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(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(shù)：
磷酸鐵鋰鋰電池一般用于混合動(dòng)力車或電動(dòng)車，作為動(dòng)力電池，但這種
電池存在一個(gè)缺點(diǎn)，就是在低溫環(huán)境下，例如低于一20'C，電池只能放電而不能充電。如果要在低溫環(huán)境下對(duì)電池進(jìn)行充電，就需要先對(duì)電池進(jìn)行預(yù)熱?，F(xiàn)有的混合動(dòng)力車中，電機(jī)14的驅(qū)動(dòng)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(hào)來(lái)控制IGBT 12的導(dǎo)通。當(dāng)磷酸鐵鋰鋰電池處在低溫環(huán)境下時(shí)，如果要對(duì)電池進(jìn)行充電，通常是先啟動(dòng)圖1中的電路，使電池有電流流過，由于電池具有內(nèi)阻，因此當(dāng)有電流流過時(shí)電池會(huì)產(chǎn)生熱量，以此來(lái)給電池預(yù)熱。但是這種預(yù)熱方法會(huì)產(chǎn)生不必要的能量損失，因?yàn)殡姍C(jī)14電樞的電阻、IGBT 12以及電路中串接的電阻都會(huì)消耗功率，而這些消耗的功率對(duì)電池的預(yù)熱沒有作出任何的貢獻(xiàn)；此外，如果電池電量過低，上述預(yù)熱方法不太適用，而且很有可能使該預(yù)熱方法不可行。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)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(huán)境下對(duì)電池進(jìn)行預(yù)熱并減少不必要的功率損耗。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)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(guān)管、控制器和溫度采集器；所述開關(guān)管
5包括輸入端、輸出端和控制端，分別用于與磷酸鐵鋰鋰電池的正極、負(fù)極和
所述控制器連接；所述溫度采集器與控制器連接，用于檢測(cè)磷酸鐵鋰鋰電池 的內(nèi)部溫度，并將相應(yīng)的溫度信號(hào)輸入到所述控制器；控制器用于接收溫度 采集器輸出的溫度信號(hào)，將所述內(nèi)部溫度與電池激活最低溫度進(jìn)行比較，根 據(jù)比較結(jié)果，控制開關(guān)管的通斷。
本發(fā)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(cè)磷酸鐵鋰鋰電池的內(nèi)部溫度；b)將所述內(nèi)部溫度與電池激活最低溫 度進(jìn)行比較；c)如果所述內(nèi)部溫度低于電池激活最低溫度，則使所述電池 輸出電流。
本發(fā)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(duì) 電池進(jìn)行充電時(shí)，溫度采集器檢測(cè)電池的內(nèi)部溫度，產(chǎn)生反映該溫度的溫度 信號(hào)并將該溫度信號(hào)輸入到控制器?？刂破鲗⒃摐囟刃盘?hào)與預(yù)先設(shè)定的電池 激活最低溫度信號(hào)進(jìn)行比較，經(jīng)比較判斷電池的內(nèi)部溫度是否低于需要對(duì)電 池進(jìn)行激活的電池激活最低溫度。如果低于電池激活最低溫度，則控制器輸 出控制信號(hào)給開關(guān)管，控制開關(guān)管導(dǎo)通。電池有電流通過，由此產(chǎn)生熱量， 給電池預(yù)熱。當(dāng)溫度采集器檢測(cè)到電池的內(nèi)部溫度達(dá)到或大于預(yù)先設(shè)定的最 高溫度時(shí)，控制器停止輸出控制信號(hào)，開關(guān)管關(guān)斷，電池不再有電流流過， 停止預(yù)熱。該低溫激活裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(shí)該低溫激活裝置使電池處于激活后的狀態(tài)，有利于對(duì)電 池進(jìn)行充電。


圖1是現(xiàn)有的混合動(dòng)力車或電動(dòng)車的電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路； 圖2是本發(fā)明的實(shí)施例提供的車載磷酸鐵鋰鋰電池的低溫激活裝置的結(jié) 構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)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(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
