車載電池加熱系統、車載電池加熱方法和車輛與流程

2023-04-26 16:46:57

本發明涉及車載電池加熱技術領域，具體而言，涉及一種電池加熱系統、車載電池加熱方法和車輛。

背景技術：

隨著社會經濟的不斷發展，人們對環境保護越來越重視。由於倡導低碳環保的交通工具，新能源汽車行業正在快速發展。車載電池作為新能源汽車的一個核心部件，電池溫度過低不利於電池的充電和放電，車載電池的加熱技術備受關注。

目前，新能源車用動力電池加熱的方式有充電機電能加熱和PHEV(plug in hybrid electric vehicle，充電的混合動力汽車)發動機反拖電機發電加熱兩種方式。但是上述兩種電池加熱方式均是在整車非運行狀態進行，利用地面交流電源及發動機反拖電機發電來給電池加熱，受限於外界資源、環境條件等，便利性和效率都比較差，而且在整車運行中無法實現對動力電池的加熱。

因此，研發一種既能用於停車狀態，又能用於車輛運行狀態的車載電池加熱系統是目前新能源汽車行業急需解決的技術問題。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種車載電池加熱系統，其具有在停車狀態和車輛運行狀態均能對電池加熱的功能，以提高車載電池的充電、放電性能。

本發明的目的還在於提供一種車載電池加熱方法，該方法操作簡便，在車輛運行狀態和非運行狀態均能實現對車載電池的加熱，提高車載電池在行車狀態下的充電、放電性能。

本發明的目的還在於提供一種車輛，該車輛應用上述的車載電池加熱系統，電池加熱不受外界條件限制，便利性和效率均得到改善。

本發明改善其技術問題是採用以下的技術方案來實現的。

本發明提供的一種車載電池加熱系統，用於車輛，包括電池包系統、増程器和整車控制器。

所述電池包系統包括電池、電池管理系統和加熱模塊。所述電池用於對所述車輛供電，所述電池包括電芯，所述電池管理系統與所述電芯電連接，用於檢測所述電芯溫度、並控制所述電池的電量和所述電芯溫度。所述電池管理系統與所述整車控制器電連接，用於向所述整車控制器發送加熱指令。所述加熱模塊包括加熱繼電器和加熱裝置，所述加熱繼電器與所述加熱裝置電連接，所述電池管理系統與所述加熱繼電器電連接，用於控制所述加熱繼電器的斷開和關閉。

所述増程器包括發動機、發電機和増程器控制器，所述發動機與所述發電機連接，所述發動機驅動所述發電機產生電能；所述増程器的所述發電機與所述加熱繼電器電連接，用於為所述加熱裝置提供電能；所述整車控制器與所述電池管理系統電連接，用於接收所述加熱指令；所述整車控制器與所述増程器控制器電連接，用於檢測所述車輛的啟動信號、識別整車駕駛意圖並向所述増程器控制器發送功率需求指令，所述増程器控制器用於調整所述増程器的工作點、優化所述増程器的功率分配。

進一步地，所述電池包系統還包括充電繼電器，所述充電繼電器與所述電池管理系統電連接；所述電池管理系統檢測所述電池的電量低於電量預設值，所述電芯溫度高於允許充電溫度，所述電池管理系統控制所述充電繼電器閉合、且所述電池管理系統控制所述加熱繼電器斷開，所述電池處於充電狀態。

進一步地，所述電池管理系統檢測所述電池的電量低於電量預設值，所述電芯溫度等於或低於允許充電溫度，所述加熱模塊對所述電池加熱，直至所述電芯溫度高於所述允許充電溫度，所述電池管理系統控制所述充電繼電器閉合、且所述電池管理系統控制所述加熱繼電器斷開，所述電池處於充電狀態。

進一步地，所述加熱模塊對所述電池加熱，所述電池管理系統控制所述加熱繼電器閉合、所述加熱繼電器與所述増程器的所述發電機電連接，所述電池管理系統向所述整車控制器發出所述加熱指令。

所述整車控制器檢測到有所述啟動信號，所述整車控制器向所述増程器發送所述功率需求指令，所述増程器進入加熱模式和驅動模式，所述發電機產生的一部分電能通過所述加熱繼電器傳遞至所述加熱裝置，以便對所述電池加熱，所述發電機產生的另一部分電能用於驅動車輛。所述整車控制器檢測到無所述啟動信號，所述整車控制器向所述増程器發送所述功率需求指令，所述増程器進入加熱模式，所述發電機產生的電能通過所述加熱繼電器傳遞至所述加熱裝置，以便對所述電池加熱。

