一种储能用电池组安全加热装置的制作方法

1.本实用新型涉及电池管理技术领域，尤其涉及一种储能用电池组安全加热装置。


背景技术：

2.锂离子电池由于具有能量密度高、可循环充电、安全环保等优点，被广泛应用于新能源汽车、消费电子、储能系统等领域中。但是，低温环境下，锂离子电池的使用会受到一定限制。具体地，锂离子电池在低温环境下的放电容量会严重衰退，以及在低温环境下无法安全充电。因此，为了能够正常使用锂离子电池，需要在低温环境下为电池组进行加热。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种储能用电池组安全加热装置。
4.为了实现上述目的，本实用新型提供了一种储能用电池组安全加热装置，包括采集电路、充放电电路、加热电路、储能变流器、通信单元以及控制单元，所述充放电电路、储能变流器与电池组串联成回路。其中，所述充放电电路与所述控制单元电连接，其受所述控制单元控制导通或断开。所述加热电路并联在所述储能变流器的两端，其包括串联连接的加热开关、电流传感器及加热膜，所述电流传感器、加热开关与所述控制单元电连接，所述电流传感器用于采集所述加热电路的加热电流，并传送至所述控制单元。所述采集电路与所述控制单元电连接，用于采集电池组温度、单体电池电压以及加热膜温度，并传送至所述控制单元。所述通信单元将所述储能变流器与所述控制单元通信连接，所述储能变流器依据所述通信单元传送的供电请求信号输出供电电能。所述控制单元用于在所述单体电池电压处于预设电压范围内且所述电池组温度小于或小于等于第一温度阈值时，控制所述加热开关导通，并借由所述通信单元传送所述供电请求信号至所述储能变流器。
5.在一些实施例中，所述控制单元用于在所述加热膜温度大于或大于等于第二温度阈值、或所述电池组温度大于或大于等于第三温度阈值、或所述加热电流大于或大于等于第一电流阈值时，控制所述加热开关断开。
6.在一些实施例中，所述加热电路还包括与所述加热开关、电流传感器、加热膜串联连接的保险丝，所述保险丝于所述加热电流达到第二电流阈值时熔断。
7.在一些实施例中，所述加热电路还进一步包括与所述加热开关、电流传感器、加热膜、保险丝串联连接的温控开关，所述温控开关于感测温度小于第四温度阈值时闭合，于感测温度达到所述第四温度阈值时断开。
8.在一些实施例中，所述温控开关为常闭型，其于感测温度下降至第五温度阈值时自动闭合，所述第五温度阈值小于所述第四温度阈值。
9.在一些实施例中，所述电流传感器为单芯片式霍尔电流传感器。
10.在一些实施例中，所述通信单元为can通信单元或rs485通信单元。
11.在一些实施例中，所述充放电电路包括串联连接的分流器、放电开关及充电开关，所述放电开关、充电开关分别与所述控制单元电连接，所述放电开关、充电开关受所述控制
单元控制导通或断开，所述控制单元基于所述分流器获取所述充放电电路的充放电电流。
12.在一些实施例中，所述放电开关、充电开关及加热开关均为nmos管。
13.在一些实施例中，所述充放电电路处于导通状态，所述控制单元输出关闭加热信号以控制所述加热开关关闭后，于所述电流传感器在预设时间内持续采集到所述加热电流大于预设电流时，所述控制单元借由所述通信单元传送故障信号至所述储能变流器，使所述储能变流器停止输出供电电能，并控制所述充放电电路断开。
14.与现有技术相比，本实用新型通过采集电路采集电池组温度、单体电池电压，仅当单体电池电压处于预设电压范围内且电池组温度小于或小于等于第一温度阈值，导通加热开关，通过储能变流器提供供电电能，使加热电路给电池组加热，从而提升储能系统电池组全气候应用效果。而且，加热电路串联有保险丝以及温控开关，当因加热膜短路失效等导致加热电流过大时，保险丝熔断断开加热电路；当温度过高时，温控开关断开，提高了电池组加热的安全性及可靠性。此外，本实用新型在充放电电路处于导通状态时，还在输出关闭加热信号后检测加热电流，若加热电流异常，传送故障信号至储能变流器使储能变流器停止输出供电电能，并控制充放电电路断开，以实现加热电路、整个加热装置的全面保护。本实用新型的电池组安全加热装置结构简单，易于实现，且工作能耗低、成本低。