如圖2所示，本發(fā)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(guān)管22、控制器24和溫度采集器26;所述開關(guān) 管22包括輸入端、輸出端和控制端，分別用于與磷酸鐵鋰鋰電池的正極、 負(fù)極和所述控制器24連接；所述溫度采集器26與控制器24連接，用于檢 測(cè)磷酸鐵鋰鋰電池的內(nèi)部溫度，并將相應(yīng)的溫度信號(hào)輸入到所述控制器24; 控制器24用于接收溫度采集器26輸出的溫度信號(hào)，將所述內(nèi)部溫度與電池 激活最低溫度進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果，控制開關(guān)管22的通斷。如果所述 內(nèi)部溫度低于電池激活最低溫度，則控制器24輸出控制信號(hào)控制所述幵關(guān) 管22導(dǎo)通。
所述開關(guān)管22為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的具有控制端的開關(guān)器件，例如， 繼電器、場(chǎng)效應(yīng)管、IGBT等，優(yōu)選為IGBT。
所述溫度采集器26為本領(lǐng)域技術(shù)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(lǐng)域技術(shù)人員公知的可編程處理器，例如單片機(jī)、 DSP、車載ECU等，優(yōu)選為DSP?？刂破?4包括比較模塊和信號(hào)產(chǎn)生模塊 等。比較模塊將溫度采集器26輸入的溫度信號(hào)與存儲(chǔ)在控制器24中的預(yù)定 值進(jìn)行比較，如果溫度信號(hào)小于該預(yù)定值，則說明電池的內(nèi)部溫度低于需要 對(duì)電池進(jìn)行激活的電池激活最低溫度。此時(shí)，比較模塊輸出信號(hào)到信號(hào)產(chǎn)生 模塊，信號(hào)產(chǎn)生模塊產(chǎn)生控制信號(hào)，例如PWM信號(hào)并將該信號(hào)輸出到開關(guān) 管22的控制端，由此來(lái)控制開關(guān)管22的導(dǎo)通。還對(duì)控制器24設(shè)定最高溫 度值，如果溫度采集器26輸入的溫度信號(hào)達(dá)到或大于該最高溫度值，則說 明電池的內(nèi)部溫度達(dá)到或超過設(shè)定溫度，該設(shè)定溫度高于所述電池激活最低溫度，此時(shí)，控制器24不再給開關(guān)管22輸出控制信號(hào)，開關(guān)管22關(guān)斷。
所述電池激活最低溫度為一2rC至一18X:。所述設(shè)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，該電路包括二極管201、電阻203 以及電容205，所述電容205的一端與所述開關(guān)管22的輸出端相連接，另一 端接所述二極管201的陰極和電阻203的一端，二極管201的陽(yáng)極和電阻203 的另一端接開關(guān)管22的輸入端。當(dāng)IGBT關(guān)斷時(shí)為了防止電流突變損壞元 器件，通過二極管201向電容205充電來(lái)抑制IGBT兩端的電壓過大，當(dāng)IGBT 開通時(shí)電容205上存儲(chǔ)的電荷通過電阻203放電。
所述低溫激活裝置還包括電流采樣器28，與控制器24連接，該電流采 樣器28用于檢測(cè)流過所述磷酸鐵鋰鋰電池的電流大小，并將相應(yīng)的電流信 號(hào)輸入到所述控制器24，該控制器24根據(jù)該電流信號(hào)調(diào)節(jié)輸出給開關(guān)管22 的控制信號(hào)以控制開關(guān)管22的導(dǎo)通時(shí)間，從而控制流過所述電池的電流大 小，使檢測(cè)到的電流大小為一定值或處于一定的范圍內(nèi)?？刂破?4對(duì)流過 電池的電流進(jìn)行反饋控制?？梢詫?duì)控制器24設(shè)置一設(shè)定電流值，控制器24 根據(jù)所述電流信號(hào)與該設(shè)定電流值的偏差來(lái)控制輸出的控制信號(hào)，例如，如 果控制信號(hào)是PWM信號(hào)，則控制PWM信號(hào)的占空比；如果控制信號(hào)是脈 頻調(diào)制信號(hào)(PFM)，則控制PFM信號(hào)的頻率，由此控制開關(guān)管22單位時(shí) 間內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間從而實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jù)電流采樣器28輸出的電流信號(hào)將流過電池的電流大小控 制在例如為1000A 1500A的范圍內(nèi)。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(lǐng)域技術(shù)人員公知， 不多做贅述。
所述電流采樣器28可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的電流傳感器、分流電 阻、光耦隔離運(yùn)算放大器等，優(yōu)選為電流霍爾傳感器。
優(yōu)選地，為了使所述低溫激活裝置只在需要對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)才被啟動(dòng)，該低溫激活裝置還包括充電狀態(tài)檢測(cè)單元(未示出)，該充電狀態(tài)檢測(cè) 單元用于檢測(cè)電池的狀態(tài)是否處于充電狀態(tài)，并將反映電池狀態(tài)的信號(hào)傳送
