專(zhuān)利名稱(chēng):一種電動(dòng)車(chē)動(dòng)力電池組低溫快速加熱系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)一種電動(dòng)車(chē)動(dòng)力電池組低溫快速加熱系統(tǒng)，包括電池管理系統(tǒng)、加熱控制系統(tǒng)；電池管理系統(tǒng)對(duì)動(dòng)力電池組進(jìn)行能量和熱量管理，并進(jìn)行短路保護(hù)；加熱控制系統(tǒng)包括控制器、兩個(gè)IGBT晶體管、電感、兩個(gè)二極管；瞬間短路由控制器向兩個(gè)IGBT晶體管施加脈寬調(diào)制信號(hào)控制實(shí)現(xiàn)，控制器驅(qū)動(dòng)兩個(gè)IGBT晶體管同時(shí)導(dǎo)通或斷開(kāi)，控制回路中電流大??；通過(guò)脈寬調(diào)制的方式，不斷地調(diào)整第一IGBT晶體管、第二IGBT晶體管的接通和斷開(kāi)狀態(tài)，保證電感中的電流在低于母線(xiàn)保險(xiǎn)限制的一個(gè)固定值上下波動(dòng)。電流反復(fù)經(jīng)過(guò)電池內(nèi)阻產(chǎn)生熱量加熱動(dòng)力電池組，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池組快速加熱。優(yōu)點(diǎn)是既保證大的加熱電流，又保證系統(tǒng)的可控制性；采用瞬間短路的方法提高電池加熱效率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種電動(dòng)車(chē)動(dòng)力電池組低溫快速加熱系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于汽車(chē)電子【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種電動(dòng)車(chē)動(dòng)力電池組低溫快速加熱系統(tǒng)；特別適用于純電動(dòng)乘用車(chē)的電池組加熱。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著新能源車(chē)的發(fā)展，鋰電池動(dòng)力電池組使用范圍越來(lái)越廣，電池組在使用過(guò)程中難免會(huì)遇到低溫環(huán)境。在低溫下，鋰電池的充放電性能仍存在較大問(wèn)題，這對(duì)新能源車(chē)的使用影響較大。所以低溫環(huán)境下電池組的加熱功能顯得尤為重要。
[0003]已有的鋰電池加熱系統(tǒng)大多是通過(guò)給鋰電池裝上一個(gè)加熱膜或加熱器，在低溫時(shí)啟動(dòng)加熱裝置，先加熱電池的外部，進(jìn)而熱量再傳遞到電池的內(nèi)部，從外向內(nèi)加熱動(dòng)力電池組。這種外加負(fù)載的加熱方式需要使環(huán)境升溫，進(jìn)而對(duì)電池加熱；即使外部的溫度達(dá)到電池正常工作的溫度，電池內(nèi)部的溫度可能還低于正常溫度，這樣還需要對(duì)電池外部繼續(xù)加熱升溫，才能保證內(nèi)部的溫度達(dá)到正常的使用條件，就更導(dǎo)致了加熱時(shí)間變長(zhǎng)；在溫度很低的情況下，需要較長(zhǎng)時(shí)間才能使電池溫度達(dá)到零上；因此存在加熱速度慢、效率低的問(wèn)題，并且很難保證熱量的均勻性，可能會(huì)導(dǎo)致電池模塊間溫度差加大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型公開(kāi)了一種電動(dòng)車(chē)動(dòng)力電池組低溫快速加熱系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