CN204167438U - 车用锂离子动力电池加热装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种车用锂离子动力电池加热装置，该装置的温度传感器的输出连接到电池检测仪的输入，电池检测仪的输出连接到主控制器的输出连接到第一加热控制电路，第一加热控制电路的输出连接到第一继电器；第一继电器、加热元件及电池总成串接构成加热回路；所述加热元件由多个加热膜片串联而成，各加热膜片粘贴在单个电芯单体的侧面；第一继电器采用固态继电器。本实用新型可以使锂离子电池在其电池温度低于正常温度范围时，在三到十分钟左右被加热到正常的工作温度范围，从而能够使车辆正常行驶或者充电。各加热膜片分布在各个电芯单体上，使用安全，加热效率高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种加热装置，特别是涉及一种应用在汽车动力电池上的加热装置。
背景技术
锂离子动力电池是目前能量密度和功率密度最好的动力电池，随着锂离子电池制造技术及工艺的发展，电池安全稳定性的提高，在新能源车辆上的应用越来越多。由于锂离子电池的电解液为有机溶质，在低温条件下输出功率有限，进行充电也极为危险。而新能源车辆部分销售市场是在寒带地区。如果室外温度过低，那么新能源车辆将面临无法启动和充电的难题，这时就需要一个装置能在短时间内提高动力电池的温度。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题在于提供一种锂离子动力电池加热装置，此装置通过对锂离子体电池进行加热控制，提高锂离子电池的低温输出功率，并使其能在低温环境下进行充电。
为了解决上述技术问题，车用锂离子动力电池加热装置包括温度传感器，电池检测仪，主控制器，第一加热控制电路，第一继电器，加热元件；所述温度传感器的输出连接到电池检测仪的输入，电池检测仪的输出连接到主控制器的输出连接到第一加热控制电路，第一加热控制电路的输出连接到第一继电器；第一继电器、加热元件及电池总成串接构成加热回路；所述加热元件由多个加热膜片串联而成，各加热膜片粘贴在单个电芯单体的侧面；第一继电器采用固态继电器。
所述主控制器采用电池管理系统(BMS)中的主控CPU。
在车辆启动或者进行充电时，温度传感器检测锂离子电池的温度并将检测结果通过电池检测仪传送给主控CPU；主控CPU将检测结果与锂离子电池的充电允许温度进行比较，当锂离子电池的温度低于充电允许温度时输出脉宽调制信号给第一加热控制电路，由第一加热控制电路按照一定的占空比控制固态继电器的通断，从而控制加热元件工作，对电池进行加热；当电池的温度上升到一定的条件后，主控CPU输出控制信号使第一继电器断开，从而断开加热回路，停止加热元件工作。
本实用新型还包括第二加热控制电路、第二继电器；所述主控CPU的控制信号输出连接到第一加热控制电路和第二加热控制电路；第二加热控制电路的输出连接到第二继电器；第二继电器与第一继电器串连在加热回路中。
当锂离子电池的温度低于充电允许温度时，主控CPU输出控制信号，通过第二加热控制电路使第一继电器吸合，同时输出脉宽调制信号给第一加热控制电路，由第一加热控制电路按照一定的占空比控制固态继电器的通断，从而控制加热元件工作，对电池进行加热。当电池的温度上升到一定的条件后，加热控制器首先输出一个低电平控制信号使第二继电器断开，从而断开加热回路，停止加热元件工作；然后再输出一个低电平控制信号使第一继电器断开。
所述主控制器还可以由比较器和脉宽调制器组成：电池检测仪的输出连接到比较器的输入，比较器的输出连接到脉宽调制器的输入；脉宽调制器的输出连接到第一加热控制电路。
在车辆启动或者进行充电时，温度传感器检测锂离子电池的温度并将检测结果通过电池检测仪传送给比较器；比较器将检测结果与代表锂离子电池充电允许温度的参考值进行比较，当锂离子电池的温度低于充电允许温度时输出高电平信号给脉宽调制器，由脉宽调制器输出脉宽调制信号给第一加热控制电路，由第一加热控制电路控制第一继电器的通断，从而控制加热元件工作，对电池进行加热；当锂离子电池的温度高于充电允许温度时，比较器输出低电平信号给脉宽调制器，再由脉宽调制器输出低电平信号使第一继电器断开，从而断开加热回路，停止加热元件工作。
本实用新型通过在锂离子电芯单体侧面粘贴具有加热功能的加热膜片，可以使锂离子电池在其电池温度低于正常温度范围时，即在车辆无法启动或者无法正常充电情况下，在三到十分钟左右被加热到正常的工作温度范围，从而能够使车辆正常行驶或者充电。各加热膜片分布在各个电芯单体上，使用安全，加热效率高。
本实用新型还包括第二加热控制电路、第二继电器；所述比较器的输出连接到第二加热控制电路和脉宽调制器；第二加热控制电路的输出连接到第二继电器；第二继电器与第一继电器串连在加热回路中。
