CN205609707U - 电池加热系统 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池加热系统，该系统由加热系统支路和电池组系统支路两个子系统集成，所述电池组系统支路包括电池包和若干继电器，所述电池包包括多个电池模组和加热子系统，所述加热子系统包含多个加热器，所述电池模组装配至少一个所述加热器，所述加热器设置于所述电池模组的底面或侧面。本申请电池加热系统可满足行车加热与停车充电加热两种需求，能够为使用者提供多种模式的体验；加热器安装位置多样，组装简便，适用于不同应用场合；加热系统线路连接方式多样，线路连接简单；能够有效减小加热所导致的电池包温度不均匀性。

Description

电池加热系统
【技术领域】
本申请有关一种电池技术领域，尤其是指一种动力电池加热系统。
【背景技术】
参照中国实用新型第204167438号专利公开了一种车用锂离子动力电池加热装置。该装置的第一继电器、加热元件及电池总成串接构成加热回路。所述加热元件有多个加热膜串联而成，且各加热膜片粘贴在单个电芯单体的侧面。
目前锂离子电池一般在20～40度范围内时，其充放电性能最佳，寿命最好。而市场上出现的电池包基本上都是采用风冷方式，同时集成固体加热器，比如金属加热膜片或PTC板式加热器。或者采用液冷系统，要么没有加热功能，要么需要采用加热棒进行加热。若无加热功能则导致限制了电池的应用。若采用加热棒或其他类型加热器，而这些加热器的电能都来源电池自身，则会消耗电池系统的能量，导致电动车辆的纯电动行驶里程降低缺点，极大降低了电池包续航里程使用能量所占的有效比例。
因此，确有必要提供一种新的电池加热系统，以克服上述缺陷。
【实用新型内容】
本申请的目的在于提供一种电池加热系统，在顺应小型化趋势下，保证加热效果，便于节能及量产。
本申请的目的通过以下技术方案来实现：电池加热系统由加热系统支路和电池组系统支路两个子系统集成，所述电池组系统支路包括电池包和若干继电器，其特征在于：所述电池包包括多个电池模组和加热子系统，所述加热子系统包括多个加热器，所述电池模组装配至少一个所述加热器，所述加热器设置于所述电池模组的底面或侧面；
所述加热系统支路和电池组系统支路由继电器控制，来实现行车加热模式和停车加热充电模式，所述继电器包括加热正继电器、加热负继电器、主正继电器以及主负继电器，所述加热正继电器与所述加热负继电器位于所述 加热系统支路，所述主正继电器和所述主负继电器位于所述电池组系统支路。
优选的，所述加热器装配或集成到所述电池模组上。
优选的，所述加热器之间采用串联、并联或混联的方式连接。
优选的，所述电池模组的、两侧面对应设置所述加热器。
优选的，所述电池模组的个数为奇数或偶数。
优选的，所述加热器采用并联的连接方式，所述电池包内的偶数个所述电池模组至少分为两组，不同组的所述电池模组上设置的所述加热器之间采用并联方式连接；奇数个所述电池模组中位于中间位置的电池模组的不同侧的全部所述加热器之间采用并联方式连接。
优选的，偶数个所述电池模组中同一组所述电池模组上设置的所述加热器采用串联的方式连接；奇数个所述电池模组，位于中间位置的电池模组的同一侧的全部所述加热器之间采用串联的方式连接。
优选的，所述加热器均采用全部串联的连接方式。
优选的，所述加热系统支路中的各所述加热子系统之间的高压加热传输线缆连接方式与所述电池组系统支路中的电池包之间的高压电力传输线缆连接方式一致。
与现有技术相比，本申请具有如下有益效果：本申请电池加热系统可满足行车加热与停车充电加热两种需求，能够为使用者提供多种模式的体验；加热器安装位置多样，组装简便，适用于不同应用场合；加热系统线路连接方式多样，线路连接简单；能够有效减小加热所导致的电池包温度不均匀性。
【附图说明】
图1是本申请电池加热系统的原理框图。
