CN203521558U - 混合动力车辆电池系统低温调控装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种混合动力车辆电池系统低温调控装置，其包括动力电池、电池管理系统、电源分配单元和车载蓄电池，其结构特点是所述电源分配单元和蓄电池之间连接有双向DCDC变换器，所述车载蓄电池上连接有电压采集模块，动力电池包内设有温度传感器，上述电压采集模块和温度传感器均电连接在电池管理系统的信号输入端上，电池管理系统的控制输出端分别向电源分配单元和双向DCDC变换器发送PDU通断信号和DCDC换向信号。本实用新型替代了复杂的外部加热结构且整体结构简单、控制方便，保证了电池的高效能。
Description
技术领域
本实用新型涉及混合动力车辆电池系统，具体的说是一种混合动力车辆电池系统低温调控装置。
背景技术
动力电池是混合动力电动汽车最为关键的部件，电池的性能、寿命等决定了整车的成本和性能。因此采取积极的措施发挥动力电池的性能具有重要意义。在所有的环境因素中，温度对电池的充放电性能影响最大。如果温度过低，电池的反应率也降低，电解液内离子传送速度减慢，电池的充、放电电流就会降低，功率输出也会下降。以磷酸铁锂动力电池为例，在零下20℃只能保持60－65%能量，在零下40℃电压会迅速衰减。如果对低温状态下的动力电池进行大功率的充放电，对电池损坏极大。
目前多采用外部加热的方法来给低温环境状态下的动力电池加热保温。例如将热空气引入到动力电池包中、采用加热板加热、采用发热线缠绕加热和采用电热膜包覆加热等。其中，将空气加热后引入到电池包，由于电池包中流速及空间的限制，且气态空气将热量传导到固态电池上效率较低，且各处流速不均，很难保证均匀传热；采用加热板或发热线加热一般也是从电池底部或顶部对电池单体进行加热，加热效率也相对较低。无论是通过热空气还是加热板、加热线的方式都需要增加复杂的结构来实现，占用了过多的车内空间并增加了额外的成本。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种混合动力车辆电池系统低温调控装置，该装置能完全替代动力电池的外部加热，且整体结构简单，控制方便，有利于电池的高效能使用。
为解决上述技术问题，本实用新型的混合动力车辆电池系统低温调控装置包括动力电池、电池管理系统、电源分配单元和车载蓄电池，其结构特点是所述电源分配单元和蓄电池之间连接有双向DCDC变换器，所述车载蓄电池上连接有电压采集模块，动力电池包内设有温度传感器，上述电压采集模块和温度传感器均电连接在电池管理系统的信号输入端上，电池管理系统的控制输出端分别向电源分配单元和双向DCDC变换器发送PDU通断信号和DCDC换向信号。
采用上述结构，利用双向DCDC变换器将动力电池和车载蓄电池组成充放电回路，电池管理系统根据动力电池的温度和车载蓄电池的电压，判断并控制充放电回路的通断，由于电池在充放电过程均产生热量，利用充放电过程产生的热量对动力电池或蓄电池自身进行加热，从根本上保证了电池自身温度始终在其合理范围内，同时，在低温环境下既保证了电池的高效能，又保护电池在低温大电流情况下不受损坏。
所述电源分配单元内在蓄电池的供电线路上设有蓄电池接触器，所述蓄电池接触器与电池管理系统的控制输出端电连接。
所述动力电池的主供电线路上设有主接触器，所述主接触器与电池管理系统电连接。
综上所述，本实用新型替代了复杂的外部加热结构且整体结构简单、控制方便，保证了电池的高效能。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：
图1为本实用新型的原理结构示意图。
具体实施方式
参照附图，本实用新型的混合动力车辆电池系统低温调控装置包括动力电池1、电池管理系统2、电源分配单元3和车载蓄电池4，电源分配单元3和蓄电池4之间连接有双向DCDC变换器5，通过双向DCDC变换器将动力电池和车载蓄电池组成充放电回路。车载蓄电池4上连接有电压采集模块6，动力电池1包内设有温度传感器7。动力电池1一般会放置在电池包内，因此温度传感器7设在电池包内，用于实时检测电池包内的温度。上述电压采集模块6和温度传感器7均电连接在电池管理系统2的信号输入端上，电池管理系统2的控制输出端分别向电源分配单元3和双向DCDC变换器5发送PDU通断信号和DCDC换向信号。
参照附图，电源分配单元3内在车载蓄电池4供电线路上设有蓄电池接触器8，蓄电池接触器8与电池管理系统2的控制输出端电连接，即由电池管理系统发来的PDU通断信号控制蓄电池接触器8的通断。动力电池1与电源分配单元3之间通过主供电线路连接，动力电池1的主供电线路上设有主接触器9，主接触器9包括主正接触器和主负接触器，主接触器9与电池管理系统2电连接。电池管理系统2可通过切断主接触器9来切断整个动力电池1的供电。