給所述控制器24，該控制器24根據(jù)該信號(hào)作出控制如果電池的狀態(tài)處于 充電狀態(tài)，則使開關(guān)管22、溫度采集器26和電流采樣器28被供電。如果電 池處于充電狀態(tài)，則該檢測(cè)單元發(fā)出信號(hào)到所述控制器24，該控制器24由 閑置狀態(tài)被激活到工作狀態(tài)，從而啟動(dòng)開關(guān)管22、溫度采集器26和電流采 樣器28，使開關(guān)管22、溫度采集器26和電流采樣器28被供電。該充電狀 態(tài)檢測(cè)單元可以采用多種方式實(shí)現(xiàn)，例如，可以用電壓傳感器或分壓電阻來(lái) 檢測(cè)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(cè)信號(hào)傳送給控制器24，控制器24根據(jù) 該信號(hào)接通給開關(guān)管22、溫度采集器26和電流采樣器28供電的電源(如果 它們需要供電)。如果所述開關(guān)管22、溫度采集器26和電流采樣器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(jìn)一步減少能 量消耗。所述供電電源可以由所述電池來(lái)提供，因此不用提供額外的電源。
當(dāng)如上所述，如果所述電池的內(nèi)部溫度達(dá)到或超過所述設(shè)定溫度，則控 制器24控制開關(guān)管22斷開，之后，控制器24還用于斷開開關(guān)管22、溫度 采集器26和電流采樣器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閑置模式。在閑置模式下，控制器24 只等待接收充電狀態(tài)檢測(cè)單元傳送過來(lái)的信號(hào)，在接收到信號(hào)后，再?gòu)拈e置 模式切換到工作模式。這樣能進(jìn)一步降低電能消耗。
如圖3所示，本發(fā)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(cè)磷酸鐵鋰鋰電池的內(nèi)部溫度；
b) 將所述內(nèi)部溫度與電池激活最低溫度進(jìn)行比較；
c) 如果所述內(nèi)部溫度低于電池激活最低溫度，則使電池輸出電流。 其中，步驟a)是通過溫度采集器26執(zhí)行的。步驟b)是通過控制器24執(zhí)行的。
步驟c)是通過控制器24控制開關(guān)管22導(dǎo)通來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
其中，所述低溫激活方法還包括如果所述內(nèi)部溫度達(dá)到或高于一設(shè)定溫 度，則控制器24控制開關(guān)管22斷開，使電池停止輸出電流，該設(shè)定溫度高 于所述電池激活最低溫度；
控制器24使開關(guān)管22、溫度采集器26和電流采樣器28不被供電，控 制器24進(jìn)入閑置模式。
所述電池激活最低溫度為—2rC至一18匸；所述設(shè)定溫度為一15'C至一 10°C。
其中，所述低溫激活方法還包括
所述電流采樣器28檢測(cè)流過所述電池的電流大小，并將反映該電流大
小的電流信號(hào)傳送給所述控制器24;
控制器24根據(jù)檢測(cè)到的電流大小調(diào)節(jié)輸出給開關(guān)管22的控制信號(hào)，控 制開關(guān)管22的導(dǎo)通時(shí)間，從而調(diào)節(jié)流過所述電池的電流大小，以使得檢測(cè) 到的電流大小處于1000A 1500A的范圍內(nèi)。
其中，所述根據(jù)檢測(cè)到的電流大小調(diào)節(jié)流過所述電池的電流大小包括 根據(jù)檢測(cè)到的電流大小調(diào)節(jié)控制信號(hào)的占空比，其中控制信號(hào)為PWM 信號(hào)；或
根據(jù)檢測(cè)到的電流大小調(diào)節(jié)控制信號(hào)的頻率，其中控制信號(hào)為PFM信
號(hào)
其中，在執(zhí)行步驟a)之前，該方法還包括檢測(cè)所述電池是否處于充 電狀態(tài)；如果電池處于充電狀態(tài)，則執(zhí)行步驟a)。該步驟通過充電狀態(tài)檢測(cè) 單元來(lái)完成。
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權(quán)利要求
1、一種車載磷酸鐵鋰鋰電池的低溫激活裝置，其特征在于，該低溫激活裝置包括開關(guān)管(22)、控制器(24)和溫度采集器(26)；所述開關(guān)管(22)包括輸入端、輸出端和控制端，分別用于與磷酸鐵鋰鋰電池的正極、負(fù)極和所述控制器(24)連接；所述溫度采集器(26)與控制器(24)連接，用于檢測(cè)磷酸鐵鋰鋰電池的內(nèi)部溫度，并將相應(yīng)的溫度信號(hào)輸入到所述控制器(24)；控制器(24)用于接收溫度采集器(26)輸出的溫度信號(hào)，將所述內(nèi)部溫度與電池激活最低溫度進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果，控制開關(guān)管(22)的通斷。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫激活裝置，其中，如果所述內(nèi)部溫度低于電池激活最低溫度，則控制器(24)控制所述開關(guān)管(22)導(dǎo)通。
