[发明专利]极寒环境下锂离子动力电池组供电保障系统

摘要

一种极寒环境下锂离子动力电池组的供电保障系统，包括：隔热装置、热管理模块和充放电控制与均衡模块，电池组设置于隔热装置内并与外部环境隔离；热管理模块设置于电池组上方的隔热装置内，通过与其连接的温度传感器测量电池表面温度并控制与其连接的加热器以调节电池表面温度，热管理模块通过IO接口与充放电控制与均衡模块相连并输出电池表面温度数据；充放电控制与均衡模块设置于热管理模块与电池组之间的隔热装置内，通过与电池组相连以测量电池组的电压、电流信号并根据电池表面温度信号控制电池组的输入输出，充放电控制与均衡模块输出端通过DC‑DC转换器与热管理模块相连并为热管理模块供电。本装置能够在0℃到‑65℃低温环境下对锂离子电池组进行高效、可靠的热管理、充放电控制与均衡控制。

主权项

1.一种基于极寒环境下锂离子动力电池组供电保障系统的实现方法，其特征在于，所述系统包括：隔热装置、热管理模块和充放电控制与均衡模块，其中：电池组设置于隔热装置内并与外部环境隔离；热管理模块设置于电池组上方的隔热装置内，通过设置于电池组电池表面的温度传感器测量电池表面温度并控制电池组表面的电池组加热装置以调节电池表面温度，热管理模块通过IO接口与充放电控制与均衡模块相连并输出电池表面温度数据；充放电控制与均衡模块设置于热管理模块与电池组之间的隔热装置内，通过与电池组相连以测量电池组的电压、电流信号并根据电池表面温度信号控制电池组的输入输出，充放电控制与均衡模块输出端通过DC‑DC转换器与热管理模块相连并为热管理模块供电；所述的隔热装置包括：电池箱体外部骨架和设置于其内部的隔热材料，其中：电池箱体外部骨架上设有导线孔和电池组箱体顶盖，电池箱体外部骨架内设有热管理模块和充放电控制与均衡模块；所述的热管理模块包括：所述温度传感器、加热控制电路板以及所述电池组加热装置，温度传感器探针紧贴电池组中各单体电池表面与隔热装置外部以获得电池表面温度与环境温度信号并将温度信号传输至加热控制电路板，电池加热装置紧密包裹电池组四周；所述的温度传感器为防水型热敏电阻，工作温度范围为‑70℃至150℃，加热控制电路板上设有1路20A继电器以控制电池组加热装置；所述的电池组加热装置由额定功率为10W的若干硅胶加热片构成；所述的充放电控制与均衡模块包括：充放电控制电路板、DC‑DC转换器、供电保障系统外部充放电接口，其中，充放电控制电路板上设有电池组过充过放保护电路、过流保护电路、主动均衡电路以及与热管理模块通信的IO接口，充放电控制电路板输出端通过DC‑DC转换器降压后与加热控制电路板相连并为热管理模块供电，充放电控制电路板通过IO接口与热管理模块相连以获得电池表面温度数据，通过与电池组连接以检测电池组的电流、电压参数并控制电池组的输入输出；供电保障系统外部充放电接口设置于隔热装置外部并与充放电控制电路板输出端相连，使得电池组对外输出以及外部电源接入；所述方法包括以下步骤：步骤1)搭建电池组隔热装置：根据电池组的规格设计电池组箱体外部骨架及其顶盖，在电池箱体外部骨架上设置导线孔；然后采用3D打印技术完成箱体与顶盖成型；再在电池组箱体内部嵌入多层保温材料，实现电池组与供电保障系统各模块控制板的隔热保温；步骤2)搭建热管理模块：根据电池组的工作电压制作加热装置，确保加热装置功率的冗余以满足在0℃至‑65℃环境温度下热管理模块能够将电池组中电池单体表面温度控制在0℃至50℃内任意温度下，将加热器可弯曲地紧密贴合在电池组四周以保证软包电池组表面均匀快速加热；基于双位控制原理控制连接硅胶加热器的继电器通断，控制板的温度传感器探针紧贴电池表面；在0℃至‑65℃下测试装入电池组隔热装置中电池组与热管理模块，调节加热到不同的电池表面温度下电池组的放电性能与加热消耗的电池组电量，并对应设置热管理控制策略对加热装置的加热功率进行验证；步骤3)搭建充放电控制与均衡模块：根据电池组的规格制定充放电控制策略与均衡策略；通过IO接口与加热控制电路板实现通信，并设置当充电时电池组中各电池单体表面温度最小值低于25℃则借助外部电源优先为热管理模块供电以确保低温环境下充电的安全性；选择主动均衡方式均衡控制；步骤4)系统调试与验证：在极寒环境下对锂离子动力电池组供电保障系统进行整体调试与验证；所述的整体调试与验证，具体包括：4.1)在0至‑65℃温度范围内进行阶梯式降温，检测各个温度下设有供电保障系统后电池组的放电性能；4.2)在各个温度阶梯下对电池组供电保障系统进行测试后维持环境温度，并将系统放置于该实验温度下12h，检测电池组供电保障系统各个模块是否有异常损坏现象；4.3)在0至‑65℃温度范围内检测电池组中各电池单体表面温度的均匀程度，并检测热管理模块温度控制的稳定程度；4.4)每当在‑40℃至‑65℃的极寒环境下测试完成后，将系统放置在常温25℃环境中，观察极寒环境温度是否破坏系统的绝缘措施与电气连接部分。