附图说明
15.图1为本实用新型一实施例储能用电池组安全加热装置的组成结构示意图。
16.图2为本实用新型一实施例加热电路的原理图。
17.图3为采用本实用新型储能用电池组安全加热装置进行加热时的流程图。
具体实施方式
18.为了详细说明本实用新型的技术内容、构造特征，以下结合实施方式并配合附图作进一步说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是本实用新型的全部实施例，应理解，本实用新型不受这里描述的示例实施例的限制。基于描述的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所得到的所有其它实施例都应落入本实用新型的保护范围之内。
19.请参阅图1和图2，本实用新型提供了一种储能用电池组安全加热装置。电池组70由n串锂离子电池串联而成。该储能用电池组安全加热装置包括采集电路10、充放电电路20、加热电路30、储能变流器40、通信单元50以及控制单元60，充放电电路20、储能变流器40与电池组70串联成回路。其中，充放电电路20与控制单元60电连接，其受控制单元60控制导通以给电池组70充电或放电，或者断开以停止电池组70的充电或放电。加热电路30并联在储能变流器40的两端，其包括串联连接的加热开关k1、电流传感器u1及加热膜r1，电流传感器u1、加热开关k1与控制单元60电连接。电流传感器u1用于采集加热电路30的加热电流，并传送至控制单元60。加热开关k1受控制单元60控制导通或断开。采集电路10与控制单元60电连接，用于采集电池组温度、单体电池电压以及加热膜温度，并传送至控制单元60。通信单元50将储能变流器40与控制单元60通信连接，储能变流器40依据通信单元50传送的供电请求信号输出供电电能。控制单元60用于在单体电池电压处于预设电压范围内且电池组温度小于等于第一温度阈值t1时，控制加热开关k1导通，并借由通信单元50传送供电请求信
号至储能变流器40，进而通过加热电路30加热电池组70。在加热膜温度大于第二温度阈值t2、或电池组温度大于第三温度阈值t3、或加热电流大于第一电流阈值c1时，控制加热开关k1断开。
20.具体的，电流传感器u1可以是开环式的霍尔电流传感器，加热电流仅穿过电流传感器u1的感应区域；也可以是单芯片式霍尔电流传感器，例如cc6904so-20a系列(额定采集电流为20a)，加热电流流入电流传感器u1内部后流出至加热开关k1。作为优选实施例，电流传感器u1为单芯片式霍尔电流传感器，具有更低功耗、更低成本和更小体积。
21.具体的，通信单元50为can通信单元或rs485通信单元。通信单元50优选为can通信单元。
22.如图1、图2所示，作为优选实施例，加热电路30还包括与加热开关k1、电流传感器u1、加热膜r1串联连接的保险丝f1，保险丝f1于加热电流达到第二电流阈值c2时熔断，第二电流阈值c2大于第一电流阈值c1。借由设置保险丝f1，在加热膜r1短路失效后加热电流异常过大时，安全熔断以断开整个加热电路30，实现整个加热装置的安全保护。
23.进一步地，加热电路30还包括与加热开关k1、电流传感器u1、加热膜r1、保险丝f1串联连接的温控开关k4，温控开关k4于感测温度小于第四温度阈值t4时闭合，于感测温度达到第四温度阈值t4时断开。在温控开关k4处于闭合状态，导通加热开关k1，加热电路30则导通，即可通过加热电路30给电池组70加热。借由设置温控开关k4，当温度过高时，断开加热电路30，进一步提高了整个加热装置的安全性。
24.具体的，温控开关k4为常闭型。在感测温度小于第四温度阈值t4时温控开关k4一直保持闭合状态，于感测温度达到第四温度阈值t4断开后，若感测温度下降至第五温度阈值t5时又会自动闭合。第五温度阈值t5小于第四温度阈值t4，例如，第四温度阈值t4为45℃，第五温度阈值t5为35℃，
