一种锂离子电池低温加热装置及其加热方法制造方法及图纸

一种锂离子电池低温加热装置及其加热方法，涉及锂离子电池技术领域。本发明专利技术是为了解决现有缺少一种能够对电池快速加热到合适温度的装置的问题。温度传感器贴在锂离子电池表面，温度传感器，用于将锂离子电池表面的温度反馈给DSP，电压传感器，用于采集锂离子电池的端电压，并将该端电压传送给DSP，DSP，用于接收锂离子电池表面的温度，当电池表面温度T＜0℃时，输出对锂离子电池进行内部加热的电压信号，该电压信号使锂离子电池端电压在安全的范围内，V/I转换器，用于将DSP输出的电压信号转换为电流信号，将该电流信号施加到锂离子电池的正极，使锂离子电池在端电压范围内加热。用于对锂离子电池施加交流电流来使电池自身产热。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池低温加热装置及其加热方法
本专利技术涉及一种锂离子电池低温加热装置及其加热方法，属于锂离子电池

技术介绍
锂离子电池作为新一代清洁能源，因为其能量密度大、电压高、无记忆效应、自放电率小等优点而作为电动汽车的首选储能电源。锂离子电池的性能受外界温度的影响，尤其是在低温环境下，锂离子电池的内部阻抗会增加，电解质电导率下降，导致电池可用容量严重减少。低温下对电池充电还会使得锂离子电池负极表面析锂，造成电池内部可用活性Li+的浓度的减小，严重时甚至会穿透隔膜，引起电池内部短路，为锂离子电池在低温下的使用带来安全隐患。低温使用锂离子电池时需要首先将电池系统加热到合适的温度。电池系统加热手段包括外部加热和内部加热两种：外部加热方式通常使用电阻加热器或热泵实现；内部加热指利用电池内部的阻抗作用，通过对电池施加交流电流实现对其自身的加热。内部加热相对外部加热来讲效率高，加热均匀，具有更好的应用前景。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有缺少一种能够对电池快速加热到合适温度的装置的问题。现提供一种锂离子电池低温加热装置及其加热方法。一种锂离子电池低温加热装置，它包括DSP1、V/I转换器2、电压传感器3和温度传感器4，温度传感器4贴在锂离子电池表面，温度传感器4，用于将锂离子电池表面的温度反馈给DSP1，电压传感器3，用于采集锂离子电池的端电压，并将该端电压传送给DSP1，DSP1，用于接收锂离子电池表面的温度，当电池表面温度T＜0℃时，输出对锂离子电池进行内部加热的电压信号，该电压信号使锂离子电池端电压在安全的范围内，V/I转换器2，用于将DSP1输出的电压信号转换为电流信号，将该电流信号施加到锂离子电池的正极，使锂离子电池在端电压范围内加热。优选地，端电压范围为：Umin≤U≤Umax公式1，式中，Umin为允许电池放电的最小电压；Umax为允许电池充电的最大电压；对锂离子电池进行充电时的电流幅值的范围：对锂离子电池进行放电时的电流幅值的范围：式中，Eocv为电池的理想开路电压，Eocv(soc)表示电池的理想开路电压Eocv受电池的荷电状态soc的影响，R为电池的欧姆内阻，R(T)表示电池的欧姆内阻R受锂离子电池温度T的影响，Is为对锂离子电池进行内部加热的电流，DSP1根据公式2和3分别获得锂离子电池进行充电时的电流和锂离子电池进行放电时的电流，并以电压形式输出。优选地，V/I转换器2将DSP1输出的电压信号转换为电流信号的转换公式为：Is＝-Vin/Rs公式4，式中，Vin为DSP1输出的锂离子电池施加充电或放电的电压信号，Rs为电阻Rs的电阻值。根据一种锂离子电池低温加热装置实现的加热方法，所述方法包括以下步骤：步骤一、DSP1实时采集锂离子电池表面温度T和锂离子电池的端电压，判断采集的锂离子电池表面温度T是否小于0℃，若是，转入步骤二；若否，转入步骤三；步骤二、DSP1将端电压调节在安全的端电压范围内，输出对锂离子电池进行内部加热的电压信号，V/I转换器2将该电压信号转换为电流信号，然后施加在锂离子电池的正极，对锂离子电池进行内部加热，转入步骤一；步骤三、停止对锂离子电池进行内部加热。