車載磷酸鐵鋰鋰電池的低溫激活裝置及方法

2023-10-05 04:19:39

專利名稱：車載磷酸鐵鋰鋰電池的低溫激活裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種車載磷酸鐵鋰鋰電池的低溫激活裝置及方法。
背景技術：
磷酸鐵鋰鋰電池一般用於混合動力車或電動車，作為動力電池，但這種
電池存在一個缺點，就是在低溫環境下，例如低於一20'C，電池只能放電而不能充電。如果要在低溫環境下對電池進行充電，就需要先對電池進行預熱。現有的混合動力車中，電機14的驅動電路一般使用絕緣柵雙極型功率管12 (IGBT)三相全橋電路，如圖1所示。IGBT 12的柵極連接到控制器24，控制器24輸出PWM信號來控制IGBT 12的導通。當磷酸鐵鋰鋰電池處在低溫環境下時，如果要對電池進行充電，通常是先啟動圖1中的電路，使電池有電流流過，由於電池具有內阻，因此當有電流流過時電池會產生熱量，以此來給電池預熱。但是這種預熱方法會產生不必要的能量損失，因為電機14電樞的電阻、IGBT 12以及電路中串接的電阻都會消耗功率，而這些消耗的功率對電池的預熱沒有作出任何的貢獻；此外，如果電池電量過低，上述預熱方法不太適用，而且很有可能使該預熱方法不可行。

發明內容
為解決上述問題，本發明的目的是提供一種車載磷酸鐵鋰鋰電池的低溫激活裝置及方法，該裝置及方法能在低溫環境下對電池進行預熱並減少不必要的功率損耗。
為實現上述目的，本發明提供一種車載磷酸鐵鋰鋰電池的低溫激活裝置，其中，該低溫激活裝置包括開關管、控制器和溫度採集器；所述開關管
5包括輸入端、輸出端和控制端，分別用於與磷酸鐵鋰鋰電池的正極、負極和
所述控制器連接；所述溫度採集器與控制器連接，用於檢測磷酸鐵鋰鋰電池 的內部溫度，並將相應的溫度信號輸入到所述控制器；控制器用於接收溫度 採集器輸出的溫度信號，將所述內部溫度與電池激活最低溫度進行比較，根 據比較結果，控制開關管的通斷。
本發明還提供一種車載磷酸鐵鋰鋰電池的低溫激活方法，該方法包括 a)檢測磷酸鐵鋰鋰電池的內部溫度；b)將所述內部溫度與電池激活最低溫 度進行比較；c)如果所述內部溫度低於電池激活最低溫度，則使所述電池 輸出電流。
本發明提供的車載磷酸鐵鋰鋰電池的低溫激活裝置以及方法，在需要對 電池進行充電時，溫度採集器檢測電池的內部溫度，產生反映該溫度的溫度 信號並將該溫度信號輸入到控制器。控制器將該溫度信號與預先設定的電池 激活最低溫度信號進行比較，經比較判斷電池的內部溫度是否低於需要對電 池進行激活的電池激活最低溫度。如果低於電池激活最低溫度，則控制器輸 出控制信號給開關管，控制開關管導通。電池有電流通過，由此產生熱量， 給電池預熱。當溫度採集器檢測到電池的內部溫度達到或大於預先設定的最 高溫度時，控制器停止輸出控制信號，開關管關斷，電池不再有電流流過， 停止預熱。該低溫激活裝置結構簡單，所用的都是低功率器件，消耗功率小； 而且在給電池充電時該低溫激活裝置使電池處於激活後的狀態，有利於對電 池進行充電。


圖1是現有的混合動力車或電動車的電機的驅動電路； 圖2是本發明的實施例提供的車載磷酸鐵鋰鋰電池的低溫激活裝置的結 構示意圖；圖3是本發明提供的車載磷酸鐵鋰鋰電池的低溫激活方法的流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步的描述。
