專利名稱：一種鋰離子電池組充電加熱系統(tǒng)和加熱方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種鋰離子電池組低溫充電加熱系統(tǒng)和加熱方法。
背景技術(shù)：
鋰離子電池在低溫充電時(shí)，鋰離子在負(fù)極容易出現(xiàn)枝晶現(xiàn)象，隨著枝晶的長(zhǎng)大，會(huì)刺破電池正負(fù)極之間的隔膜，形成短路，造成很大危險(xiǎn)。目前對(duì)鋰離子電池的加熱方法，多是采用外部加熱，這樣電池受熱不均，仍然會(huì)有析鋰現(xiàn)象發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提出一種鋰離子電池組充電加熱系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括充電回路、放電回路、電池組、放電開關(guān)、充電開關(guān)，所述的充電回路包括充電裝置、充電開關(guān)和電池組，所述的放電回路包括外部加熱裝置、放電開關(guān)和電池組；所述充電裝置包含充電設(shè)備控制模塊、溫度采樣模塊、開關(guān)控制模塊，電池管理系統(tǒng)分別與該充電設(shè)備控制模塊、溫度采樣模塊、開關(guān)控制模塊連接通訊，對(duì)各模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和控制。作為本發(fā)明的進(jìn)一步特征，所述外部加熱裝置包含有電熱毯或電阻絲或PTC。作為本發(fā)明的進(jìn)一步特征，所述充電裝置包含充電機(jī)或電子負(fù)載。作為本發(fā)明的進(jìn)一步特征，所述充電開關(guān)和放電開關(guān)為PMOS或NMOS或繼電器。作為本發(fā)明的進(jìn)一步特征，所述電池管理系統(tǒng)和充電設(shè)備控制模塊之間的通訊方式采用CAN或LIN或RS485或RS232。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明還提出一種鋰離子電池組充電加熱方法，包括以下步驟I)溫度采樣模塊對(duì)鋰離子電池組的溫度進(jìn)行采樣，當(dāng)采樣得到的溫度小于設(shè)定值tempi時(shí)，電池組自動(dòng)進(jìn)入低溫加熱模式，根據(jù)當(dāng)前電池組SOC和溫度值設(shè)定放電回路工作時(shí)間Tl、充電回路工作時(shí)間T2和放電電流I1、充電電流12，使IlXTl = I2XT2，確保電池組的SOC維持恒定；2)在低溫加熱模式下，首先閉合放電開關(guān)K1，使放電回路工作時(shí)間Tl，放電電流為II，利用電池組的放電發(fā)熱，對(duì)電池進(jìn)行內(nèi)部加熱，同時(shí)接通了外部加熱裝置，對(duì)電池進(jìn)行外部加熱，持續(xù)時(shí)間Tl，斷開開關(guān)K1，放電回路停止工作；然后閉合充電開關(guān)K2，使充電回路工作時(shí)間T2，充電裝置以充電電流12給電池組充電，補(bǔ)充電池組因放電降低的S0C。3)完成一次放電充電過(guò)程，對(duì)電池組溫度進(jìn)行一次判定，如果溫度T大于等于設(shè)定值tempi,退出低溫加熱模式,進(jìn)入正常充電模式。作為本發(fā)明的進(jìn)一步特征，當(dāng)?shù)蜏丶訜崮Ｊ綍r(shí)，充電回路和放電回路交替工作，工作時(shí)間T1、T2和工作電流I1、12可根據(jù)SOC和溫度的變化自動(dòng)調(diào)整。由于采用以上技術(shù)方案，本發(fā)明的一種鋰離子電池組充電發(fā)熱系統(tǒng)和加熱方法，通過(guò)放電回路和充電回路的循環(huán)工作，對(duì)電池組內(nèi)部和外部同時(shí)加熱，使電池受熱均勻，同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高，有效的解決了電池組低溫加熱充電問(wèn)題。