当锂离子电池的温度低于充电允许温度时，比较器输出高电平信号，通过第二加热控制电路使第二继电器吸合，同时使脉宽调制器输出脉宽调制信号给第一加热控制电路，由第一加热控制电路控制第一继电器的通断，从而控制加热元件工作，对电池进行加热。当锂离子电池的温度高于充电允许温度时，比较器输出一个低电平，控制第二继电器断开，从而断开加热回路，停止加热元件工作，同时控制脉宽调制器输出低电平信号使第一继电器断开。
在加热回路仅依靠第一继电器控制通断的情况下，一旦第一继电器吸合后出现粘连不能断开回路，无法停止加热元件停止工作，会导致电池过热，无法保证整个加热装置的安全性。本实用新型采用两个继电器控制加热回路的通断，能够提高整个加热装置的安全性。
所述加热膜片的形状与其所附着的电芯单体侧面形状相应。
所述加热膜片的厚度为0.4mm-0.5mm。
所述第二继电器采用热继电器。
所述第一加热控制电路和第二加热控制电路可以采用射极跟随器。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
图1是本实用新型的车用锂离子动力电池加热装置实施例1结构示意图。
图2是本实用新型的车用锂离子动力电池加热装置实施例2结构示意图。
图3是电芯单体及加热膜片示意图。
图4a、图4b分别是第一加热控制电路、第二加热控制电路的电路图。
图1、2中R1.....Rn为加热膜片；B1......Bn为构成动力电池总成的电芯单体；K1为第一继电器；K2为第二继电器；图3中B为电芯单体；R为加热膜片。图4a中R11为基极电阻；R12为集点极电阻；Q11为第一级三极管；Q12为第二级MOS管；图4b中R21为基极电阻；R22为集点极电阻；Q21为第一级三极管；Q22为第二级MOS管；
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本实用新型的车用锂离子动力电池加热装置包括温度传感器，电池检测仪，主控制器，第一加热控制电路，第二加热控制电路，第一继电器，第二继电器和加热元件。
所述温度传感器采用现有电池管理系统中用于监控电池模组温度的传感器，电池检测仪为电池管理系统中用于监控电池电压和温度的电池检测仪；主控制器采用电池管理系统(BMS)中的主控CPU。
所述第一继电器采用固态继电器，第二继电器采用电磁继电器。
所述加热元件使用多个加热膜片R1.....Rn串联的结构，每个加热膜片贴在单个电芯单体侧面，通过电池的结构排布，使每个电芯单体的两侧都有加热膜片，保证电芯单体加热均衡，如图3所示。
所述第一加热控制电路和第二加热控制电路分别采用如图4a、4b所示的射极跟随器，但第一加热控制电路和第二加热控制电路不限于射极跟随器，还可以采用电压跟随器。
如图1所示，温度传感器的输出连接到电池检测仪的输入，电池检测仪的输出连接到主控CPU的输入；主控CPU的脉宽调制信号输出I/O1和控制信号输出I/O2分别连接到第一加热控制电路和第二加热控制电路的输入，第一加热控制电路和第二加热控制电路的输出分别连接到第一继电器的常开触点RELAY1和第二继电器的常开触点RELAY2；第一继电器、第二继电器、各电芯单体及各加热膜片串接构成加热回路。整个动力电池总成(PACK)的加热膜片R1.....Rn全部串联起来后，一端连接动力电池总成的总负端HV-，另一端连接第二继电器K2的常开触点，与第一继电器K1的触点串联，再连接到动力电池总成的总正端HV+。
如图4a、4b所示，主控CPU的端口I/O1和I/O2分别通过基极电阻R11、R21接到第一级三极管Q11、Q21的基极；第一级三极管Q11的C极接第二级MOS管Q12的G极，第二级MOS管Q12的S极接12V电源；第一级三极管Q21的C极接第二级MOS管Q22的G极，第二级MOS管Q22的S极接12V电源。当要第二级MOS管Q12、Q22导通时，BMS的主控CPU控制I/O1和I/O2输出高电平，使得第一级三极管Q11、Q21导通，拉低第二级MOS管Q12、Q22的G极到12V的地，这样12V电源就加在第二级MOS管Q12、Q22的S、G两端，第二级MOS管Q12、Q22导通，第一继电器和第二继电器就会吸合。加热膜片才会有电压接入，开始加热。当平时温度符合要求时不需加热的时候，主控CPU的I/O1和I/O2输出低电平，切断第一继电器和第二继电器。通过调整第一继电器K1的占空比控制加热功率。在车辆启动或者进行充电时，如果系统检测到电池温度过低，BMS(电池管理系统)会通过内部的主控CPU端口I/O1和I/O2来分别开通第一级三极管Q11，Q21，使得第二级MOS管Q12和Q22导通，以达到接通第一继电器K1和第二继电器K2，使得加热膜片开始工作，当电池的温度上升到一定的条件后，BMS切断加热回路，进行相应的后续工作。
