电动车用锂离子电池系统和充电加热方法技术方案

本发明专利技术提供一种电动车用锂离子电池系统和充电加热方法，在每一个高压电气回路中均设置有两个控制继电器，有效避免共用继电器方案造成的继电器使用寿命不一致问题和单独继电器造成的继电器粘连后充电或加热失控问题。充电加热方法通过实时检测电流传感器电流采集值，动态调整BMS请求充电机输出电流，使得锂离子电池系统充电电流始终维持在(‑IC+I1)～(‑IC+I2)(放电为正，充电为负，IC为当前电池组允许充电电流)之间，有效避免实际充电电流超出电池允许充电电流。从电气连接和控制方法两个方面提高充电和加热安全性，延长电池使用寿命，提高充电效率，保证电池系统稳定性。

【技术实现步骤摘要】
电动车用锂离子电池系统和充电加热方法
本专利技术涉及电动汽车锂离子电池
，特别是涉及一种电动车用锂离子电池系统和充电加热方法。
技术介绍
近年来电动汽车在我国得到快速的推广和应用，锂离子电池系统作为电动汽车最重要的动力来源也得到了广泛的关注。锂离子电池性能和使用除受自身体系、材料、配方等内部因素影响外，还严重受限于外部环境温度等条件影响。尤其是在低温环境下充电，不仅影响充电效率、缩短电池使用寿命，而且还容易发生电池“析锂”的现象，严重时形成“枝晶”刺破电池隔膜，造成电池短路引发安全事故。现有的锂离子电池加热系统和充电加热方法中，一般加热回路、充电回路和放电回路共用一个总负继电器，且充电机输出电流按照恒流输出。现有方案一方面造成总负继电器使用频次远高于其他继电器，增加了继电器粘连失控风险。另一方面在低温时充电机输出电流可能部分流入电池对电池进行充电，造成电池低温充电，影响电池使用安全和寿命。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中的不足，本专利技术提供一种电动车用锂离子电池系统和充电加热方法。本专利技术解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种电动车用锂离子电池系统，包括设有加热片PTC的电池组、电池管理系统BMS、高压箱、充电机和放电负载，所述电池组通过单体电压采集线、电池总压采集线和温度采集线与所述电池管理系统BMS相连接，所述电池组通过电池总正接口、电池总负接口以及加热接口与高压箱相连接；所述高压箱通过放电接口与放电负载相连接，所述高压箱通过充电接口与充电机相连接，所述高压箱通过总压采集线、电流采集线和继电器控制线与所述电池管理系统BMS相连接；所述电池管理系统BMS通过CAN总线和充电机输出电压采集线与充电机相连接。电压采集线包括单体电压采集线、电池总压采集线。单体电压采集线采集单体电池电压，总压采集线用于采集电池组电压Vb。PTC电压采集线用于采集PTC端电压VR充电机输出电压采集线用于采集充电机输出电压VC。温度采集线采集单体电池的温度，通过多个单体电池的温度表示电池组的状态。电流采集线采集电流传感器上流过的电流。进一步，所述高压箱内包括电流传感器、预充电阻R、预充继电器K5、总正继电器K6、总负继电器K7、加热继电器K1、加热继电器K2、充电继电器K3和充电继电器K4，所述电池组的正负极分别通过加热继电器K1和加热继电器K2与加热片PTC两端连接形成加热回路；所述电池组的正负极分别通过充电继电器K3和充电继电器K4与充电机两端连接形成充电回路；电流传感器串接在靠近电池负极的总回路中；所述电池组的正负极分别通过总正继电器K6和总负继电器K7与放电负载两端连接形成放电回路；所述预充电阻R和预充继电器K5串联后并联在所述总正继电器K6的两端；电池管理系统BMS与充电机通过CAN总线和充电机输出电压采集线相连接；与电池部分通过单体电压电压、温度采集线和电池总压采集线等相连接；所述电池管理系统BMS与加热继电器K1、加热继电器K2、充电继电器K3和充电继电器K4通过继电器控制线相连接；所述电池管理系统BMS与电流传感器通过电流采集线相连接，与加热片通过加热片总压采集线相连接。