CN210350044U - 一种动力电池加热***及汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种动力电池加热***及汽车，所述***包括：连接在加热电源正极和负极之间的加热模块；与所述加热模块连接的开关控制模块；所述加热模块包括并联的至少一个分区加热单元，每个所述分区加热单元包括：串联的固态继电器和加热电阻；所述开关控制模块与所述固态继电器连接。本实用新型的动力电池加热***将加热模块设计为并联的多个分区加热单元，并通过固态继电器和开关控制模块对加热单元进行功率控制，实现了针对动力电池中的不同区域执行灵活独立的加热控制并且加热功率可调，提高了动力电池的加热效率。

Description

一种动力电池加热***及汽车

技术领域

本实用新型涉及汽车技术领域，尤其涉及一种动力电池加热***及汽车。

背景技术

动力电池热管理是新能源汽车的重要技术难题，对动力电池进行加热控制也是主要研究热点。

目前，动力电池的加热***中，现有加热***主要是使用固定阻值电阻的电阻丝和机械继电器开关进行加热控制，只有开关两个状态，功率不可灵活调整。但是对于不规则形状设计的电池包，由于不同形状区域的加热需求差异极大(如，电池包的不同区域高低，前后区域加热需求不同)。现有技术不能针对电池包的不同区域执行灵活独立的加热控制，导致加热效率低。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种动力电池加热***及汽车，解决了技术不能针对电池包的不同区域执行灵活独立的加热控制，导致加热效率低的问题。

依据本实用新型的一个方面，提供了一种动力电池加热***，包括：

连接在加热电源正极和负极之间的加热模块；

与所述加热模块连接的开关控制模块；

所述加热模块包括并联的至少一个分区加热单元，每个所述分区加热单元包括：串联的固态继电器和加热电阻；

所述开关控制模块与所述固态继电器连接。

可选的，所述分区加热单元还包括：过流保护子单元；

所述过流保护子单元一端与加热电源的正极连接，另一端与所述固态继电器连接。

可选的，所述过流保护子单元包括：保险丝。

可选的，所述开关控制模块包括：至少一个占空比开关信号发生器。

可选的，所述***还包括：机械继电器以及与所述机械继电器连接的紧急关断控制模块；

所述机械继电器一端与所述加热模块连接，另一端与加热电源的负极连接。

可选的，所述***还包括：连接在所述机械继电器与加热电源的负极之间的状态诊断模块；

所述状态诊断模块的输出端与所述紧急关断控制模块的输入端连接。

可选的，所述状态诊断模块包括：

第一电阻所述第一电阻串联在所述机械继电器与加热电源的负极之间；

与所述第一电阻连接的放大器，所述放大器的同相输入端和反向输入端分别与所述第一电阻的两端电连接；

所述第一电阻两端的电压信号经过所述放大器进行放大处理后，输入至所述紧急关断控制模块。

可选的，所述***还包括：

与所述放大器的输出端连接的处理模块，所述处理模块的输出端与所述紧急关断控制模块连接。

可选的，所述处理模块包括：

与所述放大器的输出端连接的模数转换器；

与所述模数转换器连接的隔离器；

与所述隔离器连接的反相器，所述反相器的输出端连接所述紧急关断控制模块。

依据本实用新型的另一个方面，提供了一种汽车，包括如上所述的动力电池加热***。

本实用新型的实施例的有益效果是：

上述方案中，通过将加热模块设计为并联的多个分区加热单元，并通过开关控制模块对分区加热单元中的固态继电器进行功率控制，实现了针对动力电池中的不同区域执行灵活独立的加热控制并且加热功率可调，提高了动力电池的加热效率。

附图说明

图1表示本实用新型实施例的动力电池加热***的结构示意图之一；

图2表示本实用新型实施例的动力电池加热***的结构示意图之二；

图3表示本实用新型实施例的动力电池加热***的结构示意图之三；

图4表示本实用新型实施例的动力电池加热***的结构示意图之四；

图5表示本实用新型实施例的动力电池加热***的结构示意图之五。

附图标记说明：

1、加热模块，2、开关控制模块，3、紧急关断控制模，4、状态诊断模块，5、处理模块，6、机械继电器。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本实用新型的示例性实施例。虽然附图中显示了本实用新型的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图1所示，本实用新型的实施例提供了一种动力电池加热***，包括：