实施例2
如图2所示，本实用新型的车用锂离子动力电池加热装置包括温度传感器，电池检测仪，主控制器，第一加热控制电路，第二加热控制电路，第一继电器，第二继电器和加热元件。
所述温度传感器可以采用现有电池管理系统中用于监控电池模组温度的传感器，电池检测仪为电池管理系统中用于监控电池电压和温度的电池检测仪。主控制器由比较器和脉宽调制器组成。
所述第一继电器采用固态继电器，第二继电器可以采用电磁继电器。
所述加热元件使用多个加热膜片R1.....Rn串联的结构，每个加热膜片贴在单个电芯单体侧面，通过电池的结构排布，使每个电芯单体的两侧都有加热膜片，保证电芯单体加热均衡，如图3所示。
所述第一加热控制电路和第二加热控制电路分别采用如图4a、4b所示的射极跟随器，但第一加热控制电路和第二加热控制电路不限于射极跟随器，还可以采用电压跟随器。
如图2所示，温度传感器的输出连接到电池检测仪的输入，电池检测仪的输出连接到加比较器的输入；比较器的输出连接到第一加热控制电路的输入和脉宽调制器的输入，脉宽调制器的输出连接到第二加热控制电路的输入，第一加热控制电路和第二加热控制电路的输出分别连接到第一继电器的常开触点RELAY1和第二继电器的常开触点RELAY2；第一继电器、第二继电器、各电芯单体及各加热膜片串接构成加热回路。整个动力电池总成(PACK)的加热膜片R1.....Rn全部串联起来后，一端连接动力电池总成的总负端HV-，另一端连接第二继电器K2的常开触点，与第一继电器K1的触点串联，再连接到动力电池总成的总正端HV+。
如图3a、3b所示，比较器的输出通过基极电阻R11接到第一级三极管Q11的基极；第一级三极管Q11的C极接第二级MOS管Q12的G极，第二级MOS管Q12的S极接12V电源；脉宽调制器的输出通过基极电阻R21接到第一级三极管Q21的基极，第一级三极管Q21的C极接第二级MOS管Q22的G极，第二级MOS管Q22的S极接12V电源。当锂离子电池的温度低于充电允许温度时，比较器和脉宽调制器输出高电平，使得第一级三极管Q11、Q21导通，拉低第二级MOS管Q12、Q22的G极到12V的地，这样12V电源就加在第二级MOS管Q12、Q22的S、G两端，第二级MOS管Q12、Q22导通，第一继电器和第二继电器就会吸合。加热膜片才会有电压接入，开始加热。当平时温度符合要求时不需加热的时候，比较器和脉宽调制器输出低电平，切断第一继电器和第二继电器。
Claims (9)
1.一种车用锂离子动力电池加热装置，其特征在于包括温度传感器，电池检测仪，主控制器，第一加热控制电路，第一继电器，加热元件；所述温度传感器的输出连接到电池检测仪的输入，电池检测仪的输出连接到主控制器的输出连接到第一加热控制电路，第一加热控制电路的输出连接到第一继电器；第一继电器、加热元件及电池总成串接构成加热回路；所述加热元件由多个加热膜片串联而成，各加热膜片粘贴在单个电芯单体的侧面；第一继电器采用固态继电器。
2.根据权利要求1所述的车用锂离子动力电池加热装置，其特征在于所述主控制器采用电池管理系统中的主控CPU。
3.根据权利要求2所述的车用锂离子动力电池加热装置，其特征在于还包括第二加热控制电路、第二继电器；所述主控CPU的控制信号输出连接到第一加热控制电路和第二加热控制电路；第二加热控制电路的输出连接到第二继电器；第二继电器与第一继电器串连在加热回路中。
4.根据权利要求1所述的车用锂离子动力电池加热装置，其特征在于所述主控制器由比较器和脉宽调制器组成：电池检测仪的输出连接到比较器的输入，比较器的输出连接到脉宽调制器的输入；脉宽调制器的输出连接到第一加热控制电路。
5.根据权利要求4所述的车用锂离子动力电池加热装置，其特征在于还包括第二加热控制电路、第二继电器；所述比较器的输出连接到第二加热控制电路和脉宽调制器；第二加热控制电路的输出连接到第二继电器；第二继电器与第一继电器串连在加热回路中。
6.根据权利要求1所述的车用锂离子动力电池加热装置，其特征在于所述加热膜片的形状与其所附着的电芯单体侧面形状相应。
7.根据权利要求1所述的车用锂离子动力电池加热装置，其特征在于所述加热膜片的厚度为0.4mm-0.5mm。
8.根据权利要求3所述的车用锂离子动力电池加热装置，其特征在于所述第二继电器采用热继电器。
9.根据权利要求3所述的车用锂离子动力电池加热装置，其特征在于所述第一加热控制电路和第二加热控制电路采用射极跟随器。
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