CN102055042A - 一种车辆用电池加热控制***及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种车辆用电池加热控制***和控制方法，包括加热控制模块和电池加热单元；所述加热控制模块与所述电池加热单元电连接；所述电池加热单元，用于对电池进行加热，所述加热控制模块，用于当符合启动加热的条件时，启动电池加热单元对电池的加热，并且当符合停止加热的条件时，停止电池加热单元对电池的加热；其中，所述启动电池加热同时满足以下条件：***的环境温度K环达到温度设定值K1；电池温度K电达到温度设定值K2；电池荷电态SOC达到电池荷电态设定值SOC1。该车辆用电池加热控制***和控制方法能够更好保护电池。

Description

一种车辆用电池加热控制***及其控制方法
技术领域
本发明属于对车辆供电的电池领域，尤其涉及一种车辆用电池加热控制***及其控制方法。
背景技术
目前，混合动力车和电动车的能量来源主要是车上的动力电池组，动力电池组一般采用的是锂电池，锂电池已经成为便携式电子设备及电动车所使用的理想电源。考虑到汽车需要在复杂的路况和环境条件下行驶，或者有些电子设备需要在较差的环境条件中使用，所以作为电动车或电子设备电源的电池就需要适应这些复杂的状况，尤其是当电动车或电子设备处于低温环境中时，更需要电池具有优异的低温充放电性能和较高的输出、输入功率性能。电池在低温环境下时，电池的活性降低，无法正常工作。目前通常做法是利用这些电池内部的电化学反应来改善电池低温性能或者在电池外部设置加热装置来提高电池整体温度而使电池在适宜的温度下工作。
就在电池外部设置加热装置的方式来说，现有的方案大多是通过检测电池的温度来启动或停止对电池的加热，一般来说，当温度低于某一预定温度时开始对电池进行加热，并当温度达到另一预定温度时停止对电池进行加热。
例如，现有中的一种电池包温控***，运用于一便携式电子装置内，该***包括：一温度感测单元，设置于一电池包之内，用以持续感测该电池包的一内部温度；一温度控制单元，设置于该便携式电子装置中，用以设定一低温加热温度，并接收该内部温度，确认该内部温度小于该低温加热温度时，产生一低温加热信号；及一热能产生单元，设置于该电池包之内，用以接收该低温加热信号，并产生一热能至该电池包之中。
现有的电池加热控制***都是通过在电池组外部增设一个加热装置来改善电池组的温度，通过检测电池的温度来启动或停止对电池的加热，一般来说，当电池的温度低于某一预定温度时开始对电池进行加热，并当温度达到另一预定温度时停止对电池进行加热。由于电池的温度是从内部集流体扩展至其他部位，温度在短时间内很难趋于平稳，这种仅利用单一的电池温度条件来控制何时启动和停止加热并不十分符合实际需要，对于实际运用而言并不能够很好的保护电池。
发明内容
本发明为解决现有技术中存在的电池加热控制***和加热控制方法不能更好地保护电池的问题，提供一种能够更好保护电池的车辆用电池加热控制***及其控制方法。
本发明提供一种车辆用电池加热控制***，包括加热控制模块和电池加热单元；所述加热控制模块与所述电池加热单元电连接；
所述电池加热单元，用于对电池进行加热，
所述加热控制模块，用于当符合启动加热的条件时，启动电池加热单元对电池的加热，并且当符合停止加热的条件时，停止电池加热单元对电池的加热；
其中，所述启动电池加热同时满足以下条件：
***的环境温度K环达到温度设定值K1；
电池温度K电达到温度设定值K2；
电池荷电态SOC达到电池荷电态设定值SOC1。
本发明还提供一种车辆用电池加热控制方法，该方法包括以下步骤：当符合启动加热的条件时，启动对电池的加热；并且
当符合停止加热的条件时，停止对电池的加热；
其中，所述启动电池加热同时满足以下条件：
***的环境温度K环达到温度设定值K1；
电池温度K电达到温度设定值K2；
电池荷电态SOC达到电池荷电态设定值SOC1。
本发明提供的这种用于控制电池加热的方法和装置对启动加热的条件进行了改进，相比于现有技术中采用的单一的电池温度判断的方式来启动加热来说，考虑的因素更为多元化。由于在同时满足***工作的环境温度、电池温度和电池容量的条件下才会启动对电池加热，可以使处于低温环境中的电池有效地升温，同时又能保持整个***不会被误触发，保证了电池的充放电性能，并且不会对电池造成损害，延长了电池的寿命，降低***的功耗。
附图说明
图1是本发明的车辆用电池加热控制***的结构框图；
图2是本发明的车辆用电池加热控制方法的流程图；