進一步地，所述電池管理系統檢測到所述電芯溫度高於所述允許充電溫度，所述電池管理系統控制所述充電繼電器閉合、且所述電池管理系統控制所述加熱繼電器斷開，所述電池處於充電狀態。

所述電池管理系統檢測到所述電芯溫度等於或低於所述允許充電溫度，所述増程器的所述發電機繼續對所述加熱裝置提供電能，用於對所述電池加熱，直到所述電芯溫度高於所述允許充電溫度。

進一步地，所述電池管理系統檢測所述電池的電量高於或等於電量預設值，所述電池不需要充電；所述電芯溫度高於允許放電溫度，所述電池管理系統向所述整車控制器發出等待指令，所述電池管理系統進入待命模式。

進一步地，所述電池管理系統檢測所述電池的電量高於或等於電量預設值，所述電池不需要充電。

所述電芯溫度等於或低於允許放電溫度，所述電池管理系統控制所述加熱繼電器閉合、所述加熱繼電器與所述増程器的所述發電機電連接，所述電池管理系統向所述整車控制器發出所述加熱指令。所述整車控制器向所述増程器發送所述功率需求指令，所述増程器進入加熱模式和驅動模式，或者所述増程器進入加熱模式。直至所述電芯溫度高於所述允許放電溫度，所述電池管理系統控制所述加熱繼電器斷開，所述電池管理系統向所述整車控制器發出等待指令，所述電池管理系統進入待命模式。

本發明提供的一種車載電池加熱方法，包括以下步驟：

實時檢測電池的電量和電芯溫度，當所述電池的電量高於或等於電量預設值、且所述電芯溫度低於或等於允許放電溫度時，向整車控制器發出加熱指令。

所述整車控制器與増程器連接，所述増程器與加熱模塊連接，所述加熱模塊包括加熱繼電器和加熱裝置，所述整車控制器檢測到有啟動信號，所述増程器進入加熱模式和驅動模式，所述増程器產生的電能一部分用於為所述加熱裝置提供電能、一部分用於為車輛行駛提供電能。或者所述整車控制器檢測到沒有啟動信號，所述増程器進入加熱模式，所述増程器產生的電能通過所述加熱繼電器傳遞至所述加熱裝置，以便對所述電池加熱，直至所述電芯溫度高於所述允許放電溫度。

控制所述加熱繼電器斷開，向所述整車控制器發出等待指令，進入待命模式。

進一步地，還包括以下步驟：

檢測到所述電池的電量低於所述電量預設值、所述電芯溫度低於或等於允許充電溫度時，控制所述加熱繼電器閉合，向所述整車控制器發出所述加熱指令。

所述整車控制器檢測到有啟動信號，所述増程器進入加熱模式和驅動模式，或者所述整車控制器檢測到沒有啟動信號，所述増程器進入加熱模式，直至所述電芯溫度高於所述允許充電溫度。

控制充電繼電器閉合、且控制所述加熱繼電器斷開，所述電池處於充電狀態。

本發明提供的一種車輛，包括車體和上述的車載電池加熱系統，所述車載電池加熱系統安裝於所述車體上。

本發明提供的電池加熱系統具有以下幾個方面的有益效果：

本發明提供的車載電池加熱系統，包括電池包系統、増程器和整車控制器。電池包系統包括電池、電池管理系統和加熱模塊，加熱模塊包括加熱繼電器和加熱裝置。當電池需要加熱時，電池管理系統控制加熱繼電器和増程器連通、並向整車控制器發出加熱指令。如果車輛處於停車狀態，整車控制器向増程器發送功率需求指令，増程器進入加熱模式，對電池加熱。如果車輛處於運行狀態，増程器進入加熱模式和驅動模式，一部分電能用於對電池加熱，另一部分電能用於驅動車輛行駛。這樣，在停車狀態和車輛運行狀態，都可以實現對電池的加熱，提高電池的充電、放電性能。而且，電池的加熱不受外界資源、環境條件的限制，操作方便，實用性強，具有極大的推廣應用價值。

