CN109818109A - 一种动力电池低温保护***及其保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车电池技术领域，具体涉及一种动力电池低温保护***及其保护方法，其中***包括温度监测电路、控制模块和加热模块，温度监测电路用于在监测到动力电池所处的环境温度低于第一阈值时导通，并向控制模块发出唤醒信号；控制模块用于接收到唤醒信号时向加热模块发出加热指令；加热模块用于根据控制模块发出的加热指令对动力电池进行加热。通过本申请的***和方法，可以对电池温度进行自动监控，加热模块可以不定时的对动力电池进行加热，使得在低温环境下电池温度始终处于合适的工作区间，可以直接充放电，缩短了电池充电时间，同时当用户需要用车时动力电池可以直接放电，提高了电池的电力输出能力。

Description

一种动力电池低温保护***及其保护方法

技术领域

本发明涉及汽车电池技术领域，具体涉及一种动力电池低温保护***及其保护方法。

背景技术

动力电池作为电动汽车的能量来源，起着至关重要的作用。当今市面上的电动汽车，大多采用锂电池作为动力电池单元的组成部分。而锂电池在低温下，其容量会有显著减小，且会严重影响其充电以及放电的能力和效率。所以，在电动汽车中对动力电池进行合适的热管理，一直是整车功能需求的重中之重。

当今的解决方案中，针对动力电池的热管理，处理方法主要是当车辆上电启动后，根据电芯温度以及电池热管理回路的水温作为输入信号，然后代入相关算法中进行计算，并相应开启加热单元对动力电池单元进行加热，使其达到合适的工作温度区间。这样的方式虽然基本上可以保证动力电池在车辆上电工作(一段时间)后达到合适的工作温度，但是其弊端也显而易见。例如，在寒冷的地域，彻夜停放后的车辆已经冻至零下十几度，极端情况下甚至可能低至零下三四十度，当驾驶员在第二天进入车内启动车辆行驶时，此时动力电池的温度非常低，其电力输出的能力非常有限，在车辆启动后相当长一段时间内，整车的动力性能会受到严重影响。或者是当车主准备为车辆进行补电，而由于电池温度过低，不适合直接向电池内部注入电能，此时的控制策略多为先利用充电桩侧的电能来带动车辆的高压装置，并由此为电池进行加热，待电池温度达到某个阈值时，才正式向电池内部注入电能，这样带来的结果就是，整个充电的时间会被延长，也会直接影响用户体验。

发明内容

为了解决现有技术中汽车动力电池管理***在低温环境工作时充电时间长、输出电力不足的缺陷，本申请提供以下技术方案：

一种动力电池低温保护***,包括至少一组动力电池，还包括温度监测电路、控制模块和加热模块，所述温度监测电路和加热模块均与所述控制模块连接；

所述温度监测电路用于在监测到所述动力电池所处的环境温度低于第一阈值时导通，并向所述控制模块发出唤醒信号；

所述控制模块用于接收到所述唤醒信号时向所述加热模块发出加热指令；

所述加热模块用于根据所述控制模块发出的加热指令对所述动力电池进行加热。

进一步的，所述控制模块还用于在接收到所述唤醒信号后向所述温度监测电路发出休眠或断开指令，控制所述温度监测电路进入休眠或断开状态。

其中，所述控制模块内预存有加热逻辑，所述控制模块接收到所述唤醒信号后根据所述加热逻辑向所述加热模块发出所述加热指令。

进一步的，所述控制模块还用于在所述加热逻辑完成后，向所述温度监测电路发出唤醒指令使得所述温度监测电路重新进入监测状态。

其中，所述温度监测电路包括供电电源、定值电阻、热敏电阻、继电器和MOS管；所述继电器、定值电阻和热敏电阻依次串联在所述供电电源的两端形成一分压器，所述分压器的中间点与所述MOS管的栅极连接，所述MOS管的漏极与连接在所述继电器与定值电阻之间，所述MOS管的源极通过一个下拉电阻与所述供电电源的负极连接；