图3是本发明的环境温度比较单元的电路图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明提供一种车辆用电池加热控制***，包括加热控制模块1和电池加热单元2；所述加热控制模块1与所述电池加热单元2电连接；
所述电池加热单元2，用于对电池进行加热，
所述加热控制模块1，用于当符合启动加热的条件时，启动电池加热单元2对电池的加热，并且当符合停止加热的条件时，停止电池加热单元2对电池的加热；
其中，所述启动电池加热同时满足以下条件：
***的环境温度K环达到温度设定值K1；
电池温度K电达到温度设定值K2；
电池荷电态SOC(state of charge)达到电池荷电态设定值SOC1。
作为进一步改进，所述加热控制***还包括与所述加热控制模块1电连接的环境温度比较单元3；
所述环境温度比较单元3，用于检测***的环境温度，以及比较检测到的环境温度K环与温度设定值K1的大小，并发送比较信号给所述加热控制模块1；
所述加热控制模块1，根据所述环境温度比较单元3的比较信号控制其自身的上电或断电。
只有在加热控制模块1上电的情况下，加热控制模块1内部的单元才能正常运行，才能根据相应的条件控制电池加热单元2对电池进行加热。
其中，图3为本发明中一种实施例环境温度比较单元3的电路图，所述环境温度比较单元3包括比较器U19A，比较器U19A的同相输入端分别与电阻R69和电阻R68的一端连接，电阻R69的另一端与12V电源连接，电阻R68的另一端和比较器U19A电源负极分别与地连接，电阻R69与电阻R68的阻值相等作为比较的基准电阻，比较器U19A的反相输入端分别与恒温电阻R77和热敏电阻R76的一端连接，恒温电阻R77的另一端和比较器U19A电源正极分别与12V电源连接，热敏电阻R76的另一端与地连接，比较器U19A的输出端输出一个电平信号，作为驱动加热控制模块1的上电或断电的信号。
所述环境温度比较单元3的工作原理如下：当***上电后，环境温度监控单元的基准电压为正极电压U19A+，环境温度监控单元的比较电压为负极电压U19A-。当环境温度等于温度设定值K1时，恒温电阻R77的阻值与热敏电阻R76的阻值相等，(U19A+)＝(U19A-)，比较器U19A输出低电平信号，即输出供电允许信号T-OFF给加热控制模块1，热控制模块1上电，***进入工作模式。当环境温度大于温度设定值K1时，(U19A+)＞(U19A-)，U19A输出高电平，即输出供电非允许信号T-OFF给加热控制模块1，使热控制模块1断电，***进入休眠模式。当环境温度低于温度设定值K1时，(U19A+)＜(U19A-)，比较器U19A输出低电平信号，即输出供电允许信号T-OFF给加热控制模块1，使热控制模块1上电，***进入工作模式。通过环境温度比较单元3保证***在环境温度高于温度设定值K1时，加热控制模块1被断电，不会被误触发而使电池加热单元2工作，同时降低***的功耗，也不会在环境温度高时，对电池加热以致于使电池损坏。
作为进一步改进，所述加热控制***还包括用于对***运行时间进行计时的第一计时单元4，所述第一计时单元4与所述加热控制模块1电连接。加热控制模块1启动时，第一计时单元4开始工作，对***运行时间进行计时使***的最大运行时间不超过一定值T1，以防止***运行紊乱时进入死循环而发送持续有效的加热信号给电池加热单元2，在第一计时单元4的计时时间达到一定值T1时，能使加热控制模块1断电，***进入休眠模式。
作为进一步改进，所述加热控制模块1包括控制单元11和电池温度及电池容量检测单元12；所述控制单元11与所述电池加热单元2电连接；
所述电池温度及电池容量的检测单元12，用于检测电池的温度和电池的容量并送给控制单元11；
所述控制单元11，用于根据检测单元12的信息进行比较控制电池加热单元2对电池启动加热或停止加热。
其中，所述电池加热单元2可以为任何能对电池加热的装置，例如较为常规的电热装置(如电热丝等)，但是这种电热装置通常结构较为复杂并且占用空间较大，所以会导致整个电池组件的体积变大，需要电子装置或电子设备具有较大的容纳电池的空间。
为了解决这个问题，本发明的电池加热单元2优选采用脉冲发生器和与脉冲发生器连接的开关模块，该模块能与电池的正负极相连接，当该开关模块导通时，能够使得电池短路，当该开关模块断开时，能够使得电池开路。事实上，该开关模块本身并不具备对电池加热功能，但是能够通过自身的短时间导通使电池瞬间短路，产生大电流，从而达到使电池升温的效果。相对于电热装置来说，开关模块的结构较为简单，体积较小，更适用于空间有限的电子装置或电子设备中。
