一种车用动力电池低温充电加热系统及方法

摘要

本发明提供一种车用动力电池低温充电加热系统及方法，该加热系统包括：电池管理单元、非车载充电机、加热器和风扇；其中：电池管理单元，用于检测动力电池的多点温度并控制非车载充电机、加热器和风扇的运行状态；非车载充电机，与电池管理单元连接，用于对动力电池充电；加热器，与电池管理单元连接，用于对动力电池加热；风扇，与电池管理单元连接，用于调节动力电池内部的热循环。通过本发明进入低温充电模式后启动内部热循环风扇，提高了整个电池箱内部散热效率，并且使电池内部热量更加均匀，增加了电池环境温度一致性，并且采用阶梯式充电功率很大程度上缩短了低温充电加热时间，具有很强的实际应用性。

权利要求

1.一种车用动力电池低温充电加热系统，其特征在于，包括：电池管理单元、非车载充电机、加热器和风扇；其中：所述非车载充电机，与所述电池管理单元连接，用于对所述动力电池充电；

所述加热器，与所述电池管理单元连接，用于对所述动力电池加热；

电池管理单元，用于检测动力电池的多点温度并控制所述非车载充电机、所述加热器和所述风扇的运行状态；

当所述动力电池最低温度低于初始阈值T0时，进入低温充电模式，其中，若所述动力电池最低温度低于切换阈值T1时，所述加热器对所述动力电池只进行加热；

若所述动力电池最低温度为切换阈值T1～切换阈值T2时，所述加热器和所述非车载充电机分别对所述动力电池同时进行加热和充电，输入电压阶梯式增加，充电需求电流不变；

若所述动力电池最低温度为切换阈值T2～初始阈值T0时，所述加热器和所述非车载充电机分别对所述动力电池同时进行加热和充电，输入电压为所述动力电池电压上限值，充电需求电流阶梯式增加；

若所述动力电池最低温度高于初始阈值T0时，进入正常充电模式或关闭低温充电模式和风扇，切换进入正常充电模式。

2.如权利要求1所述的车用动力电池低温充电加热系统，其特征在于，所述加热器为PTC加热器。

3.如权利要求2所述的车用动力电池低温充电加热系统，其特征在于，所述风扇为热循环风扇，与所述电池管理单元连接，用于调控所述动力电池内部的热循环。

4.如权利要求1所述的车用动力电池低温充电加热系统，其特征在于，所述非车载充电机的接口为直流充电接口。

5.如权利要求2所述的车用动力电池低温充电加热系统，其特征在于，所述动力电池与所述PTC加热器为并联。

6.如权利要求3所述的车用动力电池低温充电加热系统，其特征在于，所述PTC加热器置于所述热循环风扇的进风侧。

7.一种车用动力电池低温充电加热方法，其特征在于，具体步骤包括：检测动力电池的多点温度；

当所述动力电池最低温度低于初始阈值T0时，进入低温充电模式，其中，若所述动力电池最低温度低于切换阈值T1时，对所述动力电池只进行加热；

若所述动力电池最低温度为切换阈值T1～切换阈值T2时，则对所述动力电池同时进行加热和充电，输入电压阶梯式增加，充电需求电流不变；

若所述动力电池最低温度为切换阈值T2～初始阈值T0时，则对所述动力电池同时进行加热和充电，输入电压为所述动力电池电压上限值，充电需求电流阶梯式增加；

若所述动力电池最低温度高于初始阈值T0时，进入正常充电模式或关闭低温充电模式和风扇，切换进入正常充电模式。

8.如权利要求7所述的车用动力电池低温充电加热方法，其特征在于，若所述动力电池最低温度低于切换阈值T1时，输入电压与电池电压之差为1V。

说明书

一种车用动力电池低温充电加热系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电动汽车充电领域，尤其涉及一种车用动力电池在低温下安全快速充电的加热系统及方法。

背景技术

[0002] 近年来，由于节约能源和减少二氧化碳的排量等优点，使电动汽车的研究和应用成为汽车工业的一个热点。但是随着电动汽车的快速发展，锂离子电池的广泛应用，一些相关问题也随之暴露出来，尤其是电池低温充电问题。

[0003] 制约锂离子电池低温性能的因素包括：(1)电解液和SEI膜的低离子电导率；(2)低温下随着循环的进行，SEI膜逐渐增厚；(3)石墨负极极易极化。所以在低温条件下负极充电接受能力差、充电效率低、缩短电池使用寿命并且还存在一定的安全隐患。

