[發明專利]實現內外部聯合加熱的鋰離子動力電池系統及控制方法

有效

• 申請號: 202011254675.0
• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN112382806B
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 熊瑞;孫萬洲;楊瑞鑫;李幸港
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H01M10/615
• 分類號: H01M10/615;H01M10/637;H01M10/6571;H01M10/633
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務所 11430
• 代理人: 范盈

實現內外部聯合加熱的鋰離子動力電池系統及控制方法，通過內外部聯合加熱方法在低溫環境下對電池進行加熱，充分利用電池自加熱過程中放出的能量，實現電池在低溫環境下的快速加熱。同時，通過控制加熱模塊中的電流調整模塊調整加熱過程中的開關通斷頻率和電流通斷時間、通過電阻調節開關選擇多回路加熱膜中的不同加熱電阻回路等，實現電池在低溫加熱過程中的加熱速率快、加熱過程耗能小、加熱過程對電池壽命和安全性影響小等目標需求。

技術領域

本發明屬于鋰離子動力電池技術領域，具體涉及一種能夠在低溫環境下實現內外部聯合加熱的鋰離子動力電池及其加熱控制方法。

背景技術

由于鋰離子動力電池性能在低溫環境下急劇下降，因此現有電動載運工具在低溫環境下啟動運行時，都需要對動力電池系統進行加熱，以使之達到合適的工作溫度?，F有技術中常用的加熱手段主要有內部加熱、外部加熱和內外部聯合加熱三種。譬如，專利CN211320267U公開了一種用于電池模塊的外部加熱方法，通過在電池模塊長度方向設置加熱膜對電池進行低溫加熱。由于該方案中加熱膜設置在電池側面，與電池接觸面較小，只通過外部加熱方法進行加熱時加熱效果有限。專利CN111261979A公開了一種低溫自控內加熱動力電池，將加熱膜嵌入電池內部并與電池陽極片和陰極片連接，通過外部溫控開關控制加熱回路的通斷，低溫時溫控開關閉合，加熱膜導通發熱從電池內部對其進行加熱。但是該方法沒有結合其他一些必要的控制手段，加熱模式固定，且未考慮加熱過程的能耗以及其對電池壽命安全的影響。專利CN111216600A公開了一種使用功率控制模塊控制，通過調節電池自加熱時的電流頻率和開關通斷時間來調節加熱速度和加熱功率，實現變功率加熱。但由于所使用的加熱膜阻抗恒定，無法有效調節外部加熱膜與電池自產熱之間的功率分配。

因此，本領域中尚缺乏在低溫環境下加熱溫升速率高、能耗小，且對動力電池本身壽命安全性影響小的動力電池加熱結構和相應的控制方式。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種實現內外部聯合加熱的鋰離子動力電池系統，由以下部件組成：

鋰離子動力電池組、加熱控制模塊、可變電阻加熱膜、數據采集模塊、電流調整模塊、加熱膜電阻調節開關、外部加熱源、加熱回路開關以及電池管理系統；

其中，可變電阻加熱膜具有多條不同阻值的加熱回路，與所述加熱膜電阻調節開關配合切換不同回路；

所述數據采集模塊采集所述鋰離子動力電池組的電流、電壓和溫度數據，并將溫度數據提供給所述電池管理系統；所述電池管理系統基于當前SOC和溫度數據通過控制加熱控制模塊控制加熱回路開關，用于開啟或關閉加熱功能；電池管理系統還基于SOC和溫度數據為所述加熱控制模塊提供控制信號參數；

所述電流調整模塊基于加熱控制模塊提供的控制信號參數調整電流通斷時間和開關頻率；所述加熱控制模塊基于控制信號參數對加熱電阻調節開關進行控制，結合電流調整模塊的控制使可變電阻加熱膜產生需要的加熱總功率和加熱速率；

所述外部電源用于當電池不滿足自加熱條件時給可變電阻加熱膜供電，通過加熱膜對電池進行加熱。

進一步地，加熱控制模塊通過控制電流調整模塊開關閉合時間控制總加熱功率、通過控制開關通斷頻率控制加熱速度、通過選擇外部加熱電阻大小控制內外部加熱功率分配。

進一步地，所述電流調整模塊為MOSFET或其他具有通斷功能的電子元器件。

進一步地，所述加熱膜為柔性加熱膜，可以依據不同的電池形狀如圓柱形電池、方形電池、軟包電池等制成不同的形狀，包覆在電池單體、電池模組等外表面。

進一步地，所述可變電阻加熱膜中包含多條阻值不同的發熱電阻絲。

相應地，本發明還提供了一種實現內外部聯合加熱的鋰離子動力電池系統控制方法，具體包括以下步驟：

步驟1)：系統初始化；