本专利技术的有益效果为：本申请使用内部加热的方式来改善锂离子电池在低温下的性能。通过DSP采集锂离子电池的温度和端电压，判断采集的锂离子电池表面温度T是否小于0℃，当电池温度T＜0℃时，输出锂离子电池充电或放电的电压信号，该电压信号在安全的端电压范围内，再通过V/I转换器将该电压信号转换为电流信号，使锂离子电池在安全的电流范围内进行充放电加热，电流信号的频率根据经验选择1.5kHz。当电池温度0℃以上时，停止对电池加热。本申请的加热效率高，加热均匀，并且结构简单。附图说明图1为具体实施方式一所述的一种锂离子电池低温加热装置的原理示意图；图2为V/I转换器的电路原理图；图3为锂离子电池等效电路模型图；图4为加热过程中电池温度上升曲线图。具体实施方式具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种锂离子电池低温加热装置，它包括DSP1、V/I转换器2、电压传感器3和温度传感器4，温度传感器4贴在锂离子电池表面，温度传感器4，用于将锂离子电池表面的温度反馈给DSP1，电压传感器3，用于采集锂离子电池的端电压，并将该端电压传送给DSP1，DSP1，用于接收锂离子电池表面的温度，当电池表面温度T＜0℃时，输出对锂离子电池进行内部加热的电压信号，该电压信号使锂离子电池端电压在安全的范围内，V/I转换器2，用于将DSP1输出的电压信号转换为电流信号，将该电流信号施加到锂离子电池的正极，使锂离子电池在端电压范围内加热。本实施方式中，V/I(电压/电流)转换器主要用于将DSP(数字信号处理器)输出的激励电压信号转换为电流信号的形式施加到锂离子电池上。图2给出了反相加法式V/I转换器的电路。由±15V电源供电。运算放大器A1构成反相加法电路，一路输入为激励电压信号Vin，另一路输入为运放A3的输出反馈。功率放大电路是针对运算放大器输出电流小的不足，采用功率三极管N1以及它的互补对称管N2组成的推挽式电路进行扩流。A2是运算放大器，由于其输入阻抗高，因此基本没有分流，即流经电阻Rs的电流Is全部流入负载电池。图1中的D/A数模转换模块和A/D模数转换模块均为DSP系统的自带模块，图1中的整个装置构成一个闭环系统。由V/I转换器2输出的电流信号为交流电流，该交流电流包括放电和充电，放电和充电是一起交替进行的，本申请的内部加热指的是通过对锂离子电池施加交流电流来使电池自身产热。具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种锂离子电池低温加热装置作进一步说明，本实施方式中，端电压范围为：Umin≤U≤Umax公式1，式中，Umin为允许电池放电的最小电压；Umax为允许电池充电的最大电压；对锂离子电池进行充电时的电流幅值的范围：对锂离子电池进行放电时的电流幅值的范围：式中，Eocv为电池的理想开路电压，Eocv(soc)表示电池的理想开路电压Eocv受电池的荷电状态soc的影响，R为电池的欧姆内阻，R(T)表示电池的欧姆内阻R受锂离子电池温度T的影响，Is为对锂离子电池进行内部加热的电流，DSP1根据公式2和3分别获得锂离子电池进行充电时的电流和锂离子电池进行放电时的电流，并以电压形式输出。具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种锂离子电池低温加热装置作进一步说明，本实施方式中，V/I转换器2包括电阻R1-R9、电阻Rs、电容C1-C2、运算放大器A1-A3、二极管D1-D2和功率三极管N1-N2，功率三极管N1包括两个NPN型三极管，一个NPN型三极管的发射端连接另一个NPN型三极管的基极，一个NPN型三极管的集电极连接另一个NPN型三极管的集电极作为功率三极管N1的集电极，另一个NPN型三极管的发射端作为功率三极管N1的发射极，功率三极管N2包括两个PNP型三极管，一个PNP型三极管的发射端连接另一个PNP型三极管的基极，另一个PNP型三极管的发射极作为功率三极管N2的发射极，一个PNP型三极管的集电极连接另一个PNP型三极管的集电极作为功率三极管N2的集电极，D/A数模转换模块的电压信