一种锂离子电池低温内外组合加热装置及方法制造方法及图纸

技术编号:19433080 阅读:3 留言:0更新日期:2018-11-14 12:14
本发明专利技术涉及一种锂离子电池低温内外组合加热装置,包括在锂离子电池正负极之间相互并联的外部加热模块与内部加热模块,外部加热模块包括依次串联连接的第一开关、IGBT模块及外部加热板且IGBT模块被引入PWM控制信号并接受PWM控制信号控制,内部加热模块包括串联连接的第二开关及交流电源,通过所述第一开关、第二开关各自的开启与关闭分别控制外加热过程与内加热过程的状态,内部加热模块利用交流电源产生特定频率的交流电流,再结合PWM控制信号占空比的改变控制IGBT模块的导通与关断的时间占比进而控制外加热过程和内加热过程的加热功率分配比例以达到对锂离子电池的低温内外组合加热。该装置结构简单、加热效果好,还能调整加热功率分配比例实现最优加热。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池低温内外组合加热装置及方法
本专利技术涉及电池加热
,具体涉及一种锂离子电池低温内外组合加热装置及方法。
技术介绍
近年来,由于全球石油资源的枯竭和环境的恶化,新能源利用和研究成为各国未来发展的重点,发展新能源汽车是世界各国普遍公认的解决汽车节能与环保问题的主要技术手段,而动力电池(即锂离子电池)是新能源汽车发展的核心部件。研究表明,当锂离子电池温度过低,其释放的功率和容量会显著降低,大倍率充电及过充造成的析锂会导致锂离子电池容量的不可逆衰减,可能引起锂离子电池内发生短路并埋下安全隐患。目前锂离子电池的相关制造企业和科研人员已在锂离子电池的低温性能及低温加热方面开展了大量研究。按照目前锂离子电池的制造现状,从材料本身改善锂离子电池低温性能的难度较大,故而采用辅助手段提高锂离子电池在低温环境下的性能成为较为可行的研究方向。现有技术中锂离子电池低温加热方法主要有两大类,分别为电池外部环境加热方法和电池内部交流加热方法。例如,常见的空气加热法、液体加热法、宽线金属膜加热方法和帕尔贴加热法等均属于电池外部环境加热方法类,这类方法容易改变电池结构、能量耗散较大、热效率较低;此外,由于锂离子电池本身的传热系数较低,使得这类方法对锂离子电池内部的加热效果不明显,该加热方法加热时还会在锂离子电池内部会产生较大的温度梯度,导致锂离子电池中心的温度变化显著滞后于锂离子电池表面,使得温度不一致,严重影响锂离子电池的寿命,加热效果也不理想。其中内部交流加热方法虽然能够使锂离子电池内部温度梯度变小,加热速率相对更均匀,但该方法对锂离子电池性能要求很高,不仅需要锂离子电池具有较高SOC,而且在环境温度过低的情况下对锂离子不能进行大电流充电,否则会严重影响锂离子电池寿命,还容易在锂离子电池负极产生锂枝晶,造成锂离子电池内部短路,因此安全性极低。低温环境下流经锂离子电池的电流也会受到环境温度、电池类型、老化程度等参数的影响,并且在低温内部交流加热过程中,也需要限制锂离子电池两端的电压,若两端产生过压也容易导致锂离子电池析锂进而导致锂离子电池容量的不可逆衰减,还可能引发锂离子电池内部短路,存在安全隐患。而锂离子电池内部交流加热过程中对锂离子电池电流或电压的限制又会对产热速率和加热速率产生约束,进而导致锂离子电池低温加热时间变长。故而目前的锂离子电池的加热方法仍然存在锂离子电池加热温度梯度大、电池加热时间长和存在安全隐患等缺点。