CN211700508U - 电池加热电路及电动汽车 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电池加热电路及电动汽车，电池加热电路包括加热继电器、保险丝、第一加热装置、第二加热装置和充电电池组；所述加热继电器、所述保险丝以及所述第一加热装置串联后，连接在供电电源的正极和所述充电电池组的负极之间；所述第二加热装置包括开关模块和用于为保险丝加热的加热模块，所述开关模块与所述加热模块连接，以根据所述加热继电器的控制端的电平状态和所述第一加热装置所在电路回路上的电流状态的比较结果控制所述加热模块的加热状态。本方案提供的电池加热电路可以在加热继电器发生粘连时及时地切断加热回路，从而确保行车安全。

Description

电池加热电路及电动汽车

技术领域

本申请涉及动力电池技术领域，具体而言，涉及一种电池加热电路及电动汽车。

背景技术

目前使用的锂离子电池在充电过程中的化学反应没有改变，故而动力电池怕“冷”的毛病并没有解决。动力电池厂家为了解决动力电池低温充电问题增加了热管理系统，热管理系统采用的加热方式基本上都使用加热膜(PTC，Positive TemperatureCoefficient)对电池进行加热。加热膜的工作状态通常由继电器来进行控制，如果触点损坏继电器发生粘连，由于无法断开加热回路将持续为电池加热，若故障未及时处理，电池温度加热到上限最高值将会切断动力输出，而引发交通事故，严重情况可能造成人身伤亡。

实用新型内容

为了至少克服现有技术中的上述不足，本申请的目的之一在于提供一种电池加热电路，包括加热继电器、保险丝、第一加热装置、第二加热装置和充电电池组；

所述加热继电器、所述保险丝以及所述第一加热装置串联后，连接在供电电源的正极和所述充电电池组的负极之间；

所述第二加热装置包括开关模块和用于为保险丝加热的加热模块，所述开关模块与所述加热模块连接，以根据所述加热继电器的控制端的电平状态和所述第一加热装置所在电路回路上的电流状态的比较结果控制所述加热模块的加热状态。

可选地，所述开关模块包括检测电阻、比较单元和开关器件，所述检测电阻与所述充电电池组的负极连接并与所述加热继电器、所述保险丝以及所述第一加热装置串联，所述比较单元的输入端与所述加热继电器的控制端、所述检测电阻的第一端和第二端分别连接，以比较所述加热继电器的控制端的电平状态和所述第一加热装置所在电流回路上的电流状态，所述开关器件通过高电压端和低电压端与所述加热模块串联，所述开关器件的控制端与所述比较单元的输出端连接。

可选地，所述比较单元包括第一比较器和第二比较器，所述第一比较器的两个输入端分别连接于所述检测电阻的两端，所述第二比较器的第一输入端与所述第一比较器的输出端连接，所述第二比较器的第二输入端与所述加热继电器的控制端连接，所述第二比较器的输出端与所述开关器件的控制端连接。

可选地，所述开关模块包括检测电阻、电池管理系统BMS的控制器、开关器件；

所述检测电阻与所述充电电池组的负极连接并与所述加热继电器、所述保险丝以及所述第一加热装置串联，所述开关器件通过高电压端和低电压端与所述加热模块串联，所述BMS的控制器的三个输入引脚分别与所述检测电阻的两端、所述加热继电器的控制端连接，所述BMS的控制器的一个输出端与所述开关器件的控制端连接，以根据BMS的控制器的三个输入引脚输入的电平状态控制所述开关器件导通或者关断。

可选地，所述供电电源包括直流供电单元、交流供电单元和CAN模块，所述BMS通过CAN模块与所述直流供电单元、所述交流供电单元通信连接以控制所述直流供电单元、所述交流供电单元的工作状态。

可选地，所述电路还包括低压供电模块，所述低压供电模块与所述CAN模块、所述BMS分别连接，以为所述CAN模块、所述BMS提供电能。

可选地，所述加热模块为加热电阻，所述加热电阻绕所述保险丝一周设置。

可选地，所述加热模块为加热电阻，所述加热电阻为多个，多个所述加热电阻间隔均匀地设置在所述保险丝的多个方向。

可选地，所述充电电池组的正极与所述供电电源的正极连接，所述充电电池组的负极与所述供电电源的负极连接。

本申请的另一目的还在于提供一种电动汽车，所述电动汽车包括汽车本体和如本申请任一项所述的电池加热电路。

相对于现有技术而言，本申请具有以下有益效果：

本实施例中，通过在充电电池组加热的电路中设置保险丝，然后再设置第二加热装置来为保险丝加热，从而根据所述加热继电器的控制端的电平状态和所述第一加热装置所在电路回路上的电流状态的比较结果控制所述加热模块的加热状态，如此，便可以在加热继电器发生粘连的情况下，及时地切断供给第一加热装置的电能，从而能够保证行车安全。