本發明提供的車載電池加熱方法，通過電池管理系統檢測電池的電量以及電芯溫度，確定電池是否需要加熱或充電。當檢測到電芯溫度較低時，電池管理系統控制加熱繼電器和増程器電連接、並向整車控制器發出加熱指令。増程器進入加熱模式，或者増程器進入驅動模式和加熱模式，以實現對電池的加熱，滿足電池充電、放電的良好性能。該車載電池加熱方法操作簡便，可靠性高，具有極大的應用價值。

本發明提供的車輛，應用了上述的車載電池加熱系統，車載電池加熱不受外界條件限制，便利性和效率均得到改善。在車輛運行狀態和非運行狀態均能實現對車載電池的加熱，提高車載電池的充電、放電性能。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發明的某些實施例，因此不應被看作是對範圍的限定，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。

圖1為本發明第一實施例提供的車載電池加熱系統的組成框圖；

圖2為本發明第一實施例提供的車載電池加熱系統的具體組成框圖；

圖3為本發明第一實施例提供的車載電池加熱系統用於充電過程的流程圖；

圖4為本發明第一實施例提供的車載電池加熱系統用於放電過程的流程圖。

圖標：100-車載電池加熱系統；110-電池包系統；111-電池；112-電池管理系統；113-加熱模塊；1131-加熱繼電器；1133-加熱裝置；120-充電繼電器；130-増程器；131-發電機；133-發動機；135-増程器控制器；150-整車控制器。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。

因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施例的詳細描述並非旨在限制要求保護的本發明的範圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

在本發明的描述中，需要理解的是，方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，或者是本發明產品使用時慣常擺放的方位或位置關係，或者是本領域技術人員慣常理解的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的設備或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。

本發明的「第一」、「第二」等，僅僅用於在描述上加以區分，並沒有特殊的含義。

在本發明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「設置」、「安裝」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

第一實施例

圖1為本發明第一實施例提供的車載電池加熱系統100的組成框圖，圖2為本發明第一實施例提供的車載電池加熱系統100的具體組成框圖，請參照圖1和圖2。

本實施例提供的車載電池加熱系統100，用於車輛，包括電池包系統110、増程器130和整車控制器150(vehicle control unit，英文縮寫為VCU)。電池包系統110包括電池111、電池管理系統112(battery management system，英文縮寫為BMS)、充電繼電器120和加熱模塊113。

電池111用於對車輛供電。電池111包括電芯，電池管理系統112與電芯電連接，用於檢測電芯溫度、並控制電池111的電量和電芯溫度。

電池管理系統112與整車控制器150電連接，用於向整車控制器150發送加熱指令。加熱模塊113包括加熱繼電器1131和加熱裝置1133，加熱繼電器1131與加熱裝置1133電連接，電池管理系統112與加熱繼電器1131電連接，用於控制加熱繼電器1131的斷開和關閉，以實現加熱功能的啟/停。

増程器130包括發動機133、發電機131和増程器控制器135，發動機133與發電機131連接，發動機133驅動發電機131產生電能。増程器130的發電機131與加熱繼電器1131電連接，用於為加熱裝置1133提供電能。整車控制器150與電池管理系統112電連接，用於接收加熱指令。整車控制器150與増程器控制器135電連接，用於檢測車輛的啟動信號、識別整車駕駛意圖並向増程器控制器135發送功率需求指令，増程器控制器135用於調整増程器130的工作點、優化増程器130的功率分配。

圖3為本發明第一實施例提供的車載電池加熱系統100用於充電過程的流程圖，請參照圖3。

S1：鑰匙置於ON檔。

將車輛鑰匙(key)置於ON檔，以激活車載電池加熱系統100。

S2：BMS檢測電池111電量。

電池管理系統112實時檢測電池111的電量，判斷電池111是否需要充電。當電池管理系統112檢測電池111的電量低於電量預設值時，電池111需要充電。否則，不需要充電。

S3：BMS檢測電芯溫度。

電池管理系統112實時檢測電池111的電芯溫度，判斷電池111是否需要加熱。

S41：充電繼電器120閉合。

當電池管理系統112檢測電芯溫度高於允許充電溫度(即Tcell>Tchg)，電池111不需要加熱，可以直接充電，電池管理系統112控制充電繼電器120閉合。

S5：進入充電模式。

當電池管理系統112檢測電池111的電量低於電量預設值、電芯溫度高於允許充電溫度時，電池管理系統112控制充電繼電器120閉合，電池111進入充電狀態。該車載電池加熱系統100的充電流程結束。

