CN210468039U - 一种电池包ptc加热方案中的温度均衡控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型应用于车用锂电池包加热时的温度均衡控制，一种电池包PTC加热方案中的温度均衡控制装置，包括接线束电池管理系统主机、加热丝、放电电池继电器和若干电芯模组，所述加热丝穿插于电芯模组中，加热丝一端通过接线束连接到放电电池继电器接收端，另一端接电源负极，放电电池继电器输出端连接到电池管理系统主机的控制端。采用加热丝方案，加热丝体积小且材料安全稳定，成本低，便于穿过模组内部；温度可控，通过控制电池管理系统主机或者改变加热丝的串并联方式可灵活控制加热丝发热功率，从而控制温度恒定，电芯模组中间引出加热丝绕在模组周围能平衡整体加热功率。

Description

一种电池包PTC加热方案中的温度均衡控制装置

技术领域

本实用新型涉及电池包热管理领域，尤其涉及一种电池包PTC加热方案中的温度均衡控制装置。

背景技术

随着温度的降低，锂电池充放电性能显著下降，充放电平台明显降低，容量明显减小。在0℃以下，电池无法充电，在-15℃以下，电池禁止放电，在-40℃超低温环境中，电源会被“冻坏”造成永久损害。因此，锂电池的热管理尤为必要。例如我国专利号为CN105313639B的一种电动汽车空调硅胶加热膜加热器，包括壳体及设于壳体内的若干个硅胶加热片组件，硅胶加热片组件互相间隔设置，连接在硅胶加热片组件上的通电导线并联连接，硅胶加热片组件包括长条状的散热铝板和粘贴于散热铝板上的长条状的硅胶加热膜，散热铝板上设有两块间隙调节块，两块间隙调节块分别靠近散热铝板的两端。散热铝板的两端各有两个通孔，壳体内的两侧各设有两根连接杆，连接杆穿过散热铝板的通孔，散热铝板的两端分别固定在壳体两侧的连接杆上，布局整齐，拆装方便，每个硅胶加热片组件相对独立，便于维修和更换，但此方案存在模块内部的电芯加热不均、硅胶材质易老化、绝缘效果差等问题。

目前锂电池组低温加热主要采用ptc加热，例如采用硅胶加热膜方案，由于加热膜贴在模组外围，温度不可控，导致模组内部电芯加热效果差，加之硅胶材料耐磨性差，安全性低。

还有一种利用加热液供装置进行加热，加热液供装置：加热液供装置是在快充接口插电并确认开始充电时，电池模组内部的温度传感器实时监测所述电池模组温度并将信号传递给BMS(电池管理系统)，BMS会自动判定所有电池模组的温度，来决定是否启动加热模块，并决定打开哪一路电磁阀。当某一电池模组温度达到要求时，BMS会自动判定并关闭其相对的电磁阀；当所有电池模组温度都达到要求时，BMS会自动判定并关闭所有的电磁阀随之关闭加热装置。

在实际应用过程中，快充接口为电池包充电，即通过快充接口的A+针脚提供的24V低压电供电，使加热液供应室内的加热模块加热，当加热温度达到电池包适宜温度时，BMS会导通，这时启动循环栗，循环栗开始抽水，并同时打开每个电池箱上的电磁阀，循环栗将加热液供应室中的热水引入到电池箱当中，对电池包进行加热，电池包的外部通过相互贯通的进水管和出水管与用于储存冷却液的加热液供应室连通，以形成循环。这时BMS实时监测，通过BMS中的MCU运算比较，当监测到电池包内的温度不适宜时，通过控制电路发出指令，打开相应阀体，这时循环栗工作，加热模块工作。该方案加热装置体积大，成本高，往往无法满足电池包的能量密度要求。

实用新型内容

本实用新型应用于车用锂电池包加热时的温度均衡控制，解决ptc加热方案的加热不均衡问题和加热液方案的成本问题，使得电池包整体加热均匀，并且控制加热丝温度恒定，保证电芯使用寿命，同时降低成本。为实现本实用新型目的，提出以下方案：

一种电池包PTC加热方案中的温度均衡控制装置，包括接线束、电池管理系统主机、加热丝、放电电池继电器和若干电芯模组，加热丝通过接线束连接到放电电池继电器，放电电池继电器与电池管理系统主机信号连接，所述电芯模组设有若干贯穿电芯模组的加热孔，所述若干加热孔均匀分布在电芯模组内，所述加热丝通过若干加热孔反复穿插缠绕在电芯模组上，最后从电芯模组两端引出，加热丝的一端作为正极端，另一端作为负极端。加热丝体积小且材料安全稳定，成本低，便于穿过模组内部；温度可控，通过控制电池管理系统主机或者改变加热丝的串并联方式可灵活控制加热丝发热功率；接线束根据具体的电池包形状进行走线，美观整洁。电池管理系统主机还可以控制放电电池继电器通断，来控制加热丝加热。

