電池的加熱監控裝置、方法及電池系統與流程

本發明涉及電池加熱技術領域，特別涉及一種電池的加熱監控裝置、一種電池系統以及一種電池的加熱監控方法。

背景技術：

為了解決鋰離子電池低溫性能差的問題，一般采用外部加熱的方式對電池進行加熱，但是，采用外部加熱方式時，電池的加熱速度較慢、加熱效率低。

相關技術中提出了一種加熱方案，是在電池電芯內部增加金屬Ni箔等加熱部件，然后在電池工作時通過控制電流強制通過加熱部件，利用加熱部件發熱來對電池進行加熱，從而達到電芯快速加熱的目的，加熱效率相對較高。然而，此種加熱方案存在電芯內部局部溫度過高的風險，并且加熱部件與隔膜直接接觸，如果加熱部件的溫度高于150℃，就有可能造成隔膜閉孔、收縮，電解液蒸發，從而造成電芯損壞，或引發安全問題，因此這種方案需要對內部加熱部件的溫度進行實時監控。而如果在電芯內部加熱部件上增加溫度傳感器的方式進行溫度監控，無疑更增加了電芯結構的復雜性，并且造成成本的上升。

所以，需要對相關技術中的電池加熱監控技術進行改進。

技術實現要素：

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在于提出一種電池的加熱監控裝置，能夠利用加熱電阻的電阻率隨溫度變化的特性來實時監控加熱電阻的溫度，保護電池電芯不受損壞，保證電池加熱過程安全可靠。

本發明的另一個目的在于提出一種電池系統。

本發明的又一個目的在于提出一種電池的加熱監控方法。

為實現上述目的，本發明一方面實施例提出了一種電池的加熱監控裝置，其中，所述電池包括帶加熱電阻的電芯，所述加熱電阻與加熱電源構成加熱回路，所述加熱監控裝置包括：電壓測量單元，所述電壓測量單元用于檢測所述加熱電阻的電壓；電流測量單元，所述電流測量單元用于檢測所述加熱回路的電流；控制單元，所述控制單元分別與所述電壓測量單元和所述電流測量單元相連，所述控制單元用于根據所述加熱電阻的電壓和所述加熱回路的電流計算所述加熱電阻的電阻率以獲得所述加熱電阻的溫度，并根據所述加熱電阻的溫度對所述加熱回路進行控制，以對所述電池的加熱過程進行監控。

根據本發明實施例的電池的加熱監控裝置，通過加熱電阻與加熱電源構成加熱回路，并通過電壓測量單元檢測加熱電阻的電壓和電流測量單元檢測加熱回路的電流，從而控制單元根據加熱電阻的電壓和加熱回路的電流來計算加熱電阻的電阻率，并利用加熱電阻的電阻率隨溫度變化的特性以獲得加熱電阻的溫度，然后根據加熱電阻的溫度對加熱回路進行控制，實現對電池的加熱過程進行監控，防止電池加熱過程中局部溫度過高來損壞電池電芯，保護電池電芯不受損壞，并且無需在電池內部設置溫度傳感器，降低了電池電芯結構的復雜性和成本，也不存在溫度測量失效的問題，保證電池加熱過程安全可靠。

根據本發明的一個實施例，所述的電池的加熱監控裝置還包括加熱開關，所述加熱開關串聯在所述加熱回路中，所述加熱開關受所述控制單元控制，其中，當所述加熱電阻的溫度達到預設的溫度保護閾值時，所述控制單元控制所述加熱開關斷開，以斷開加熱回路。

根據本發明的一個實施例，所述加熱電阻包括第一加熱電阻極耳和第二加熱電阻極耳，所述電壓測量單元并聯在所述第一加熱電阻極耳與所述第二加熱電阻極耳之間，所述電流測量單元串聯在所述加熱回路中。

根據本發明的一個實施例，當所述加熱電源進行恒壓輸出時，所述加熱回路的電流與所述加熱電阻的溫度呈反相關關系，所述控制單元則在所述加熱回路的電流小于預設的電流閾值時控制所述加熱開關斷開，以斷開加熱回路。

根據本發明的一個實施例，當所述加熱電源進行恒流輸出時，所述加熱電阻的電壓與所述加熱電阻的溫度呈正相關關系，所述控制單元則在所述加熱電阻的電壓達到預設的電壓閾值時控制所述加熱開關斷開，以斷開加熱回路。