图2(a)～(c)是本申请电池加热系统的柱形电池的立体示意图及电池模组的俯视图。
图3(a)～(b)是本申请电池加热系统的方形电池的立体示意图及电池模组的俯视图。
图4(a)是本申请电池加热系统的加热器第一实施方式的装配图。
图4(b)是本申请电池加热系统的加热器第一实施方式在单个电池包内的连接方式示意图。
图5(a)是本申请电池加热系统的加热器第二实施方式的装配图。
图5(b)是本申请电池加热系统的加热器第二实施方式在单个电池包内的连接方式示意图。
图6(a)是本申请电池加热系统的加热器第三实施方式的装配图。
图6(b)是本申请电池加热系统的加热器第三实施方式在单个电池包内的连接方式示意图。
图7(a)是本申请电池加热系统的加热器第四实施方式的装配图。
图7(b)是本申请电池加热系统的奇数个加热器第四实施方式在单个电池包内的连接方式示意图。
图7(c)是本申请电池加热系统的偶数个加热器第四实施方式在单个电池包内的连接方式示意图。
1、电池包；11、电池模组；12、加热子系统；121、加热器；2、继电器；21、加热正继电器；22、加热负继电器；23、主正继电器；24、主负继电器；3、高压电力传输线缆；4、高压加热传输线缆；5、充电枪接口；51、充电枪接口正；52、充电枪接口负。
【具体实施方式】
以下，将结合图1至图7(a)～(c)介绍本申请电池加热系统100的具体实施方式。
参照图1所示，本申请电池加热系统由加热系统支路和动力电池组系统支路两个子系统集成。电池组系统支路包括电池包1和若干继电器2，电池包1包括多个电池模组11和一个加热子系统12，加热子系统12包括多个加热器121，将加热系统支路与电池组系统支路并联，两支路之间采用继电器2进行控制，使得加热系统的电源既可以来自外部充电桩也可以来自动力电池组本身。其中，继电器2包括加热正继电器21、加热负继电器22、主正继电器23以及主负继电器24，所述加热正继电器21与所述加热负继电器22位于所述加热系统支路，所述主正继电器23和所述主负继电器24位于所述电池组系统支路。
所述加热系统支路包括各加热子系统12(如PTC板或加热膜等)、加热正继电器21和加热负继电器22，所述加热子系统12包括多个加热器121。利用高压加热传输线缆4连接的电池包1之间的加热子系统12采用串并联连接方式。根据目前动力电池在整车上的电池包1数量最多不超过20个。常见 的加热子系统之间的连接可以分为：全部串联、两并联支路、三并联支路。优选加热系统支路中的加热子系统之间的高压加热传输线缆4连接方式与电池组系统支路中的电池包1之间的高压电力传输线缆3连接方式一致。这样有利于降低电池包1间电气连接方式的复杂程度，简化线缆连接过程。本申请实施方式中电池包1之间的加热子系统均是采用串联的方式。
所述动力电池组系统支路由动力电池包1和若干个继电器组成。根据外界供电方式存在两种方式，交流充电方式和直流充电方式，因而采用并联方式兼容这两种充电接口。从外界进入系统内部的电流在主干路上通过正继电器和负继电器进行开关控制。
其中，加热系统支路与电池组系统支路并联，这种连接方式使得该系统可以满足行车加热与停车加热充电两种工作模式。
在行车加热模式时，可以利用电池包1的电能给加热器121供电以便电池能够更快升温至最佳工作温度范围，有利于在低温环境下电池包1发挥回收减速或制动的能量，达到节能的效果，延长行驶里程；有利于提高电池包1在低温下的放电性能，使电池正常工作。这时候充电枪接口5断开，充电枪接口5包括充电枪接口正51和充电枪接口负52，主干路上的主正继电器23和主负继电器24都断开，加热正继电器21和加热负继电器22闭合，电池组的电能从加热正继电器21和加热负继电器22进入加热器系统支路。