作为优选方案，电芯模组包括若干电芯支架，若干电芯支架连接在一起，若干电芯支架重叠连接在一起，所述电芯支架上设有若干电芯孔，所述若干加热设在电芯支架上电芯支架上的电芯孔用于存放电芯，加热孔的位置位于电芯孔四周，加热丝通过加热孔均布在电芯四周，加热丝加热时，使得电芯受热均匀。

作为优选，在每4个相互相邻的电芯孔中间位置上设有1个加热孔，加热孔均布在电芯四周，加热丝加热时，使得电芯受热均匀。

作为优选方案，若干电芯模组并联时，处于中间位置的电芯模组的加热丝正极端上串联有二级加热丝，所述二级加热丝缠绕在电芯模组外部，再与其它电芯模组的加热丝正极端并联。对于加热时电池包中间模组温升快，周边模组温升慢的现象，若各模组长度形状一致，仅需考虑并联时各模组串联的加热长度一致。若各个模组长度形状不一，首先通过模组间加热丝串并联,再结合模组长度形状和空间大小，保证最后加热丝并联时，各模组间串联的加热丝长度一致；其次，若加热时模组中间温度高，周围模组温度低，可以在中间模组串联引出一根合适长度的加热丝，降低中间模组的加热丝功率，同时将该引出的加热丝绕在温度低的模组外部，实现加热的均衡。

作为优选方案，设有加热丝温度传感器，加热丝温度传感器放置在贴近加热丝的位置，加热丝温度传感器的输出端通过接线束连接到电池管理系统主机。所述加热丝温度传感器实时测量加热丝的温度，并且将加热丝温度传输到电池管理系统主机，让电池管理系统主机根据加热丝温度的变化情况，对加热丝的加热进行控制。

作为优选方案，设有若干电芯温度传感器，电芯温度传感器放置两电芯支架之间，电芯温度传感器的输出端连接到放电电池继电器，放电电池继电器再连接到电池管理系统主机。所述电芯丝温度传感器实时测量电芯的温度，并且将电芯温度传输到电池管理系统主机，让电池管理系统主机根据电芯温度的变化情况，对加热丝的加热进行控制。

作为优选方案，所述电芯支架上端面设有2片耳板，每片耳板上设有电芯温度传感器安装孔，电芯温度传感器通过安装孔与电芯支架固定连接。耳板的作用是用于增大电芯温度传感器的夹紧面积，耳板上的安装孔用于固定电芯传感器。

作为优选方案，所述电芯支架设有模组安装孔，各电芯支架通过模组安装孔固定连接。各电芯支架叠放在一起，所述模组安装孔同轴心，将螺栓穿过模组安装孔，再用螺母拧紧螺栓，实现电芯支架固定成一体，形成电芯模组。

因此本实用新型具有以下有益效果:采用加热丝方案，加热丝体积小且材料安全稳定，成本低，便于穿过模组内部；温度可控，通过控制电池管理系统主机或者改变加热丝的串并联方式可灵活控制加热丝发热功率，从而控制温度恒定，电芯模组中间引出的加热丝绕在模组周围，用来平衡整体加热功率。

附图说明

图1是一种电芯支架的示意图

图2是一种电芯模组的示意图

图3是一种电池包电热丝走线示意图

图4是本实用新型的一种实施例的结构图

其中：1.电芯支架 2.加热丝 3.电芯孔 4.加热孔 5.电芯模组 6.电芯温度传感器 7.耳板 8.二级加热丝 9.接线束 10.电池管理系统主机 11.加热丝温度传感器 12.放电电池继电器 13.安装孔 14.模组安装孔。

具体实施方式

实施例：

结合图1一种电芯支架的示意图，电芯支架1上设有电芯孔3和加热孔4，电芯孔3有6列10行，在每4个相互相邻的电芯孔3中间位置上设有1个加热孔4，加热孔4有5列9行。结合图2至图4，电芯支架1设有模组安装孔14，6个电芯支架1叠合，在叠合处穿插电芯温度传感器6，一共穿插5个电芯温度传感器，模组安装孔同轴心，将螺栓穿过模组安装孔，再用螺母拧紧螺栓，实现电芯支架固定成一体，形成电芯模组5。电芯支架1上端面设有2片耳板7，每片耳板7上设有电芯温度传感器6安装孔13，通过安装孔13与电芯支架1固定连接。耳板的作用是用于增大电芯温度传感器的夹紧面积

加热丝2穿插于加热孔4中，从电芯模组5的正面穿入第一列的第一个加热孔，从电芯模组5的背面穿出，间隔一个加热孔，在同列的另一加热孔从电芯模组5的背面穿入，从电芯模组5的正面穿出，重复以上过程到同一行最后一个加热孔，加热丝2从最后一个加热孔穿出，在最后一个加热孔所在行，间隔一个加热孔，从同一行的另一个加热孔穿出，结合图1所示，加热丝2实线部分指电芯模组5正面绕加热丝2的可以见部分；加热丝2虚线部分指电芯模组5背面绕加热丝2的不可见部分，按照反复穿插缠绕的绕线方式，加热丝2均匀地分布在电芯模组5电芯内部，加热丝2通电加热时，能使电芯模组5受热均匀。

