混合動力車輛電池系統(tǒng)低溫調(diào)控裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種混合動力車輛電池系統(tǒng)低溫調(diào)控裝置，其包括動力電池、電池管理系統(tǒng)、電源分配單元和車載蓄電池，其結(jié)構(gòu)特點是所述電源分配單元和蓄電池之間連接有雙向DCDC變換器，所述車載蓄電池上連接有電壓采集模塊，動力電池包內(nèi)設(shè)有溫度傳感器，上述電壓采集模塊和溫度傳感器均電連接在電池管理系統(tǒng)的信號輸入端上，電池管理系統(tǒng)的控制輸出端分別向電源分配單元和雙向DCDC變換器發(fā)送PDU通斷信號和DCDC換向信號。本實用新型替代了復(fù)雜的外部加熱結(jié)構(gòu)且整體結(jié)構(gòu)簡單、控制方便，保證了電池的高效能。
【專利說明】混合動力車輛電池系統(tǒng)低溫調(diào)控裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及混合動力車輛電池系統(tǒng)，具體的說是一種混合動力車輛電池系統(tǒng)低溫調(diào)控裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]動力電池是混合動力電動汽車最為關(guān)鍵的部件，電池的性能、壽命等決定了整車的成本和性能。因此采取積極的措施發(fā)揮動力電池的性能具有重要意義。在所有的環(huán)境因素中，溫度對電池的充放電性能影響最大。如果溫度過低，電池的反應(yīng)率也降低，電解液內(nèi)離子傳送速度減慢，電池的充、放電電流就會降低，功率輸出也會下降。以磷酸鐵鋰動力電池為例，在零下20°C只能保持60 - 65%能量，在零下40°C電壓會迅速衰減。如果對低溫狀態(tài)下的動力電池進行大功率的充放電，對電池?fù)p壞極大。
[0003]目前多采用外部加熱的方法來給低溫環(huán)境狀態(tài)下的動力電池加熱保溫。例如將熱空氣引入到動力電池包中、采用加熱板加熱、采用發(fā)熱線纏繞加熱和采用電熱膜包覆加熱等。其中，將空氣加熱后引入到電池包，由于電池包中流速及空間的限制，且氣態(tài)空氣將熱量傳導(dǎo)到固態(tài)電池上效率較低，且各處流速不均，很難保證均勻傳熱；采用加熱板或發(fā)熱線加熱一般也是從電池底部或頂部對電池單體進行加熱，加熱效率也相對較低。無論是通過熱空氣還是加熱板、加熱線的方式都需要增加復(fù)雜的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，占用了過多的車內(nèi)空間并增加了額外的成本。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種混合動力車輛電池系統(tǒng)低溫調(diào)控裝置，該裝置能完全替代動力電池的外部加熱，且整體結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，有利于電池的高效能使用。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型的混合動力車輛電池系統(tǒng)低溫調(diào)控裝置包括動力電池、電池管理系統(tǒng)、電源分配單元和車載蓄電池，其結(jié)構(gòu)特點是所述電源分配單元和蓄電池之間連接有雙向DCDC變換器，所述車載蓄電池上連接有電壓采集模塊，動力電池包內(nèi)設(shè)有溫度傳感器，上述電壓采集模塊和溫度傳感器均電連接在電池管理系統(tǒng)的信號輸入端上，電池管理系統(tǒng)的控制輸出端分別向電源分配單元和雙向Drac變換器發(fā)送PDU通斷信號和D⑶C換向信號。
[0006]采用上述結(jié)構(gòu)，利用雙向D⑶C變換器將動力電池和車載蓄電池組成充放電回路，電池管理系統(tǒng)根據(jù)動力電池的溫度和車載蓄電池的電壓，判斷并控制充放電回路的通斷，由于電池在充放電過程均產(chǎn)生熱量，利用充放電過程產(chǎn)生的熱量對動力電池或蓄電池自身進行加熱，從根本上保證了電池自身溫度始終在其合理范圍內(nèi)，同時，在低溫環(huán)境下既保證了電池的高效能，又保護電池在低溫大電流情況下不受損壞。