连接在加热电源正极和负极之间的加热模块1；

与所述加热模块1连接的开关控制模块2；

所述加热模块1包括并联的至少一个分区加热单元11，每个所述分区加热单元包括：串联的固态继电器和加热电阻；

所述开关控制模块2与所述固态继电器连接；所述加热电阻与加热电源负极连接，所述固态继电器与加热电源正极连接。

该实施例中，图1中示出的加热模块1连接在加热电源正极V+和负极V-之间，包括三个并联的分区加热单元11,每个分区加热单元11代表不同的加热分区。其中，在每个分区加热单元11使用的继电器为固态继电器(图1中的S1,S2,S3)。固态继电器无频繁开关时易损坏的缺点，还可以进行极高速的开闭(KH级别以上)。与所述固态继电器连接的所述开关控制模块2，通过不同的占空比开关信号控制每个分区加热单元11中的固态继电器，实现高速开闭加热电阻(图1中的R1,R2,R3)，使加热电阻功率灵活增大和减小，满足不同状态下加热功率的需求，实现每个分区加热单元11的加热功率可调整。此外，固态继电器具有寿命几乎无限的优点，提升了***的可靠性和使用寿命。综上，上述方案能够实现针对不规则形状的电池包(如右图，高低、前后区域加热需求差异极大)的不同分区加热需求，通过对多个加热分区使用不同的开关频率进行控制，实现多分区功率独立的加热设置，提高了加热效率。特别的，如果外接电源功率不足，不足以同时带动多个加热分区时，可以使用极小占空比开关信号，达到极大降低所有分区的功率消耗实现多个分区同时加热的技术效果。

需要说明的是，所述开关控制模块2包括：至少一个占空比开关信号发生器，用于输出占空比开关信号，以控制固态继电器的开闭。

如图2所示，在本实用新型一可选实施例中，由于固态继电器的过流能力差，所述分区加热单元11还包括：过流保护子单元(图2中的F1，F2，F3)；所述过流保护子单元一端与加热电源的正极连接，另一端与所述固态继电器连接。所述过流保护子单元用作过流保护。具体的，所述过流保护子单元包括：保险丝或保险管等。

如图3所示，在本实用新型一可选实施例中，所述***还包括：机械继电器6以及与所述机械继电器6连接的紧急关断控制模3；所述机械继电器6一端与所述加热模块1连接，另一端与加热电源的负极连接。

该实施例中，通过增设机械继电器6，实现了在各分区加热单元11出现故障时，如固态继电器击穿、电阻部分短路电流过大等状况时，通过紧急关断控制模块3控制机械继电器6断开，实现可以紧急切断整个加热***的技术效果，保证了安全。而在加热***正常工作(整个***未发生故障)时，此机械继电器6早于加热模块1闭合，晚于加热模块1切断，这样其不产生电弧，不损耗寿命，实现了机械继电器6被严格保护的技术效果。另外，该实施例中的机械继电器6作为保护器件，不参与开闭，寿命几乎不发生损耗，其仅在固态继电器故障时紧急关断加热***，避免了由于机械继电器易损坏，易导致加热功能故障的问题。

如图4所示，在本实用新型一可选实施例中，所述***还包括：连接在所述机械继电器6与加热电源的负极之间的状态诊断模块4；

所述状态诊断模块4的输出端与所述紧急关断控制模块3的输入端连接。该实施例中，状态诊断模块4的输出信号，用于紧急关断控制模块3进行判断的依据，在有故障时，通过机械继电器6执行紧急关断整个加热***。这里，紧急关断控制模块3可以为一种控制器，如单片机等，用于状态监控和判定。可以理解，开关控制模块2和紧急关断控制模块3可以集成在一个控制器内，也能达到相同的技术效果。

如图5所示，在一可选实施例中，所述状态诊断模块4包括：第一电阻r，所述第一电阻r串联在所述机械继电器6与加热电源的负极之间；

与所述第一电阻r连接的放大器，所述放大器的同相输入端和反向输入端分别与所述第一电阻r的两端电连接；

所述第一电阻r两端的电压信号经过所述放大器进行放大处理后，输入至所述紧急关断控制模块。

该实施例中，通过将极小阻值的第一电阻r串入加热回路，实现在有电流通过时，其产生的极小电压V，通过放大器对极小电压V进行放大处理后，输入至紧急关断控制模块3，实现将状态信号(极小电压V)反馈到紧急关断控制模块3，紧急关断控制模块3通过极小电压V进行状态监控和判定。

