[发明专利]电池加热电路

说明书

技术领域

本发明涉及电池热管理技术领域，更具体地说，涉及低温环境下的电池加热技术领域。

背景技术

锂离子电池以其比功率高、能力密度大、寿命长、自放电率低和贮藏时间长等优点，已逐步取代其他电池成为主要的车用动力电池。虽然锂离子电池有许多优点，但是在低温下锂离子电池的充放电性能存在较大问题，这对电动汽车的使用性能，尤其是低温环境下电动汽车的使用性能产生较大影响。一方面，低温降低了电动汽车的续驶里程，因为低温下电池锂离子扩散速率下降，电池放电很快就达到截止电压，电池的可用能量降低，电动汽车的续航里程衰减。另一方面，低温严重影响了电池的充电安全性和充电时间，低温充电时，电池电压很快达到电池的最大截止电压，很可能引起电池瞬间电压过充，造成电池内部析锂，引发电池短路，增大电池安全性风险。目前低温下一般对电池进行限电流充电，大大延长了充电时间，使得用户体验显著下降。

我国地域辽阔，存在大量平均温度较低的地区，低温地区的用户使用电动车时会显著受到低温下电池充电性能的影响。为了改善电池在低温下的充电性能，一般都会考虑在低温环境中对电池进行加热，将电池温度提升至合适的温度后再对电池进行充电。目前在电池低温加热领域主要采取的方式有外部加热法和内部加热法。外部加热主要有流体换热、电阻丝加热、电加热膜加热等，这类加热方法在加热的同时存在加热缓慢、效率低、电池内外温度梯度大等缺点。内部加热法主要有电池放电加热和电池交流充电加热，电池放电加热无法维持电池的SOC。而电池交流充电加热由于加热迅速、效率高等优点非常适合电池加热。

发明内容

本发明揭示了一种电池加热电路，在低温环境下通过高频充放电对电池进行加热。

根据本发明的一实施例，提出一种电池加热电路，包括：温度传感器、电池管理装置和充电电路。温度传感器安装在电池包内，温度传感器检测电池包的实时温度并发送温度信号。电池管理装置与温度传感器连接，电池管理装置接收温度传感器发送的温度信号。充电电路与电池管理装置连接。其中，电池管理装置将温度信号与临界温度相比较，温度信号低于或等于临界温度，电池管理装置控制充电电路工作于高频加热模式，充电电路为电池包加热；温度信号高于临界温度，电池管理装置控制充电电路工作于充电模式，为电池包充电。

在一个实施例中，充电电路包括充电机和加热电路，加热电路包括电池充电电路、电池充电续流电路、电池放电电路和电池放电续流电路。

在一个实施例中，电池管理装置控制充电电路工作于高频加热模式，电池充电电路和电池放电电路以高频交替导通和断开，电池包高频充放电以进行加热，电池管理装置控制充电电路工作于充电模式，电池充电电路始终导通而电池放电电路始终断开，电池包进行连续充电。

在一个实施例中，加热电路包括：电容、第一开关管和第二开关管、第一二级管和第二二极管、第一电感和第二电感，加热电路嵌入充电机的输出端和电池包之间。

在一个实施例中，电容、第一开关管、第一电感和第二电感、以及电池包串联，构成电池充电电路。第二二极管、第一电感和第二电感、以及电池包串联，构成电池充电续流电路。第二开关管、第一电感和第二电感、以及电池包串联，构成电池放电电路。电容、第一二极管、第一电感和第二电感、以及电池包串联，构成电池放电续流电路。

在一个实施例中，电池管理装置包括加热控制器和驱动电路。驱动电路连接到第一开关管和第二开关管，驱动电路控制第一开关管和第二开关管的导通和断开。加热控制器根据电池管理装置确定的工作模式向驱动电路发送控制信号，在高频加热模式，加热控制器采样电池包的充放电电流，通过滞环比较器和驱动电路向第一开关管和第二开关管发送互补的驱动信号，第一开关管和第二开关管以高频交替导通和断开，电池包以高频充放电，在充电模式，控制单元通过驱动电路控制第一开关管始终导通、第二开关管始终断开，电池包连续充电。

在一个实施例中，第一开关管和第二开关管是MOSFET或IGBT。

本发明主要具有以下有益效果：

在充电机电路中嵌入了一种交流高频加热电路，充电机可以实现电池的低温加热功能，同时不影响充电机的正常充电功能。低温下首先开启低温交流加热模式，对电池进行交流高频加热，并有效的避免了电池低温充电时枝晶的形成，提高了电池充电安全性，且不会对电池寿命造成衰减。

选用的电容和电感能够与电池进行能量交换，电路不额外消耗能量，仅利用电池内阻在交流充放电时产生的热量对电池进行自内而外的加热，能量损耗小，效率高，温升速度快，在电池升温过程中整个电池温度一致性高。