[0004] 但是现有技术低温充电加热方法散热不均匀而且加热速度较慢持续时间较长，本发明提供了一种低温条件下散热均匀充电加热系统以及安全快速的加热方法。

发明内容

[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种车用动力电池低温充电加热系统及方法，用以解决现有技术中低温充电加热方法散热不均匀而且加热速度较慢持续时间较长的问题。

[0006] 本发明的技术方案是提供一种车用动力电池低温充电加热系统，包括：电池管理单元、非车载充电机、加热器和风扇；其中：

[0007] 所述非车载充电机，与所述电池管理单元连接，用于对所述动力电池充电；

[0008] 所述加热器，与所述电池管理单元连接，用于对所述动力电池加热；

[0009] 电池管理单元，用于检测动力电池的多点温度并控制所述非车载充电机、所述加热器和所述风扇的运行状态；

[0010] 当所述动力电池最低温度低于初始阈值T0时，进入低温充电模式，其中，[0011] 若所述动力电池最低温度低于切换阈值T1时，所述加热器对所述动力电池只进行加热；

[0012] 若所述动力电池最低温度为切换阈值T1～切换阈值T2时，所述加热器和所述非车载充电机分别对所述动力电池同时进行加热和充电，输入电压阶梯式增加，充电需求电流不变；

[0013] 若所述动力电池最低温度为切换阈值T2～初始阈值T0时，所述加热器和所述非车载充电机分别对所述动力电池同时进行加热和充电，输入电压为所述动力电池电压上限值，充电需求电流阶梯式增加；

[0014] 若所述动力电池最低温度高于初始阈值T0时，进入正常充电模式或关闭低温充电模式和风扇，切换进入正常充电模式。

[0015] 在本发明一实施例中，所述加热器为PTC加热器。

[0016] 在本发明一实施例中，所述风扇为热循环风扇，与所述电池管理单元连接，用于调控所述动力电池内部的热循环。

[0017] 在本发明一实施例中，所述非车载充电机的接口为直流充电接口。

[0018] 在本发明一实施例中，所述动力电池与所述PTC加热器为并联。

[0019] 在本发明一实施例中，所述PTC加热器置于所述热循环风扇的进风侧。

[0020] 本发明还提供一种车用动力电池低温充电加热方法，具体步骤包括：

[0021] 检测动力电池的多点温度；

[0022] 当所述动力电池最低温度低于初始阈值T0时，进入低温充电模式，其中，[0023] 若所述动力电池最低温度低于切换阈值T1时，则对所述动力电池进行加热；

[0024] 若所述动力电池最低温度为切换阈值T1～切换阈值T2时，则对所述动力电池同时进行加热和充电，输入电压阶梯式增加，充电需求电流不变；

[0025] 若所述动力电池最低温度为切换阈值T2～初始阈值T0时，则对所述动力电池同时进行加热和充电，输入电压为所述动力电池电压上限值，充电需求电流阶梯式增加；

[0026] 若所述动力电池最低温度高于初始阈值T0时，进入正常充电模式或关闭低温充电模式和风扇，切换进入正常充电模式。

[0027] 在本发明一实施例中，若所述动力电池最低温度低于切换阈值T1时，输入电压与电池电压之差为1V。

[0028] 通过本发明进入低温充电模式后启动内部热循环风扇，提高了整个电池箱内部散热效率，并且使电池内部热量更加均匀，增加了电池环境温度一致性，并且采用阶梯式充电功率很大程度上缩短了低温充电加热时间，具有很强的实际应用性。

附图说明

[0029] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。在附图中：

[0030] 图1为本发明中所述低温充电加热系统原理图。

[0031] 图2为本发明中所述低温充电加热系统电路图。

[0032] 图3为本发明中所述车用动力电池低温充电加热的流程图。

[0033] 图4为本发明中所述低温充电加热系统风扇散热原理图。

具体实施方式

[0034] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

[0035] 图1为本发明中所述低温充电加热系统原理图，该车用动力电池低温充电加热系统，包括：电池管理单元2、非车载充电机1、加热器4和风扇5；其中：

[0036] 所述非车载充电机1，与所述电池管理单元2连接，用于对所述动力电池3充电；

[0037] 所述加热器4，与所述电池管理单元2连接，用于对所述动力电池3加热；

[0038] 电池管理单元2，用于检测动力电池3的多点温度并控制所述非车载充电机1、所述加热器4和所述风扇5的运行状态；

[0039] 当所述动力电池最低温度低于初始阈值T0时，进入低温充电模式，其中，[0040] 若所述动力电池最低温度低于切换阈值T1时，所述加热器对所述动力电池3只进行加热；