圖1為本發(fā)明的鋰離子電池組充電加熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框2為本發(fā)明的鋰離子電池組加熱功能框3為本發(fā)明的鋰離子電池組加熱方法的流程圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明的實(shí)施方式。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。如圖1所示，本發(fā)明鋰離子電池組充電加熱系統(tǒng)包括充電回路、放電回路、電池組12、放電開關(guān)15、充電開關(guān)14。充電回路包括充電裝置11、充電開關(guān)14和電池組12，放電回路包括外部加熱裝置裝置13、放電開關(guān)15和電池組12。充電裝置11可以由充電機(jī)或電子負(fù)載等設(shè)備組成，電池組12由多個(gè)電池單體串并聯(lián)組成，電池組內(nèi)阻為R1，外部加熱裝置13由電熱毯等組成，其電阻為R2。Kl為放電回路開關(guān)，K2為充電回路開關(guān)。圖2為本發(fā)明鋰離子電池組充電加熱系統(tǒng)功能框圖，該加熱系統(tǒng)主要功能分為3個(gè)功能模塊。充電設(shè)備控制模塊21，溫度采樣模塊22和開關(guān)控制模塊23。BMS(電池管理系統(tǒng))20為整個(gè)系統(tǒng)的CPU，對(duì)各功能模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和控制。模塊20與模塊21之間的通訊可以但不限于選用CAN、LIN、RS485、RS232等通訊方式。溫度采樣模塊22采集的溫度數(shù)據(jù)傳送至模塊20進(jìn)行計(jì)算處理，由模塊20對(duì)溫度進(jìn)行比較，并做出判定是否進(jìn)入低溫加熱模式。圖3為本發(fā)明充電加熱方法的流程圖，在塊30中，當(dāng)電池管理系統(tǒng)20收到充電指令時(shí)，進(jìn)入塊31對(duì)溫度進(jìn)行判斷如果當(dāng)前溫度T大于等于設(shè)定值tempi，電池組直接進(jìn)入塊35正常充電模式；如果當(dāng)前溫度T小于tempi，電池組進(jìn)入低溫加熱模式36。正常充電模式下，圖2中的電池管理系統(tǒng)20根據(jù)電池組當(dāng)前SOC和單體電壓、溫度等信息對(duì)充電設(shè)備控制模塊21進(jìn)行設(shè)置，并且監(jiān)測(cè)整個(gè)充電過(guò)程，實(shí)時(shí)上報(bào)電池組相關(guān)的單體電壓、電流溫度、SOC等相關(guān)數(shù)據(jù)，出現(xiàn)異常會(huì)及時(shí)上報(bào)故障并切斷充電設(shè)備。低溫加熱模式下，在塊32中BMS首先根據(jù)當(dāng)前SOC和溫度T，對(duì)放電時(shí)間Tl、充電時(shí)間T2和放電電流I1、充電電流12進(jìn)行設(shè)定，使IlXTl = I2XT2，確保電池組充入和放出的電量相等，使SOC維持恒定。然后放電階段33和充電階段34依次工作。放電階段33中，放電回路工作，閉合放電開關(guān)15，斷開充電開關(guān)14，放電回路工作時(shí)間為Tl，此時(shí)放電電流為II，外部加熱裝置13同時(shí)工作。電池組接收的熱量由兩部分組成，內(nèi)部熱量Ql和外部熱量Q2，電池組放出的安時(shí)為Wl。其中Ql = I 12 X Rl X TlQ2 = I12XR2XT1Wl = TlXTl充電階段34中，充電回路工作，斷開放電開關(guān)15，閉合充電開關(guān)14，充電回路工作時(shí)間為T2，此時(shí)充電電流為12，充電裝置對(duì)電池組充電。電池組產(chǎn)生的熱量Q3，電池組充入的安時(shí)為W2。其中Q3 = 122 X Rl X Τ2W2 = Ι2ΧΤ2其中Wl = W2,電池組放出和充入的電量相等，保證了電池組12的SOC不會(huì)降低。運(yùn)行完一次放電階段和充電階段后，電池組接收的總熱量為Q，其由Q = Q1+Q2+Q3每次充電階段34結(jié)束，系統(tǒng)會(huì)轉(zhuǎn)移到塊31，BMS會(huì)對(duì)溫度進(jìn)行一次判斷，如果溫度達(dá)到設(shè)定值tempi，退出低溫加熱模式，否則循環(huán)執(zhí)行31 — 32 — 33 — 34。