本实用新型的原理基于电池的热数学模型，在电池的热数学模型中都涉及到了电池内部单位体积的热生成率。以锂离子电池为例，其内部产生的热量主要是由三部分组成：反应热Qr、极化热Qp、焦耳热Qj。Qr表示电池内部的化学反应而产生的热量，这部分热量在充电时为负值，在放电时为正值。极化热Qp指电池在充放电过程中，由于电池的极化，电池的平均电压会与开路电压有所偏差，而导致产生的热量，这部分热量在充放电的时候都为正值。Qj表示焦耳热，这部分热量是由于电池内部存在电阻而产生的，在充放电的过程中这部分热量都为正值。
反应热 
式中：Q为化学反应过程正负极产热量代数和，I为放电电流。
极化热
Rpd为极化内阻。
焦耳热 
电池总发热量 
由于反应热Qr在充电时为负值，在放电时为正值，因此电池在放电过程中的热生成率要大于充电过程中的热生成率，从而导致放电时电池温度要比充电时电池的温度高。电池的正电极反应表现出较大的放热效应，同时负电极反应表现出较小的吸热效应，所以综合正负单电极反应热效应，电池在充放电过程中的总反应中呈现放热效应。
基于上述分析，本实用新型充分利用电池的充放电过程产生的热量，对电池组进行自加热，来取代外部加热，从根本上保证电池单体的温度。通过动力电池1与24V/12V车载蓄电池4间进行实时的充放电，电池利用充放电所产生的热量来实现自身的温度的提升，保证低温环境下电池自身温度维持在理想的范围内。
在本实用新型的控制方案中，不妨设动力电池1给车载蓄电池4充电为正向导通，车载蓄电池4给动力电池1充电为反向导通。电池管理系统2采集并实时监测动力电池1的温度信号T及车载蓄电池4的电压信号U，并根据采集及监控数据控制充电电路的通断及方向：
（1）当检测到动力电池温度信号低于加热阈值t0而蓄电池电压信号亦低于蓄电池充电设定阈值u0时，BMS发送指令信号，动力电池主正、主负接触器及PDU内接触器闭合，双向DCDC变换器内动力电池到蓄电池单向导通，充电电路正向导通，动力电池及蓄电池通过充放电过程中产生的热量来实现自身的加热。
a.动力电池温度升高到设定限值tmax时，BMS发出指令，主接触器及双向DCDC变换器断开，充电停止，电池内部随即停止发热。
b.蓄电池电压被充电达到充电设定最大值umax，而动力电池温度未升高到设定限制tmax，充电电路反向导通，继续为动力电池加热，直到电池温度达到设定值tmax。
（2）当检测到动力电池温度信号低于设定阈值t0，而蓄电池电压高于阈值umax时，BMS控制电路反向导通。
a.动力电池温度升高到设定限值tmax时，BMS发出指令，接触器及双向DCDC变换器断开，充电停止，电池内部随即停止发热。
b.蓄电池电压放电达到设定最小值umin，而动力电池温度未升高到设定限制tmax，充电电路正向导通，动力电池放电对自身加热，直到动力电池温度达到设定值tmax。
（3）当动力电池温度低于设定阈值t0，蓄电池放电达到设定最小值umin，动力电池电压亦低于其放电阈值，BMS会限制或禁止动力电池功率输出，必须对动力电池充电后使用，外部充电同样会提升电池自身温度。在此种情况下，动力电池利用外部充电完成对电池自身加热。
综上所述，本实用新型不限于上述具体实施方式。本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下，可做若干的更改和修饰。本实用新型的保护范围应以本实用新型的权利要求为准。
Claims (3)
1.一种混合动力车辆电池系统低温调控装置，包括动力电池（1）、电池管理系统（2）、电源分配单元（3）和车载蓄电池（4），其特征是所述电源分配单元（3）和蓄电池（4）之间连接有双向DCDC变换器（5），所述车载蓄电池（4）上连接有电压采集模块（6），动力电池（1）包内设有温度传感器（7），上述电压采集模块（6）和温度传感器（7）均电连接在电池管理系统（2）的信号输入端上，电池管理系统（2）的控制输出端分别向电源分配单元（3）和双向DCDC变换器（5）发送PDU通断信号和DCDC换向信号。
2.如权利要求1所述的混合动力车辆电池系统低温调控装置，其特征是所述电源分配单元（3）内在车载蓄电池（4）供电线路上设有蓄电池接触器（8），所述蓄电池接触器（8）与电池管理系统（2）的控制输出端电连接。
3.如权利要求1所述的混合动力车辆电池系统低温调控装置，其特征是所述动力电池（1）的主供电线路上设有主接触器（9），所述主接触器（9）与电池管理系统（2）电连接。
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