所述MOS管的源极还与所述控制模块连接；

所述继电器还与所述控制模块连接。

其中，所处控制模块为整车控制器或空调控制器。

一种动力电池***低温保护方法，所述***包括温度监测电路和加热模块，所述方法包括：

监听所述温度监测电路输出的唤醒信号，并在获取到所述唤醒信号后向所述加热模块发出加热指令控制所述加热模块加热；

接收到所述唤醒信号后向所述温度监测电路发出休眠或断开指令，控制所述温度监测电路进入休眠或断开状态。

进一步的，还包括：

待所述加热模块根据所述加热指令完成加热后，向所述温度监测电路发出唤醒指令，使得所述温度监测电路重新进入监测状态。

其中，所述加热指令通过预先存储的加热逻辑生成。

其中，所述温度监测电路包括热敏电阻、供电电源、定值电阻、继电器和MOS管；

所述继电器、定值电阻和热敏电阻依次串联在所述供电电源的两端形成一分压器，所述分压器的中间点与所述MOS管的栅极连接，所述MOS管的漏极与连接在所述继电器与定值电阻之间，所述MOS管的源极通过一下拉电阻与所述供电电源的负极连接，所述MOS管的源极还连接有信号线用于输出所述唤醒信号。

依据上述实施例的动力电池低温保护***和方法，在低温环境下，温度监测电路可以自动监测动力电池所在环境的温度信息，并在温度值低于预设的第一阈值时向控制模块发出唤醒信号，控制模块接收到该唤醒信号后控制加热模块工作对动力电池所在环境进行加热，同时控制模块发出加热指令后即向温度监测电路发出休眠指令使其进入休眠，节约了电能，当加热逻辑完成后，再向温度监测电路发出唤醒指令，使其重新进入温度监测状态。通过该***和方法，加热模块可以不定时的对动力电池进行加热，使电池温度始终处于合适的工作区间，可以直接充放电，缩短了电池充电时间，提高了电池的电力输出能力。

附图说明

图1为本申请实施例动力电池低温保护***结构框图；

图2为本申请实施例温度监测电路监测状态电路图；

图3为本申请实施例温度监测电路休眠状态电路图；

图4为本申请实施例动力电池***低温保护方法流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

本实施例提供一种动力电池低温保护***，如图1，该***包括温度监测电路101、控制模块102和加热模块103，其中，温度监测电路101和加热模块103均与控制模块102通过信号线缆连接。

其中，温度监测电路101用于监测动力电池所处环境的温度信息，并在监测到动力电池所处环境的温度值低于预设的第一阈值时，发出一个唤醒信号给控制模块102。例如，在温度监测电路101中设置有一个温度传感器，可以用来监测电池所处环境的温度。本实施例中通过监测动力电池热管理回路中冷却液的温度表示电池所处环境的温度，在其他实施例中，还可以通过在动力电池的外侧壁或者内侧壁上设置温度传感器，通过测量电池外侧壁或者内侧壁的温度来表示电池的所处环境的温度。本实施例中，在温度监测电路101中设有液体温度传感器，液体温度传感器设置在动力电池热管理回路的冷却液中，用来获取冷却液的温度信息。其中，控制模块102被唤醒的条件是动力电池所处环境的温度小于第一阈值，当监测到动力电池内液体的温度低于第一阈值时温度监测电路101即导通，并向控制模块102发出唤醒信号，提醒控制模块102此时动力电池的所处的环境温度低于预设的第一阈值，同时控制模块102被唤醒。

其中，控制模块102用于实时接收温度监测电路101发出的唤醒信号，当获取到唤醒信号时即向加热模块103发出加热指令，加热模块103用于根据控制模块102发出的加热指令对动力电池进行加热。其中加热指令中包括加热时长，加热时的功率等信息。

其中，需要说明的是，温度监测电路101中预设的第一阈值仅用来作为唤醒控制模块102的触发条件，当监测到电池所处的环境温度低于第一阈值时温度监测电路101即发出唤醒信号，使得控制模块102被唤醒，控制模块102被唤醒后不一定立即控制加热模块103对动力电池加热，因此控制模块102被唤醒后并不一定立即向加热模块103发出加热指令，控制模块102还要根据该唤醒信号分析出电池当前所处环境的温度，在实际应用中电池所处的环境温度是一个缓慢连续变化的过程，不会出现温度的骤变的情况，因此一般认为控制模块102被唤醒时的第一阈值即表示当前环境的温度。控制模块102被唤醒后分析出当前环境温度(即第一阈值)，并将第一阈值与加热逻辑中预设的第三阈值进行比对，当该第一阈值低于预设的第三阈值时，再发出加热指令。但一般情况下，大多数用户会将第一阈值和第三阈值设置为同一个值，或者将第一阈值和第三阈值设置为比较相近，避免控制模块102被无意义的唤醒。例如，将第一阈值和第三阈值都设置为-15℃，当温度监测电路101监测到当前电池所处环境温度低于该第一阈值时，发出唤醒信号唤醒控制模块102，控制模块102根据唤醒信号分析出当前电池所处环境温度也同样小于第三阈值，立即向加热模块103发出加热指令。在实际应用中，因为温度监测电路101获取的温度值与实际环境温度值一般均会有0.5℃左右的误差，为了使得控制模块102被唤醒后就立即控制加热模块102加热，技术人员会将第三阈值设置略高于第一阈值，例如第三阈值高于第一阈值0.5-2℃，例如第一阈值设置为-15℃，则将第三阈值设置为-14℃，这样当控制模块102被唤醒后，控制模块102分析出当前环境温度为第一阈值时，即为-15℃±0.5℃，这样即使测量有误差，分析出的第一阈值仍低于预设的第三阈值，这样控制模块102立即控制加热模块103进行加热，避免控制模块102被无意义的唤醒，节约了电能。