當(dāng)然，上述說(shuō)明并非對(duì)本技術(shù)方案的限制，任何在該技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)上的變化、修訂、延伸均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池組充電加熱系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括充電回路、放電回路、電池組、放電開關(guān)、充電開關(guān)，所述的充電回路包括充電裝置、充電開關(guān)和電池組，所述的放電回路包括外部加熱裝置、放電開關(guān)和電池組；所述充電裝置包含充電設(shè)備控制模塊、溫度采樣模塊、開關(guān)控制模塊，電池管理系統(tǒng)分別與該充電設(shè)備控制模塊、溫度采樣模塊、開關(guān)控制模塊連接通訊，對(duì)各模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱系統(tǒng)，其特征在于所述外部加熱裝置包含有電熱毯或電阻絲或PTC。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的加熱系統(tǒng)，其特征在于所述充電裝置包含充電機(jī)或電子負(fù)載。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的加熱系統(tǒng)，其特征在于充電開關(guān)和放電開關(guān)為PMOS或NMOS或繼電器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的加熱系統(tǒng)，其特征在于所述電池管理系統(tǒng)和充電設(shè)備控制模塊之間的通訊方式采用CAN或LIN或RS485或RS232。
6.一種利用權(quán)利要求5中所述的加熱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的鋰離子電池組充電加熱方法，其特征在于包括以下步驟 1)溫度采樣模塊對(duì)鋰離子電池組的溫度進(jìn)行采樣，當(dāng)采樣得到的溫度小于設(shè)定值時(shí)，電池組自動(dòng)進(jìn)入低溫加熱模式，根據(jù)當(dāng)前電池組SOC和溫度值設(shè)定放電回路工作時(shí)間Tl、充電回路工作時(shí)間T2和放電電流I1、充電電流12，使IlXTl = I2XT2，確保電池組的SOC維持恒定； 2)在低溫加熱模式下，首先閉合放電開關(guān)，使放電回路工作時(shí)間Tl，放電電流為II，利用電池組的放電發(fā)熱，對(duì)電池進(jìn)行內(nèi)部加熱，同時(shí)接通了外部加熱裝置，對(duì)電池進(jìn)行外部加熱，持續(xù)時(shí)間Tl，斷開放電開關(guān)，放電回路停止工作；然后閉合充電開關(guān)，使充電回路工作時(shí)間T2，充電裝置以充電電流12給電池組充電，補(bǔ)充電池組因放電降低的S0C。
3)完成一次放電充電過(guò)程，對(duì)電池組溫度進(jìn)行一次判定，如果溫度T大于等于設(shè)定值，退出低溫加熱模式，進(jìn)入正常充電模式。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的充電加熱方法，其特征在于當(dāng)?shù)蜏丶訜崮Ｊ綍r(shí)，充電回路和放電回路交替工作，工作時(shí)間Tl、T2和工作電流I1、12根據(jù)SOC和溫度的變化自動(dòng)調(diào)整。
全文摘要
本發(fā)明公開一種鋰離子電池組充電加熱系統(tǒng)和加熱方法，是針對(duì)鋰離子電池組低溫加熱問(wèn)題所提出的，所述方法中在鋰離子電池組低溫充電時(shí)采用的加熱方式是通過(guò)電池組放電和外部加熱裝置同時(shí)工作，電池組內(nèi)部和外部同時(shí)加熱，加熱效率高，加熱時(shí)間短。通過(guò)充電回路的工作，補(bǔ)充因放電所損失的SOC，電池管理系統(tǒng)對(duì)整個(gè)流程中的充放電時(shí)間、充放電電流、溫度、SOC等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、監(jiān)控和處理等。
文檔編號(hào)H01M10/50GK103051026SQ20121056380
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月21日
發(fā)明者魏學(xué)哲, 陳金干, 韓豫萍, 阮繼兵, 靳國(guó)強(qiáng), 曾群欣 申請(qǐng)人:上海恒動(dòng)汽車電池有限公司