CN219937176U - 一种电池控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电池控制系统，涉及电池相关技术领域，包括电池、第一开关和第二开关，电池包括内部电池和电阻，内部电池和电阻串联后封装；第一开关的一端与所述电阻的一端相连，另一端连接在所述电阻与所述内部电池之间，第一开关与所述电阻并联。电池温度较低时，断开第一开关，闭合第二开关，电阻R与内部电池串联工作，内部电池对电阻R进行放电，使电阻R在电池内部给电池进行加热，由于电阻与内部电池封装在一起，结构简单，电阻工作产生的热量直接传递给内部电池，热量散失少，对电池的加热迅速。另外，当电池回路发生外短路时，由于电阻R的存在，增加了回路阻抗，限制了短路电流，降低了电池发生损坏甚至热失控的风险。

Description

一种电池控制系统

技术领域

本实用新型涉及电池相关技术领域，具体而言，涉及一种电池控制系统。

背景技术

环境温度对锂离子电池的性能有显著的影响，尤其是低温环境下，锂离子电池输出功率、能量密度和使用寿命大幅衰减，电池的内阻显著增大。在低温环境下，锂离子电池充电时还增加了析锂的风险，可能造成电池内短路。因此，在低温环境下使用锂离子电池，需要先对其进行加热。

在当前电池低温加热方法中，有些采用液冷板、空调或加热膜等外部热源给电池加热；有些则是利用低温下电池的大内阻产生焦耳热，通过电池给外部负载放电或电池互充互放等方式加热电池。但是上述电池加热方法在使用时存在以下缺点：加热速度慢；需要额外的热源或充放电设备，系统复杂。

实用新型内容

本实用新型所要解决的问题是现有对电池低温加热的方法加热速度慢，加热结构复杂。

为解决上述问题，一方面，本实用新型提供了一种电池控制系统包括电池、第一开关和第二开关，所述电池包括内部电池和电阻，所述内部电池和所述电阻串联后封装；所述第一开关的一端与所述电阻的一端相连，另一端连接在所述电阻与所述内部电池之间，所述第一开关与所述电阻并联；所述第二开关的两端与所述电池的两端电性相连。

可选地，所述电池控制系统包括电池单元，所述电池单元为一个所述电池，或者所述电池单元为多个所述电池串联或并联或串联与并联混合连接构成的电池组；所述电池单元中每个所述电池中的所述电阻均与一个对应的所述第一开关并联。

可选地，当所述电池单元为所述电池组时，所述电池组中每个所述电池均与一个对应的所述第二开关并联。

可选地，当多个所述电池构成电池组时，所述第二开关的两端与所述电池组的两端相连。

可选地，所述第一开关和所述第二开关为继电器或接触器或MOSFET晶体管或IGBT晶体管。

可选地，所述电池控制系统还包括控制中心，所述控制中心与所述第一开关和所述第二开关电性相连。

可选地，所述电池控制系统还包括开关控制电路，两个所述开关控制电路的一端均与所述控制中心电性相连，两个所述开关控制电路的另一端分别与所述第一开关和所述第二开关电性相连。

可选地，所述电池控制系统还包括温度检测电路，所述温度检测电路与所述控制中心电性相连，所述温度检测电路用于检测电池的温度并将检测到的温度发送给所述控制中心。

可选地，所述电池控制系统还包括短路检测电路，所述短路检测电路用于检测所述电池所处电路的运行参数，并将所述运行参数发送给所述控制中心。

可选地，所述电阻为PTC电阻。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型提供的一种电池控制系统，当电池系统处于待工作状态时，若电池温度正常时，则闭合第一开关，断开第二开关，电阻R被旁路；若电池温度较低时，应该先加热电池，此时断开第一开关，闭合第二开关，电阻R与内部电池串联工作，内部电池对电阻R进行放电，使电阻R在电池内部给电池进行加热，电池能够进行自加热，不需要外接加热电源，也不需要外接负载，电池处于适宜的工作温度后再启动电池系统工作，电阻与内部电池封装在一起，结构简单，电阻工作产生的热量直接传递给内部电池，热量散失少，对电池的加热迅速。另外，当电池回路发生外短路时，由于电阻R的存在，增加了回路阻抗，限制了短路电流，降低了电池发生损坏甚至热失控的风险。