S42：加熱後充電。

當電池管理系統112檢測電池111的電量低於電量預設值、電芯溫度低於或等於允許充電溫度時，電池111需要加熱，直到電芯溫度高於允許充電溫度後，再進行充電。其加熱過程如下：

S421：加熱繼電器1131與増程器130電連接。電池管理系統112控制加熱繼電器1131閉合，加熱繼電器1131與増程器130的發電機131電路電連接，電池管理系統112向整車控制器150發出加熱指令。

S422：整車控制器150檢測啟動信號。整車控制器150檢測車輛是否有啟動信號。

S4231：増程器130進入加熱模式。若整車控制器150檢測到無啟動信號，即車輛處於非運行狀態(停車狀態)，整車控制器150向増程器控制器135發送功率需求指令，増程器控制器135控制増程器130進入加熱模式，増程器130為加熱裝置1133提供電能。増程器130的發電機131產生的電能通過加熱繼電器1131傳遞至加熱裝置1133，以便對電池111加熱。

S4232：増程器130進入加熱/驅動模式。若整車控制器150檢測到有啟動信號(Star信號)，即車輛處於運行狀態，整車控制器150向増程器控制器135發送功率需求指令，増程器控制器135控制増程器130進入加熱模式和驅動模式。發電機131產生的一部分電能通過加熱繼電器1131傳遞至加熱裝置1133，用於為加熱裝置1133提供電能，以便加熱裝置1133對電池111加熱；發電機131產生的另一部分電能用於驅動車輛。

S424：加熱繼電器1131斷開、充電繼電器120閉合。

對電池111進行加熱，直至電池管理系統112檢測到電芯溫度高於允許充電溫度，電池管理系統112控制充電繼電器120閉合、且電池管理系統112控制加熱繼電器1131斷開，電池111進入充電模式，電池111處於充電狀態。該車載電池加熱系統100加熱後充電的流程結束。

圖4為本發明第一實施例提供的車載電池加熱系統100用於放電過程的流程圖，請參照圖4。

S1：鑰匙置於ON檔。

將車輛鑰匙(key)置於ON檔，以激活車載電池加熱系統100。

S2：BMS檢測電池111電量。

電池管理系統112實時檢測電池111的電量，判斷電池111是否需要充電。當電池管理系統112檢測電池111的電量高於或等於電量預設值時，電池111不需要充電。否則，需要充電。

S3：BMS檢測電芯溫度。

電池管理系統112實時檢測電池111的電芯溫度，判斷電池111是否需要加熱。

S43：等待放電。當電池管理系統112檢測電池111的電量高於或等於電量預設值、電芯溫度高於允許放電溫度(即Tcell>Tdsg)，電池111不需要充電，也不需要加熱。電池管理系統112向整車控制器150發出等待指令(READY)，電池管理系統112進入待命模式。該車載電池加熱系統100用於放電的流程結束。

S44：加熱後等待放電。

電池管理系統112檢測電池111的電量高於或等於電量預設值，電池111不需要充電。電芯溫度等於或低於允許放電溫度，需對電池111進行加熱，直至電芯溫度高於允許放電溫度，電池管理系統112向整車控制器150發出等待指令(READY)，電池管理系統112進入待命模式。

具體地，其加熱過程如下：

電池管理系統112控制加熱繼電器1131閉合，加熱繼電器1131與増程器130的發電機131電路電連接，電池管理系統112向整車控制器150發出加熱指令。整車控制器150檢測車輛是否有啟動信號，若有啟動信號，整車控制器150向増程器控制器135發送功率需求指令，増程器控制器135控制増程器130進入加熱模式和驅動模式，發電機131產生的電能一部分用於為加熱裝置1133提供電能，以便對電池111加熱；發電機131產生的另一部分電能用於驅動車輛行駛。若沒有啟動信號，整車控制器150向増程器控制器135發送指令，増程器控制器135控制増程器130進入加熱模式，將發電機131產生的電能用於為加熱裝置1133提供電能，以便加熱裝置1133對電池111加熱。直至電芯溫度高於允許放電溫度，電池管理系統112控制加熱繼電器1131斷開，電池管理系統112向整車控制器150發出等待指令，電池管理系統112進入待命模式。該車載電池加熱系統100加熱後放電的流程結束。