[0041] 若所述动力电池最低温度为切换阈值T1～切换阈值T2时，所述加热器4和所述非车载充电机1分别对所述动力电池3同时进行加热和充电，输入电压阶梯式增加，充电需求电流不变；

[0042] 若所述动力电池最低温度为切换阈值T2～初始阈值T0时，所述加热器和所述非车载充电机1分别对所述动力电池3同时进行加热和充电，输入电压为所述动力电池电压上限值，充电需求电流阶梯式增加；

[0043] 若所述动力电池最低温度高于初始阈值T0时，进入正常充电模式或关闭低温充电模式和风扇，切换进入正常充电模式。

[0044] 在本发明一实施例中，所述加热器4为PTC加热器。

[0045] 在本发明一实施例中，所述风扇5为热循环风扇，与所述电池管理单元2连接，用于调控所述动力电池3内部的热循环。

[0046] 在本发明一实施例中，所述非车载充电机1的接口为直流充电接口。

[0047] 在本发明一实施例中，所述动力电池3与所述PTC加热器为并联。

[0048] 在本发明一实施例中，所述PTC加热器置于所述热循环风扇的进风侧。

[0049] 通过本发明进入低温充电模式后启动内部热循环风扇，提高了整个电池箱内部散热效率，并且使电池内部热量更加均匀，增加了电池环境温度一致性，并且采用阶梯式充电功率很大程度上缩短了低温充电加热时间，具有很强的实际应用性。

[0050] 下面结合一个车用动力电池低温充电加热系统为例对本发明进行具体描述，然而值得注意的是该具体实施例仅是为了更好地描述本发明，并不构成对本发明的不当限定。

[0051] 在图1中，该加热系统包括：非车载充电机1、电池管理单元2、动力电池3、PTC加热器4、风扇5，其中，非车载充电机1，与电池管理单元2连接，用于对动力电池3充电；PTC加热器4，与电池管理单元2连接，用于对动力电池3加热；电池管理单元2，用于检测动力电池3的多点温度并控制非车载充电机1、PTC加热器4和风扇5的运行状态，具体来说，电池管理单元2与动力电池3连接，对动力电池3的各项参数进行检测和管理，包括电池温度、电池单体电压和总电压等，电池管理单元2还与PTC加热器4进行连接，用于控制PTC加热器4是否加热，并根据不同的温度调整充电信息，来改变PTC加热器4的加热温度；PTC加热器4置于风扇5的进风侧，风扇5置于动力电池3的内部斜对角两侧，动力电池3与PTC加热器4并联后与非车载充电机1连接。

[0052] 当加热系统进入工作状态时，当动力电池最低温度T

[0053] 图4为本发明中所述低温充电加热系统风扇散热原理图，其中，电池管理系统(Battery Management System，简称BMS)检测动力电池3各温度采集点温度，电池管理系统连接风扇5，控制风扇5中继电器断开或者接通，PTC加热器4置于风扇5的进风侧，风扇5置于电池包内部斜对角两侧，当进入低温充电模式后，启动风扇5并且使用动力电池3的散热风道，在启动风扇5后形成内部气流循环，将PTC加热器4产生的热量进行内部热循环，最大程度的提高整体温升速度并且大幅提高电池环境温度一致性。

[0054] 如图2所示为车用动力电池低温充电加热系统的电路原理图，由图可知，I1＝I2+I3，其中，

[0055] I1为非车载充电机1的输出电流，单位A，I2为PTC加热器4的加热电流，单位A，I3为动力电池3的充电电流，单位A。

[0056] 本发明还提供一种车用动力电池低温充电加热方法，

[0057] 检测动力电池的多点温度；

[0058] 当所述动力电池最低温度低于初始阈值T0时，进入低温充电模式，其中，[0059] 若所述动力电池最低温度低于切换阈值T1时，仅对所述动力电池进行加热；

[0060] 若所述动力电池最低温度为切换阈值T1～切换阈值T2时，则对所述动力电池同时进行加热和充电，输入电压阶梯式增加，充电需求电流不变；

[0061] 若所述动力电池最低温度为切换阈值T2～初始阈值T0时，则对所述动力电池同时进行加热和充电，输入电压为所述动力电池电压上限值，充电需求电流阶梯式增加；