如圖2所示，本發明提供一種車載磷酸鐵鋰鋰電池的低溫激活裝置，其 中，該低溫激活裝置包括開關管22、控制器24和溫度採集器26;所述開關 管22包括輸入端、輸出端和控制端，分別用於與磷酸鐵鋰鋰電池的正極、 負極和所述控制器24連接；所述溫度採集器26與控制器24連接，用於檢 測磷酸鐵鋰鋰電池的內部溫度，並將相應的溫度信號輸入到所述控制器24; 控制器24用於接收溫度採集器26輸出的溫度信號，將所述內部溫度與電池 激活最低溫度進行比較，根據比較結果，控制開關管22的通斷。如果所述 內部溫度低於電池激活最低溫度，則控制器24輸出控制信號控制所述幵關 管22導通。
所述開關管22為本領域技術人員公知的具有控制端的開關器件，例如， 繼電器、場效應管、IGBT等，優選為IGBT。
所述溫度採集器26為本領域技術人員公知的溫度傳感器，在此不再贅述。
所述控制器24為本領域技術人員公知的可編程處理器，例如單片機、 DSP、車載ECU等，優選為DSP。控制器24包括比較模塊和信號產生模塊 等。比較模塊將溫度採集器26輸入的溫度信號與存儲在控制器24中的預定 值進行比較，如果溫度信號小於該預定值，則說明電池的內部溫度低於需要 對電池進行激活的電池激活最低溫度。此時，比較模塊輸出信號到信號產生 模塊，信號產生模塊產生控制信號，例如PWM信號並將該信號輸出到開關 管22的控制端，由此來控制開關管22的導通。還對控制器24設定最高溫 度值，如果溫度採集器26輸入的溫度信號達到或大於該最高溫度值，則說 明電池的內部溫度達到或超過設定溫度，該設定溫度高於所述電池激活最低溫度，此時，控制器24不再給開關管22輸出控制信號，開關管22關斷。
所述電池激活最低溫度為一2rC至一18X:。所述設定溫度為一15'C至一 10°C。
所述低溫激活裝置還包括充放電電路，該電路包括二極體201、電阻203 以及電容205，所述電容205的一端與所述開關管22的輸出端相連接，另一 端接所述二極體201的陰極和電阻203的一端，二極體201的陽極和電阻203 的另一端接開關管22的輸入端。當IGBT關斷時為了防止電流突變損壞元 器件，通過二極體201向電容205充電來抑制IGBT兩端的電壓過大，當IGBT 開通時電容205上存儲的電荷通過電阻203放電。
所述低溫激活裝置還包括電流採樣器28，與控制器24連接，該電流採 樣器28用於檢測流過所述磷酸鐵鋰鋰電池的電流大小，並將相應的電流信 號輸入到所述控制器24，該控制器24根據該電流信號調節輸出給開關管22 的控制信號以控制開關管22的導通時間，從而控制流過所述電池的電流大 小，使檢測到的電流大小為一定值或處於一定的範圍內。控制器24對流過 電池的電流進行反饋控制。可以對控制器24設置一設定電流值，控制器24 根據所述電流信號與該設定電流值的偏差來控制輸出的控制信號，例如，如 果控制信號是PWM信號，則控制PWM信號的佔空比；如果控制信號是脈 頻調製信號(PFM)，則控制PFM信號的頻率，由此控制開關管22單位時 間內的導通時間從而實現對電流的反饋控制。為了防止電流過大或過小，控 制器24還可以根據電流採樣器28輸出的電流信號將流過電池的電流大小控 制在例如為1000A 1500A的範圍內。這些反饋控制方法可以例如是PI控制、 PD控制、PID控制以及其他的控制方法，這些方法為本領域技術人員公知， 不多做贅述。
所述電流採樣器28可以是本領域技術人員公知的電流傳感器、分流電 阻、光耦隔離運算放大器等，優選為電流霍爾傳感器。
優選地，為了使所述低溫激活裝置只在需要對電池進行充電時才被啟動，該低溫激活裝置還包括充電狀態檢測單元(未示出)，該充電狀態檢測 單元用於檢測電池的狀態是否處於充電狀態，並將反映電池狀態的信號傳送
