一种适用于极寒环境快速冷起动的电池加热系统技术方案

本发明专利技术提供了一种适用于极寒环境快速冷起动的电池加热系统，通过灵活可变的结构有效地适用于车载电源、移动电源、固定电源场景，尤其是作为车载电源使用时，创新性地借助车上起动发电机的线圈绕组和驱动元件作为本系统的组成部分，而不需要添加额外的元器件，从而使系统的体积与成本均大大降低。在不同使用场景执行冷起动时，本系统均能保证电池温度首先达到适宜的温度的基础上，再执行后续充电等操作，有效解决了极寒环境、野外作业等特殊条件下车辆快速起动的问题，且能避免低温亏电状态下的电池损伤。下的电池损伤。下的电池损伤。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于极寒环境快速冷起动的电池加热系统


[0001]本专利技术属于电池热管理
，具体涉及一种适用于极寒环境快速冷起动的电池加热系统。

技术介绍

[0002]电池在低温环境下使用时其电化学反应相对迟缓，常出现充放电电流变小等现象，严重限制了电池可放电容量以及充电性能，在极寒环境下对电池充电还会造成内部析锂，影响电池使用寿命并降低安全性，因此针对严寒环境下保证亏电电池的使用安全具有十分重要的意义。目前，用于对处在低温条件下的电池进行加热的现有技术中，主要采用PTC电阻等外部加热的方式，但这种方式存在电池受热不均、加热效率低、电池温度上升缓慢等诸多缺点，尤其在车辆上使用时，额外的电池加热装置不仅会增加整个电池组的占用空间，还会增加高压电气系统的安全隐患。此外，对于野外作业场合中的车辆车载/非车载电池，以及室内/室外移动充电等多场景使用需求来说，进行低温加热还存在诸多限制，加热与充电装置存在着不适配、体积大、通用性差等缺点，因此，如何解决极寒环境多使用场景下车辆快速冷起动、亏电电池快速充电是本领域待解决的重要问题。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，针对本领域中存在的技术问题，本专利技术提供了一种适用于极寒环境快速冷起动的电池加热系统，能够在作为车载单元、作为移动电源以及作为固定电源三种使用场景中切换，该系统具体包括以下功能模块：
[0004]内部电池1、内部电池2、快速冷起动单元、直流母线、外部电池以及AC/DC模块；
[0005]其中，所述内部电池1与内部电池2为电气参数完全一致的两组电池；
[0006]所述快速冷起动单元由3组桥臂、控制单元、支撑电容、3个电感和3个电流传感器组成；所述3组桥臂由6个功率开关管组成，每两个功率开关管构成一个桥臂，每个桥臂的中性点作为交流侧分别与一个电感的一端以及一个电流传感器连接；每个桥臂的两端分别为与直流母线两侧连接；
[0007]所述电感的另一端在作为车载电源使用时均与内部电池1和2的中点连接；
[0008]在作为移动电源或固定电源使用时，所述外部电池和支撑电容接入该系统，外部电池的一端与其中一个电感的另一端连接，外部电池的另一端与直流母线一侧连接，直流母线的另一侧悬空；所述支撑电容两端分别与直流母线两侧连接；
[0009]在作为移动电源使用时，其余两个电感的另一端分别与内部电池1与内部电池2的两端连接，内部电池1和2的负极连接直流母线的负极侧；在作为固定电源使用时其余两个电感则不接入系统，所述AC/DC模块取代所述内部电池1和2与直流母线的两侧建立连接，用于将系统外部输入的工频交流电转换为直流实现供电；
[0010]所述控制单元用于获取三个电流传感器采集的电流、内部电池与外部电池温度及荷电状态，针对系统作为车载电源、作为移动电源以及作为固定电源三种的使用场景，分别
执行相应处理并输出各功率开关管的通断控制信号。
[0011]进一步地，系统作为车载电源时，可以使用车上起动发电机的线圈绕组及驱动模块中的开关元件作为所述电感与桥臂；在极寒环境冷起动时，所述控制单元向各功率开关管分别提供相配合的通断控制信号，切换系统回路中的电流方向，使内部电池1和2与各电感相互授受电力，实现交流内部加热循环；当内部电池1和2达到预定温度满足起动条件后，所述电感的另一端与内部电池1和2的中点断开连接，起动发电机开始发电。
[0012]进一步地，系统作为移动电源时，车辆的起动电池作为所述外部电池接入所述系统；在极寒环境冷起动时，所述控制单元向各功率开关管分别提供相配合的通断控制信号，切换系统回路中的电流方向，首先使内部电池1和2与各电感及所述支撑电容相互授受电力，通过交流内部加热循环使内部电池1和2达到预定温度；再用通断控制信号切换系统回路中的电流方向，使内部电池1和2、各电感、支撑电容以及所述外部电池相互授受电力，执行交流外部加热循环使外部电池升温；当外部电池达到预定温度后，控制单元提供通断控制信号使内部电池1和2、相应桥臂及电感构成升压电路，对外部电池进行恒压或恒流的直流充电。