此外，由于设置了第二加热装置，因此，可以免于在充电电池组负极设置继电器，由于第二加热装置的构成结构成本较继电器低，如此，便可以降低整个电路的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本申请实施例提供的电池加热电路的结构示意框图；

图2是本申请实施例提供的电池加热电路的电路图一；

图3是本申请实施例提供的电池加热电路的电路图二；

图4是本申请实施例提供的充电过程中的状态转移图。

图标：110-加热继电器；120-保险丝；130-第一加热装置；140-第二加热装置；141-开关模块；150-充电电池组；160-BMS；170-低压供电模块；180-CAN模块；210-供电电源。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

随着新能源产业的发展动力电池技术也不断取得进步，动力电池的内阻已经大幅降低，使动力电池运行时的发热量得以减少，进而解决了动力电池怕“热”的问题。但是对于锂电池等而言，其仍然是通过化学反应来实现充电的，因此，在温度较低的环境中充电时，锂电池内部的化学反应就会受到影响，从而导致电池的充电效果并不好。为了解决这一问题，通常会在电池上设置热管理系统，从而在电池充电时，先将电池加热到一定的温度。热管理系统加热方式基本上都是使用加热膜(PTC)对电池进行加热，将电池从不允许充电或者小倍率充电的低温区域加热到合适的充电温度区间以启动大倍率充电。

上述热管理系统采用的加热方式所用到的PTC实质上是一种附属在动力电池模组的电阻丝。在进行加热时通常在热管理系统直接控制继电器带载通断以控制加热PTC的电流较小。但是所用的继电器额定电流都比较小。带负载控制继电器通断会在断开或吸合瞬间产生电弧，使继电器发生粘连等情况，损伤继电器触点进而影响继电器使用寿命。如果触点损坏继电器发生粘连，此时继电器无法断开加热回路，PTC将持续为电池加热，这种情况下，通常用户只能将车送去维修。但是如果该故障未及时处理，电池温度加热到上限最高值将会切断动力输出，从而可能引发安全事故，严重情况可能造成人身伤亡。

为了解决上述问题，本申请实施例提供一种电池加热电路，请参见图1所示，图1是本申请实施例提供的电池加热电路的结构示意框图，该电池加热电路，包括加热继电器110、保险丝120、第一加热装置130、第二加热装置140和充电电池组150。

第一加热装置130是用于为电池加热的装置，该电池加热装置可以是由加热电阻PTC构成；保险丝120即电流保险丝120，其在一定的温度下能够熔断从而将相应的电路回路切断。充电电池组150即由待充电的电池构成的结构，例如，电动汽车的电池包等，在充电电池组150中，各个电池之间可以串联连接，也就是说，电连接的两个电池，一个电池的负极与另一个电池的正极连接，例如，充电电池组150包括第一电池和第二电池，此时，第一电池的负极与第二电池的正极电连接，第一电池的正极与提供充电电能的电源正极连接，第二电池的负极与提供充电电能的电源正极连接。供电电源210可以是提供电能的充电桩，也可以是其他独立的提供电能的电源。

所述加热继电器110、所述保险丝120以及所述第一加热装置130串联后，连接在供电电源210的正极和所述充电电池组150的负极之间。第一加热装置130安装在充电电池组150附近，其通电时产生的热量可以传递到充电电池组150上，从而实现为充电电池组150加热的目的。

第二加热装置140是用于加热保险丝120的装置，第二加热装置140可以采用现有技术中已经存在的加热结构来实现。所述第二加热装置140包括开关模块141和用于为保险丝120加热的加热模块，所述开关模块141与所述加热模块连接，以根据所述加热继电器110的控制端的电平状态和所述第一加热装置130所在电路回路上的电流状态的比较结果控制所述加热模块的加热状态。