給所述控制器24，該控制器24根據該信號作出控制如果電池的狀態處於 充電狀態，則使開關管22、溫度採集器26和電流採樣器28被供電。如果電 池處於充電狀態，則該檢測單元發出信號到所述控制器24，該控制器24由 閒置狀態被激活到工作狀態，從而啟動開關管22、溫度採集器26和電流採 樣器28，使開關管22、溫度採集器26和電流採樣器28被供電。該充電狀 態檢測單元可以採用多種方式實現，例如，可以用電壓傳感器或分壓電阻來 檢測電池的充電電路是否與充電源接通，如果接通，則電壓傳感器或分壓電 阻通過電路連接到控制器24，將檢測信號傳送給控制器24，控制器24根據 該信號接通給開關管22、溫度採集器26和電流採樣器28供電的電源(如果 它們需要供電)。如果所述開關管22、溫度採集器26和電流採樣器28是有 源器件，則可以通過控制器24共用所述電電源，這樣可以更進一步減少能 量消耗。所述供電電源可以由所述電池來提供，因此不用提供額外的電源。
當如上所述，如果所述電池的內部溫度達到或超過所述設定溫度，則控 制器24控制開關管22斷開，之後，控制器24還用於斷開開關管22、溫度 採集器26和電流採樣器28與供電電源之間的連接(如果它們需要供電)， 而控制器24自身也從工作模式切換到閒置模式。在閒置模式下，控制器24 只等待接收充電狀態檢測單元傳送過來的信號，在接收到信號後，再從閒置 模式切換到工作模式。這樣能進一步降低電能消耗。
如圖3所示，本發明還提供一種車載磷酸鐵鋰鋰電池的低溫激活方法， 該方法包括
a) 檢測磷酸鐵鋰鋰電池的內部溫度；
b) 將所述內部溫度與電池激活最低溫度進行比較；
c) 如果所述內部溫度低於電池激活最低溫度，則使電池輸出電流。 其中，步驟a)是通過溫度採集器26執行的。步驟b)是通過控制器24執行的。
步驟c)是通過控制器24控制開關管22導通來實現的。
其中，所述低溫激活方法還包括如果所述內部溫度達到或高於一設定溫 度，則控制器24控制開關管22斷開，使電池停止輸出電流，該設定溫度高 於所述電池激活最低溫度；
控制器24使開關管22、溫度採集器26和電流採樣器28不被供電，控 制器24進入閒置模式。
所述電池激活最低溫度為—2rC至一18匸；所述設定溫度為一15'C至一 10°C。
其中，所述低溫激活方法還包括
所述電流採樣器28檢測流過所述電池的電流大小，並將反映該電流大
小的電流信號傳送給所述控制器24;
控制器24根據檢測到的電流大小調節輸出給開關管22的控制信號，控 制開關管22的導通時間，從而調節流過所述電池的電流大小，以使得檢測 到的電流大小處於1000A 1500A的範圍內。
其中，所述根據檢測到的電流大小調節流過所述電池的電流大小包括 根據檢測到的電流大小調節控制信號的佔空比，其中控制信號為PWM 信號；或
根據檢測到的電流大小調節控制信號的頻率，其中控制信號為PFM信
號
其中，在執行步驟a)之前，該方法還包括檢測所述電池是否處於充 電狀態；如果電池處於充電狀態，則執行步驟a)。該步驟通過充電狀態檢測 單元來完成。
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權利要求
1、一種車載磷酸鐵鋰鋰電池的低溫激活裝置，其特徵在於，該低溫激活裝置包括開關管(22)、控制器(24)和溫度採集器(26)；所述開關管(22)包括輸入端、輸出端和控制端，分別用於與磷酸鐵鋰鋰電池的正極、負極和所述控制器(24)連接；所述溫度採集器(26)與控制器(24)連接，用於檢測磷酸鐵鋰鋰電池的內部溫度，並將相應的溫度信號輸入到所述控制器(24)；控制器(24)用於接收溫度採集器(26)輸出的溫度信號，將所述內部溫度與電池激活最低溫度進行比較，根據比較結果，控制開關管(22)的通斷。