所述开关模块可以选用各种开关电路，如三极管、MOS管等等，只要可以通过使电池以脉冲形式短路而使电池升温、并且不损坏电池及电池性能即可。
优选情况下，所述开关模块为绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块，IGBT模块是本领域技术人员公知的电子元件，IGBT模块具有栅极、源极和漏极，栅极(即控制端)用于脉冲发生器，源极用于连接电池的正极或负极，漏极用于相应地连接电池的负极或正极(正极、负极的连接取决于IGBT管的类型为P型还是N型，为本领域所公知)。IGBT模块是复合了功率场效应管和电子晶体管的优点而得到的一种复合器件，具有输入阻抗高、工作速度快、热稳定性好、驱动电路简单、通态电压低、耐电压高和承受电流大等优点。优选情况下，开关模块可以包括多个并联的IGBT模块，其中一者导通就能使得电池短路。
本领域技术人员可以根据电池的不同型号以及设计容量来选择具有合适的耐电压值或耐电流值的IGBT模块。优选情况下，通常选用耐电压值通常为1000V以上的IGBT模块，更优选为1200V。优选情况下，当所述电池的设计容量为100Ah以下时，选用耐电流值为3000-5000A的IGBT模块；当所述电池的设计容量为100Ah以上时，选用耐电流值为5000-10000A的IGBT模块。
在本发明中，脉冲发生器根据控制单元11的控制信号生成脉冲序列并输出到开关模块的控制端来控制开关模块的启动和停止。同样，为了避免长时间短路对电池造成不必要的损害，需要对开关模块的导通和断开的时间有一定的限制。优选情况下，脉冲发生器生成的脉冲序列的脉宽一般为1-3ms，优选为1-2ms，占空比为5-30％，优选为5-10％，持续时间为30-最大加热时间T2max，优选为60-360s。
作为进一步改进，所述加热控制模块1还包括用于对电池加热时间进行计时的第二计时单元13，所述第二计时单元13与所述控制单元11电连接。当第二计时单元13的计时时间超过T2时，控制单元11控制电池加热单元2停止加热。
作为进一步改进，所述控制单元11为LPC2194单片机。
本发明还提供一种车辆用电池加热控制方法，该方法包括以下步骤：当符合启动加热的条件时，启动对电池的加热；并且当符合停止加热的条件时，停止对电池的加热；
其中，所述启动电池加热同时满足以下条件：
***的环境温度K环达到温度设定值K1；
电池温度K电达到温度设定值K2；
电池荷电态SOC达到电池荷电态设定值SOC1。
如图2所述，本发明的实施例中一种车辆用电池加热控制方法，包括以下步骤：
步骤S01，环境温度比较单元3检测当前***的环境温度，比较该温度K环是否小于温度设定值K1，如果是，则进入步骤S03，如果判断结果为否，则进入步骤S02；
步骤S02，加热控制模块1断电，程序结束；
步骤S03，加热控制模块1上电，***进入步骤S04；
步骤S04，第一计时单元4开始计时，***进入步骤S05；
步骤S05，***运行时间T系是否大于时间设定值T1，如果是，则进入步骤S02，如果判断结果为否，则***进入步骤S06；
步骤S06，比较电池温度K电是否小于温度设定值K2且电池荷电态SOC大于电池荷电态设定值SOC1，如果是，则进入步骤S07，如果否，则***进入步骤S02；
步骤S07，控制单元控制电池加热单元对电池进行加热，同时第二计时单元13开始计时，***进入步骤S08；
步骤S08，电池加热时间T电是否大于时间设定值T2，如果是，则进入步骤S09，如果判断结果为否，则***进入步骤S07，继续计时；
步骤S09，控制单元11控制电池加热单元2停止对电池进行加热，***进入步骤S02，程序结束。
对于步骤S01中，所述温度设定值K1的取值范围为：-10℃到10℃。
对于步骤S05和步骤S08，***运行时间的设定值T1的取值范围为：T2＜T1＜300s，保证满足加热控制模块1控制电池加热单元2对电池的加热时间，同时防止加热控制模块1进入死循环时超时运行，电池加热时间的设定值T2的取值范围为：10s到240s。
对于步骤S06中，所述温度设定值K2的取值范围为：-20℃到0℃。所述电池荷电态SOC是指电池的实际电量与充满电时的电量的比值，为一百分数，是实际运行中通过各种常规的方法估算的。当电池荷电态SOC过低时，***控制电池短路加热对电池的使用寿命影响较大，因此所述电池荷电态设定值SOC1的取值范围为：30％到50％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种车辆用电池加热控制***，其特征在于：包括加热控制模块和电池加热单元；所述加热控制模块与所述电池加热单元电连接；