结合图3一种电池包电热丝走线示意图，加热丝2从电芯模组5两端面引出，加热丝2的一端作为正极端，另一端作为负极端；负极端并联，通过接线束9连接到电源负极。三个电芯模组5拼合成电池包，处于中间位置的电芯模组的加热丝2正极端上设有串联的二级加热丝8，所述串联的二级加热丝8缠绕在电芯模组5外部，再与其它电芯模组5的加热丝5正极端并联。对于加热时电池包中间电芯模组5温升快，周边电芯模组5温升慢的现象，若各电芯模组5长度形状一致，仅需考虑并联时各电芯模组5串联的加热长度一致。若各个电芯模组5长度形状不一，首先通过电芯模组5间加热丝串并联,再结合电芯模组5长度形状和空间大小，保证最后串联的二级加热丝8并联时，各电芯模组5间串联的二级加热丝8长度一致；其次，若加热时电芯模组5中间温度高，周围电芯模组5温度低，可以在中间电芯模组5串联引出一根合适长度的加热丝，降低中间电芯模组5的加热丝功率，同时将串联的二级加热丝8绕在温度低的模组外部，实现加热的均衡。

加热丝温度传感器11放置在贴近加热丝的位置，加热丝温度传感器11的输出端通过接线束9连接到电池管理系统主机10。加热丝温度传感器11实时测量加热丝2的温度，并且将加热丝2温度传输到电池管理系统主机10，让电池管理系统主机10根据加热丝2温度的变化情况，对加热丝2的加热进行控制。

电池管理系统主机的控制过程包括：通过电池管理系统主机11对电池包加热丝2进行温度采集，由电池管理系统主机10控制放电电池继电器12来控制加热丝2的通断。

本实用新型采用加热丝方案，加热丝体积小且材料安全稳定，成本低，便于穿过模组内部；温度可控，通过控制电池管理系统主机或者改变加热丝的串并联方式可灵活控制加热丝发热功率，从而控制温度恒定，电芯模组中间引出加热丝绕在模组周围来平衡整体加热功率这种方法。

Claims (8)

1.一种电池包PTC加热方案中的温度均衡控制装置，包括接线束（9）、电池管理系统主机（10）、加热丝（2）、放电电池继电器（12）和若干电芯模组（5），加热丝（2）通过接线束（9）连接到放电电池继电器（12），放电电池继电器（12）与电池管理系统主机（10）信号连接，其特征是，所述电芯模组（5）设有若干贯穿电芯模组（5）的加热孔（4），所述若干加热孔（4）均匀分布在电芯模组（5）内，所述加热丝（2）通过若干加热孔（4）反复穿插缠绕在电芯模组（5）上，最后从电芯模组（5）两端引出，加热丝（2）的一端作为正极端，另一端作为负极端。

2.根据权利要求1所述的一种电池包PTC加热方案中的温度均衡控制装置，其特征是，电芯模组（5）包括若干电芯支架（1），若干电芯支架（1）重叠连接在一起，所述电芯支架（1）上设有若干电芯孔（3），所述若干加热孔（4）设在电芯支架（1）上。

3.根据权利要求2所述的一种电池包PTC加热方案中的温度均衡控制装置，其特征是，在每4个相互相邻的电芯孔（3）中间位置上设有1个加热孔（4）。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种电池包PTC加热方案中的温度均衡控制装置，其特征是，若干电芯模组（5）并联时，处于中间位置的电芯模组（5）的加热丝（2）正极端串联有二级加热丝（8），所述二级加热丝（8）缠绕在电芯模组（5）外部，再与其它电芯模组（5）的加热丝（2）正极端并联。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种电池包PTC加热方案中的温度均衡控制装置，其特征是，设有加热丝温度传感器（11），加热丝温度传感器（11）放置在贴近加热丝的位置，加热丝温度传感器的输出端通过接线束（9）连接到电池管理系统主机（10）。

6.根据权利要求2所述的一种电池包PTC加热方案中的温度均衡控制装置，其特征是，设有若干电芯温度传感器（6），电芯温度传感器（6）放置两电芯支架（1）之间，电芯温度传感器（6）的输出端连接到放电电池继电器（12），放电电池继电器（12）再连接到电池管理系统主机（10）。

7.根据权利要求2所述的一种电池包PTC加热方案中的温度均衡控制装置，其特征是，所述电芯支架（1）上端面设有2片耳板（7），每片耳板（7）上设有电芯温度传感器（6）安装孔（13），电芯温度传感器（6）通过安装孔（13）与电芯支架（1）固定连接。

8.根据权利要求2所述的一种电池包PTC加热方案中的温度均衡控制装置，其特征是，所述电芯支架（1）设有模组安装孔（14），各电芯支架（1）通过模组安装孔（14）固定连接。

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