在停车加热充电模式，可以利用充电桩或家庭电源给加热器121供电来预热电池包1，该系统能够达到较高的升温速率，有利于提高电池包1的充电性能，达到快充的目的，提高电池包1的使用寿命。这时候充电枪接口正51和充电枪接口负52闭合，主干路上的主正继电器23和主负继电器24都闭合，加热正继电器21和加热负继电器22闭合，充电桩或家庭电源的电能从依次从外部电源出发经过主正继电器23、加热正继电器21、加热系统支路、加热负继电器22和主负继电器24回到外部电源。此时加热请求的电源电压等于电池组系统电压，以至于外部电源无法给电池组充电，但是可以给加热器121输送电能。
根据加热系统支路中的加热子系统之间的高压加热传输线缆4的连接方式采用与电池组系统支路中的电池包1之间的高压电力传输线缆3一致的连接方式。同时电池包1内部加热器121的安装位置与加热器121之间的连接 方式多种多样，可以设计出多种加热子系统。在电池包1内部，加热器121可布置在电池模组11的单个侧面、双侧面和底面；加热器121之间的连接方式可以采用串联、并联或者混联的方式，以便满足不同加热系统的设计要求。
参阅图2(a)～(c)及图3(a)～(b)所示，业界常用的电池模组11通常是由圆形电池和方形电池组成。参阅图2(b)～(c)所示，所述圆形电池通常采用错位排列的方式布局。参阅图3(a)～(b)所示，本申请电池包1内的电池模组11采用方形电池，并且采用并列排布的方式布局。
根据加热系统支路中的加热子系统之间的高压加热传输线缆4连接方式采用与电池组系统支路中的电池包1之间的高压电力传输线缆3连接方式一致电气连接采用与高压电气连接方式一致的原则，电池包1内部的加热器121的安装位置与加热器121之间的连接方式多种多样，可以设计出多种加热子系统。在电池包1内部，加热器121可布置在电池模组11的单个侧面、双侧面和底面；加热器121之间的连接方式可以采用串联、并联或者混联的方式，以便满足不同加热系统的设计要求。在电池组内部，从电池模组11至电池包1，加热器121的串并联方式可以有多种实施方式。现有加热器121最小加热单元是电池模组11，电池组系统支路包括若干个电池包1，且每个电池包1又包括若干个电池模组11。本申请采用三种方式布置电池模组11的加热器121，分别在电池模组11的单个侧面、电池模组11的两个侧面或电池模组11的底面装配加热器121。
参阅图4(a)～(b)所示，在本申请实施方式一中，电池包1内部的每个电池模组11装配一个加热器121，加热器121装配在电池模组11底面，加热器121之间采用串联的方式。从而加热器121可直接装配或集成到电池模组11的底板上。本申请实施方式一适用于货架层叠电池包1和采用非电池模组11底部液冷方式的电池包1，这种加热器121线束的装配需求较大的操作空间和操作难度，特别是电池模组11之间的加热器121连接。
参阅图5(a)～(b)所示，在本申请实施方式二中，电池包1内部的每个电池模组11装配一个加热器121，加热器121装配在电池模组11侧面，加热器121之间采用串联的方式。如果采用此方式，加热器121可直接安装或集成到电池模组11的侧板上。此方式加热器121装配与线路连接均非常简单，电池模组11升温较为迅速。但是由于电池模组11单侧面装配加热器121设计方 式容易造成电池模组11高压排布连接后，出现加热器121“背靠背”的情况，导致单个电池包1内部电池模组11之间的温度差异比较大的问题。所以此加热器121的设置方式适于电池包1数量较少的系统，比如一到四个电池包1的系统，以便此系统所有电芯的温差控制在寿命可以满足的要求内。
参阅图6(a)～(b)所示，在本申请实施方式三中，电池包1内部的每个电池模组11装配两个加热器121，加热器121分别装配在电池模组11两个侧面，加热器121之间采用串联的方式。如果采用此方式，加热器121可直接装配或集成到电池模组11的两个侧板上。此方式适用单个电池包1加热总电压小而加热电流小的场合。虽然每个模组装配两个加热器121，会增加一定的成本，但是此设计电池模组11是一个对称性的电池模组11，温度均匀性也比单侧面装配加热器121好，适于各种电池包1类型的排布，通用性强，可以作为一个标准化电池模组11平台应用，更加适合于量产。