中加熱速度慢、加熱時(shí)間長(zhǎng)、效率低、很難保證熱量的均勻性，可能會(huì)導(dǎo)致電池模塊間溫度差加大等問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明一種電動(dòng)車(chē)動(dòng)力電池組低溫快速加熱系統(tǒng)，包括電池管理系統(tǒng)、加熱控制系統(tǒng)；電池管理系統(tǒng)包括電流電壓檢測(cè)單元和電池母線(xiàn)保險(xiǎn)；電流電壓檢測(cè)單元與動(dòng)力電池組的正極相連，測(cè)量動(dòng)力電池組總電壓；電池管理系統(tǒng)對(duì)動(dòng)力電池組的電壓、電流、溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，計(jì)算剩余電量，對(duì)動(dòng)力電池組進(jìn)行能量管理和熱量管理，同時(shí)進(jìn)行短路保護(hù)，防止動(dòng)力電池組因電流過(guò)大發(fā)生起火或爆炸；加熱控制系統(tǒng)包括控制器、兩個(gè)IGBT晶體管(IGBT晶體管也稱(chēng)N溝道絕緣柵雙極晶體管)、電感、兩個(gè)二極管；第一個(gè)IGBT晶體管的集電極、第一個(gè)二極管的陰極經(jīng)過(guò)母線(xiàn)保險(xiǎn)與動(dòng)力電池組正極連接；第一個(gè)IGBT晶體管的發(fā)射極、電感的一端和第二個(gè)二極管的陰極連接；電感的另一端、第一個(gè)二極管的陽(yáng)極和第二個(gè)IGBT晶體管的集電極連接，第二個(gè)IGBT晶體管的發(fā)射極、第二個(gè)二極管的陽(yáng)極經(jīng)過(guò)電流電壓測(cè)量單元與動(dòng)力電池組負(fù)極連接；控制器與兩個(gè)IGBT晶體管的柵極相連接；控制器、電流電壓檢測(cè)單元與低壓電源相連接，通過(guò)低壓電源供電；控制器的CAN總線(xiàn)接口通過(guò)CAN總線(xiàn)與電流電壓檢測(cè)單元的CAN總線(xiàn)接口連接，由CAN總線(xiàn)實(shí)時(shí)通訊連接；瞬間短路由控制器向兩個(gè)IGBT晶體管施加一個(gè)脈寬調(diào)制信號(hào)控制實(shí)現(xiàn)，控制器獲取當(dāng)前動(dòng)力電池組的溫度；控制器向兩個(gè)IGBT晶體管施加一個(gè)脈寬調(diào)制信號(hào)，控制器驅(qū)動(dòng)兩個(gè)IGBT晶體管同時(shí)導(dǎo)通或斷開(kāi)，控制回路中電流大小；在兩個(gè)IGBT晶體管接通的過(guò)程中將電流儲(chǔ)存在電感中，電流從動(dòng)力電池組正極，經(jīng)過(guò)母線(xiàn)保險(xiǎn)、第一個(gè)IGBT晶體管、電感、第二個(gè)IGBT晶體管、電流電壓檢測(cè)單元回到動(dòng)力電池組負(fù)極，此時(shí)電流上升；當(dāng)兩個(gè)IGBT晶體管斷開(kāi)時(shí)，電感中的電流經(jīng)過(guò)第一個(gè)二極管、母線(xiàn)保險(xiǎn)、動(dòng)力電池組、電流電壓檢測(cè)單元和第二個(gè)二極管形成回路，電流泄放回動(dòng)力電池組，此時(shí)電流下降。加熱控制系統(tǒng)對(duì)動(dòng)力電池組進(jìn)行加熱控制；動(dòng)力電池組低溫快速加熱時(shí)，通過(guò)脈寬調(diào)制的方式，不斷地調(diào)整兩個(gè)IGBT晶體管的接通和斷開(kāi)狀態(tài)，保證電感中的電流在低于母線(xiàn)保險(xiǎn)限制的一個(gè)固定值上下波動(dòng)。電流反復(fù)經(jīng)過(guò)電池內(nèi)阻產(chǎn)生熱量加熱動(dòng)力電池組，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池組快速加熱。