25.如图1所示，具体的，充放电电路20包括串联连接的分流器r2、放电开关k2及充电开关k3，放电开关k2、充电开关k3分别与控制单元60电连接，放电开关k2、充电开关k3受控制单元60控制导通或断开。控制单元60基于分流器r2获取充放电电路20的充放电电流。
26.作为优选实施例，放电开关k2、充电开关k3均为nmos管。加热开关k1也为nmos管。当然，放电开关k2、充电开关k3、加热开关k1也可以为其它的开关器件。
27.作为优选实施例，若电池组70处于充电或者放电状态，控制单元60输出关闭加热信号以控制加热开关k1断开后，若电流传感器u1在预设时间内(例如，2s)持续采集到加热电流大于预设电流c2(例如，2a)时，则认为出现了例如加热开关k1粘连等故障，控制单元60输出故障信号并借由通信单元50传送至储能变流器40，使储能变流器40停止输出供电电能(充放电电流)。同时，控制单元60还输出控制信号控制放电开关k2、充电开关k3断开，从而使电池组70进入安全保护状态。
28.下面，以一具体实施例为例结合附图图3对本实用新型的加热过程进行说明。
29.首先，通过采集电路10实时采集电池组70的状态信息(包括但不限于单体电池电压、电池组温度)，并传送至控制单元60；控制单元60判断单体电池电压是否属于预设电压范围(正常值范围)，若是，再根据电池组温度确定是否需要启动加热。若电池组温度≤第一温度阈值t1(如，0℃)，则启动加热。若单体电池电压超出预设电压范围或电池组温度＞第一温度阈值t1，则不启动加热。在启动纯加热功能时，控制单元60先输出控制信号en2和en3
分别断开放电开关k2和充电开关k3，然后再输出控制信号en1导通加热开关k1，并通过通信单元50与储能变流器40通信，请求加热电流(例如，10a)。在加热过程中，采集电路10巡检加热膜温度、电池组温度及通过电流传感器u1采集加热电流，若加热膜温度＞第二温度阈值t2(例如，70℃)、或电池组温度＞第三温度阈值t3(例如，30℃)、或加热电流＞第一电流阈值c1(例如，15a)时，控制单元60控制加热开关k1断开，结束当次加热流程。
30.此外，在断开放电开关k2和充电开关k3之后，若控制单元60接收到充放电请求，则导通放电开关k2和充电开关k3，在通过加热电路30进行电池组70加热的同时给电池组70充电、放电。在控制单元60输出关闭加热信号以控制加热开关k1断开后，延时预设时间(例如，2秒)后检测加热电流是否下降为预设电流(例如，0)，若否，认为出现了例如加热开关k1粘连等故障，控制单元60通过通信单元50传送故障信号至储能变流器40，使储能变流器40停止输出供电电能，同时，控制单元60还输出控制信号控制放电开关k2、充电开关k3断开。
31.综上，本实用新型通过采集电路10采集电池组温度、单体电池电压，仅当单体电池电压处于预设电压范围内且电池组温度小于或小于等于第一温度阈值t1时，导通加热开关k1，通过储能变流器40提供供电电能，使加热电路30给电池组70加热，从而提升储能系统的电池组70全气候应用效果。而且，加热电路30串联有保险丝f1以及温控开关k4，当因加热膜r1短路失效等导致加热电流过大时，保险丝f1熔断断开加热电路30；当温度过高时，温控开关k4断开，提高了电池组70加热的安全性及可靠性。此外，本实用新型在充放电电路20处于导通状态时，还在输出关闭加热信号后检测加热电流，若加热电流异常，传送故障信号至储能变流器40使储能变流器40停止输出供电电能，并控制充放电电路20断开，以实现加热电路30、整个加热装置的全面保护。本实用新型的电池组70安全加热装置结构简单，易于实现，且工作能耗低、成本低。
32.以上所揭露的仅为本实用新型的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于本实用新型所涵盖的范围。