3、根據(jù)權(quán)利要求1—所述的低溫激活裝置，其中，如果所述內(nèi)部溫度達(dá)到或超過一設(shè)定溫度，則所述控制器(24)還用于控制開關(guān)管(22)斷開，該設(shè)定溫度高于所述電池激活最低溫度。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的低溫激活裝置，其中，所述設(shè)定溫度為一15。C至一 10°C。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)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(jù)權(quán)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采樣器(28),與控制器(24)連接，用于檢測(cè)流過所述磷酸鐵鋰鋰電池的電流大小，并將相應(yīng)的電流信號(hào)輸入到所述控制器(24)，該控制器(24)還根據(jù)該電流信號(hào)控制開關(guān)管(22)的導(dǎo)通時(shí)間，以使得檢測(cè)到的電流大小處于1000A 1500A的范圍內(nèi)。
7、 根據(jù)權(quán)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(tài)檢測(cè)單元，該充電狀態(tài)檢測(cè)單元用于檢測(cè)電池的狀態(tài)是否處于充電狀態(tài)，并將反映電池狀態(tài)的信號(hào)傳送給所述控制器(24)，該控制器(24)根據(jù)該信號(hào)作出控制如果電池的狀態(tài)處于充電狀態(tài)，則使開關(guān)管(22)、溫度采集器(26)和電流采樣器(28)被供電。
8、 根據(jù)權(quán)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，該電路包括二極管(201)、電阻(203)以及電容(205)，所述電容(205)的一端與所述開關(guān)管22的輸出端相連接，另一端接所述二極管(201)的陰極和電阻(203)的一端，二極管(201)的陽(yáng)極和電阻(203)的另一端接開關(guān)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(cè)磷酸鐵鋰鋰電池的內(nèi)部溫度；b) 將所述內(nèi)部溫度與電池激活最低溫度進(jìn)行比較；c) 如果所述內(nèi)部溫度低于電池激活最低溫度，則使電池輸出電流。
10、 根據(jù)權(quán)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(nèi)部溫度達(dá)到或超過一設(shè)定溫度，則使電池停止輸出電流，該設(shè)定溫度高于所述電池激活最低溫度。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的低溫激活方法，其中，所述設(shè)定溫度為一15。C至一10。C。
12、根據(jù)權(quán)利要求9一10任一項(xiàng)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(jù)權(quán)利要求10所述的低溫激活方法，其中，該方法還包括檢測(cè)流過所述電池的電流大??；根據(jù)檢測(cè)到的電流大小控制電池輸出電流的時(shí)間，以使得檢測(cè)到的電流大小處于1000A 1500A的范圍內(nèi)。
14、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的低溫激活方法，其中，在執(zhí)行步驟a)之前，該方法還包括檢測(cè)所述電池是否處于充電狀態(tài)；如果電池處于充電狀態(tài)，則執(zhí)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，其特征在于，該低溫激活裝置包括開關(guān)管(22)、控制器(24)和溫度采集器(26)；所述開關(guān)管(22)包括輸入端、輸出端和控制端，分別用于與磷酸鐵鋰鋰電池的正極、負(fù)極和所述控制器(24)連接；所述溫度采集器(26)與控制器(24)連接，用于檢測(cè)磷酸鐵鋰鋰電池的內(nèi)部溫度，并將相應(yīng)的溫度信號(hào)輸入到所述控制器(24)；控制器(24)用于接收溫度采集器(26)輸出的溫度信號(hào)，將所述內(nèi)部溫度與電池激活最低溫度進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果，控制開關(guān)管(22)的通斷。該裝置及方法能在低溫環(huán)境下對(duì)電池進(jìn)行預(yù)熱并減少不必要的功率損耗。
文檔編號(hào)H02J7/00GK101685971SQ200810148818
公開日2010年3月31日 申請(qǐng)日期2008年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月27日
發(fā)明者偉 周, 李艷麗, 楊廣明, 袁海龍 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司