120提供感测数据123。第一开关电路113可以包括检测外部端子101a和101b之间的电压的电压传感器，并且电压传感器可以提供感测数据123。
根据另一示例，第一开关电路113可以布置在外部端子101b和电池端子111b之间。
加热端子112a和112b可以配置为连接至第一电池模块130和第二电池模块150。第一电池模块130的第一加热元件132和第二电池模块150的第二加热元件152可以并联连接在加热端子112a和112b之间。
根据另一示例，可以省略加热端子112b，第一加热元件132和第二加热元件152可以连接在加热端子112a和电池端子111b之间。
第二开关电路116可以布置在外部端子101a和加热端子112a之间。第二开关电路116可以包括加热开关117和熔丝118。
加热开关117可以连接在外部端子101a和加热端子112a之间。加热开关117可以通过由微控制器120输出的加热控制信号122控制。
根据另一示例，第二开关电路116可以布置在外部端子101b和加热端子112b之间。
微控制器120可以接收感测数据123，可以输出用于控制主开关114的主控制信号121，并且可以输出用于控制加热开关117的加热控制信号122。微控制器120可以通过第一通信线路124与第一模拟前端140和第二模拟前端160通信。第一通信线路124可以是用于执行控制器局域网(CAN)通信的通信线路。
微控制器120可以通过第二通信线路125与充电器10通信。微控制器120可以通过第二通信线路125检测与充电器10的连接，并且可以请求充电器10输出电压，以便以充电模式操作。例如，微控制器120可以请求充电器10供应加热电压，或者可以请求充电器10供应充电电压。根据另一示例，微控制器120可以通过感测数据123检测到电压正被施加到外部端子101a和101b，从而以充电模式操作。
根据一示例，微控制器120可以通过由充电器10经第二通信线路125输出的信号唤醒。根据另一示例，微控制器120可以响应于施加到外部端子101a和101b的电压而被唤醒。
第一电池单元131和第二电池单元151可以是可充电二次电池。例如，第一电池单元131和第二电池单元151可以是锂离子电池。在其它实施例中，第一电池单元131和第二电池单元151可以包括镍镉电池、镍金属氢化物电池(NiMH)、锂聚合物电池等。
第一电池单元131可以连接至电池端子111a和111b，熔丝135可以串联连接至第一电池单元131。第二电池单元151可以连接到电池端子111a和111b，并且熔丝155可以串联连接到第二电池单元151。
在图1中，第一电池单元131和第二电池单元151中的每个串联连接。然而，这仅是一示例，第一电池单元131和第二电池单元151可以彼此并联连接或者串联和并联连接。第一电池单元131的数量和第二电池单元151的数量不限于在这里描述的示例。
第一加热元件132和第二加热元件152可以连接在加热端子112a和112b之间，并且可以是通过耗散经加热端子112a和112b供应的电力来产生热量的元件。
第一加热元件132和第二加热元件152可以是例如膜加热器。膜加热器可以包括布置在绝缘膜上的加热元件图案。加热元件可以包括例如金属加热元件、非金属加热元件、其它加热元件等。
当向加热元件图案施加电压时，可以发出热量以升高第一电池单元131和第二电池单元151的温度。第一加热元件132和第二加热元件152可以与第一电池单元131和第二电池单元151相邻布置。
第一控制电路133和第二控制电路153可以分别布置为控制第一加热元件132和第二加热元件152的操作。第一控制电路133可以布置在第一加热元件132和加热端子112a之间，第二控制电路153可以布置在第二加热元件152和加热端子112a之间。第一控制电路133可以包括由第一模拟前端140输出的第一控制信号141控制的第一控制开关134，第二控制电路153可以包括由第二模拟前端160输出的第二控制信号161控制的第二控制开关154。
第一控制信号141和第二控制信号161可以是例如具有占空比的脉冲宽度调制(PWM)信号。第一模拟前端140和第二模拟前端160可以调节第一控制信号141和第二控制信号161的占空比，从而调节由第一加热元件132和第二加热元件152产生的热量的加热值。第一控制信号141和第二控制信号161的占空比可以由微控制器120确定。
第一模拟前端140和第二模拟前端160可以接收电池感测数据142和162以及加热器感测数据143和163。