根據本發明的一個實施例，所述加熱電阻為金屬電阻、PTC電阻、石墨膜電阻或碳納米管膜電阻。

此外，本發明的實施例還提出了一種電池系統，其包括上述的電池的加熱監控裝置。

根據本發明實施例的電池系統，通過上述的電池的加熱監控裝置，能夠利用加熱電阻的電阻率隨溫度變化的特性來獲得加熱電阻的溫度，并根據加熱電阻的溫度對加熱回路進行控制，實現對電池的加熱過程進行監控，從而防止電池加熱過程中局部溫度過高來損壞電池電芯，保護電池電芯不受損壞，并且無需在電池內部設置溫度傳感器，降低了電池電芯結構的復雜性和成本，也不存在溫度測量失效的問題，保證電池加熱過程安全可靠。

為實現上述目的，本發明另一方面實施例提出了一種電池的加熱監控方法，其中，所述電池包括帶加熱電阻的電芯，所述加熱電阻與加熱電源構成加熱回路，所述加熱監控方法包括以下步驟：檢測所述加熱電阻的電壓，并檢測所述加熱回路的電流；根據所述加熱電阻的電壓和所述加熱回路的電流計算所述加熱電阻的電阻率以獲得所述加熱電阻的溫度；以及根據所述加熱電阻的溫度對所述加熱回路進行控制，以對所述電池的加熱過程進行監控。

根據本發明實施例的電池的加熱監控方法，在加熱電阻與加熱電源構成加熱回路對電池進行加熱時，通過檢測加熱電阻的電壓和檢測加熱回路的電流，來計算加熱電阻的電阻率，并利用加熱電阻的電阻率隨溫度變化的特性以獲得加熱電阻的溫度，然后根據加熱電阻的溫度對加熱回路進行控制，實現對電池的加熱過程進行監控，防止電池加熱過程中局部溫度過高來損壞電池電芯，保護電池電芯不受損壞，并且無需在電池內部設置溫度傳感器，降低了電池電芯結構的復雜性和成本，也不存在溫度測量失效的問題，保證電池加熱過程安全可靠。

根據本發明的一個實施例，所述加熱回路中還串聯有加熱開關，其中，當所述加熱電阻的溫度達到預設的溫度保護閾值時，控制所述加熱開關斷開，以斷開加熱回路。

根據本發明的一個實施例，當所述加熱電源進行恒壓輸出時，所述加熱回路的電流與所述加熱電阻的溫度呈反相關關系，則在所述加熱回路的電流小于預設的電流閾值時控制所述加熱開關斷開，以斷開加熱回路。

根據本發明的一個實施例，當所述加熱電源進行恒流輸出時，所述加熱電阻的電壓與所述加熱電阻的溫度呈正相關關系，則在所述加熱電阻的電壓達到預設的電壓閾值時控制所述加熱開關斷開，以斷開加熱回路。

根據本發明的一個實施例，所述加熱電阻為金屬電阻、PTC電阻、石墨膜電阻或碳納米管膜電阻。

附圖說明

圖1為根據本發明一個實施例的電池的加熱監控裝置的方框示意圖；

圖2為根據本發明一個實施例的金屬鎳電阻的電阻率隨溫度變化的曲線示意圖；

圖3為根據本發明一個實施例的恒壓加熱模式下流過金屬鎳電阻的電流隨溫度變化的曲線示意圖；

圖4為根據本發明一個實施例的恒流加熱模式下金屬鎳電阻的端電壓隨溫度變化的曲線示意圖；

圖5為根據本發明實施例的電池的加熱監控方法的流程圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。

下面參照附圖來描述本發明實施例提出的電池的加熱監控裝置、電池系統以及電池的加熱監控方法。

參考附圖1所示，本發明實施例的電池的加熱監控裝置包括電壓測量單元105、電流測量單元106和控制單元100。其中，電池可以是鋰電池101，電池包括帶加熱電阻103的電芯，即加熱電阻103內置在鋰電池101中，鋰電池101還包括正負極耳102a和102b，加熱電阻103與加熱電源108例如直流電源DC構成加熱回路。加熱電源108可以是車載低壓蓄電池、車載充電機、地面充電樁或電池本身。

電壓測量單元105用于檢測加熱電阻103的電壓，其中，電壓測量單元105可以是電壓表、電壓采集芯片等。電流測量單元106用于檢測加熱回路的電流，其中，電流測量單元106可以是電流表、分流器(檢流電阻)或電流霍爾傳感器等。

如圖1所示，控制單元100分別與電壓測量單元105和電流測量單元106相連，控制單元100用于根據加熱電阻103的電壓和加熱回路的電流計算加熱電阻103的電阻率以獲得加熱電阻103的溫度，并根據加熱電阻103的溫度對加熱回路進行控制，以對電池101的加熱過程進行監控。其中，控制單元100可以是獨立的硬件單元，例如溫度監控控制器，也可以集成在電池管理系統BMS中。