[0062] 若所述动力电池最低温度高于初始阈值T0时，进入正常充电模式或关闭低温充电模式和风扇，切换进入正常充电模式。

[0063] 在本发明一实施例中，若所述动力电池最低温度低于切换阈值T1时，输入电压与电池电压之差为1V。

[0064] 如图3所示的车用动力电池低温充电加热方法的一实施例流程图，具体流程包括：

[0065] S30：采集车用动力电池的各采集点温度；

[0066] 当动力电池最低温度低于5℃时，进入低温充电模式，其中

[0067] S31：当动力电池最低温度低于-5℃时，输入电压U输＝U电+1V，由于输入电压和电池端电压压差限制，此时只有PTC加热器工作，即仅对所述动力电池进行加热；

[0068] S32：当动力电池最低温度为-5℃～0℃时，此时对车用动力电池边充电边加热，输入电压U输＝U电+△U，△U为4V，6V，8V，10V，12V，充电需求电流为0.3C(C表示1h率额定容量)；

[0069] S33：当动力电池最低温度为0℃～5℃时，此时对车用动力电池边充电边加热，输入电压U输为动力电池总电压上限，充电需求电流为0.05C、0.1C，0.15C、0.2C、0.25C；

[0070] S34：当动力电池最低温度高于5℃时，低温充电加热模式结束，关闭热循环风扇模块，开启正常充电模式。

[0071] 具体来说，车用动力电池低温充电加热方法如下：

[0072] 动力电池采集点的最低温度T低于5℃时，进入低温充电加热模式，电池管理单元2给非车载充电机发送输入电压和输入电流信息，同时开启PTC加热器和风扇。

[0073] 进入低温充电模式后，最低温度T<-5℃时，输入电压U输＝U电+1V，充电需求电流为0.3C，由于输入电压和电池端电压压差限制，此时只有PTC加热器工作；

[0074] 当动力电池最低温度处于-5℃～0℃时，输入电压U输＝U电+△U(考虑阶梯式增加压差，△U为4V、6V、8V、10V、12V)，充电需求电流为0.3C，此时充电模式为边充电边加热，但充电电流较小。如表1所示，当动力电池最低温度为-5℃～0℃时，U输＝U电+△U(△U为输入电压与电池电压之差)，考虑阶梯式增加输入电压，随着温度的升高，△U取值依次为4V、6V、8V、10V、12V，充电需求电流为0.3C，也就是说，随着电池温度升高，输入电压也阶梯式增加，充电需求电流不变，而充电电流随之增大，充电速率增加。

[0075] 由于此阶段温度比较低依然在0℃以下，虽然此时为边充电边加热模式，但是仍然以加热为主，故充电电流较小，但电流也在逐渐增加，这样既保证了低温充电安全性，同时逐渐增加充电电流，一定程度上降低了充电时间。

[0076] 表1

[0077]温度/℃ 输入电压(单位V) 充电需求电流(单位A)
-5℃≤T<-4℃ U(电)+4 0.3C
-4℃≤T<-3℃ U(电)+6 0.3C
-3℃≤T<-2℃ U(电)+8 0.3C
-2℃≤T<-1℃ U(电)+10 0.3C
-1℃≤T<0℃ U(电)+12 0.3C

[0078] 如表2所示为动力电池最低温度为0℃～5℃时低温充电加热系统的充电需求电流和输入电压表，此时充电模式亦为边充电边加热，充电需求电流值随温度的升高而增加，其中，充电需求电流为0.05C、0.1C，0.15C、0.2C、0.25C，输入电压为动力电池总电压上限，随着温度升高，充电需求电流阶梯式增加，充电电流也增加，加热电流随PTC加热器4端电压升高逐渐增加。

[0079] 此阶段随着温度的逐渐升高，充电电流也阶梯式增加，在保证电池安全的前提下大大缩短了充电时间，增加了客户满意度。

[0080] 表2

[0081]温度/℃ 输入电压(单位V) 充电需求电流(单位A)
0℃≤T<1℃ 动力电池总电压上限 0.05C
1℃≤T<2℃ 动力电池总电压上限 0.1C
2℃≤T<3℃ 动力电池总电压上限 0.15C
3℃≤T<4℃ 动力电池总电压上限 0.2C
4℃≤T<5℃ 动力电池总电压上限 0.25C

[0082] 在动力电池最低温度为T≥5℃时，断开PTC加热器4，进入常温下正常充电模式。

[0083] 通过本发明进入低温充电模式后启动内部热循环风扇，提高了整个电池箱内部散热效率，并且使电池内部热量更加均匀，增加了电池环境温度一致性，并且采用阶梯式充电功率很大程度上缩短了低温充电加热时间，具有很强的实际应用性。

[0084] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。