电池感测数据142和162可以包括第一电池单元131和第二电池单元151的第一和第二单元电压值、第一电池单元131和第二电池单元151的第一和第二单元温度值、以及第一电池单元131和第二电池单元151的单元电流值。
加热感测数据143和163可以包括第一加热元件132和第二加热元件152的第一和第二加热器温度以及第一加热元件132和第二加热元件152的加热器电流值。
第一电池模块130和第二电池模块150可以分别包括用于检测第一和第二单元温度的单元温度传感器以及用于检测第一和第二加热器温度的加热器温度传感器。第一电池模块130和第二电池模块150可以分别包括用于检测第一电池单元131和第二电池单元151的单元电流值的单元电流传感器以及用于检测第一加热元件132和第二加热元件152的加热器电流值的加热器电流传感器。
第一模拟前端140和第二模拟前端160可以通过第三通信线路144相互通信。第三通信线路144可以是用于执行CAN通信的通信线路。可以通过第一通信线路124和第三通信线路144在微控制器120与第一模拟前端140和第二模拟前端160之间执行CAN通信。第一模拟前端140和第二模拟前端160可以通过第一通信线路124和第三通信线路144向微控制器120发送电池感测数据142和162以及加热器感测数据143和163。微控制器120可以通过第一通信线路124和第三通信线路144向第一模拟前端140和第二模拟前端160发送控制指令。控制指令可以是例如用于调节第一控制信号141和第二控制信号161的占空比的指令。
微控制器120可以检测与充电器10的连接。例如，微控制器120可以通过第二通信线路125检测与充电器10的连接。微控制器120可以通过从第一模拟前端140和第二模拟前端160接收的电池感测数据142和162来检测第一和第二电池单元的第一和第二单元温度。
当第一和第二单元温度低于第一参考值时，微控制器120可以关断主开关114并接通加热开关117。根据一示例，当第一和第二单元温度中的任何一个低于第一参考值时，微控制器120可以关断主开关114并接通加热开关117。例如，第一参考值可以是0摄氏度。然而，根据第一电池单元131和第二电池单元151的温度特性，第一参考值可以被设定为低于或高于0摄氏度的温度。关断主开关114意味着主开关114被打开，使得外部端子101a和电池端子111a彼此隔离。接通加热开关117意味着加热开关117短路或闭合，使得外部端子101a和加热端子112a彼此电连接。
当第一和第二单元温度低于第一参考值时，微控制器120可以请求充电器10在接通加热开关117之前供应加热电力。充电器10可以响应于微控制器120的请求向外部端子101a和101b输出加热电压。微控制器120可以检测施加到外部端子101a和101b的加热电压，然后可以接通加热开关117。在这种情况下，主开关114可以处于关断状态。
此外，微控制器120可以通过第一模拟前端140和第二模拟前端160接通第一控制开关134和第二控制开关154，从而将加热电力从充电器10供应到第一加热元件132和第二加热元件152。微控制器120可以基于第一和第二单元温度确定由第一模拟前端140和第二模拟前端160输出的第一控制信号141和第二控制信号161的占空比，以控制第一控制开关134和第二控制开关154。
例如，当第一单元温度高于第二单元温度时，微控制器120可以确定第一控制信号141的占空比低于第二控制信号161的占空比。例如，当在第二单元温度没有达到第二参考值的状态下第一单元温度达到第二参考值时，微控制器120可以向第一模拟前端140发送用于减小第一控制信号141的占空比的控制指令。第一控制信号141的占空比可以低于第二控制信号161的占空比。
当第一和第二单元温度通过第一加热元件132和第二加热元件152升高，且第一和第二单元温度高于第二参考值时，微控制器120可以配置为通过关断加热开关117并接通主开关114，将充电电力从充电器10供应到第一电池单元131和第二电池单元151。根据一示例，当第一和第二单元温度高于第二参考值时，微控制器120可以关断加热开关117并接通主开关114。第二参考值可以高于第一参考值，并且可以是例如5摄氏度。然而，根据第一电池单元131和第二电池单元151的温度特性，第二参考值可以被设定为低于或高于5摄氏度。在一示例中，第二参考值可以等于第一参考值。
根据一示例，充电电力的电压和加热电力的电压可以相同。根据另一示例，充电电力的电压和加热电力的电压可以彼此不同，例如，充电电力的电压可以高于加热电力的电压。