所述电池加热单元，用于对电池进行加热，
所述加热控制模块，用于当符合启动加热的条件时，启动电池加热单元对电池的加热，并且当符合停止加热的条件时，停止电池加热单元对电池的加热；
其中，所述启动电池加热同时满足以下条件：
***的环境温度K环达到温度设定值K1；
电池温度K电达到温度设定值K2；
电池荷电态SOC达到电池荷电态设定值SOC1。
2.如权利要求1所述的车辆用电池加热控制***，其特征在于：所述加热控制***还包括与所述加热控制模块电连接的环境温度比较单元；
所述环境温度比较单元，用于检测***的环境温度，以及比较检测到的环境温度与温度设定值K1的大小，并发送比较信号给所述加热控制模块；
所述加热控制模块，根据所述环境温度单元的比较信号控制其自身模块的上电或断电。
3.如权利要求2所述的车辆用电池加热控制***，其特征在于：所述加热控制***还包括用于对***运行时间进行计时的第一计时单元，所述第一计时单元与所述加热控制模块电连接。
4.如权利要求3所述的车辆用电池加热控制***，其特征在于：所述加热控制模块包括控制单元和电池温度及电池容量的检测单元；所述控制单元分别与所述电池加热单元、所述环境温度比较单元以及所述第一计时单元电连接；
所述电池温度及电池容量的检测单元，用于检测电池的温度和电池的容量并送给所述控制单元；
所述控制单元，用于根据检测单元的信息进行比较控制所述电池加热单元对电池启动加热或停止加热。
5.如权利要求4所述的车辆用电池加热控制***，其特征在于：所述加热控制模块还包括用于对电池加热时间进行计时的第二计时单元，所述第二计时单元与所述控制单元电连接。
6.如权利要求4所述的车辆用电池加热控制***，其特征在于：所述控制单元为LPC2194单片机。
7.如权利要求1所述的车辆用电池加热控制***，其特征在于：所述温度设定值K1的取值范围为：-10℃到10℃。
8.如权利要求1所述的车辆用电池加热控制***，其特征在于：所述温度设定值K2的取值范围为：-20℃到0℃。
9.如权利要求1所述的车辆用电池加热控制***，其特征在于：所述电池荷电态设定值SOC1的取值范围为：30％到50％。
10.一种车辆用电池加热控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：当符合启动加热的条件时，启动对电池的加热；并且当符合停止加热的条件时，停止对电池的加热；
其中，所述启动电池加热同时满足以下条件：
***的环境温度K环达到温度设定值K1；
电池温度K电达到温度设定值K2；
电池荷电态SOC达到电池荷电态设定值SOC1。
11.如权利要求10所述的车辆用电池加热控制方法，其特征在于：还包括以下步骤：所述启动电池加热还需要满足以下条件：
***运行时间T系小于时间设定值T1。
12.如权利要求11所述的车辆用电池加热控制方法，其特征在于：该方法还包括以下步骤：
步骤S01，所述环境温度比较单元检测当前***的环境温度，比较该温度K环是否小于温度设定值K1，如果是，则进入步骤S03，如果判断结果为否，则进入步骤S02；
步骤S02，所述控制加热模块断电，程序结束；
步骤S03，所述控制加热模块上电，***进入步骤S04；
步骤S04，所述第一计时单元开始计时，***进入步骤S05；
步骤S05，***运行时间T系是否大于时间设定值T1，如果是，则进入步骤S02，如果判断结果为否，则***进入步骤S06；
步骤S06，比较电池温度K电是否小于温度设定值K2且电池荷电态SOC大于电池荷电态设定值SOC1，如果是，则进入步骤S07，如果否，则***进入步骤S02；
步骤S07，所述控制单元控制所述电池加热单元对电池进行加热，同时所述第二计时单元开始计时，***进入步骤S08；
步骤S08，所述控制单元判断是否停止加热，如果是，则进入步骤S09，如果判断结果为否，则***进入步骤S07；
步骤S09，所述控制单元控制所述电池加热单元停止对电池进行加热，***进入步骤S02，程序结束。
13.如权利要求10所述的车辆用电池加热控制方法，其特征在于：所述温度设定值K1的取值范围为：-10℃到10℃。
14.如权利要求10所述的车辆用电池加热控制方法，其特征在于：所述温度设定值K2的取值范围为：-20℃到0℃。
15.如权利要求10所述的车辆用电池加热控制方法，其特征在于：所述电池荷电态设定值SOC1的取值范围为：30％到50％。
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