需要說明的是，在車輛運行狀態對電池111加熱，通過電池管理系統112檢測電池111的電量以及電芯溫度，再結合駕駛員意圖(如車速的高低等)及増程器130功率等綜合情況，整車控制器150向増程器控制器135發送功率需求指令，増程器控制器135能夠根據該指令智能調節増程器130的工作點，使整車運行達到最佳匹配。例如，電池管理系統112向整車控制器150發送加熱指令，整車控制器150檢測到啟動信號、並向増程器控制器135發送指令，増程器控制器135調整増程器130同時進入加熱模式和驅動模式，以加熱功能為主、驅動功能為輔，或者以驅動功能為主、加熱功能為輔，二者的功率分配可以由増程器控制器135智能分配。特別地，如果整車控制器150發送的功率需求大於増程器130的功率，増程器控制器135會向電池管理系統112發送指令，請求關閉加熱功能、斷開加熱繼電器1131，使増程器130產生的電能全部用於驅動車輛行駛。該車載電池加熱系統100既可以滿足車輛運行要求，又可以儘快加熱電池111以使電池111達到正常充電、放電所需的溫度範圍。

第二實施例

本發明提供的車載電池加熱方法，包括以下步驟：

請繼續參照圖4，放電過程如下：車輛鑰匙(key)置於ON檔，電池管理系統112實時檢測電池111的電量和電芯溫度。

當電池111的電量高於或等於電量預設值、且電芯溫度低於或等於允許放電溫度時，需加熱後等待放電，其具體過程如下：

電池管理系統112向整車控制器150發出加熱指令。整車控制器150與増程器130連接，増程器130與加熱模塊113連接，加熱模塊113的加熱裝置1133與電池111的電芯相鄰設置，直接用於加熱電芯。加熱模塊113包括加熱繼電器1131和加熱裝置1133。若整車控制器150檢測到有啟動信號，整車控制器150向増程器控制器135發送指令(功率需求指令)，増程器控制器135調整増程器130進入加熱模式和驅動模式。發電機131產生的電能一部分用於為加熱裝置1133提供電能，以便對電池111加熱；發電機131產生的另一部分電能用於驅動車輛行駛。若整車控制器150檢測到沒有啟動信號，増程器130進入加熱模式，直至電芯溫度高於允許放電溫度。電池管理系統112控制加熱繼電器1131斷開，向整車控制器150發出等待指令，進入待命模式。

當電池111的電量高於或等於電量預設值、且電芯溫度高於允許放電溫度時，電池111不需要充電也不需要加熱，電池管理系統112進入待命模式，等待放電。

請繼續參照圖3，充電過程如下，車輛鑰匙置於ON檔，電池管理系統112實時檢測電池111的電量和電芯溫度。

當檢測到電池111的電量低於電量預設值、電池111的電芯溫度低於或等於允許充電溫度時，需加熱後充電，其具體方法為：

電池管理系統112控制加熱繼電器1131閉合，向整車控制器150發出加熱指令。若整車控制器150檢測到有啟動信號，増程器130進入加熱模式和驅動模式，若整車控制器150檢測到沒有啟動信號，増程器130進入加熱模式，直至電芯溫度高於允許充電溫度。電池管理系統112控制充電繼電器120閉合、且控制加熱繼電器1131斷開，電池111處於充電狀態。

當電池111的電量低於電量預設值、且電芯溫度高於允許充電溫度時，電池111不需要加熱，電池管理系統112控制充電繼電器120閉合、且控制加熱繼電器1131斷開，電池111處於充電狀態。

第三實施例

本發明提供的車輛，包括車體和上述的車載電池加熱系統100，車載電池加熱系統100安裝於車體上。該車輛可以採用上述的車載電池加熱方法。本實施例中未提及的其它部分與第一實施例、第二實施例相同，這裡不再贅述。

綜上所述，和現有技術的電池111加熱系統相比，本發明提供的車載電池加熱系統100、車載電池加熱方法和車輛具有以下幾個方面的有益效果：

本發明提供的車載電池加熱系統100、車載電池加熱方法和車輛，通過電池管理系統112控制加熱繼電器1131和増程器130電連接，整車控制器150向増程器控制器135發送功率需求指令，増程器130進入加熱模式，或者増程器130進入驅動模式和加熱模式，以此來實現對電池111的加熱。該車載電池加熱系統100及方法不受外界資源及環境條件的限制，在車輛停車狀態和運行狀態均適用。電池111低溫條件下可以快速升溫以達到正常充電、放電所需的溫度範圍，操作便捷，同時増程器控制器135還能將車輛在低速運行時將其工作點調整到高效範圍。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改、組合和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。