根据另一示例，当第一和第二单元温度高于第二参考值时，微控制器120可以关断加热开关117，并且可以请求充电器10供应充电电力。充电器10可以响应于微控制器120的请求向外部端子101a和101b输出充电电压。微控制器120可以检测施加到外部端子101a和101b的充电电压，然后可以接通主开关114。
如上所述，根据一示例，当第一和第二单元温度等于或高于预设的第一参考值时，可以对第一电池单元131和第二电池单元151进行充电。因此，可以防止当第一电池单元131和第二电池单元151在低温状态下充电时第一电池单元131和第二电池单元151的快速劣化。
此外，根据一示例，用于升高第一电池单元131和第二电池单元151的第一和第二单元温度的加热电力可以不由第一电池单元131和第二电池单元151供应，而是可以由充电器10供应。因此，可以防止第一电池单元131和第二电池单元151放电或过放电以升高第一和第二单元温度的情况。
图2示出了根据另一示例实施方式的电池系统。
参照图2，电池系统100a可以包括电池管理模块110、至少一个电池模块130和150以及控制器120、140和160。除了第一电池模块130和第二电池模块150串联连接之外，电池系统100a与图1的电池系统100基本相同。对于相同的组件，可以省略其重复描述。
第一电池模块130的第一电池单元131和第二电池模块150的第二电池单元151可以串联连接在电池端子111a和111b之间。用于对如上所述地串联连接的第一电池单元131和第二电池单元151充电的充电电压可以是用于对如图1所示地并联连接的第一电池单元131和第二电池单元151充电的充电电压的大约两倍。在图1的示例实施方式中，充电电力的电压和加热电力的电压相同，根据图2的实施方式，充电电力的电压可以是加热电力的电压的大约两倍。
微控制器120可以通过第二通信线路125检测与充电器10的连接。微控制器120可以通过第一模拟前端140和第二模拟前端160检测第一和第二电池单元的第一和第二单元温度。在这种情况下，主开关114可以处于关断状态。
当第一和第二单元温度低于第一参考值时，微控制器120可以请求充电器10供应加热电压。充电器10可以响应于微控制器120的请求向外部端子101a和101b输出加热电压。微控制器120可以检测施加到外部端子101a和101b的加热电压，然后可以接通加热开关117。微控制器120可以通过第一模拟前端140和第二模拟前端160接通第一控制开关134和第二控制开关154，从而将加热电力从充电器10供应到第一加热元件132和第二加热元件152。
当第一和第二单元温度由第一加热元件132和第二加热元件152升高，且第一和第二单元温度高于第二参考值时，微控制器120可以关断加热开关117，并且可以请求充电器10供应充电电力。充电器10可以响应于微控制器120的请求向外部端子101a和101b输出充电电压。微控制器120可以检测施加到外部端子101a和101b的充电电压，然后可以接通主开关114，从而将充电电力从充电器10供应到第一电池单元131和第二电池单元151。
根据当前示例实施方式，即使充电电压和加热电压彼此不同，由于在微控制器120和充电器10之间进行通信，所以在第一电池单元131和第二电池单元151的温度安全升高至高于第二参考值后，第一电池单元131和第二电池单元151可以被充电。
图3示出了根据一示例实施方式的电池模块。
参照图3，电池模块200可以包括电池主体壳210、电池单元220、导热垫230、热板240、膜加热器250、绝缘体260和盖壳270。电池模块200可以对应于图1和图2的第一电池模块130和第二电池模块150。
电池主体壳210和盖壳270可以保护电池单元220和保护电路等免受外部冲击、湿气等影响。保护电路可以安装在电池主体壳210上。保护电路可以包括模拟前端、电流和温度传感器、电池平衡电路、通信端子等。保护电路可以安装在被固定到电池主体壳210的电路板上。电池单元220可以布置在电池主体壳210中，并且电池单元220可以对应于图1和图2的第一电池单元131和第二电池单元151。
导热垫230可以布置在电池单元220上。导热垫230可以将膜加热器250中产生的热量传递到电池单元220。导热垫230可以将电池单元220中产生的热量散发到外部。导热垫230可以使膜加热器250和电池单元220彼此绝缘。也可以使用热胶代替导热垫230。
热板240可以布置在导热垫230上。热板240可以固定膜加热器250，并且可以将膜加热器250中产生的热量扩散到电池单元220。
