[发明专利]一种锂离子电池低温加热装置及电动汽车

说明书

本发明涉及一种锂离子电池低温加热装置，包括锂离子电池、电机控制器本身的两组功率器件以及电动机本身的两个绕组电感，还包括在电机控制器的功率器件与锂离子电池的负极之间设置的加热控制电路，所述锂离子电池、电机控制器的两组功率器件、电动机的两个绕组电感和所述加热控制电路依次连接组成回路，所述加热控制电路包括容性元件、增设功率器件和开关器件，所述容性元件和所述增设功率器件串联连接后再并联连接所述开关器件；通过开关器件以及增设功率器件各自的开启与关闭，使得容性元件与绕组电感形成LC振荡电路，产生高频交变电流，根据焦耳定律在电池内部产生热量，进而使电池内部加热。本发明装置能够快速高效加热，且速率均匀、效果好。

技术领域

本发明涉及电池加热技术领域，具体涉及一种锂离子电池低温加热装置及包括该装置的电动汽车。

背景技术

近年来，随着社会科技的不断进步，以及对能源开发和环境保护的极大重视，新能源汽车产业得到大力发展，成为中国汽车产业崛起与应对全球石油危机及环境污染的重要战略举措。而电动汽车采用电能代替石油等化石燃料作为动力，摆脱对石油的依赖的同时降低环境污染，是绿色交通的高效解决方案。所以新能源汽车，尤其是电动汽车，正逐渐拥有广阔的市场，慢慢地进入到各家各户。

在电动汽车的推广与应用过程中，其中锂离子电池因自身循环寿命长、工作电压高、自放电率低、比功率高、能量密度大和无污染等优点，逐渐替代了铅酸电池、镍镉电池和镍氢电池，成为电动汽车主要使用的动力电池。虽然锂离子电池具有较为显著的优点，但由于电动汽车的逐步广泛推广，一些电动汽车经常需要在寒冷条件下工作，尤其是一些军工车辆，甚至要求其能在-40℃环境下正常工作，其低温性能差的问题就越发明显，比如在寒冷的冬天或者特殊的低温环境中，锂离子动力电池的充放电性能下降显著，电池的容量也会下降，长时间低温充电可能会损害锂离子电池的使用寿命及持久性；而且低温充电过程中沉积的锂离子容易变成死锂，甚至可能引发电池内部短路，产生安全隐患，亟待改善。

按照目前动力电池的制造现状，从材料本身改善锂离子电池低温性能难度较大，采用辅助手段提高锂离子电池在低温环境下的性能成为较为可行的研究方向，因而空气加热法、液体加热法和帕尔贴加热法等方法便被一一提出，其中空气加热法和液体加热法均是加热外部环境，能量耗散较大；帕尔贴加热法是利用不同的导体组成电路，进行通电，导体接头处就会产生焦耳热，进而实现加热锂离子电池，这种方法也会产生浪费许多热量并且对锂离子电池的加热效果也不明显。

现有技术也提出了一种宽线金属膜加热方法，将宽线金属膜加装在锂离子电池表面积最大的两个侧面上，宽线金属膜采用FR4板材或是铝基板，厚度1mm，板材两侧面上覆上铜膜，厚度0.03mm，宽线金属膜的一面为完整矩形平面铜膜，另外一面是由具有一定宽度、连续的铜线组成的铜膜，两铜膜的表面覆上耐磨绝缘层，利用电流通过时产生的热量实现对锂离子电池加热的目的。但该加热方法会在锂离子电池内部会产生较大的温度梯度，导致电池中心的温度变化显著滞后于电池表面，使得温度不一致，严重影响锂离子电池的寿命。

还有一种利用PTC加热器的加热板加热法，该方法的基本原理是在锂离子电池组中不同电池单体之间增加加热板，通过加热板和PTC加热器连接进行加热，进而实现对锂离子电池加热的目的。这种方法同样存在锂离子电池内部温度梯度较大的问题。

也有人提出了一种将加热片布置在锂离子电池内部的加热方法，改善了电池加热时温度梯度较大的问题，但这种加热方法需要改变锂离子电池的自身结构，且只有在布置较多的加热片时才能实现大型电池单体的均匀加热，增大了电池单体的体积和重量，导致锂离子电池组能量密度降低。

上述几种方法均属于外部加热方法，其容易改变电池结构或者引起电池内部较大温度梯度，加热效果不够理想，相比而言，锂离子电池的内部加热方法(低温交流自加热法等)的加热过程中电池内部发热速率较为均匀，锂离子电池内部温度梯度小，电池核心温度上升迅速，且不需要在锂离子电池内部布置额外的装置，不影响锂离子电池本身的结构、体积和重量。因此，内部加热方法(低温交流自加热等)是一种高效、快速、安全的加热方法。