2、 根據權利要求1所述的低溫激活裝置，其中，如果所述內部溫度低於電池激活最低溫度，則控制器(24)控制所述開關管(22)導通。
3、根據權利要求1—所述的低溫激活裝置，其中，如果所述內部溫度達到或超過一設定溫度，則所述控制器(24)還用於控制開關管(22)斷開，該設定溫度高於所述電池激活最低溫度。
4、 根據權利要求3所述的低溫激活裝置，其中，所述設定溫度為一15。C至一 10°C。
5、 根據權利要求1-4中任意一項所述的低溫激活裝置，其中，所述電池激活最低溫度為一2rC至一 18°C 。
6、 根據權利要求2所述的低溫激活裝置，其中，該低溫激活裝置還包括電流採樣器(28),與控制器(24)連接，用於檢測流過所述磷酸鐵鋰鋰電池的電流大小，並將相應的電流信號輸入到所述控制器(24)，該控制器(24)還根據該電流信號控制開關管(22)的導通時間，以使得檢測到的電流大小處於1000A 1500A的範圍內。
7、 根據權利要求5所述的低溫激活裝置，其中，該低溫激活裝置還包括充電狀態檢測單元，該充電狀態檢測單元用於檢測電池的狀態是否處於充電狀態，並將反映電池狀態的信號傳送給所述控制器(24)，該控制器(24)根據該信號作出控制如果電池的狀態處於充電狀態，則使開關管(22)、溫度採集器(26)和電流採樣器(28)被供電。
8、 根據權利要求1所述的低溫激活裝置，其中，該低溫激活裝置還包括充放電電路，該電路包括二極體(201)、電阻(203)以及電容(205)，所述電容(205)的一端與所述開關管22的輸出端相連接，另一端接所述二極體(201)的陰極和電阻(203)的一端，二極體(201)的陽極和電阻(203)的另一端接開關管22的輸入端。
9、 一種車載磷酸鐵鋰鋰電池的低溫激活方法，該方法包括a) 檢測磷酸鐵鋰鋰電池的內部溫度；b) 將所述內部溫度與電池激活最低溫度進行比較；c) 如果所述內部溫度低於電池激活最低溫度，則使電池輸出電流。
10、 根據權利要求9所述的低溫激活方法，其中，該方法還包括如果所述內部溫度達到或超過一設定溫度，則使電池停止輸出電流，該設定溫度高於所述電池激活最低溫度。
11、 根據權利要求10所述的低溫激活方法，其中，所述設定溫度為一15。C至一10。C。
12、根據權利要求9一10任一項所述的低溫激活方法，其中，所述電池激活最低溫度為一2rC至一18°C。
13、 根據權利要求10所述的低溫激活方法，其中，該方法還包括檢測流過所述電池的電流大小；根據檢測到的電流大小控制電池輸出電流的時間，以使得檢測到的電流大小處於1000A 1500A的範圍內。
14、 根據權利要求9所述的低溫激活方法，其中，在執行步驟a)之前，該方法還包括檢測所述電池是否處於充電狀態；如果電池處於充電狀態，則執行步驟a)。
全文摘要
一種車載磷酸鐵鋰鋰電池的低溫激活裝置，其特徵在於，該低溫激活裝置包括開關管(22)、控制器(24)和溫度採集器(26)；所述開關管(22)包括輸入端、輸出端和控制端，分別用於與磷酸鐵鋰鋰電池的正極、負極和所述控制器(24)連接；所述溫度採集器(26)與控制器(24)連接，用於檢測磷酸鐵鋰鋰電池的內部溫度，並將相應的溫度信號輸入到所述控制器(24)；控制器(24)用於接收溫度採集器(26)輸出的溫度信號，將所述內部溫度與電池激活最低溫度進行比較，根據比較結果，控制開關管(22)的通斷。該裝置及方法能在低溫環境下對電池進行預熱並減少不必要的功率損耗。
文檔編號H02J7/00GK101685971SQ200810148818
公開日2010年3月31日 申請日期2008年9月27日 優先權日2008年9月27日
發明者偉 周, 李豔麗, 楊廣明, 袁海龍 申請人:比亞迪股份有限公司