膜加热器250可以布置在热板240上。膜加热器250可以包括布置在绝缘膜上的加热元件图案。当加热电压被施加到加热元件图案时，热量可以发出，使得电池单元220的温度可以升高。如图所示，电池单元220可以邻近膜加热器250布置。膜加热器250可以对应于图1和图2的第一加热元件132和第二加热元件152。下面将参照图4A至图5D更详细地描述膜加热器250。
绝缘体260可以布置在膜加热器250上。绝缘体260可以防止膜加热器250产生的热量散失到外部。盖壳270可以布置在绝缘体260上。盖壳270可以通过塑料激光焊接联接到电池主体壳210。
图4A示出了根据一示例实施方式的膜加热器。
参照图4A，膜加热器300a可以包括绝缘膜320和布置在绝缘膜320上以具有期望的加热尺寸的加热元件图案310a。可将加热电压施加到其上的连接端子311a和311b可以布置在加热元件图案310a的两端。
绝缘膜320可以包括由一种或更多种塑料材料制成的塑料膜，所述塑料材料选自例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚丙烯腈(PAN)、聚氨酯(PU)、硅、聚碳酸酯(PC)、特氟龙、液晶聚合物(LCP)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚砜(PES)、聚丙烯酸酯(PAR)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚苯硫醚(PPS)、聚芳酯(polyarylate)、三醋酸纤维素(CTA)和醋酸丙酸纤维素(CAP)。
加热元件图案310a可以是具有小宽度的平面加热元件。加热元件图案310a可以根据延伸方向具有基本恒定的宽度。根据另一示例，加热元件图案310a可以根据延伸方向具有不同的宽度，使得当相同的电流流过加热元件图案310a时，特定区域的每单位面积加热值可以被不同地设定。
平面加热元件可以使用例如陶瓷电阻器形成。平面加热元件可以是例如碳基加热元件，并且可以由诸如碳浆加热纸(carbon pulp heating paper)、碳纤维纱编织的加热元件或碳棉加热元件的材料形成。平面加热元件可以通过例如编织细金属线来形成。
加热元件图案310a可以通过在绝缘膜320的上表面上印刷加热元件组合物来形成。加热元件图案310a可以通过在绝缘膜320的上表面上印刷加热元件组合物以及然后热固化和熟化(aging)来形成。作为加热元件组合物的印刷方法，可以使用丝网印刷、凹版印刷(或卷对卷凹版印刷)、刮刀式涂布(或卷对卷刮刀式涂布)、柔版印刷(flexo)、压印、胶版印刷等。固化可以在例如100℃至180℃下进行，熟化可以在例如250℃至350℃下进行。
根据一示例，加热元件组合物可以包括混合的粘合剂、导电颗粒、有机溶剂和分散剂。导电颗粒可以包括银粉和碳纳米管颗粒，并且可以进一步包括石墨颗粒。加热元件组合物可以具有例如2g/cm3或更小的密度。根据另一示例，加热元件组合物可以包括混合的粘合剂、碳颗粒、金属粉末、有机溶剂和分散剂。碳颗粒可以包括碳纳米管颗粒和石墨颗粒。通过控制所用的有机溶剂的量，加热元件组合物可以以涂料、油墨或糊状物的形式实现。
根据另一示例，加热元件图案310a可以由导电线形成。导电线可以至少包括金属线。金属线可以覆盖有自粘绝缘膜。例如，可以使用诸如铜、铁、金、铜镍、镍铬、铁镍铬等的金属线，但是也可以使用其它材料，只要它们具有导电性。考虑到电阻、耐用性和成本，铜或其中锌、铅、锡、银、铝、镍、铍、锆等单独或多个组合的铜合金可以用作金属线。
膜加热器300a可以具有拥有不同的每单位面积加热值的多个加热区域HR1、HR2和HR3。第三加热区域HR3可以被限定为邻近膜加热器300a的中心，并且加热元件图案310a可以被布置为使得加热元件图案310a的密度低至具有最低的每单位面积加热值，或者相邻线性图案之间的间隔距离大。第一加热区域HR1可以被限定为邻近膜加热器300a的外围，并且加热元件图案310a可以被布置为使得加热元件图案310a的密度高至具有最高的每单位面积加热值，或者相邻线性图案之间的间隔距离小。第二加热区域HR2可以布置在第一加热区域HR1和第三加热区域HR3之间，并且加热元件图案310a可以布置成具有比第一加热区域HR1的加热值小且比第三加热区域HR3的加热值大的加热值。
膜加热器300a可以具有矩形平面形状。如图4A所示，第二加热区域HR2和第三加热区域HR3可以具有圆形平面形状。膜加热器300a可以具有拥有不同的每单位面积加热值的多个加热区域HR1、HR2和HR3，使得布置在膜加热器300a中的电池单元的温度可以不断升高。