状态诊断的实现原理为：在加热***正常工作时，第一电阻r的两端应该产生电压差V≠0；在加热***不工作时，第一电阻r的两端不能产生电压差V＝0，此为紧急关断控制模块3的信号输入。在无故障时，机械继电器6闭合，V不等于0。若存在故障则V＝0,机械继电器6断开。

如图5所示，在本实用新型一可选实施例中，在加热模块1，机械继电器6、紧急关断控制模块3以及状态诊断模块4的基础上，所述***还包括：与所述放大器的输出端连接的处理模块5，所述处理模块5的输出端与所述紧急关断控制模块3连接。第一电阻r两端的电压信号V经过放大器进行放大处理后，再通过处理模块5对其干扰信号进行处理，以足满高压用电需求，提高状态诊断的准确性。

进一步，如图5所示，所述处理模块5包括：与所述放大器的输出端连接的模数转换器ADC；与所述模数转换器ADC连接的隔离器；与所述隔离器连接的反相器，所述反相器的输出端连接所述紧急关断控制模块3。该实施例，通过处理模块5对第一电阻r两端的电压信号分别进行模数转化、高低压隔离和逻辑检测，输出信号用于紧急关断控制模块3进行状态判断，可以理解，处理模块5也可以集成至紧急关断控制模块3中，也能达到同样的技术效果。

本实用新型还提供了一种汽车，包括如上所述的动力电池加热***。

上述方案，通过并联的多个分区加热单元，实现了对电池包不同加热分区实现灵活的加热控制。在每个分区加热单元中使用固态继电器,实现高速电气***开关功能,使用机械继电器6作紧急保护，正常状态时，机械继电器6被严格保保护，不参与带载切断,其既能直接切断整个***电路，又能切断固态继电器不工作时产生的微弱漏电流。进一步的，串入极小电阻(第一电阻r)作***监控的信号输入和加热***状态监测；处理模块包含模数转换、隔离和逻辑检测等设计，满足高压安全要求。该方案将极大优化现有动力电池热管理的能力、提升灵活性和安全性，最终体现到新能源汽车更好的实用性和安全性。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

以上所述的是本实用新型的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本实用新型所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种动力电池加热***，其特征在于，包括：

连接在加热电源正极和负极之间的加热模块(1)；

与所述加热模块(1)连接的开关控制模块(2)；

所述加热模块(1)包括并联的至少一个分区加热单元(11)，每个所述分区加热单元包括：串联的固态继电器和加热电阻；

所述开关控制模块(2)与所述固态继电器连接。

2.根据权利要求1所述的动力电池加热***，其特征在于，所述分区加热单元(11)还包括：过流保护子单元；

所述过流保护子单元一端与加热电源的正极连接，另一端与所述固态继电器连接。

3.根据权利要求2所述的动力电池加热***，其特征在于，所述过流保护子单元包括：保险丝。

4.根据权利要求1所述的动力电池加热***，其特征在于，所述开关控制模块(2)包括：至少一个占空比开关信号发生器。

5.根据权利要求1或2所述的动力电池加热***，其特征在于，还包括：机械继电器(6)以及与所述机械继电器(6)连接的紧急关断控制模块(3)；

所述机械继电器(6)一端与所述加热模块(1)连接，另一端与加热电源的负极连接。

6.根据权利要求5所述的动力电池加热***，其特征在于，还包括：连接在所述机械继电器(6)与加热电源的负极之间的状态诊断模块(4)；

所述状态诊断模块(4)的输出端与所述紧急关断控制模块(3)的输入端连接。

7.根据权利要求6所述的动力电池加热***，其特征在于，所述状态诊断模块(4)包括：

第一电阻(r)，所述第一电阻(r)串联在所述机械继电器(6)与加热电源的负极之间；

与所述第一电阻(r)连接的放大器，所述放大器的同相输入端和反向输入端分别与所述第一电阻(r)的两端电连接；

所述第一电阻(r)两端的电压信号经过所述放大器进行放大处理后，输入至所述紧急关断控制模块(3)。

8.根据权利要求7所述的动力电池加热***，其特征在于，还包括：

与所述放大器的输出端连接的处理模块，所述处理模块的输出端与所述紧急关断控制模块连接(3)。

9.根据权利要求8所述的动力电池加热***，其特征在于，所述处理模块(5)包括：

与所述放大器的输出端连接的模数转换器；

与所述模数转换器连接的隔离器；

与所述隔离器连接的反相器，所述反相器的输出端连接所述紧急关断控制模块(3)。

10.一种汽车，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的动力电池加热***。

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