附图说明

图1示出了电池控制系统包含一个电池的结构示意图；

图2示出了电池控制系统包含多个电池的一种结构示意图；

图3示出了电池控制系统包含多个电池的另一种结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。虽然附图中显示了本实用新型的某些实施例，然而应当理解的是，本实用新型可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本实用新型。应当理解的是，本实用新型的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本实用新型的保护范围。

应当理解，本实用新型的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本实用新型的范围在此方面不受限制。

本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”；术语“可选地”表示“可选的实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。需要注意，本实用新型中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。

需要注意，本实用新型中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。

图1示出了本实用新型实施例中电池控制系统的结构示意图，所述电池控制系统包括电池、第一开关和第二开关，所述电池包括内部电池和电阻，所述内部电池和所述电阻串联后封装；所述第一开关的一端与所述电阻的一端相连，另一端连接在所述电阻与所述内部电池之间，所述第一开关与所述电阻并联；所述第二开关的两端与所述电池的两端电性相连。

需要说明的是，在图1中，所述第一开关为开关S1，内部电池的两端设置有两个连接点：端子b和端子c，其中电阻R的一端连接在端子b上，电阻R的另一端设置有连接点：端子a，开关S1的两端分别连接在端子a和端子b上，即与电阻R并联，上述连接方式中，电阻R设置在电池的左边，除此之外，电阻R也可以设置在内部电池的右边。

在本实施例中，当电池单体处于静置非工作状态时，第一开关保持断开，使电阻R串联在电池回路中。当电池回路发生外短路时，由于电阻R的存在，增加了回路阻抗，限制了短路电流，降低了电池发生损坏甚至热失控的风险。当电池系统处于待工作状态时，若电池温度正常时，则闭合第一开关，断开第二开关，电阻R被旁路；若电池温度较低时，应该先加热电池，此时断开第一开关，闭合第二开关，电阻R与内部电池串联工作，内部电池对电阻R进行放电，使电阻R在电池内部给电池进行加热，电池能够进行自加热，不需要外接加热电源，也不需要外接负载，电池处于适宜的工作温度后再启动电池系统工作，电阻与内部电池封装在一起，结构简单，电阻工作产生的热量直接传递给内部电池，热量散失少，对电池的加热迅速。

在本实用新型的一种实施例中，所述电池控制系统包括电池单元，所述电池单元为一个所述电池，或者所述电池单元为多个所述电池串联或并联或串联与并联混合连接构成电池组，所述电池单元中每个所述电池中的所述电阻均与一个对应的所述第一开关并联。换句话说，电池控制系统中的所有电池可以划分为一个或多个电池单元，每个电池单元包括一个电池或者一个电池组。

在本实施例中，如图1，当电池单元为一个所述电池时，电池单元的两端为该电池的两端，所述第二开关的两端与所述电池的两端相连。在图1中，所述第二开关为开关S2，开关S2通过端子a和端子c与电池单体并联。其中，所述第一开关和所述第二开关为继电器或接触器等机械开关，也可以是MOSFET晶体管或IGBT晶体管等等半导体开关，在此不做限定。当电池单体处于静置非工作状态时，第二开关也保持断开，使电阻R串联在电池回路中。当电池系统处于待工作状态时，若电池温度正常时，则断开第二开关，闭合第一开关，电阻R被旁路；若电池温度较低时，应该先加热电池，此时断开第一开关，第二开关进行周期性的通断，电阻R与内部电池串联工作，当第二开关闭合的时候，电池能够进行自加热，不需要外接加热电源，也不需要外接负载，内部电池对电阻R进行周期性的放电，使电阻R在电池内部给电池进行加热。