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中锂离子电池低温加热通常仅采用单独外加热方法容易能量耗散较大、热效率较低、能量损失大、加热温度梯度大且加热效果差或仅采用单独内加热方法安全性极低、低温下大电流充电易伤害锂离子电池或造成内部短路等缺陷,提供了一种锂离子电池低温内外组合加热装置,该装置有效利用在锂离子电池正负极之间并联连接的外部加热模块与内部加热模块实现内外组合加热,达到对锂离子电池的最优加热效果,结构简单、控制便捷,大大提高了加热效率,增强了加热效果,应用性极强。本专利技术还涉及一种锂离子电池低温内外组合加热方法。本专利技术的技术方案如下:一种锂离子电池低温内外组合加热装置,包括相互并联且均连接在锂离子电池正负极之间的外部加热模块与内部加热模块,所述外部加热模块包括依次串联连接的第一开关、IGBT模块及外部加热板且所述IGBT模块被引入PWM控制信号并接受PWM控制信号控制,所述内部加热模块包括串联连接的第二开关及交流电源,通过所述第一开关、第二开关各自的开启与关闭分别控制外部加热模块与内部加热模块的启动与停止进而控制外加热过程与内加热过程的状态,所述内部加热模块利用交流电源产生特定频率的交流电流,结合PWM控制信号占空比的改变控制IGBT模块的导通与关断的时间占比进而控制外加热过程和内加热过程的加热功率分配比例以达到对锂离子电池的低温内外组合加热。所述外部加热板采用PTC加热板或PTC加热片;和/或,所述IGBT模块为封装的IGBT模块,内部封装有并联连接的一个已有IGBT和一个已有反并联二极管。所述交流电源的电能来自外接交流电源;或,所述交流电源的电能来自电动汽车本身的锂离子电池。当第一开关闭合第二开关断开且PWM控制信号处于高电平时,或第一开关与第二开关均闭合且PWM控制信号处于高电平时,为内外加热同时进行模式;当第一开关断开第二开关闭合时,或第一开关与第二开关均闭合且PWM控制信号处于低电平时,为内加热单独进行模式;当第一开关闭合第二开关断开且PWM控制信号处于低电平时,或第一开关与第二开关均断开时,为非加热模式。一种锂离子电池低温内外组合加热方法,在锂离子电池正负极之间并联增设包括依次串联的第一开关、IGBT模块、外部加热板的外部加热模块及包括依次串联连接的第二开关、交流电源的内部加热模块,向所述IGBT模块引入PWM控制信号并通过PWM控制信号控制IGBT模块,通过所述第一开关、第二开关各自的开启与关闭分别控制外部加热模块与内部加热模块的启动与停止进而控制外加热过程与内加热过程的状态,内部加热模块利用交流电源产生特定频率的交流电流,结合PWM控制信号占空比的改变控制IGBT模块的导通与关断的时间占比进而控制外加热过程和内加热过程的加热功率分配比例以达到对锂离子电池的低温内外组合加热。所述外部加热板采用PTC加热板或PTC加热片;和/或,所述IGBT模块为封装的IGBT模块,内部封装有并联连接的一个已有IGBT和一个已有反并联二极管。所述交流电源的电能来自外接交流电源;或,所述交流电源的电能来自电动汽车本身的锂离子电池。当第一开关闭合第二开关断开且PWM控制信号处于高电平时,或第一开关与第二开关均闭合且PWM控制信号处于高电平时,为内外加热同时进行模式,通过建立等效电路分别计算内加热与外加热的加热功率并计算内外加热功率匹配比例,再通过PWM控制信号的占空比的改变调节内外加热功率分配比例,以达到对锂离子电池的低温内外组合加热;当第一开关断开第二开关闭合时,或第一开关与第二开关均闭合且PWM控制信号处于低电平时,为内加热单独进行模式;当第一开关闭合第二开关断开且PWM控制信号处于低电平时,或第一开关与第二开关均断开时,为非加热模式。