图4B示出了根据另一示例实施方式的膜加热器。
参照图4A，膜加热器300b可以包括绝缘膜320和在绝缘膜320上布置成具有期望的加热尺寸的加热元件图案310b。加热电压可被施加到其上的连接端子311a和311b可以布置在加热元件图案310b的两端。除了加热元件图案310b的平面形状之外，膜加热器300b可以与图4A的膜加热器300a基本相同，并且相同的组件将不再重复描述。用于加热元件图案310b的材料可以与图4A的加热元件图案310a相同。
膜加热器300b可以具有拥有不同的每单位面积加热值的多个加热区域HR1和HR2。第一加热区域HR1可以被限定为与膜加热器300b的外围相邻，并且加热元件图案310b可以被布置为使得加热元件图案310b的密度高、相邻加热元件图案310b之间的间隔距离小、或者加热元件图案310b的宽度大以具有最高的每单位面积加热值。第二加热区域HR2可以被限定为与膜加热器300b的中心相邻，并且加热元件图案310b可以被布置为使得加热元件图案310b的密度低、相邻加热元件图案310b之间的间隔距离大，或者加热元件图案310b的宽度小以具有最低的每单位面积加热值。
第一加热区域HR1和第二加热区域HR2可以具有矩形平面形状，以对应于膜加热器300b的平面形状，如图4B所示。膜加热器300b可以具有拥有不同的每单位面积加热值的多个加热区域HR1和HR2，使得布置在膜加热器300b中的电池单元的温度可以不断升高。
图5A至图5D示出了根据示例实施方式的加热元件。
参照图5A，加热元件400a可以包括位于加热元件400a外围的第一膜加热器410a和位于第一膜加热器410a内部的第二膜加热器420a。第一膜加热器410a可以围绕第二膜加热器420a。第一膜加热器410a可以包括第一连接端子411a和411b，第二膜加热器420a可以包括第二连接端子421a和421b。施加到第一连接端子411a和411b的加热值以及施加到第二连接端子421a和421b的加热值可以彼此独立。例如，供应到第一膜加热器410a的加热电力可以大于供应到第二膜加热器420a的加热电力。
参照图5B，加热元件400b可以包括位于加热元件400b外围的第一膜加热器410b和位于第一膜加热器410b内部的第二膜加热器420b。第一膜加热器410b可以围绕第二膜加热器420b的三个边缘。第一膜加热器410b可以包括第一连接端子411a和411b，第二膜加热器420b可以包括第二连接端子421a和421b。供应至第一膜加热器410b的加热电力和供应至第二膜加热器420b的加热电力可以彼此不同。
参照图5C，加热元件400c可以包括位于加热元件400c外围的第一膜加热器410c和由第一膜加热器410c围绕的第二膜加热器420c。加热元件400c具有矩形平面形状，但是第二膜加热器420c可以具有圆形平面形状。第一膜加热器410c可以包括第一连接端子411a和411b，第二膜加热器420c可以包括第二连接端子421a和421b。供应至第一膜加热器410c的加热电力和供应至第二膜加热器420c的加热电力可以彼此不同。
参照图5D，加热元件400d可以包括位于加热元件400d外围的第一膜加热器410d以及具有椭圆形平面形状并被第一膜加热器410d围绕的第二膜加热器420d。第一膜加热器410d可以包括第一连接端子411a和411b，第二膜加热器420d可以包括第二连接端子421a和421b。供应至第一膜加热器410d的加热电力和供应至第二膜加热器420d的加热电力可以彼此不同。
图6示出了根据一示例实施方式的包括图5A至图5D的加热元件的电池模块。
参照图6，电池模块130a可以包括至少一个第一电池单元131、第一膜加热器132a和第二膜加热器132b、在第一膜加热器132a和加热端子112a之间的第一控制电路133a、在第二膜加热器132b和加热端子112a之间的第二控制电路133b、以及向第一控制开关134a输出第一控制信号141a和向第二控制开关134b输出第二控制信号141b的第一模拟前端140。第一控制电路133a可以包括第一控制开关134a，并且第二控制电路133b可以包括第二控制开关134b。
在电池模块130a中，当与图1的第一电池模块130相比时，电池模块130a与图1的第一电池模块130基本相同，除了使用第一膜加热器132a和第二膜加热器132b代替第一加热元件132并且使用第一控制开关134a和第二控制开关134b代替控制开关134之外。相同组件的多余描述可以被省略。