进一步，还包括加热回路保险FUSE，所述加热回路保险FUSE串接在加热回路上，具体的，串接在加热片PTC与加热继电器K1或K2之间。一种电动车用锂离子电池充电加热方法，上电后，电池管理系统BMS检测电池系统是否有充电连接信号，如果无充电连接信号，电池系统进入放电模式，电池管理系统BMS控制高压箱内总正继电器K6和总负继电器K7闭合放电回路；如果有充电连接信号，电池系统进入充电模式；当电池系统进入充电模式后，电池管理系统BMS检测电池系统的单体电池的最低温度Tmin、最高温度Tmax和最高电压Vmax，判断此时单体电池最低温度Tmin、最高温度Tmax与设定温度T1、T2和T3的大小；单体电池最低温度Tmin、最高温度Tmax由温度采集线检测，单体电池的最高电压Vmax由单体电压采集线检测。当Tmin＜T1时，电池系统进入加热模式，电池管理系统BMS调整请求充电机输出电流IASK，保持电流传感器检测电流值IR在I1～I2之间；当T1≤Tmin＜T2时，电池系统进入加热充电模式，电池管理系统BMS调整请求充电机输出电流IASK，保持电流传感器检测电流值IR在(-IC+I1)～(-IC+I2)之间；当Tmin≥T2时，进入正常充电模式，电池管理系统BMS调整请求充电机输出电流IASK为当前电池组允许充电电流IC，并控制断开加热继电器K2和K1，停止加热；当充电到单体电池截止电压时，电池管理系统BMS调整请求充电机输出充电电流值为0，并控制断开充电继电器K3和K4，停止充电；在整个加热和充电过程中，电池管理系统BMS实时检测电池系统的单体电池的最高温度Tmax，当检测到单体电池的最高温度Tmax＞T3时，立即停止加热和充电过程；在整个加热和充电过程中，电池管理系统BMS实时检测电池系统的单体电池的最高电压Vmax，当检测到单体电池的最高电压Vmax达到充电截止电压时，立即停止加热和充电过程；其中，设定温度T1表示电池组不允许充电，只能够加热的温度阈值；设定温度T2表示电池组允许以小电流充电，同时仍需加热的温度阈值；设定温度T3表示电池组可以以正常电流充电，不需要加热的温度阈值；I1和I2为参数阈值，IC为当前电池组允许充电电流；IASK为BMS请求充电机输出电流。进一步，参数阈值I1和I2依据电流传感器精度IAccuracy和充电机输出稳定性△Icharge确定，取I1＝|IAccuracy|，I2＝I1+|△Icharge|。进一步，加热回路、充电回路和放电回路各具有两个继电器，分别为加热继电器K1和K2，充电继电器K3和K4以及总正继电器K6和总负继电器K7，同一回路中两个继电器每次闭合/断开的先后顺序依次轮换进行以判断各个继电器是否存在粘连，如果存在粘连则停止流程，如果不存在粘连则继续流程。具体的，对同一回路中的继电器按照闭合/断开次数进行计数，按照计数的奇偶性进行轮换。进一步，所述电池管理系统BMS实时检测电池组端电压Vb、加热片PTC两端电压VR和充电机输出端电压VC，当VC＞Vb/2时，则判断充电继电器K3或K4粘连；当IR＞I粘连或VR＞Vb/2时，则判断加热继电器K1或K2粘连；IIint为PTC加热片额定加热电流；IHOT为PTC加热片实际需求加热电流；I粘连为判断继电器是否粘连的电流阈值；且当加热片PTC两端电压VR超过加热片PTC最大工作电压时，立即断开加热继电器K1和K2。进一步，电池管理系统BMS调整充电机输出电流过程，每次充电电流调整速率满足以下公式：(当前电流传感器检测电流值-电流传感器检测电流目标中值)其中，△I表示充电电流调整速率，电流传感器检测电流目标中值是指检测电流在I1～I2之间，则电流传感器检测电流目标中值为(I1+I2)/2。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的一种电动车用锂离子电池系统和充电加热方法，在每一个高压电气回路中均设置有两个控制继电器，有效避免共用继电器方案造成的继电器使用寿命不一致问题和单独继电器造成的继电器粘连后充电或加热失控问题。