技术特征：
1.一种储能用电池组安全加热装置，其特征在于，包括采集电路、充放电电路、加热电路、储能变流器、通信单元以及控制单元，所述充放电电路、储能变流器与电池组串联成回路；所述充放电电路与所述控制单元电连接，其受所述控制单元控制导通或断开；所述加热电路并联在所述储能变流器的两端，包括串联连接的加热开关、电流传感器及加热膜，所述电流传感器、加热开关与所述控制单元电连接，所述电流传感器用于采集所述加热电路的加热电流，并传送至所述控制单元；所述采集电路与所述控制单元电连接，用于采集电池组温度、单体电池电压以及加热膜温度，并传送至所述控制单元；所述通信单元将所述储能变流器与所述控制单元通信连接，所述储能变流器依据所述通信单元传送的供电请求信号输出供电电能；所述控制单元用于在所述单体电池电压处于预设电压范围内且所述电池组温度小于或小于等于第一温度阈值时，控制所述加热开关导通，并借由所述通信单元传送所述供电请求信号至所述储能变流器。2.如权利要求1所述的储能用电池组安全加热装置，其特征在于，所述控制单元用于在所述加热膜温度大于或大于等于第二温度阈值、或所述电池组温度大于或大于等于第三温度阈值、或所述加热电流大于或大于等于第一电流阈值时，控制所述加热开关断开。3.如权利要求1或2所述的储能用电池组安全加热装置，其特征在于，所述加热电路还包括与所述加热开关、电流传感器、加热膜串联连接的保险丝，所述保险丝于所述加热电流达到第二电流阈值时熔断。4.如权利要求3所述的储能用电池组安全加热装置，其特征在于，所述加热电路还包括与所述加热开关、电流传感器、加热膜、保险丝串联连接的温控开关，所述温控开关于感测温度小于第四温度阈值时闭合，于感测温度达到所述第四温度阈值时断开。5.如权利要求4所述的储能用电池组安全加热装置，其特征在于，所述温控开关为常闭型，其于感测温度下降至第五温度阈值时自动闭合，所述第五温度阈值小于所述第四温度阈值。6.如权利要求1或2所述的储能用电池组安全加热装置，其特征在于，所述电流传感器为单芯片式霍尔电流传感器。7.如权利要求1或2所述的储能用电池组安全加热装置，其特征在于，所述通信单元为can通信单元或rs485通信单元。8.如权利要求1或2所述的储能用电池组安全加热装置，其特征在于，所述充放电电路包括串联连接的分流器、放电开关及充电开关，所述放电开关、充电开关分别与所述控制单元电连接，所述放电开关、充电开关受所述控制单元控制导通或断开，所述控制单元基于所述分流器获取所述充放电电路的充放电电流。9.如权利要求8所述的储能用电池组安全加热装置，其特征在于，所述放电开关、充电开关及加热开关均为nmos管。10.如权利要求1或2所述的储能用电池组安全加热装置，其特征在于，所述充放电电路处于导通状态，所述控制单元输出关闭加热信号以控制所述加热开关关闭后，于所述电流传感器在预设时间内持续采集到所述加热电流大于预设电流时，所述控制单元借由所述通
信单元传送故障信号至所述储能变流器，使所述储能变流器停止输出供电电能，并控制所述充放电电路断开。

技术总结
本实用新型公开一种储能用电池组安全加热装置，包括采集电路、充放电电路、加热电路、储能变流器、通信单元及控制单元，充放电电路、储能变流器与电池组串联成回路，加热电路并联在储能变流器的两端。加热电路包括串联连接的加热开关、电流传感器及加热膜，电流传感器、加热开关与控制单元电连接，电流传感器用于采集加热电路的加热电流。采集电路采集电池组温度、单体电池电压，仅当单体电池电压处于预设电压范围内且电池组温度小于或小于等于第一温度阈值，控制单元导通加热开关，通过储能变流器提供供电电能，使加热电路给电池组加热，从而提升储能系统电池组全气候应用效果。本实用新型结构简单，易于实现，且工作能耗低、成本低。低。低。


技术研发人员：林田生
受保护的技术使用者：东莞钜威动力技术有限公司
技术研发日：2021.10.21
技术公布日：2022/5/25