第一模拟前端140可以分别向第一控制开关134a和第二控制开关134b独立地输出第一控制信号141a和第二控制信号141b。第一模拟前端140可以从第一膜加热器132a接收加热器感测数据143a，并且可以从第二膜加热器132b接收加热器感测数据143b。
如图5A至图5D所示，可以使用包括第一膜加热器132a和第二膜加热器132b的加热元件。加热电力可以通过第一控制开关134a和第二控制开关134b独立地供应至第一膜加热器132a和第二膜加热器132b，并且第一控制开关134a和第二控制开关134b可以由第一控制信号141a和第二控制信号141b控制。
第一控制信号141a和第二控制信号141b可以是具有占空比的脉冲宽度调制信号。位于第一加热元件132内部的第二膜加热器132b可以比位于第一加热元件132外围的第一膜加热器132a产生更少的热量，并且相应地，第一控制信号141a的占空比可以高于第二控制信号141b的占空比。
图7是用于描述根据一示例实施方式的控制电池系统的方法的流程图。
参照图7和图1，可以唤醒微控制器120(S10)。根据一实施方式，微控制器120可以响应于由充电器10通过第二通信线路125输出的唤醒信号而被唤醒，并且可以检测到充电器10已经通过第二通信线路125连接到微控制器120。根据另一示例，微控制器120可以响应于施加到外部端子101a和101b的电压而被唤醒。根据另一示例，微控制器120可以响应于用户的输入或来自另一控制器的信号而被唤醒。
微控制器120可以收集数据(S20)。例如，微控制器120可以通过感测数据123收集施加到外部端子101a和101b的电压值，并收集通过外部端子101a和101b输入和输出的充电和放电电流值。微控制器120可以通过第一通信线路124和第三通信线路144与第一模拟前端140和第二模拟前端160通信，并且可以收集第一电池单元131的单元电压值和第一单元温度值、第一加热元件132的电流值和加热器温度值、第二电池单元151的单元电压值和第二单元温度值以及第二加热元件152的电流值和加热器温度值。
微控制器120可以通过感测数据123收集施加到外部端子101a和101b的电压值，并且可以基于其来检测充电器10是否已连接至微控制器120。
微控制器120可以确定当前操作模式是否是充电模式(S30)。
当当前操作模式不是充电模式时，微控制器120可以确定当前操作模式是否是放电模式(S31)。
当当前操作模式是放电模式时，微控制器120可以执行正常操作(S32)。例如，微控制器120可以接通主开关114。
当当前操作模式不是放电模式时，微控制器120可以以待机模式操作(S33)。
再次参照操作S30，当当前操作模式是充电模式时(S30-是)，微控制器120可以将第一单元温度值和第二单元温度值与第一温度进行比较(S40)。第一温度可以是第一参考值，例如0摄氏度。
当第一单元温度值和第二单元温度值中的一个低于第一温度时，微控制器120可以以加热操作模式运行(S50)。例如，微控制器120可以关断主开关114，并且可以接通加热开关117。微控制器120可以通过第一模拟前端140和第二模拟前端160接通第一控制开关134和第二控制开关154，从而将加热电力从充电器10供应到第一加热元件132和第二加热元件152。第一和第二单元温度由第一加热元件132和第二加热元件152产生的热量而升高。
微控制器120可以将第一单元温度值和第二单元温度值与第二温度进行比较(S60)。第二温度可以是高于第一温度的第二参考值，例如5摄氏度。当第一单元温度值和第二单元温度值中的一个低于第二温度时，微控制器120可以连续执行加热操作模式。
当第一单元温度值和第二单元温度值均高于第二温度时，微控制器120可以停止加热操作模式并开始正常充电(S70)。
此外，再次参照操作S40，当第一单元温度值和第二单元温度值均高于第一温度时，微控制器120可以跳过加热操作模式并开始正常充电(S70)。微控制器120可以被配置为关断加热开关117并接通主开关114，从而将充电电力从充电器10供应到第一电池单元131和第二电池单元151。
图8是用于描述根据另一示例实施方式的控制电池系统的方法的流程图。
参照图8和图1，微控制器120可以执行以上参照图7描述的操作S10至S40。