在本实用新型的一种实施例中，当所述电池单元为所述电池组时，所述电池组中每个所述电池均与一个对应的所述第二开关并联，如图2所示，电池组由电池1、电池2、电池3、...、电池n组成，第一开关包括开关S211、开关S12、开关S13、...、开关S1n，第二开关包括开关S21、开关S22、开关S23、...、开关S2n。当第二开关闭合，第一开关断开的时候，每个电池与第二开关均形成一个闭合回路。当电池组中的电池温度正常时，所有电池对应的第一开关均处于闭合状态，将每个电池中的电阻旁路；当电池组中的电池处低温状态时，可以将第一开关断开，使得电阻接入电路，将第二开关闭合形成闭合电路，电阻对电池进行自加热；当电池组中的某一个或者某几个电池的温度处于低温状态时，可以将低温电池对应的第一开关断开并将低温电池对应的第二开关闭合，使得电池组中单个低温电池进行内部自加热，实现对低温电池的单点精确控制和独立控制。

在本实用新型的一种实施例中，当电池单元为电池组时，所述第二开关的两端与所述电池组的两端相连，如图3所示，电池组由电池1、电池2、电池3、...、电池n组成，第一开关包括开关S211、开关S12、开关S13、...、开关S1n，第二开关为开关S2。电池组与第二开关可以形成一个闭合回路。当电池组中的电池温度正常时，所有电池对应的第一开关均处于闭合状态，将每个电池中的电阻旁路；当电池组中的电池处低温状态时，可以将第一开关断开，使得电阻接入电路，将第二开关闭合形成闭合电路，电阻对电池进行自加热；当电池组中的某一个或者某几个电池的温度处于低温状态时，可以单独断开低温电池对应的第一开关，使得低温电池中的电阻接入电路，并闭合第二开关形成闭合电路，以对低温电池进行自加热，并且其余温度正常的电池中的内部电池也成为了低温电池的加热电源，进一步加快温升的速度，实现对单个低温电池的单点加热控制。

在本实用新型的一种实施例中，如图1，所述电池控制系统还包括控制中心，所述控制中心与所述第一开关和所述第二开关电性相连。通过控制中心向第一开关和第二开关发送控制信号，控制第一开关和第二开关的通断，所述控制中心可以是由ARM或DSP或PLC等控制器及其外围电路组成。

在本实用新型的一种实施例中，如图1，所述电池控制系统还包括开关控制电路，两个所述开关控制电路的一端均与所述控制中心电性相连，两个所述开关控制电路的另一端分别与所述第一开关和所述第二开关电性相连。控制中心发送指令给开关控制电路用于控制开关S1和开关S2的通断，从而控制电阻R的工作状态，调节电池的温度。所述开关控制电路可以由三极管、隔离光耦、达林顿阵列管等器件组成，实现对继电器、MOSFET、IGBT等器件的驱动。当第一开关或第二开关为继电器时，第一开关和第二开关还可以通过中间继电器加上RC并联电路来控制。第一开关和第二开关可以共用一个开关控制电路，如图2所示，第一开关和第二开关也可以分开控制，对应设置一个开关控制电路，开关S2被开关控制电路2控制，如图3所示。

在本实用新型的一种实施例中，如图1，所述电池控制系统还包括温度检测电路，所述温度检测电路与所述控制中心电性相连，所述温度检测电路用于检测电池的温度并将检测到的温度发送给所述控制中心。所述温度检测电路包括感温元件和处理器。感温元件可以使用热电偶元件贴在电芯表面，根据热电偶上的电压差来监测电芯温度；也可以将NTC电阻焊接在电芯极片上，通过NTC电阻两端电压的变化计算电芯的温度。

