阅读说明：本技术 一种热管理电池系统及其控制方法 (Thermal management battery system and control method thereof ) 是由 程德勇 洪求政 郭奕君 孟迪 于 2021-07-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种热管理电池系统及其控制方法,其中热管理电池系统包括侧壁加热膜、电池加热膜、第一加热正继电器、第二加热正继电器、加热熔断器以及电磁模组,侧壁加热膜与第二加热正继电器相串联,电池加热膜与第一加热正继电器相串联,侧壁加热膜电路与电池加热膜电路相并联后的电路上设置有加热熔断器,电池模组电路上串联有电流采集器和主负继电器,侧壁加热膜电路和电池加热膜电路相并联后与电池模组电路相并联,在上述并联好的电路上串联有充电桩以实现电池模组的充电过程,在上述并联好的电路上串联有负载以实现电池模组的放电过程。本发明能够解决动力锂离子电池低温环境下的加热问题,避免锂电池充电过程中无法加热导致充电失败的问题。(The invention discloses a thermal management battery system and a control method thereof, wherein the thermal management battery system comprises a side wall heating film, a battery heating film, a first heating positive relay, a second heating positive relay, a heating fuse and an electromagnetic module, wherein the side wall heating film is connected with the second heating positive relay in series, the battery heating film is connected with the first heating positive relay in series, the heating fuse is arranged on a circuit formed by connecting a side wall heating film circuit and a battery heating film circuit in parallel, a current collector and a main negative relay are connected in series on the battery module circuit, the side wall heating film circuit and the battery heating film circuit are connected in parallel and then connected with the battery module circuit in parallel, a charging pile is connected in series on the parallel circuit to realize the charging process of the battery module, and a load is connected in series on the parallel circuit to realize the discharging process of the battery module. The heating device can solve the heating problem of the power lithium ion battery in a low-temperature environment and avoid the problem of charging failure caused by incapability of heating in the lithium ion battery charging process.)

一种热管理电池系统及其控制方法

技术领域

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本发明涉及一种热管理电池系统及其控制方法，其属于电池热管理

技术领域

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背景技术

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新能源汽车的关键技术之一是动力电池，动力电池在使用中，需要在合适的温度下才能保证其正常的使用。低温环境下，锂离子电池化学反应活性降低，充电的过程中锂离子从正极脱出经过电解液迁移嵌入负极材料，锂离子迁移变慢，在负极表面的锂离子还没有嵌入到负极中已经先还原成金属锂并在负极表面沉淀析出形成锂枝晶，极易造成安全事故。因此，在低温环境下充电前必须进行预加热处理，不能直接充电。

低温充电电流可以有两种方式输出，第一种来自充电桩，市面上常规的快充充电桩有最小输出电流限制，多款充电桩电流最小为20A左右，而实际常规加热膜加热电流≤10A，实际低温充电操作中电池管理系统(BMS)按加热膜加热电流请求时，快充充电桩无法按电池管理系统(BMS)请求的电流输出，导致充电失败，引起客户抱怨；另一种则采用电池本身电量进行充电前加热，该种方式充电桩长期无电流输出后也会切断供电电路，导致充电失败。

此外，低温环境充电时需要增加低温加热的时间，充电时间过长导致客户等待时间延长，使产品缺乏市场竞争力；同时充电纯加热过程电流较小，占用了充电桩的使用效率，引发充电桩企业不满。

因此，确有必要对现有技术进行改进以解决现有技术之不足。

发明内容

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本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种热管理电池系统及其控制方法，旨在解决动力锂离子电池低温环境下的加热问题，避免锂电池充电过程中无法加热导致充电失败的问题，同时该热管理电池系统及其控制方法能有效地提高加热速率，缩短电池系统充电时间，提升产品竞争力。