需要说明的是，本实施例中，不对所述加热继电器110、所述保险丝120以及所述第一加热装置130串联的顺序做限制。

本实施例中，通过在充电电池组150加热的电路中设置保险丝120，然后再设置为保险丝120加热的第二加热装置140，从而根据所述加热继电器110的控制端的电平高低的状态和所述第一加热装置130所在电路回路上的电流有无的状态的比较结果控制所述加热模块的加热状态，如此，便可以在加热继电器110发生粘连的情况下，及时地切断供给第一加热装置130的电能，从而能够保证行车安全。

此外，由于设置了第二加热装置140，因此，不需要再在电路中充电电池组150负极设置继电器，由于第二加热装置140的结构构成成本远远低于继电器的成本，如此，便可以降低整个电路的成本。

具体地，本实施例中，当供电电源210是充电桩时，所述电路中还包括供电接口(正极供电接口、负极供电接口)，串联的加热继电器110、所述保险丝120以及所述第一加热装置130这一整体串联结构的两端分别连接在供电接口的正极供电接口和负极供电接口。当所述充电接口与充电桩连接时，所述正极供电接口与充电桩的正极连接，所述负极供电接口与充电桩的负极连接。充电电池组150的正极可以与正极供电接口连接，充电电池组150的负极可以与负极供电接口连接。

请参照图2，加热模块可以是加热电阻R1。

在一种可选的实施方式中，所述开关模块141包括检测电阻R2、比较单元和开关器件，所述检测电阻R2与充电电池组150的负极连接并与加热继电器110、所述保险丝120以及所述第一加热装置130串联，所述比较单元的输入端与所述加热继电器110的控制端、所述检测电阻R2的第一端和所述检测电阻的第二端分别连接，以比较所述加热继电器110的控制端的电平状态和所述第一加热装置130所在电流回路上的电流状态，所述开关器件通过其高电压端和其低电压端与所述加热模块串联，所述开关器件的控制端与所述比较单元的输出端连接，通过开关器件来控制加热模块所在回路的通断状态来控制加热模块的工作状态。

本实施例中，通过比检测电阻R2两端的电压差来确定流经加热继电器110(KT1)的电流状态，然后结合加热继电器110的控制端上的控制信号就能够确定加热继电器110是否发生粘连。例如，当加热继电器110的控制端上控制信号为控制所述加热继电器110断开时，如果检测到检测电阻R2两端存在电压差，那么就说明加热继电器110发生了粘连。当加热继电器110的控制端上控制信号为控制所述加热继电器110闭合时，如果检测到检测电阻R2两端存在电压差，那么就说明加热继电器110未发生粘连。

可选地，本实施例中，所述比较单元包括第一比较器和第二比较器，所述第一比较器的两个输入端分别连接于所述检测电阻的两端(第一端、第二端)，所述第二比较器的第一输入端与所述第一比较器的输出端连接，所述第二比较器的第二输入端与所述加热继电器110的控制端连接，所述第二比较器的输出端与所述开关器件的控制端连接。

当然，本实施例中，在第一比较器的两个输入端上，可以根据需要分别设置降压电路，以确保第一比较器能正常工作。如果设置降压电路，可以在第一比较器的第一输入端和第一比较器的第二输入端设置相同降压比例的降压电路。

本实施例中，通过第一比较器的两端来比较检测电阻R2两端(第一端、第二端)的电压差，从而可以判断出流经该检测电阻R2的电流，也即相当于加热继电器110上流经的电流，然后再通过第二比较器来比较第一比较器的输出端输出的电平与加热继电器110控制端的电平，这样，就可以判断出加热继电器110的实际状态是否与期望的状态一致从而判断出加热继电器110是否发生粘连。

需要说明的是，本实施例中，加热继电器110的控制端可以通过电池管理系统BMS(Battery Management System)160来进行控制，当然，也可以采用其他现有的控制结构来实现。

请参照图3，在另一种可选的实施例中，所述开关模块141包括检测电阻R2、电池管理系统BMS160、开关器件，BMS160中包括控制器。

所述检测电阻R2与充电电池组150的负极连接并与加热继电器110、所述保险丝120以及所述第一加热装置130串联，所述开关器件(图中未示出)通过其高电压端和其低电压端与所述加热模块串联，所述BMS160的控制器中的三个输入引脚分别与所述检测电阻的两端、所述加热继电器110的控制端连接，所述BMS160的控制器的一个输出端与所述开关器件的控制端连接，以根据BMS160的控制器的所述三个输入引脚输入的电平状态控制所述开关器件导通或者关断。