本专利技术的技术效果如下:本专利技术涉及了一种锂离子电池低温内外组合加热装置,该装置有效利用在锂离子电池正负极之间并联连接的并均具有特定器件的外部加热模块与内部加热模块,在原有的锂离子电池(也可称为锂离子电池模块)的基础上进一步增加了两个模块,等效成并联的三大模块,三大模块协同工作,通过外部加热模块与内部加热模块中第一开关、第二开关各自的开启与关闭分别控制外部加热模块与内部加热模块的启动与停止进而控制外加热过程与内加热过程的状态,同时通过PWM控制信号的占空比的改变控制外部加热模块中IGBT模块的导通与关断的时间占比,进而控制外加热过程与内加热过程的加热功率分配比例,以安全高效地实现锂离子电池低温内外组合加热,并达到对锂离子电池的最优加热效果,节省加热时间,减小锂离子电池的温度梯度。本专利技术避免了现有技术采用单独外加热方法容易能量耗散较大、热效率较低、加热温度梯度大且加热效果差的问题,也避免了现有技术单独内加热方法安全性极低、低温下大电流充电易伤害锂离子电池或造成内部短路等本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种锂离子电池低温内外组合加热装置,其特征在于,包括相互并联且均连接在锂离子电池正负极之间的外部加热模块与内部加热模块,所述外部加热模块包括依次串联连接的第一开关、IGBT模块及外部加热板且所述IGBT模块被引入PWM控制信号并接受PWM控制信号控制,所述内部加热模块包括串联连接的第二开关及交流电源,通过所述第一开关、第二开关各自的开启与关闭分别控制外部加热模块与内部加热模块的启动与停止进而控制外加热过程与内加热过程的状态,所述内部加热模块利用交流电源产生特定频率的交流电流,结合PWM控制信号占空比的改变控制IGBT模块的导通与关断的时间占比进而控制外加热过程和内加热过程的加热功率分配比例以达到对锂离子电池的低温内外组合加热。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池低温内外组合加热装置,其特征在于,包括相互并联且均连接在锂离子电池正负极之间的外部加热模块与内部加热模块,所述外部加热模块包括依次串联连接的第一开关、IGBT模块及外部加热板且所述IGBT模块被引入PWM控制信号并接受PWM控制信号控制,所述内部加热模块包括串联连接的第二开关及交流电源,通过所述第一开关、第二开关各自的开启与关闭分别控制外部加热模块与内部加热模块的启动与停止进而控制外加热过程与内加热过程的状态,所述内部加热模块利用交流电源产生特定频率的交流电流,结合PWM控制信号占空比的改变控制IGBT模块的导通与关断的时间占比进而控制外加热过程和内加热过程的加热功率分配比例以达到对锂离子电池的低温内外组合加热。2.根据权利要求1所述的锂离子电池低温内外组合加热装置,其特征在于,所述外部加热板采用PTC加热板或PTC加热片;和/或,所述IGBT模块为封装的IGBT模块,内部封装有并联连接的一个已有IGBT和一个已有反并联二极管。3.根据权利要求1所述的锂离子电池低温内外组合加热装置,其特征在于,所述交流电源的电能来自外接交流电源;或,所述交流电源的电能来自电动汽车本身的锂离子电池。4.根据权利要求1所述的锂离子电池低温内外组合加热装置,其特征在于,当第一开关闭合第二开关断开且PWM控制信号处于高电平时,或第一开关与第二开关均闭合且PWM控制信号处于高电平时,为内外加热同时进行模式;当第一开关断开第二开关闭合时,或第一开关与第二开关均闭合且PWM控制信号处于低电平时,为内加热单独进行模式;当第一开关闭合第二开关断开且PWM控制信号处于低电平时,或第一开关与第二开关均断开时,为非加热模式。5.一种锂离子电池低温内外组合加热方法,其特征在于,在锂离子电池正负...

【专利技术属性】
技术研发人员:杨世春华旸顾启蒙潘宇巍闫啸宇
申请(专利权)人:北京航空航天大学
类型:发明
国别省市:北京,11

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