本发明采用如下技术方案：一种热管理电池系统，包括侧壁加热膜、电池加热膜、第一加热正继电器、第二加热正继电器、加热熔断器以及电磁模组，所述侧壁加热膜与第二加热正继电器相串联，电池加热膜与第一加热正继电器相串联，侧壁加热膜电路与电池加热膜电路相并联后的电路上设置有加热熔断器，所述电池模组电路上串联有电流采集器和主负继电器，侧壁加热膜电路和电池加热膜电路相并联后与电池模组电路相并联，在上述并联好的电路上串联有充电桩以实现电池模组的充电过程，在上述并联好的电路上串联有负载以实现电池模组的放电过程。

进一步地，在所述充电桩电路上串联有快充继电器以控制充电的开启和关闭。

进一步地，热管理电池系统中还包括有充电桩进行信息交互的电池管理系统(BMS)。

进一步地，所述电池加热膜为聚酰亚胺加热片或硅胶加热膜。

进一步地，所述电池加热膜与电池模组的侧面相贴合，每一个电池模组的两侧面各贴合一片电池加热膜。

进一步地，所述电池模组安装于电池箱体中，电池箱体的底部设置有液冷板，液冷板上设置有进出水口，液冷板内部设置有与进出水口相通的冷却液流道。

本发明还采用如下技术方案：一种热管理电池系统的控制方法，步骤如下：

步骤一：插枪，进入快充流程，完成握手及参数配置；

步骤二：通过电池最小温度来判断是否进行加热，共分为三种状态：

状态一、纯充电状态：

当电池最小温度(Tmin)≥18℃时，无低温充电问题，不进行加热，直接充电；

状态二、纯加热状态：

当Tmin≤5℃时，BMS请求电流为电池加热膜额定电流(I1)；

若电池加热膜额定电流(I1)≥充电桩最小输出电流(I桩)时，闭合第一正加热继电器，充电桩按电池加热膜额定电流(I1)输出；

若电池加热膜额定电流(I1)＜充电桩最小输出电流(I桩)时，闭合第一加热正继电器和第二加热正继电器，充电桩按充电桩最小输出电流(I桩)输出；

状态三、边充电边加热状态：

当5℃<Tmin<18℃，或由Tmin≤5℃加热到Tmin≥8℃时，此时进行边充电边加热，BMS请求电流(I2)＝电池充电电流(I0)+电池加热膜电流(I1)，直至加热到Tmin≥18℃跳转到纯充电状态；

请求电流(I2)≥充电桩最小输出电流(I桩)时，第一加热正继电器闭合，第二加热正继电器断开，充电桩按请求电流(I2)输出，电池加热膜工作，同时给电池充电；

请求电流(I2)＜充电桩最小输出电流(I桩)时，闭合第一加热正继电器和第二加热正继电器，充电桩按最小电流I桩输出；此时，电池加热膜和侧壁加热膜同时工作，同时给电池充电；

步骤三：充满后结束充电，完成整个充电流程。

本发明具有如下有益效果：

(1)、有效解决充电桩输出最小电流过大导致电池系统低温无法加热问题。

(2)、降低锂电池系统低温充电时间，满足客户快充需求。

(3)、能够达到均温效果，提高电池系统使用寿命。

附图说明

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图1为本发明热管理电池系统的示意图。

图2为本发明热管理电池系统的结构示意图。

图3为本发明热管理电池系统的控制方法流程图。

具体实施方式

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下面结合附图对本发明作进一步的说明。

本发明热管理电池系统包括侧壁加热膜、电池加热膜、第一加热正继电器、第二加热正继电器、加热熔断器以及电磁模组，其中侧壁加热膜与第二加热正继电器相串联，电池加热膜与第一加热正继电器相串联，侧壁加热膜电路与电池加热膜电路相并联后的电路上设置有加热熔断器，通过加热熔断器能够有效避免侧壁加热膜、电池加热膜的过流、短路等热失效发生。