通过上述的动力电池低温保护***，在低温环境下，温度监测电路101可以自动监测动力电池所在环境的温度信息，并在温度值低于预设的第一阈值时向控制模块102发出唤醒信号，控制模块102接收到该唤醒信号后控制加热模块103工作对动力电池所在环境进行加热，使电池温度始终处于合适的工作区间，当用户需要用车时，动力电池可以立即提供充足的电能，提高用户的体验感；另外电池温度始终处于合适的工作范围还可以保证给电池充电时，可以立即向电池充电，无须外接电源对电池进行预热，缩短了电池充电时间。

进一步的，控制模块102还用于向温度监测电路101发出休眠或断开指令，控制温度监测电路101暂时进入休眠或断开状态，这样可以使得温度监测电路101暂时不工作，节约电能。本实施例中，当控制模块102接收到温度监测电路101发出的唤醒信号后即向温度监测电路101发出休眠指令，控制温度监测电路101进入暂时休眠状态以达到最大限度的节约电能。在其他实施例中，休眠指令的发出时间可以是在加热逻辑完成后或者完成后的一段时间，例如在加热完成后30分钟时，控制模块102向温度监测电路101发出唤醒指令使得温度监测电路101重新进入监测状态，继续监测动力电池的环境温度，当温度低于第一预设值时重新发出唤醒信号。通过这样不定时的对动力电池所在环境进行加热，使得动力电池的温度适中处于合适的范围，当用户需要用车时，动力电池可以保证正常的电力输出，提高了用户体验，或者当用户需要给动力电池充电时，也无需提前对动力电池进行预加热，可以直接连接充电桩进行充电，保证了充电效率，节约了时间。

其中，控制模块102内预存有加热逻辑、休眠逻辑等，也可以理解为加热规则、休眠规则，例如，加热逻辑为加热功率为1000W，加热时长为5分钟，休眠逻辑为休眠十分钟。当控制模块102接收到唤醒信号后根据预存的加热逻辑生成加热指令并发送给加热模块。

其中，在其他实施例中，控制模块102内还预存有其他逻辑或者规则，例如预存有电池温度分析规则，当控制模块102被唤醒后，根据预存的电池温度分析规则可以分析出当前电池处于环境的温度信息，并发送到汽车显示屏上进行温度显示，方便用户了解电池的环境温度信息。

其中，控制模块102可以为整车控制器(VCU)或空调控制器(HVAC)，本实施例中控制模块102为整车控制器VCU。

其中，本实施例温度监测电路101中的液体温度传感器选用热敏电阻Rtemp。其中，如图2，该温度监测电路101还包括供电电源E、定值电阻Rconst、继电器relay和MOS管MOSFET，继电器relay、定值电阻Rconst和热敏电阻Rtemp依次串联在供电电源E的两端形成一分压器，定值电阻Rconst和热敏电阻Rtemp的中间点即为分压器的中间点，分压器的中间点与MOS管MOSFET的栅极G连接，MOS管MOSFET的漏极D连接在继电器relay与定值电阻Rconst之间，MOS管MOSFET的源极S通过一下拉电阻Rpulldown与供电电源E的负极连接。通常情况下，温度越低热敏电阻Rtemp的阻值越大，在常温下其阻值在几千欧到几十千欧的范围内变动，而当温度降低时，其阻值会增至数百千欧，本实施例的供电电源E采用12V蓄电池，定值电阻Rconst的阻值选取根据热敏电阻Rtemp在低温下的电器参数分析计算后选取，需要保证形成的分压器的中间点处的电压在常温下较低，当温度降低时，热敏电阻Rtemp的阻值会增加，中间点的电压也会增加，当中间点的电压增大至MOS管MOSFET的接通电压V_GS的电压阈值时，MOS管MOSFET将导通，MOS管MOSFET的漏极D和源极S端导通。其中，MOS管MOSFET的源极S还与VCU连接，VCU的wakeup管脚会被接入12V的高电平信号，即为唤醒信号，使得VCU被激活并根据预设的加热逻辑控制加热模块103进行加热。