当电池系统处于待工作状态时，若温度检测电路检测到电池温度Tc不小于温度阈值T1，则使开关S1闭合、开关S2保持断开，电阻R被旁路，然后直接启动电池系统运行。

当电池系统处于待工作状态时，若温度检测电路检测到电池温度Tc小于温度阈值T1，则应该先加热电池，使其处于适宜的工作温度后再启动系统。控制中心发送信号使开关S1保持断开，开关S2进行周期性的通断，内部电池对电阻R进行周期性的放电，使电阻R在电池内部给电池进行加热。控制开关S2进行周期性通断的目的是为了控制电池的加热程度，使其保持良好的均温性。开关S2导通时间T＝D*T0，其中D为导通占空比，T0为通断周期。其中，D也可以等于1，即在加热过程中开关S2一直保持闭合。

当经过加热后的电池温度Tc大于等于温度阈值T2时，开关控制电路发送信号使开关S2断开，经过一定时间t之后，再发送信号使开关S1闭合，将电阻R旁路，然后启动电池系统运行。其中，温度阈值T2≥T1。时间t不小于开关S2和开关S1动作死区时间，避免开关S1和开关S2在某时刻同时处于闭合状态，造成电池短路。

当电池单体处于正常充放电工作状态时，开关控制电路发送信号使开关S2保持断开、开关S1保持闭合。电阻R处于被旁路的状态，不工作。

在本实用新型的一种实施例中，如图1，所述电池控制系统还包括短路检测电路，所述短路检测电路用于检测所述电池所处电路的运行参数，并将所述运行参数发送给所述控制中心。所述短路检测电路包括信号采集单元和处理单元。信号采集单元采集电池系统的电流，并将电流信号转换为电压信号后，由处理单元判断是否发生短路。

在本实用新型的一种实施例中，所述电阻可以是PTC电阻、普通电阻或金属片等。电阻R既作为加热器件，也作为短路电流限制器件，优选为PTC电阻。当使用电阻R加热时，随着温度升高，电阻的阻值增大，电池放电电流减小，电阻产生热量变少，减缓了加热速度，避免电池内部过热。当使用电阻R限制短路电流时，短路电流越大，电阻焦耳热越多，阻值越大，从而对短路电流的限制效果越好。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种电池控制系统，其特征在于，包括电池、第一开关和第二开关，所述电池包括内部电池和电阻，所述内部电池和所述电阻串联后封装；所述第一开关的一端与所述电阻的一端相连，另一端连接在所述电阻与所述内部电池之间，所述第一开关与所述电阻并联，所述第二开关的两端与所述电池的两端电性相连。

2.根据权利要求1所述的电池控制系统，其特征在于，包括电池单元，所述电池单元为一个所述电池，或者所述电池单元为多个所述电池串联或并联或串联与并联混合连接构成的电池组；所述电池单元中每个所述电池中的所述电阻均与一个对应的所述第一开关并联。

3.根据权利要求2所述的电池控制系统，其特征在于，当所述电池单元为所述电池组时，所述电池组中每个所述电池均与一个对应的所述第二开关并联。

4.根据权利要求2所述的电池控制系统，其特征在于，当多个所述电池构成电池组时，所述第二开关的两端与所述电池组的两端相连。

5.根据权利要求1所述的电池控制系统，其特征在于，所述第一开关和所述第二开关为继电器或接触器或MOSFET晶体管或IGBT晶体管。

6.根据权利要求5所述的电池控制系统，其特征在于，还包括控制中心，所述控制中心与所述第一开关和所述第二开关电性相连。

7.根据权利要求6所述的电池控制系统，其特征在于，还包括开关控制电路，两个所述开关控制电路的一端均与所述控制中心电性相连，两个所述开关控制电路的另一端分别与所述第一开关和所述第二开关电性相连。

8.根据权利要求6所述的电池控制系统，其特征在于，还包括温度检测电路，所述温度检测电路与所述控制中心电性相连，所述温度检测电路用于检测电池的温度并将检测到的温度发送给所述控制中心。

9.根据权利要求6所述的电池控制系统，其特征在于，还包括短路检测电路，所述短路检测电路用于检测所述电池所处电路的运行参数，并将所述运行参数发送给所述控制中心。

10.根据权利要求1-9任一所述的电池控制系统，其特征在于，所述电阻为PTC电阻。