电池模组电路上串联有电流采集器和主负继电器，侧壁加热膜电路和电池加热膜电路相并联后与电池模组电路相并联。

在上述并联好的电路上串联有充电桩以实现电池模组的充电过程，在上述并联好的电路上串联有负载以实现电池模组的放电过程。在充电过程中，在充电桩电路上串联有快充继电器以控制充电的开启和关闭。热管理电池系统中还包括有充电桩进行信息交互的电池管理系统(简称BMS)，通过BMS与充电桩进行信息交互，完成快充充电流程。

本发明中电池加热膜用于电池加热，常见电池加热膜为PI(聚酰亚胺)加热片或硅胶加热膜。

如果电池模组为圆柱形电芯，由于其特殊的圆柱形结构，故采用蛇形缠绕电池加热膜在圆柱形电芯圆周上进行加热。如果电池模组为方形电芯，采用在侧面或底部通过胶粘电池加热膜进行加热，电池加热膜通过第一加热正继电器进行开关控制。

侧壁加热膜用于电池箱体及箱内空气加热，通过3M胶胶粘在电池箱体侧壁上，通过第二加热正继电器进行开关控制。

如图2所示，电池加热膜1与电池模组的侧面相贴合，每一个电池模组的两侧面各贴合一片电池加热膜1。侧壁加热膜2在电池箱体内部四面环绕，当侧壁加热膜发热工作时，能迅速将电池箱体加热，使电池周围的空气温升加快，促使电池温升加快。

电池箱体的底部设置有液冷板，液冷板上设置有进出水口3，液冷板内部设置有与进出水口相通的冷却液流道，外部通过水泵使冷却液通过进出水口在液冷板内部的冷却液流道中流动循环，侧壁加热膜产热后，热量经过底部液冷板经由冷却液给电池模组底部加热，迅速给电池模组加热，同时通过液冷循环保证电池间温差，提高电池系统使用寿命。

本发明热管理电池系统的控制方法，具体的步骤如下：

步骤一：插枪，进入快充流程(GB/T27930-2015)，完成握手及参数配置；

步骤二：通过电池最小温度来判断是否进行加热，共分为三种状态：

状态一、纯充电状态：

当电池最小温度(Tmin)≥18℃时，无低温充电问题，不进行加热，直接充电；

状态二、纯加热状态：

当Tmin≤5℃时，BMS请求电流为电池加热膜额定电流(I1)；

若电池加热膜额定电流(I1)≥充电桩最小输出电流(I桩)时，闭合第一正加热继电器，充电桩按电池加热膜额定电流(I1)输出；

若电池加热膜额定电流(I1)＜充电桩最小输出电流(I桩)时，闭合第一加热正继电器和第二加热正继电器，充电桩按充电桩最小输出电流(I桩)输出；此时，电池加热膜和侧壁加热膜同时工作，电池加热膜按额定功率发热，侧壁加热膜加热箱体及箱内空气，使整个电池系统温升加快，缩短电池到达阀值时间；

状态三、边充电边加热状态：

当5℃<Tmin<18℃，或由Tmin≤5℃加热到Tmin≥8℃时，此时进行边充电边加热，BMS请求电流(I2)＝电池充电电流(I0)+电池加热膜电流(I1)，直至加热到Tmin≥18℃跳转到纯充电状态；

请求电流(I2)≥充电桩最小输出电流(I桩)时，第一加热正继电器闭合，第二加热正继电器断开，充电桩按请求电流(I2)输出，电池加热膜工作，同时给电池充电；

请求电流(I2)＜充电桩最小输出电流(I桩)时，闭合第一加热正继电器和第二加热正继电器，充电桩按最小电流I桩输出；此时，电池加热膜和侧壁加热膜同时工作，同时给电池充电；

步骤三：充满后结束充电，完成整个充电流程。

上述热管理电池系统的控制方法中温度节点5℃、8℃、18℃等充电温度阀值可按实际电芯参数调整。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。