充电加热方法通过实时检测电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电动车用锂离子电池系统，其特征在于：包括设有加热片PTC的电池组、电池管理系统BMS、高压箱、充电机和放电负载，所述电池组通过单体电压采集线、电池总压采集线和温度采集线与所述电池管理系统BMS相连接，所述电池组通过电池总正接口、电池总负接口以及加热接口与高压箱相连接；所述高压箱通过放电接口与放电负载相连接，所述高压箱通过充电接口与充电机相连接，所述高压箱通过电池总压采集线、电流采集线和继电器控制线与所述电池管理系统BMS相连接；所述电池管理系统BMS通过CAN总线和充电机输出电压采集线与充电机相连接。

【技术特征摘要】
1.一种电动车用锂离子电池系统，其特征在于：包括设有加热片PTC的电池组、电池管理系统BMS、高压箱、充电机和放电负载，所述电池组通过单体电压采集线、电池总压采集线和温度采集线与所述电池管理系统BMS相连接，所述电池组通过电池总正接口、电池总负接口以及加热接口与高压箱相连接；所述高压箱通过放电接口与放电负载相连接，所述高压箱通过充电接口与充电机相连接，所述高压箱通过电池总压采集线、电流采集线和继电器控制线与所述电池管理系统BMS相连接；所述电池管理系统BMS通过CAN总线和充电机输出电压采集线与充电机相连接。2.如权利要求1所述的电动车用锂离子电池系统，其特征在于：所述高压箱内包括电流传感器、预充电阻R、预充继电器K5、总正继电器K6、总负继电器K7、加热继电器K1、加热继电器K2、充电继电器K3和充电继电器K4，所述电池组的正负极分别通过加热继电器K1和加热继电器K2与加热片PTC两端连接形成加热回路；所述电池组的正负极分别通过充电继电器K3和充电继电器K4与充电机两端连接形成充电回路；电流传感器串接在靠近电池负极的总回路中；所述电池组的正负极分别通过总正继电器K6和总负继电器K7与放电负载两端连接形成放电回路；所述预充电阻R和预充继电器K5串联后并联在所述总正继电器K6的两端；电池管理系统BMS与充电机通过CAN总线和充电机输出电压采集线相连接；与电池部分通过单体电压采集线、温度采集线和电池总压采集线等相连接；所述电池管理系统BMS与加热继电器K1、加热继电器K2、充电继电器K3和充电继电器K4通过继电器控制线相连接；所述电池管理系统BMS与电流传感器通过电流采集线相连接，与加热片通过加热片总压采集线相连接。3.如权利要求2所述的电动车用锂离子电池系统，其特征在于：还包括加热回路保险FUSE，所述加热回路保险FUSE串接在加热回路上。4.一种电动车用锂离子电池充电加热方法，其特征在于：上电后，电池管理系统BMS检测电池系统是否有充电连接信号，如果无充电连接信号，电池系统进入放电模式，电池管理系统BMS控制高压箱内总正继电器K6和总负继电器K7闭合放电回路；如果有充电连接信号，电池系统进入充电模式；当电池系统进入充电模式后，电池管理系统BMS检测电池系统的单体电池的最低温度Tmin、最高温度Tmax和最高电压Vmax，判断此时单体电池最低温度Tmin、最高温度Tmax与设定温度T1、T2和T3的大小；当Tmin＜T1时，电池系统进入加热模式，电池管理系统BMS调整请求充电机输出电流IASK，保持电流传感器检测电流值IR在I1～I2之间；当T1≤Tmin＜T2时，电池系统进入加热充电模式，电池管理系统BMS调整请求充电机输出电流IASK，保持电流传感器检测电流值IR在(-IC+I1)～(-IC+I2)之间；当Tmin≥T2时，进入正...

【专利技术属性】
技术研发人员：王冠军，王栋梁，李若帆，吕超凡，赵宇，
申请(专利权)人：中航锂电技术研究院有限公司，中航锂电洛阳有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32