也就是說，本發明實施例的電池的加熱監控裝置是利用加熱電阻的電阻率隨溫度變化的特性，通過電壓測量單元檢測加熱電阻兩端的電壓和電流測量單元檢測經過加熱電阻的電流來計算加熱電阻的實時電阻率，從而可獲得加熱電阻的實時溫度，并根據控制單元中預設的溫度保護閾值對加熱電阻的實時溫度進行比較，來控制加熱回路，例如可切斷加熱或調整加熱功率，實現對電池的加熱過程進行監控和保護，保護電池電芯不受損壞。

在本發明的實施例中，加熱電阻103可以為金屬電阻、PTC電阻、石墨膜電阻或碳納米管膜電阻。其中，可以理解的是，基于加熱電阻的類型不同，加熱電阻的電阻率與溫度的關系可以是線性的，也可以是非線性的，只要加熱電阻具有電阻率隨溫度進行規律變化的特性即可。

具體地，根據本發明的一個實施例，如圖1所示，上述的電池的加熱監控裝置還包括加熱開關107，加熱開關107串聯在加熱回路中，加熱開關107受控制單元100控制，其中，當加熱電阻103的溫度達到預設的溫度保護閾值時，控制單元100控制加熱開關107斷開，以斷開加熱回路。

其中，如圖1所示，加熱電阻103包括第一加熱電阻極耳104a和第二加熱電阻極耳104b，電壓測量單元105例如電壓表并聯在第一加熱電阻極耳104a與第二加熱電阻極耳104b之間，電流測量單元106例如電流表串聯在加熱回路中。

當加熱電阻為金屬電阻時，本發明可利用金屬電阻的電阻率隨溫度升高而增大的特性，通過測量金屬電阻的端電壓和流過金屬電阻的電流，可間接地檢測金屬電阻本身的溫度。例如金屬電阻為金屬鎳電阻時，溫度每升高1℃，金屬鎳電阻的電阻率約增加0.69％，具體可參考圖2所示，設定20℃時電阻為0.5歐姆。在本發明的一個示例中，可設定電池電芯內部加熱電阻正常的加熱溫度為40℃，限溫保護為60℃，溫度升高20℃，金屬鎳電阻的電阻率會增大13％，這個變化足以被檢測到，從而本發明實施例的電池的加熱監控裝置可利用金屬電阻的電阻率隨溫度升高而增大的特性，實現對電池電芯內部加熱電阻的溫度監控和限溫保護，從而無需溫度傳感器對加熱電阻的溫度進行檢測，降低了電池電芯結構的復雜性和成本。

在本發明的實施例中，實際工作時，可以是直流恒壓加熱、恒流加熱或恒功率加熱。其中，在本發明的一個實施例中，當加熱電源108進行恒壓輸出時，加熱回路的電流與加熱電阻的溫度呈反相關關系，控制單元100則在加熱回路的電流小于預設的電流閾值時控制加熱開關107斷開，以斷開加熱回路。例如恒壓加熱時，隨著金屬電阻本身溫度的升高，電阻增大，加熱電流減小，如果通過控制單元100監控到加熱回路的電流減小到限溫保護點對應的值即預設的電流閾值時，就應該立即切斷加熱開關107。其中，恒壓加熱模式下，流過金屬鎳電阻的電流隨溫度變化的曲線如圖3所示。

在本發明的另一個實施例中，當加熱電源108進行恒流輸出時，加熱電阻的電壓與加熱電阻的溫度呈正相關關系，控制單元100則在加熱電阻的電壓達到預設的電壓閾值時控制加熱開關107斷開，以斷開加熱回路。例如恒流加熱時，隨著加熱電阻本身溫度的升高，電阻增大，加熱電阻的端電壓增大，如果通過控制單元100監控到加熱電阻的端電壓增大到限溫保護點對應的值即預設的電壓閾值時，就應該立即切斷加熱開關107。其中，恒流加熱模式下，金屬鎳電阻的端電壓隨溫度變化的曲線如圖4所示。

其中，需要說明的是，在本發明的實施例中，電池可包括多個電芯，可以將整個電池內所有電芯的內部加熱電阻作為一個整體來監控，也可以針對每個電芯分別進行測量，分別監控每個電芯內部加熱電阻的溫度。

根據本發明實施例的電池的加熱監控裝置，通過加熱電阻與加熱電源構成加熱回路，并通過電壓測量單元檢測加熱電阻的電壓和電流測量單元檢測加熱回路的電流，從而控制單元根據加熱電阻的電壓和加熱回路的電流來計算加熱電阻的電阻率，并利用加熱電阻的電阻率隨溫度變化的特性以獲得加熱電阻的溫度，然后根據加熱電阻的溫度對加熱回路進行控制，實現對電池的加熱過程進行監控，防止電池加熱過程中局部溫度過高來損壞電池電芯，保護電池電芯不受損壞，并且無需在電池內部設置溫度傳感器，降低了電池電芯結構的復雜性和成本，也不存在溫度測量失效的問題，保證電池加熱過程安全可靠。