参阅图7(a)～(c)所示，在本申请实施方式四中，电池包1内部的每个电池模组11装配两个加热器121，加热器121分别装配在电池模组11两个侧面，单个电池模组11的两个加热器121并联，电池模组11之间的加热器121采用串联的方式。参阅图7(b)～7(c)，单个电池包1内部电池模组11个数分别为奇数与偶数的加热器121线路连接方式略有不同。本申请实施方式四的加热器121可直接安装或集成到电池模组11的侧板上。此方式加热器121装配简单，电池模组11升温迅速，加热过程温度分布较为均匀，适用于单个电池包1加热总电压小而加热电流大的场合。
本申请采用了加热系统支路和电池组系统支路并联集成的方式，使得加热系统支路与电池组系统支路通过四个继电器控制。通过四个继电器的状态控制加热系统支路在行车加热模式和停车加热充电模式。在停车加热充电方式下，向外界请求的加热电压为电池组系统的电压。加热系统支路设计中电池包1之间的加热器121支路采用与电池包1之间高压加热一致的设计原则。同时，本申请提供了多种加热器121线路连接方式，可满足不同电池包1应用场合的适用。
以上所述仅为本申请的部分实施方式，不是全部的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本申请说明书而对本申请技术方案采取的任何等效的变化，均为本申请的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.电池加热系统，由加热系统支路和电池组系统支路两个子系统集成，所述电池组系统支路包括电池包和若干继电器，其特征在于：所述电池包包括多个电池模组和加热子系统，所述加热子系统包括多个加热器，所述电池模组装配至少一个所述加热器，所述加热器设置于所述电池模组的底面或侧面；
所述加热系统支路和电池组系统支路由继电器控制，来实现行车加热模式和停车加热充电模式，所述继电器包括加热正继电器、加热负继电器、主正继电器以及主负继电器，所述加热正继电器与所述加热负继电器位于所述加热系统支路，所述主正继电器和所述主负继电器位于所述电池组系统支路。
2.如权利要求1所述的电池加热系统，其特征在于：所述加热器装配或集成到所述电池模组上。
3.如权利要求1所述的电池加热系统，其特征在于：所述加热器之间采用串联、并联或混联的方式连接。
4.如权利要求1所述的电池加热系统，其特征在于：所述电池模组的两侧面对应设置所述加热器。
5.如权利要求1所述的电池加热系统，其特征在于：所述电池模组的个数为奇数或偶数。
6.如权利要求5所述的电池加热系统，其特征在于：所述加热器采用并联的连接方式，所述电池包内的偶数个所述电池模组至少分为两组，不同组的所述电池模组上设置的所述加热器之间采用并联方式连接；奇数个所述电池模组中位于中间位置的电池模组的不同侧的全部所述加热器之间采用并联方式连接。
7.如权利要求6所述的电池加热系统，其特征在于：偶数个所述电池模组中同一组所述电池模组上设置的所述加热器采用串联的方式连接；奇数个所述电池模组，位于中间位置的电池模组的同一侧的全部所述加热器之间采用串联的方式连接。
8.如权利要求1所述的电池加热系统，其特征在于：所述加热器均采用全部串联的连接方式。
9.如权利要求1或5所述的电池加热系统，其特征在于：所述加热系统支路中的各所述加热子系统之间的高压加热传输线缆连接方式与所述电池组系统支路中的电池包之间的高压电力传输线缆连接方式一致。
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