[0006]本實(shí)用新型電動(dòng)車(chē)動(dòng)力電池組低溫快速加熱工作原理為瞬間短路方法原理。瞬間短路時(shí)間為t，在系統(tǒng)中產(chǎn)生一個(gè)大的短路電流I，動(dòng)力電池組內(nèi)阻為Ri ;采用瞬間短路的方法在動(dòng)力電池組內(nèi)阻上會(huì)產(chǎn)生一個(gè)值為W=I2XRiXt的熱量，該熱量均勻的發(fā)生在每一個(gè)電池模塊的內(nèi)部；瞬間短路產(chǎn)生一個(gè)大的電流，然后通過(guò)電池自身的內(nèi)阻發(fā)熱使電池升溫。由于動(dòng)力電池組是由電池模塊串聯(lián)組成，所以可以實(shí)現(xiàn)對(duì)每一個(gè)電池模塊均勻加熱，并且熱量產(chǎn)生于電池內(nèi)部，自?xún)?nèi)向外擴(kuò)散，從而實(shí)現(xiàn)快速而高效的加熱。
[0007]工作步驟如下:
[0008]加熱控制系統(tǒng)通過(guò)CAN通信，獲取當(dāng)前動(dòng)力電池組信息步驟；
[0009]當(dāng)檢查動(dòng)力電池組剩余電量高于正常工作的下限，并且動(dòng)力電池組最低電壓高于下限時(shí)，進(jìn)行動(dòng)力電池組溫度檢查步驟；否則，退出動(dòng)力電池組加熱過(guò)程步驟；
[0010]檢查動(dòng)力電池組溫度低于正常工作溫度下限，進(jìn)行動(dòng)力電池組加熱過(guò)程步驟；否貝U，退出動(dòng)力電池組加熱過(guò)程步驟；
[0011]進(jìn)入動(dòng)力電池組加熱過(guò)程步驟；
[0012]加熱過(guò)程中，檢查動(dòng)力電池組剩余電量過(guò)低、電流過(guò)大或動(dòng)力電池組最低模塊電壓低于下限，或者動(dòng)力電池組溫度已達(dá)到大于電池工作溫度下限的一個(gè)固定值時(shí)，斷開(kāi)兩個(gè)IGBT晶體管，退出動(dòng)力電池組加熱過(guò)程步驟；否則，返回循環(huán)進(jìn)行動(dòng)力電池組加熱過(guò)程步驟；如果電流超過(guò)母線(xiàn)保險(xiǎn)的限制，保險(xiǎn)即刻熔斷，切斷回路，以防止電池出現(xiàn)過(guò)熱著火等安全問(wèn)題。
[0013]本實(shí)用新型的積極效果在于:既可以保證大的加熱電流，又可以保證系統(tǒng)的可控制性；保證熱量的均勻性；采用瞬間短路的方法提高電池加熱效率，效率高、加熱速度快、加熱時(shí)間短。

【附圖說(shuō)明】

[0014]圖1為本實(shí)用新型方法控制流程圖。
[0015]圖2為本實(shí)用新型加熱狀態(tài)下IGBT晶體管TUIGBT晶體管T2同時(shí)導(dǎo)通時(shí)電路原理圖。
[0016]圖3為本實(shí)用新型加熱狀態(tài)下IGBT晶體管TUIGBT晶體管T2同時(shí)斷開(kāi)時(shí)電路原理圖。
[0017]圖中:B1動(dòng)力電池組、BMS電池管理系統(tǒng)、TMS加熱控制系統(tǒng)、B2低壓電源、CVM電流電壓檢測(cè)單元、M保險(xiǎn)、U控制器、TlIGBT晶體管、T2IGBT晶體管、L電感、Dl 二極管、D2二極管、Ri電池內(nèi)阻、C集電極、E發(fā)射極、G柵極、箭頭表示回路中電流方向、SOC剩余電量。

【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例。