[0007]所述電源分配單元內(nèi)在蓄電池的供電線路上設(shè)有蓄電池接觸器，所述蓄電池接觸器與電池管理系統(tǒng)的控制輸出端電連接。[0008]所述動力電池的主供電線路上設(shè)有主接觸器，所述主接觸器與電池管理系統(tǒng)電連接。
[0009]綜上所述，本實用新型替代了復(fù)雜的外部加熱結(jié)構(gòu)且整體結(jié)構(gòu)簡單、控制方便，保證了電池的高效能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細(xì)說明:
[0011]圖1為本實用新型的原理結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0012]參照附圖，本實用新型的混合動力車輛電池系統(tǒng)低溫調(diào)控裝置包括動力電池1、電池管理系統(tǒng)2、電源分配單元3和車載蓄電池4，電源分配單元3和蓄電池4之間連接有雙向DCDC變換器5，通過雙向DCDC變換器將動力電池和車載蓄電池組成充放電回路。車載蓄電池4上連接有電壓采集模塊6，動力電池I包內(nèi)設(shè)有溫度傳感器7。動力電池I 一般會放置在電池包內(nèi)，因此溫度傳感器7設(shè)在電池包內(nèi)，用于實時檢測電池包內(nèi)的溫度。上述電壓采集模塊6和溫度傳感器7均電連接在電池管理系統(tǒng)2的信號輸入端上，電池管理系統(tǒng)2的控制輸出端分別向電源分配單元3和雙向D⑶C變換器5發(fā)送PDU通斷信號和DCDC換向信號。
[0013]參照附圖，電源分配單元3內(nèi)在車載蓄電池4供電線路上設(shè)有蓄電池接觸器8，蓄電池接觸器8與電池管理系統(tǒng)2的控制輸出端電連接，即由電池管理系統(tǒng)發(fā)來的PDU通斷信號控制蓄電池接觸器8的通斷。動力電池I與電源分配單元3之間通過主供電線路連接，動力電池I的主供電線路上設(shè)有主接觸器9，主接觸器9包括主正接觸器和主負(fù)接觸器，主接觸器9與電池管理系統(tǒng)2電連接。電池管理系統(tǒng)2可通過切斷主接觸器9來切斷整個動力電池I的供電。
[0014]本實用新型的原理基于電池的熱數(shù)學(xué)模型，在電池的熱數(shù)學(xué)模型中都涉及到了電池內(nèi)部單位體積的熱生成率。以鋰離子電池為例,其內(nèi)部產(chǎn)生的熱量主要是由三部分組成:反應(yīng)熱Qp極化熱Qp、焦耳熱Qj。Qr表示電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的熱量，這部分熱量在充電時為負(fù)值，在放電時為正值。極化熱Qp指電池在充放電過程中，由于電池的極化，電池的平均電壓會與開路電壓有所偏差，而導(dǎo)致產(chǎn)生的熱量，這部分熱量在充放電的時候都為正值。Qj表示焦耳熱，這部分熱量是由于電池內(nèi)部存在電阻而產(chǎn)生的，在充放電的過程中這部分熱量都為正值。
[0015]反應(yīng)熱Q1.= 0.1 MQI
[0016]式中:Q為化學(xué)反應(yīng)過程正負(fù)極產(chǎn)熱量代數(shù)和，I為放電電流。
[0017]極化熱Qp = I2Rpd
[0018]Rpd為極化內(nèi)阻。
[0019]Rtd = Rpd + Re式中:Re為電子流動過程中的內(nèi)阻；Rtd為電池放電過程中的總電阻。
[0020]焦耳熱Qj = I2Re
[0021]電池總發(fā)熱量Qz= Qr + Qp + Qj
[0022]由于反應(yīng)熱在充電時為負(fù)值，在放電時為正值，因此電池在放電過程中的熱生成率要大于充電過程中的熱生成率，從而導(dǎo)致放電時電池溫度要比充電時電池的溫度高。電池的正電極反應(yīng)表現(xiàn)出較大的放熱效應(yīng)，同時負(fù)電極反應(yīng)表現(xiàn)出較小的吸熱效應(yīng)，所以綜合正負(fù)單電極反應(yīng)熱效應(yīng)，電池在充放電過程中的總反應(yīng)中呈現(xiàn)放熱效應(yīng)。
[0023]基于上述分析，本實用新型充分利用電池的充放電過程產(chǎn)生的熱量，對電池組進行自加熱，來取代外部加熱，從根本上保證電池單體的溫度。通過動力電池I與24V/12V車載蓄電池4間進行實時的充放電，電池利用充放電所產(chǎn)生的熱量來實現(xiàn)自身的溫度的提升，保證低溫環(huán)境下電池自身溫度維持在理想的范圍內(nèi)。