[0013]进一步地，系统作为固定电源时，车辆的起动电池作为所述外部电池接入所述系统；在极寒环境冷起动时，所述控制单元首先选择一个桥臂并提供相通断控制信号，使外部电池及其连接的电感相互授受电力执行交流外部加热循环；当外部电池达到预定温度后，再利用外部输入的工频交流电对外部电池进行充电。
[0014]上述本专利技术所提供的适用于极寒环境快速冷起动的电池加热系统，通过灵活可变的结构有效地适用于车载电源、移动电源、固定电源场景，尤其是作为车载电源使用时，创新性地借助车上起动发电机的线圈绕组和驱动元件作为本系统的组成部分，而不需要添加额外的元器件，从而使系统的体积与成本均大大降低。在不同使用场景执行冷起动时，本系统均能保证电池温度首先达到适宜的温度的基础上，再执行后续充电等操作，有效解决了极寒环境、野外作业等特殊条件下车辆快速起动的问题，且能避免低温亏电状态下的电池损伤。
附图说明
[0015]图1为本专利技术的所提供系统的结构示意图；
[0016]图2为本专利技术的快速冷起动系统的电路原理图；
[0017]图3为本专利技术的车载电源模式自加热完整循环示意图；
[0018]图4为本专利技术的车载电源模式控制时序与仿真结果图；
[0019]图5为本专利技术的移动电源模式自加热完整循环示意图；
[0020]图6为本专利技术的移动电源模式控制时序与仿真结果图；
[0021]图7为本专利技术的移动电源模式外部电池加热完整循环示意图；
[0022]图8为本专利技术的移动电源模式外部电池加热控制时序与仿真结果图；
[0023]图9为本专利技术的固定电源模式外部电池加热完整循环示意图；
[0024]图10为本专利技术的固定电源模式外部电池加热控制时序与仿真结果图。
具体实施方式
[0025]下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]本专利技术所提供的一种适用于极寒环境快速冷起动的电池加热系统其能够在作为车载电源、作为移动电源以及作为固定电源三种使用场景中灵活地切换。该系统的工作原理及电路组成如图1、2所示，具体包括以下功能模块：
[0027]内部电池1、内部电池2、快速冷起动单元、直流母线、外部电池以及AC/DC模块；
[0028]其中，所述内部电池1、内部电池2为电气参数完全一致的两组电池；
[0029]所述快速冷起动单元由3组桥臂、控制单元、支撑电容C1、3个电感L1、L2、L3和3个电流传感器S1、S2、S3组成；所述3组桥臂由6个功率开关管Q1～Q6组成，每两个功率开关管构成一个桥臂，每个桥臂的中性点P11、P21、P31作为交流侧分别与一个电感的一端以及一个电流传感器连接；每本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于极寒环境快速冷起动的电池加热系统，其特征在于：能够在作为车载单元、作为移动电源以及作为固定电源三种使用场景中切换，该系统具体包括以下功能模块：内部电池1、内部电池2、快速冷起动单元、直流母线、外部电池以及AC/DC模块；其中，所述内部电池1与内部电池2为电气参数完全一致的两组电池；所述快速冷起动单元由3组桥臂、控制单元、支撑电容、3个电感和3个电流传感器组成；所述3组桥臂由6个功率开关管组成，每两个功率开关管构成一个桥臂，每个桥臂的中性点作为交流侧分别与一个电感的一端以及一个电流传感器连接；每个桥臂的两端分别为与直流母线两侧连接；所述电感的另一端在作为车载单元使用时均与内部电池1和2的中点连接；在作为移动电源或固定电源使用时，所述外部电池和支撑电容接入该系统，外部电池的一端与其中一个电感的另一端连接，外部电池的另一端与直流母线一侧连接，直流母线的另一侧悬空；所述支撑电容两端分别与直流母线两侧连接；在作为移动电源使用时，其余两个电感的另一端分别与内部电池1与内部电池2的两端连接，内部电池1和2的负极连接直流母线的负极侧；在作为固定电源使用时其余两个电感则不接入系统，所述AC/DC模块取代所述内部电池1和2与直流母线的两侧建立连接，用于将系统外部输入的工频交流电转换为直流实现供电；所述控制单元用于获取三个电流传感器采集的电流、内部电池与外部电池温度及荷电状态，针对系统作为车载单元、作为移动电源以及作为固定电源三种的使用场景，分别执行相应处理并输出各功率开关管的通断控制信号。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李军求，高琢，刘增成，陈建文，谭平，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：