[0019]本實(shí)用新型實(shí)施例如圖2、圖3所示，電動(dòng)車(chē)動(dòng)力電池組低溫快速加熱系統(tǒng)，包括電池管理系統(tǒng)BMS、加熱控制系統(tǒng)TMS ；電池管理系統(tǒng)BMS包括電流電壓檢測(cè)單元CVM和電池母線(xiàn)保險(xiǎn)M ；電流電壓檢測(cè)單元CVM與動(dòng)力電池組BI的正極相連,測(cè)量動(dòng)力電池組BI總電壓；電池管理系統(tǒng)BMS對(duì)動(dòng)力電池組BI的電壓、電流、溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，計(jì)算剩余電量S0C,對(duì)動(dòng)力電池組BI進(jìn)行能量管理和熱量管理，同時(shí)進(jìn)行短路保護(hù)，防止動(dòng)力電池組BI因電流過(guò)大發(fā)生起火或爆炸；加熱控制系統(tǒng)TMS包括控制器U、第一個(gè)IGBT晶體管Tl、第二個(gè)IGBT晶體管T2、一個(gè)電感L、第一個(gè)二極管D1、第二個(gè)二極管D2 ;第一個(gè)IGBT晶體管Tl的集電極C、第一個(gè)二極管Dl的陰極經(jīng)過(guò)保險(xiǎn)M與動(dòng)力電池組BI正極連接；第一個(gè)IGBT晶體管Tl的發(fā)射極E、電感L的一端和第二個(gè)二極管D2的陰極連接；電感L的另一端、第一個(gè)二極管Dl的陽(yáng)極和第二個(gè)IGBT晶體管T2的集電極C連接，第二個(gè)IGBT晶體管T2的發(fā)射極E、第二個(gè)二極管D2的陽(yáng)極經(jīng)過(guò)電流電壓測(cè)量單元CVM與動(dòng)力電池組BI負(fù)極連接；控制器U與第一個(gè)IGBT晶體管Tl、第二個(gè)IGBT晶體管T2的柵極G相連接；控制器U、電流電壓檢測(cè)單元CVM與低壓電源B2相連接，通過(guò)低壓電源B2供電；控制器U的CAN總線(xiàn)接口通過(guò)CAN總線(xiàn)與電流電壓檢測(cè)單元CVM的CAN總線(xiàn)接口連接，由CAN總線(xiàn)實(shí)時(shí)通訊連接。
[0020]如圖2、圖3所示，瞬間短路由控制器U向兩個(gè)IGBT晶體管施加一個(gè)脈寬調(diào)制信號(hào)控制實(shí)現(xiàn)，控制器獲取當(dāng)前動(dòng)力電池組BI的溫度；控制器U向兩個(gè)IGBT晶體管施加一個(gè)脈寬調(diào)制信號(hào)，控制器U驅(qū)動(dòng)兩個(gè)IGBT晶體管同時(shí)導(dǎo)通或斷開(kāi)，控制回路中電流大小。
[0021]如圖2所示，控制器U向IGBT晶體管TUIGBT晶體管T2施加一個(gè)脈寬調(diào)制信號(hào)，在第一個(gè)IGBT晶體管Tl、第二個(gè)IGBT晶體管T2接通的過(guò)程中將電流儲(chǔ)存在電感L中，電流從動(dòng)力電池組BI正極，經(jīng)過(guò)電池母線(xiàn)保險(xiǎn)M、IGBT晶體管Tl、電感L、IGBT晶體管T2、電流電壓檢測(cè)單元CVM回到動(dòng)力電池組BI負(fù)極，此時(shí)電流上升。
[0022]如圖3所示，在IGBT晶體管TUIGBT晶體管T2斷開(kāi)時(shí)，電感L中的電流經(jīng)過(guò)二極管D1、保險(xiǎn)M、動(dòng)力電池組B1、電流電壓檢測(cè)單元CVM和二極管D2形成回路，電流泄放回動(dòng)力電池組BI，此時(shí)電流下降。
[0023]加熱控制系統(tǒng)TMS對(duì)動(dòng)力電池組BI進(jìn)行加熱控制；動(dòng)力電池組BI低溫快速加熱時(shí)，通過(guò)脈寬調(diào)制的方式，不斷地調(diào)整兩個(gè)IGBT晶體管的接通和斷開(kāi)狀態(tài)，保證電感L中的電流在低于母線(xiàn)保險(xiǎn)M限制的一個(gè)固定值上下波動(dòng)。電流反復(fù)經(jīng)過(guò)電池內(nèi)阻Ri產(chǎn)生熱量加熱動(dòng)力電池組BI，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力電池組BI快速加熱。