本实施例中，采用BMS160来控制开关器件的工作状态，从而达到为加热模块供电的目的。如此，便可以充分利用BMS160的结构，简化整个电池加热电路的结构。

可选地，本实施例中，所述供电电源210包括直流供电单元DC、交流供电单元AC和CAN模块180，所述BMS160通过CAN模块180与所述直流供电单元、所述交流供电单元通信连接以控制所述直流供电单元、所述交流供电单元的工作状态。

可选地，本实施例中，所述电路还包括低压供电模块170，所述低压供电模块170与所述CAN模块180、所述BMS160分别连接，以为所述CAN模块180、所述BMS160提供电能。

本实施例中，通过低压供电模块170来为CAN模块180供电，能够确保BMS160和CAN模块180正常工作。

可选地，本实施例中，所述加热模块为加热电阻R1，所述加热电阻R1绕所述保险丝120一周设置。

本实施例中，将加热电阻R1绕所述保险丝120一周设置，从而对保险丝120加热范围更广，使得保险丝更容易熔断。

可选地，本实施例中，所述加热模块为加热电阻R1，所述加热电阻R1为多个，多个所述加热电阻R1间隔均匀地设置在所述保险丝120的多个方向。

本实施例中，将多个加热电阻R1绕所述保险丝120一周均匀设置，从而对保险丝120加热更加均匀，使得保险丝120更容易熔断。

可选地，本实施例中，所述充电电池组150的正极与所述供电电源210的正极连接，所述充电电池组150的负极与所述供电电源210的负极连接。也就是说，PTC所在回路与所述充电电池组150共用同一供电电源210。

PTC所在回路与所述充电电池组150共用同一供电电源210，此时，可以在充电电池组150的支路上设置一个充电继电器KT2用以控制充电回路的断开或者闭合。

本实施例中，采用统一供电电源210为充电电池组150提供充电电能同时为PTC所在回路提供电能，能够简化系统结构。

本实施例中，可选地，可以在充电电池组中150的串联回路中设置一个开关MSD，以对整个电路进行控制。

本实施例还提供一种电动汽车，所述电动汽车包括汽车本体和本实施例任一项所述的电池加热电路。

本实施例中，所述电池加热回路与BMS一起，可以构成动力电池系统；正极充电接口、负极充电接口、CAN模块和供电电源一起可以构成充电系统。

为了更好地理解本实施例所提供的方案，以下结合将所述电路应用于电动汽车来讲解充电的过程：

PTC所在回路与所述充电电池组150共用同一供电电源210，BMS160获取检测电阻上所检测的电流状态、BMS160获取加热继电器110的加热状态、BMS160系统控制加热模块的情况下，如果需要对电动汽车的电池包(充电电池组150)进行充电，那么，加热过程包括：首先，整车系统上电，BMS160系统进行初始化，并检测自身的故障；接着，BMS160系统进入充电模式。电池管理系统BMS160与充电机(Charge)(包括-车载AC-Chg和DC-Chg)握手。握手成功后，充电机输出电流为0A，此时加热继电器110为断开状态，这样，电池包不会为PTC提供能量。接着，控制加热继电器110闭合，在加热继电器110闭合之后，启动充电机并使充电机按照加热所需要的功率输出电流。然后，再闭合动力电池主路的充电继电器KT2。

如果电池包的温度被加热到预设的温度，此时，则需要退出加热过程，具体为：减小充电机输出电流至动力电池电流传感器检测I＝0A保持电流输出，断开充电继电器KT2，再减小充电输出电流至0A，切断加热继电器110；接着，就可以闭合充电继电器KT2，请求大倍率充电电流为电池包充电。

在给电池包充电过程中，实时监测电池包的温度，如果电池包的温度由于外界温度过低，电池包散热速率大于充电过程中的产热功率，动力电池温度毕竟会慢慢降低，但降低到一个限制以下时，重复以下步骤：控制充电机输出电流为0A，此时加热继电器110为断开状态。接着，控制加热继电器110闭合，在加热继电器110闭合之后，启动充电机并使充电机按照加热所需要的功率输出电流。然后，再闭合动力电池主路的充电继电器KT2。如果电池包的温度被加热到预设的温度，此时，则需要退出加热过程，具体为：减小充电机输出电流至动力电池电流传感器检测I＝0A保持电流输出，断开充电继电器KT2，再减小充电输出电流至0A，切断加热继电器110；接着，就可以闭合充电继电器KT2，请求大倍率充电电流为电池包充电。