圖5為根據本發明實施例的電池的加熱監控方法的流程圖。其中，電池包括帶加熱電阻的電芯，所述加熱電阻與加熱電源構成加熱回路。如圖5所示，該電池的加熱監控方法包括以下步驟：

S1，檢測加熱電阻的電壓，并檢測加熱回路的電流。

其中，可通過電壓表、電壓采集芯片等電壓測量單元來檢測加熱電阻的電壓，并且可通過電流表、分流器(檢流電阻)或電流霍爾傳感器等電流測量單元來檢測加熱回路的電流。

S2，根據加熱電阻的電壓和加熱回路的電流計算加熱電阻的電阻率以獲得加熱電阻的溫度。

本發明是利用加熱電阻的電阻率隨溫度變化的特性，通過電壓測量單元檢測加熱電阻兩端的電壓和電流測量單元檢測經過加熱電阻的電流來計算加熱電阻的實時電阻率，從而可獲得加熱電阻的實時溫度。

S3，根據加熱電阻的溫度對加熱回路進行控制，以對電池的加熱過程進行監控。

即言，可根據預設的溫度保護閾值對加熱電阻的實時溫度進行比較，來控制加熱回路，例如可切斷加熱或調整加熱功率，實現對電池的加熱過程進行監控和保護，保護電池電芯不受損壞。

根據本發明的一個實施例，所述加熱回路中還串聯有加熱開關，其中，當所述加熱電阻的溫度達到預設的溫度保護閾值時，控制所述加熱開關斷開，以斷開加熱回路。

其中，在本發明的一個實施例中，當所述加熱電源進行恒壓輸出時，所述加熱回路的電流與所述加熱電阻的溫度呈反相關關系，則在所述加熱回路的電流小于預設的電流閾值時控制所述加熱開關斷開，以斷開加熱回路。例如恒壓加熱時，隨著金屬電阻本身溫度的升高，電阻增大，加熱電流減小，如果通過控制單元監控到加熱回路的電流減小到限溫保護點對應的值即預設的電流閾值時，就應該立即切斷加熱開關。其中，恒壓加熱模式下，流過金屬鎳電阻的電流隨溫度變化的曲線如圖3所示。

在本發明的另一個實施例中，當所述加熱電源進行恒流輸出時，所述加熱電阻的電壓與所述加熱電阻的溫度呈正相關關系，則在所述加熱電阻的電壓達到預設的電壓閾值時控制所述加熱開關斷開，以斷開加熱回路。例如恒流加熱時，隨著加熱電阻本身溫度的升高，電阻增大，加熱電阻的端電壓增大，如果通過控制單元監控到加熱電阻的端電壓增大到限溫保護點對應的值即預設的電壓閾值時，就應該立即切斷加熱開關。其中，恒流加熱模式下，金屬鎳電阻的端電壓隨溫度變化的曲線如圖4所示。

在本發明的實施例中，加熱電阻可以為金屬電阻、PTC電阻、石墨膜電阻或碳納米管膜電阻。

根據本發明實施例的電池的加熱監控方法，在加熱電阻與加熱電源構成加熱回路對電池進行加熱時，通過檢測加熱電阻的電壓和檢測加熱回路的電流，來計算加熱電阻的電阻率，并利用加熱電阻的電阻率隨溫度變化的特性以獲得加熱電阻的溫度，然后根據加熱電阻的溫度對加熱回路進行控制，實現對電池的加熱過程進行監控，防止電池加熱過程中局部溫度過高來損壞電池電芯，保護電池電芯不受損壞，并且無需在電池內部設置溫度傳感器，降低了電池電芯結構的復雜性和成本，也不存在溫度測量失效的問題，保證電池加熱過程安全可靠。

此外，本發明的實施例還提出了一種電池系統，其包括上述的電池的加熱監控裝置。

根據本發明實施例的電池系統，通過上述的電池的加熱監控裝置，能夠利用加熱電阻的電阻率隨溫度變化的特性來獲得加熱電阻的溫度，并根據加熱電阻的溫度對加熱回路進行控制，實現對電池的加熱過程進行監控，從而防止電池加熱過程中局部溫度過高來損壞電池電芯，保護電池電芯不受損壞，并且無需在電池內部設置溫度傳感器，降低了電池電芯結構的復雜性和成本，也不存在溫度測量失效的問題，保證電池加熱過程安全可靠。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內”、“外”、“順時針”、“逆時針”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置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。

此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個該特征。在本發明的描述中，“多個”的含義是至少兩個，例如兩個，三個等，除非另有明確具體的限定。

在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關系，除非另有明確的限定。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

在本發明中，除非另有明確的規定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結合和組合。

盡管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在本發明的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。