[0024]如圖1所示工作步驟如下:
[0025]加熱控制系統(tǒng)TMS通過(guò)CAN通信，獲取當(dāng)前動(dòng)力電池組BI信息步驟；
[0026]當(dāng)檢查動(dòng)力電池組BI剩余電量SOC高于正常工作的下限，并且動(dòng)力電池組BI最低電壓高于下限時(shí)，進(jìn)行動(dòng)力電池組BI溫度檢查步驟；否則，退出動(dòng)力電池組BI加熱過(guò)程步驟；
[0027]檢查動(dòng)力電池組BI溫度低于正常工作溫度下限，進(jìn)行動(dòng)力電池組BI加熱過(guò)程步驟；否則，退出動(dòng)力電池組BI加熱過(guò)程步驟；
[0028]進(jìn)入動(dòng)力電池組BI加熱過(guò)程步驟；
[0029]加熱過(guò)程中，檢查動(dòng)力電池組BI剩余電量SOC過(guò)低、電流過(guò)大或動(dòng)力電池組BI最低模塊電壓低于下限，或者動(dòng)力電池組BI溫度已達(dá)到大于動(dòng)力電池組BI工作溫度下限的一個(gè)固定值時(shí)，斷開(kāi)第一個(gè)IGBT晶體管Tl、第二個(gè)IGBT晶體管T2，退出動(dòng)力電池組BI加熱過(guò)程步驟；否則，返回循環(huán)進(jìn)行動(dòng)力電池組BI加熱過(guò)程步驟。如果電流超過(guò)電池母線(xiàn)保險(xiǎn)M的限制，電池母線(xiàn)保險(xiǎn)M即刻熔斷，切斷回路，以防止動(dòng)力電池組BI出現(xiàn)過(guò)熱著火等安全問(wèn)題。
[0030]本實(shí)用新型【具體實(shí)施方式】并非窮舉，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，任何不經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性勞動(dòng)所作出的變換應(yīng)本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種電動(dòng)車(chē)動(dòng)力電池組低溫快速加熱系統(tǒng)，包括電池管理系統(tǒng)、加熱控制系統(tǒng)；電池管理系統(tǒng)包括電流電壓檢測(cè)單元和電池母線(xiàn)保險(xiǎn)；電流電壓檢測(cè)單元與動(dòng)力電池組的正極相連；其特征在于:加熱控制系統(tǒng)包括控制器、兩個(gè)IGBT晶體管、電感、兩個(gè)二極管；第一個(gè)IGBT晶體管的集電極、第一個(gè)二極管的陰極經(jīng)過(guò)母線(xiàn)保險(xiǎn)與動(dòng)力電池組正極連接；第一個(gè)IGBT晶體管的發(fā)射極、電感的一端和第二個(gè)二極管的陰極連接；電感的另一端、第一個(gè)二極管的陽(yáng)極和第二個(gè)IGBT晶體管的集電極連接，第二個(gè)IGBT晶體管的發(fā)射極、第二個(gè)二極管的陽(yáng)極經(jīng)過(guò)電流電壓測(cè)量單元與動(dòng)力電池組負(fù)極連接；控制器與兩個(gè)IGBT晶體管的柵極相連接；控制器、電流電壓檢測(cè)單元與低壓電源相連接，通過(guò)低壓電源供電；控制器的CAN總線(xiàn)接口通過(guò)CAN總線(xiàn)與電流電壓檢測(cè)單元的CAN總線(xiàn)接口連接，由CAN總線(xiàn)實(shí)時(shí)通訊連接。
【文檔編號(hào)】H01M10-48GK204289647SQ201420727398
【發(fā)明者】孫永樂(lè), 王微, 周鑫, 韓笑, 陳洪斌 [申請(qǐng)人]富奧汽車(chē)零部件股份有限公司