其中，热敏电阻Rtemp和定值电阻Rconst的阻值根据需求功率以及设定的电池温度第一阈值计算而定，一般情况下，定值电阻Rconst的阻值选取为几十千欧的范围。

进一步的，供电电源E的正负极还分别与VCU的KL30管脚以及GND管脚连接，用于向VCU提供工作所需的电能。

其中，本实施例中的加热模块103采用PTC加热器(热敏电阻加热器)，其采用PTC陶瓷发热元件与铝管组成，具有热阻小、换热效率高的优点，PTC加热器的控制端与VCU连接，通过VCU的控制信号实现对电池内的冷却液加热，进而对电池加热。

进一步的，如图3，VCU的一个输出管脚OUT还与继电器relay通过线缆连接，用于向继电器relay输出控制指令。例如，当VCU向加热模块103发出加热指令后，即向继电器relay发送休眠指令，具体的，VCU向继电器relay的电感L所在的电路中输出12V电压信号，使得电感L导通产生磁场力，此时继电器relay的开关S1会被吸开，分压器以及Wakeup管脚处的电压值就会变为零，分压器不再输出唤醒信号，温度监测电路101暂时处于休眠状态，节约了供电电源E的电能。

当VCU监控加热逻辑完成后再次向温度监测电路101发送唤醒指令，即VCU停止给电感L输入12V的电压信号，电感L失去吸引力，开关S1自动闭合，使得温度监测电路101再次处于监测状态，例如，预设的加热逻辑为，加热逻辑完成后十分钟向温度监测电路101发送唤醒指令；再例如，预设的加热逻辑为当监测到电池所在环境温度低于第二阈值时，则向温度监测电路101发送唤醒指令。

在电池使用过程中，电池温度过低会自然的造成电池储能降低，本实施例提供的***虽然会消耗少数电能，但是可以保证电池温度始终处于合适的工作区间，该***所消耗的电能基本可以弥补电池温度降低而损耗的储能，所以综合来看，本申请提供的***不会造成额外的电能损耗，却能提高了电力输出能力，缩短充电时间，给用户在寒冷环境中驾驶带来良好的体验。

实施例2

本实施例提供一种力电池***低温保护方法，其中，***包括温度监测电路和加热模块，如图4，该方法包括：

步骤201：监听温度监测电路101输出的唤醒信号，并在获取到唤醒信号后向加热模块103发出加热指令控制加热模块103加热；

步骤202：接收到唤醒信号后向温度监测电路101发出休眠或断开指令，控制温度监测电路101进入休眠或断开状态。

通过本实施例提供的方法，电池所在环境温度低于第一阈值时，会接收到温度监测电路101发出的唤醒信号，获取到该唤醒信号后即向加热模块103发送加热指令使其工作对电池进行加热，其中加热时长和加热功率根据预设的加热逻辑确定。同时，为了节约电能，控制模块在接收到唤醒信号后即向温度监测电路101发出休眠指令，控制温度监测电路101进入休眠状态。

进一步的，该方法还包括步骤203：待加热模块103根据加热指令完成加热后，向温度监测电路101发出唤醒指令，使得温度监测电路101重新进入监测状态。可以根据预设的规则或者逻辑，在完成加热后或者在完成加热并等待一段时间后重新唤醒温度监测电路101进入监测状态。其中，加热指令通过预先存储的加热逻辑或者加热规则生成，技术人员可以根据实际情况或者环境情况修改加热逻辑或加热规则。

其中，如图2，温度监测电路101包括热敏电阻Rtemp、供电电源E、定值电阻Rconst、继电器relay和MOS管MOSFET，继电器relay、定值电阻Rconst和热敏电阻Rtemp依次串联在供电电源E的两端形成一个分压器，分压器的中间点与MOS管MOSFET的栅极G连接，MOS管MOSFET的漏极D连接在继电器relay与定值电阻Rconst之间，MOS管MOSFET的源极S通过一下拉电阻MOSFET与供电电源E的负极连接，MOS管MOSFET的源极S还连接有信号线用于输出唤醒信号，当获取到该唤醒信号时，即向加热模块103发出加热指令使其对电池进行加热。