综上所述，本实施例中，通过在为充电电池组150加热的电路中设置保险丝120，然后再设置为保险丝120加热的第二加热装置140，从而根据所述加热继电器110的控制端的电平状态和所述第一加热装置130所在电路回路上的电流状态的比较结果控制所述加热模块的加热状态，如此，便可以在加热继电器110发生粘连的情况下，及时地切断供给第一加热装置130的电能，从而能够保证行车安全。由于设置了第二加热装置140，因此，还可以省略掉电路中设置在充电电池组150负极的继电器，由于第二加热装置140的结构成本低，如此，便可以降低整个电路的成本。

采用上述方案控制充电过程时，其状态转移图如图4所示，首先，进入充电模式，接着再进行模式判断以判断电池包的温度大小，如果检测到电池包的温度在第一预设温度A与第二预设温度B之间时，则进行充电加热；当模式判断结果中，检测到电池包的温度第一预设温度A设置度，此时首先进入充电预热过程，如果电池包的温度经过预热后达到第三预设温度C摄氏度，此时则进入充电加热模式；当模式判断结构为大于出上述两种温度范围外的其他温度时，则直接进入常温充电模式。

其中，在充电加热过程中，如果检测到电池包温度Tmin大于第二预设温度B时，则转为常温充电模式；如果检测到电池包温度Tmin小于第一预设温度A摄氏度后，则重新进入充电预热模式。如果检测到电池包温度Tmin大于第二预设温度B摄氏度。在常温充电过程中，如果电池包的温度Tmin再次降低到第三预设温度D摄氏度时，则再次进入充电加热模式。

以上所述，仅为本申请的各种实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电池加热电路，其特征在于，包括加热继电器、保险丝、第一加热装置、第二加热装置和充电电池组；

所述加热继电器、所述保险丝以及所述第一加热装置串联后，连接在供电电源的正极和所述充电电池组的负极之间；

所述第二加热装置包括开关模块和用于为保险丝加热的加热模块，所述开关模块与所述加热模块连接，以根据所述加热继电器的控制端的电平状态和所述第一加热装置所在电路回路上的电流状态的比较结果控制所述加热模块的加热状态。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述开关模块包括检测电阻、比较单元和开关器件，所述检测电阻与所述充电电池组的负极连接并与所述加热继电器、所述保险丝以及所述第一加热装置串联，所述比较单元的输入端与所述加热继电器的控制端、所述检测电阻的第一端和第二端分别连接，以比较所述加热继电器的控制端的电平状态和所述第一加热装置所在电流回路上的电流状态，所述开关器件通过高电压端和低电压端与所述加热模块串联，所述开关器件的控制端与所述比较单元的输出端连接。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述比较单元包括第一比较器和第二比较器，所述第一比较器的两个输入端分别连接于所述检测电阻的两端，所述第二比较器的第一输入端与所述第一比较器的输出端连接，所述第二比较器的第二输入端与所述加热继电器的控制端连接，所述第二比较器的输出端与所述开关器件的控制端连接。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述开关模块包括检测电阻、电池管理系统BMS的控制器、开关器件；

所述检测电阻与所述充电电池组的负极连接并与所述加热继电器、所述保险丝以及所述第一加热装置串联，所述开关器件通过高电压端和低电压端与所述加热模块串联，所述BMS的控制器的三个输入引脚分别与所述检测电阻的两端、所述加热继电器的控制端连接，所述BMS的控制器的一个输出端与所述开关器件的控制端连接，以根据BMS的控制器的三个输入引脚输入的电平状态控制所述开关器件导通或者关断。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述供电电源包括直流供电单元、交流供电单元和CAN模块，所述BMS通过CAN模块与所述直流供电单元、所述交流供电单元通信连接以控制所述直流供电单元、所述交流供电单元的工作状态。

6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述电路还包括低压供电模块，所述低压供电模块与所述CAN模块、所述BMS分别连接，以为所述CAN模块、所述BMS提供电能。

7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述加热模块为加热电阻，所述加热电阻绕所述保险丝一周设置。

8.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述加热模块为加热电阻，所述加热电阻为多个，多个所述加热电阻间隔均匀地设置在所述保险丝的多个方向。

9.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述充电电池组的正极与所述供电电源的正极连接，所述充电电池组的负极与所述供电电源的负极连接。

10.一种电动汽车，其特征在于，所述电动汽车包括汽车本体和如权利要求1-9任一项所述的电池加热电路。

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