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池低温加热装置，其特征在于，它包括DSP(1)、V/I转换器(2)、电压传感器(3)和温度传感器(4)，温度传感器(4)贴在锂离子电池表面，温度传感器(4)，用于将锂离子电池表面的温度反馈给DSP(1)，电压传感器(3)，用于采集锂离子电池的端电压，并将该端电压传送给DSP(1)，DSP(1)，用于接收锂离子电池表面的温度，当电池表面温度T＜0℃时，输出对锂离子电池进行内部加热的电压信号，该电压信号使锂离子电池端电压在安全的范围内，V/I转换器(2)，用于将DSP(1)输出的电压信号转换为电流信号，将该电流信号施加到锂离子电池的正极，使锂离子电池在端电压范围内加热。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池低温加热装置，其特征在于，它包括DSP(1)、V/I转换器(2)、电压传感器(3)和温度传感器(4)，温度传感器(4)贴在锂离子电池表面，温度传感器(4)，用于将锂离子电池表面的温度反馈给DSP(1)，电压传感器(3)，用于采集锂离子电池的端电压，并将该端电压传送给DSP(1)，DSP(1)，用于接收锂离子电池表面的温度，当电池表面温度T＜0℃时，输出对锂离子电池进行内部加热的电压信号，该电压信号使锂离子电池端电压在安全的范围内，V/I转换器(2)，用于将DSP(1)输出的电压信号转换为电流信号，将该电流信号施加到锂离子电池的正极，使锂离子电池在端电压范围内加热。2.根据权利要求1所述一种锂离子电池低温加热装置，其特征在于，端电压范围为：Umin≤U≤Umax公式1，式中，Umin为允许电池放电的最小电压；Umax为允许电池充电的最大电压；对锂离子电池进行充电时的电流幅值的范围：对锂离子电池进行放电时的电流幅值的范围：式中，Eocv为电池的理想开路电压，Eocv(soc)表示电池的理想开路电压Eocv受电池的荷电状态soc的影响，R为电池的欧姆内阻，R(T)表示电池的欧姆内阻R受锂离子电池温度T的影响，Is为对锂离子电池进行内部加热的电流，DSP(1)根据公式2和3分别获得锂离子电池进行充电时的电流和锂离子电池进行放电时的电流，并以电压形式输出。3.根据权利要求1所述一种锂离子电池低温加热装置，其特征在于，V/I转换器(2)包括电阻R1-R9、电阻Rs、电容C1-C2、运算放大器A1-A3、二极管D1-D2和功率三极管N1-N2，功率三极管N1包括两个NPN型三极管，一个NPN型三极管的发射端连接另一个NPN型三极管的基极，一个NPN型三极管的集电极连接另一个NPN型三极管的集电极作为功率三极管N1的集电极，另一个NPN型三极管的发射端作为功率三极管N1的发射极，功率三极管N2包括两个PNP型三极管，一个PNP型三极管的发射端连接另一个PNP型三极管的基极，另一个PNP型三极管的发射极作为功率三极管N2的发射极，一个PNP型三极管的集电极连接另一个PNP型三极管的集电极作为功率三极管N2的集电极，D/A数模转换模块的电压信号输出端连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端同时连接电阻R5的一端、电阻R6的一端和运算放大器A1的反相输入端，运算放大器A1的同相输入端连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接电源地，运算放大器A1的正电源端同时连接+15V供电电源、电容C1的一端、电阻R3的一端和功率三极管N1的集电极，电容C1的另一端连接电源地，电阻R3的另一端同时连接二极管D1的正极和功率三极管N1的基极，二极管D1的负极同时连接二极管D2的正极和运算放大器A1的输出端，二极管D2的负...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕超，绳亿，宋彦孔，张滔，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23