本实施例中的保护方法可以通过预存在控制模块102中的程序实现，控制模块102可选择整车控制器VCU，如图2，当VCU监控加热逻辑完成后向再次温度监测电路101发送唤醒指令，即VCU停止给电感L输入12V的电压信号，电感L失去吸引力，开关S1自动闭合，使得温度监测电路101再次处于监测状态，例如，预设的加热逻辑为，加热逻辑完成后十分钟向温度监测电路101发送唤醒指令。再例如，也可以是当监测到电池所在环境温度低于第二阈值时，则向温度监测电路101发送唤醒指令。

进一步的，控制模块102还通过信号线与继电器连接，如图3，当VCU监控加热逻辑完成后向再次温度监测电路101发送唤醒指令，即VCU停止给电感L输入12V的电压信号，电感L失去吸引力，开关S1自动闭合，使得温度监测电路101再次处于监测状态，例如，预设的加热逻辑为，加热逻辑完成后十分钟向温度监测电路101发送唤醒指令。再例如，预设的加热逻辑为当监测到电池所在环境温度低于第二阈值时，则向温度监测电路101发送唤醒指令。

通过本实施例的方法，可以自动对电池所处环境温度进行监控，不定时的启动加热模块对电池进行加热，使得动力电池的温度适中处于合适的范围，当用户需要用车时，动力电池可以保证正常的电力输出，提高了用户体验，或者当用户需要给动力电池充电时，也无需提前对动力电池进行预加热，可以直接连接充电桩进行充电，保证了充电效率，节约了时间。其中，当不需要对电池温度监控的时间段，使得温度监测电路101处于休眠状态，节约了电能。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种动力电池低温保护***,包括至少一组动力电池，其特征在于，还包括温度监测电路、控制模块和加热模块，所述温度监测电路和加热模块均与所述控制模块连接；

所述温度监测电路用于在监测到所述动力电池所处的环境温度低于第一阈值时导通，并向所述控制模块发出唤醒信号；

所述控制模块用于接收到所述唤醒信号时向所述加热模块发出加热指令；

所述加热模块用于根据所述控制模块发出的加热指令对所述动力电池进行加热。

2.如权利要求1所述的动力电池低温保护***，其特征在于，所述控制模块还用于在接收到所述唤醒信号后向所述温度监测电路发出休眠或断开指令，控制所述温度监测电路进入休眠或断开状态。

3.如权利要求2所述的动力电池低温保护***，其特征在于，所述控制模块内预存有加热逻辑，所述控制模块接收到所述唤醒信号后根据所述加热逻辑向所述加热模块发出所述加热指令。

4.如权利要求3所述的动力电池低温保护***，其特征在于，所述控制模块还用于在所述加热逻辑完成后，向所述温度监测电路发出唤醒指令使得所述温度监测电路重新进入监测状态。

5.如权利要求1-4任一项所述的动力电池低温保护***，其特征在于，所述温度监测电路包括供电电源、定值电阻、热敏电阻、继电器和MOS管；所述继电器、定值电阻和热敏电阻依次串联在所述供电电源的两端形成一分压器，所述分压器的中间点与所述MOS管的栅极连接，所述MOS管的漏极与连接在所述继电器与定值电阻之间，所述MOS管的源极通过一个下拉电阻与所述供电电源的负极连接；

所述MOS管的源极还与所述控制模块连接；

所述继电器还与所述控制模块连接。

6.如权利要求1所述的动力电池低温保护***，其特征在于，所处控制模块为整车控制器或空调控制器。

7.一种动力电池***低温保护方法，其特征在于，所述***包括温度监测电路和加热模块，所述方法包括：

监听所述温度监测电路输出的唤醒信号，并在获取到所述唤醒信号后向所述加热模块发出加热指令控制所述加热模块加热；

接收到所述唤醒信号后向所述温度监测电路发出休眠或断开指令，控制所述温度监测电路进入休眠或断开状态。

8.如权利要求7所述的保护方法，其特征在于，还包括：

待所述加热模块根据所述加热指令完成加热后，向所述温度监测电路发出唤醒指令，使得所述温度监测电路重新进入监测状态。

9.如权利要求7所述的保护方法，其特征在于，所述加热指令通过预先存储的加热逻辑生成。

10.如权利要求7所述的保护方法，其特征在于，所述温度监测电路包括热敏电阻、供电电源、定值电阻、继电器和MOS管；

所述继电器、定值电阻和热敏电阻依次串联在所述供电电源的两端形成一分压器，所述分压器的中间点与所述MOS管的栅极连接，所述MOS管的漏极与连接在所述继电器与定值电阻之间，所述MOS管的源极通过一下拉电阻与所述供电电源的负极连接，所述MOS管的源极还连接有信号线用于输出所述唤醒信号。