当第一单元温度值和第二单元温度值中的一个低于第一温度时，微控制器120可以准备加热操作(S51)。例如，微控制器120可以关断主开关114，并请求充电器10通过第二通信线路125供应加热电压。充电器10可以响应于微控制器120的请求向外部端子101a和101b输出加热电压。当检测到施加到外部端子101a和101b的加热电压时，微控制器120可以接通加热开关117。微控制器120可以通过第一模拟前端140和第二模拟前端160接通第一控制开关134和第二控制开关154，从而将加热电力从充电器10供应到第一加热元件132和第二加热元件152(S52)。
微控制器120可以基于第一单元温度和第二单元温度控制加热操作(S53)。第一模拟前端140和第二模拟前端160可以输出具有占空比的第一控制信号141和第二控制信号161，从而控制第一控制开关134和第二控制开关154。例如，第一单元温度可能没有达到第二温度；当第二单元温度首先达到第二温度时，第二控制信号161的占空比可以减小。在这种情况下，第二控制信号161的占空比可以低于第一控制信号141的占空比。根据另一示例，微控制器120可以基于第一单元温度和第二单元温度来调节第一控制信号141和第二控制信号161的占空比。例如，当第一单元温度和第二单元温度升高时，微控制器120可以减小第一控制信号141和第二控制信号161的占空比。第一和第二单元温度可以通过第一加热元件132和第二加热元件152产生的热量而升高。
微控制器120可以将第一单元温度值和第二单元温度值与第二温度进行比较(S60)。当第一单元温度值和第二单元温度值中的一个低于第二温度时，微控制器120可以连续控制加热操作(S53)。
当第一单元温度值和第二单元温度值均高于第二温度时，微控制器120可以停止加热操作(S61)。微控制器120可以检查第一单元温度值和第二单元温度值是否都保持高于第二温度达预设时间(例如，一分钟)。当第一单元温度值和第二单元温度值都保持高于第二温度达预设时间(例如，一分钟)时，微控制器120可以通过第一模拟前端140和第二模拟前端160关断第一控制开关134和第二控制开关154。微控制器120可以关断加热开关117，并且可以请求充电器10通过第二通信线路125供应充电电力。充电器10可以响应于微控制器120的请求向外部端子101a和101b输出充电电压。微控制器120可以检测施加到外部端子101a和101b的充电电压，然后可以接通主开关114，从而将充电电力从充电器10供应到第一电池单元131和第二电池单元151，从而开始正常充电(S70)。
再次参照操作S40，当第一单元温度值和第二单元温度值均高于第一温度时，微控制器120可以关断加热开关117，并且可以请求充电器10通过第二通信线路125供应充电电力。充电器10可以响应于微控制器120的请求向外部端子101a和101b输出充电电压。微控制器120可以检测施加到外部端子101a和101b的充电电压，然后可以接通主开关114，从而将充电电力从充电器10供应到第一电池单元131和第二电池单元151，从而开始正常充电(S70)。
通过总结和回顾，由于锂离子电池的特性，当电池在低温环境下快速充电时，电池的劣化可能加速。
如上所述，通过使用从充电器供应的电力升高单元温度后，可以对电池进行充电，从而可以提供即使在低温环境下也能快速充电的电池系统。
为简洁起见，在这里，常规电子设备、控制系统、系统的软件开发以及其它功能方面可以不被详细描述。此外，在呈现的各种图中示出的连接线或连接器旨在表示各种元件之间的示例功能关系和/或物理或逻辑耦合。应当注意，在实际设备中可以存在许多替代的或附加的功能关系、物理连接或逻辑连接。
此外，除非在这里另有说明，这里的数值范围的叙述仅旨在用作单独提及落入该范围内的每个单独值的简化方法，且每个单独值如同其在这里被单独叙述那样地并入说明书中。最后，在这里描述的所有方法的步骤可以以任何合适的顺序执行，除非在这里另有说明或者上下文明显矛盾，并且不限于步骤被描述的顺序。在这里提供的任何和所有示例或示例语言(例如，“诸如”)的使用仅旨在更好地说明实施方式，而不对实施方式的范围进行限制，除非另有声明。
在这里已经公开了示例实施方式，尽管采用了特定术语，但特定术语仅在一般的和描述性意义上被使用和解释，并非出于限制目的。在一些情况下，在本申请提交时对于本领域普通技术人员来说将明显的，结合特定实施方式描述的特征、特性和/或元件可以单独使用，或者与结合其它实施方式描述的特征、特性和/或元件结合地使用，除非另外特别指出。因此，本领域技术人员将理解，在不脱离所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围的情况下，可以进行在形式和细节上的各种改变。

Claims (13)

1.一种电池系统，包括：