[0024]在本實用新型的控制方案中，不妨設(shè)動力電池I給車載蓄電池4充電為正向?qū)ǎ囕d蓄電池4給動力電池I充電為反向?qū)?。電池管理系統(tǒng)2采集并實時監(jiān)測動力電池I的溫度信號T及車載蓄電池4的電壓信號U，并根據(jù)采集及監(jiān)控數(shù)據(jù)控制充電電路的通斷及方向:
[0025](I)當(dāng)檢測到動力電池溫度信號低于加熱閾值h而蓄電池電壓信號亦低于蓄電池充電設(shè)定閾值U。時，BMS發(fā)送指令信號，動力電池主正、主負(fù)接觸器及PDU內(nèi)接觸器閉合，雙向DCDC變換器內(nèi)動力電池到蓄電池單向?qū)?，充電電路正向?qū)ǎ瑒恿﹄姵丶靶铍姵赝ㄟ^充放電過程中產(chǎn)生的熱量來實現(xiàn)自身的加熱。
[0026]a.動力電池溫度升高到設(shè)定限值tmax時，BMS發(fā)出指令，主接觸器及雙向D⑶C變換器斷開，充電停止，電池內(nèi)部隨即停止發(fā)熱。
[0027]b.蓄電池電壓被充電達到充電設(shè)定最大值Umax，而動力電池溫度未升高到設(shè)定限制tmax，充電電路反向?qū)?，繼續(xù)為動力電池加熱，直到電池溫度達到設(shè)定值tmax。
[0028](2)當(dāng)檢測到動力電池溫度信號低于設(shè)定閾值&，而蓄電池電壓高于閾值Umax時，BMS控制電路反向?qū)ā?br> [0029]a.動力電池溫度升高到設(shè)定限值tmax時，BMS發(fā)出指令，接觸器及雙向D⑶C變換器斷開，充電停止，電池內(nèi)部隨即停止發(fā)熱。
[0030]b.蓄電池電壓放電達到設(shè)定最小值Umin，而動力電池溫度未升高到設(shè)定限制tmax，充電電路正向?qū)?，動力電池放電對自身加熱，直到動力電池溫度達到設(shè)定值tmax。
[0031](3)當(dāng)動力電池溫度低于設(shè)定閾值h，蓄電池放電達到設(shè)定最小值Uniin，動力電池電壓亦低于其放電閾值，BMS會限制或禁止動力電池功率輸出，必須對動力電池充電后使用，外部充電同樣會提升電池自身溫度。在此種情況下，動力電池利用外部充電完成對電池自身加熱。
[0032]綜上所述，本實用新型不限于上述【具體實施方式】。本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍的前提下，可做若干的更改和修飾。本實用新型的保護范圍應(yīng)以本實用新型的權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種混合動力車輛電池系統(tǒng)低溫調(diào)控裝置，包括動力電池(I)、電池管理系統(tǒng)(2)、電源分配單元(3 )和車載蓄電池(4)，其特征是所述電源分配單元(3 )和蓄電池(4)之間連接有雙向D⑶C變換器(5 )，所述車載蓄電池(4 )上連接有電壓采集模塊(6 )，動力電池(I)包內(nèi)設(shè)有溫度傳感器(7 )，上述電壓采集模塊(6 )和溫度傳感器(7 )均電連接在電池管理系統(tǒng)(2)的信號輸入端上，電池管理系統(tǒng)(2)的控制輸出端分別向電源分配單元(3)和雙向D⑶C變換器(5)發(fā)送PDU通斷信號和D⑶C換向信號。
2.如權(quán)利要求1所述的混合動力車輛電池系統(tǒng)低溫調(diào)控裝置，其特征是所述電源分配單元(3 )內(nèi)在車載蓄電池(4 )供電線路上設(shè)有蓄電池接觸器(8 )，所述蓄電池接觸器(8 )與電池管理系統(tǒng)(2)的控制輸出端電連接。
3.如權(quán)利要求1所述的混合動力車輛電池系統(tǒng)低溫調(diào)控裝置，其特征是所述動力電池(!)的主供電線路上設(shè)有主 接觸器(9)，所述主接觸器(9)與電池管理系統(tǒng)(2)電連接。
【文檔編號】H01M10/657GK203521558SQ201320644805
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年10月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月19日
【發(fā)明者】韓爾樑, 郗富強, 劉信奎, 潘鳳文, 孫國治 申請人:濰柴動力股份有限公司