电池管理模块，包括外部端子、电池端子、加热端子、在所述外部端子和所述电池端子之间的主开关以及在所述外部端子和所述加热端子之间的加热开关；
至少一个电池模块，包括连接到所述电池端子的至少一个电池单元、加热元件以及在所述加热元件和所述加热端子之间的控制开关；以及
控制器，配置为检测与充电器的连接，并检测所述至少一个电池单元的单元温度，
其中，当所述单元温度低于第一参考值时，所述控制器关断所述主开关并接通所述加热开关和所述控制开关，以将加热电力从所述充电器供应到所述加热元件，以及
当所述单元温度高于第二参考值时，所述控制器关断所述加热开关并接通所述主开关，以将充电电力从所述充电器供应到所述至少一个电池单元。
2.根据权利要求1所述的电池系统，其中所述控制器包括：
微控制器，安装在所述电池管理模块上并被配置为控制所述主开关和所述加热开关；以及
至少一个模拟前端，分别安装在所述至少一个电池模块上，并被配置为检测所述单元温度，将检测到的单元温度传输到所述微控制器，并根据所述微控制器的控制将控制信号输出到所述控制开关。
3.根据权利要求2所述的电池系统，其中：
所述控制信号是脉冲宽度调制信号，以及
所述微控制器被配置为根据所述单元温度确定所述控制信号的占空比。
4.根据权利要求3所述的电池系统，其中所述至少一个电池模块包括：
第一电池模块，包括至少一个第一电池单元、第一加热元件以及在所述第一加热元件和所述加热端子之间的第一控制开关；以及
第二电池模块，包括至少一个第二电池单元、第二加热元件以及在所述第二加热元件和所述加热端子之间的第二控制开关。
5.根据权利要求4所述的电池系统，其中：
所述至少一个第一电池单元和所述至少一个第二电池单元彼此串联连接，
当所述至少一个第一电池单元的第一单元温度和所述至少一个第二电池单元的第二单元温度之一低于所述第一参考值时，所述控制器被配置为请求所述充电器供应加热电压，以及
当所述第一单元温度和所述第二单元温度都高于所述第二参考值时，所述控制器被配置为请求所述充电器供应比所述加热电压高的充电电压。
6.根据权利要求5所述的电池系统，其中，当所述至少一个第一电池单元的所述第一单元温度达到所述第二参考值并且所述至少一个第二电池单元的所述第二单元温度低于所述第二参考值时，所述控制器被配置为向所述第一控制开关输出具有第一占空比的第一控制信号，并且向所述第二控制开关输出具有比所述第一占空比高的第二占空比的第二控制信号。
7.根据权利要求1所述的电池系统，其中所述第二参考值等于或高于所述第一参考值。
8.根据权利要求1所述的电池系统，其中：
所述加热元件是具有拥有不同的每单位面积加热值的多个区域的膜加热器，以及
所述至少一个电池单元包括布置在所述膜加热器上的多个电池单元。
9.根据权利要求8所述的电池系统，其中所述膜加热器的中心区域的每单位面积加热值低于所述膜加热器的边缘区域的每单位面积加热值。
10.根据权利要求1所述的电池系统，其中：
所述加热元件包括第一膜加热器和围绕所述第一膜加热器的至少一部分的第二膜加热器，
所述至少一个电池模块包括在所述第一膜加热器和所述加热端子之间的第一控制开关以及在所述第二膜加热器和所述加热端子之间的第二控制开关，以及
所述控制器被配置为向所述第二控制开关输出具有比输出到所述第一控制开关的第一控制信号的占空比高的占空比的第二控制信号。
11.一种控制根据权利要求1所述的电池系统的方法，所述方法包括：
检测与所述充电器的连接；
检测所述至少一个电池单元的单元温度；
当所述单元温度低于所述第一参考值时，操作所述控制器以关断所述主开关并接通所述加热开关和所述控制开关，从而将所述加热电力从所述充电器供应到所述加热元件；以及
当所述单元温度高于所述第二参考值时，操作所述控制器以关断所述加热开关并接通所述主开关，从而将所述充电电力从所述充电器供应到所述至少一个电池单元。
12.根据权利要求11所述的方法，其中将所述加热电力从所述充电器供应到所述加热元件包括：
检测低于所述第一参考值的所述单元温度；
关断所述主开关；
请求所述充电器输出加热电压；
检测施加到所述外部端子的所述加热电压；
接通所述加热开关；以及
调节用于控制所述控制开关的控制信号的占空比。
13.根据权利要求11所述的方法，其中将所述充电电力从所述充电器供应到所述至少一个电池单元包括：
检测所述单元温度保持高于所述第二参考值达预设时间；
关断所述加热开关；
请求所述充电器输出充电电压；
检测施加到所述外部端子的所述充电电压；以及
接通所述主开关。
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