电池系统、车辆系统及电池系统加热控制方法与流程

本发明实施例涉及电池加热技术，尤其涉及一种电池系统、车辆系统及电池系统加热控制方法。

背景技术：

目前用于电池模组的加热膜种类有：发热材料为铜丝或镍丝，或ptc（positivetemperaturecoefficien，正温度系数）加热器，此类ptc加热器存在以下问题：ptc可以根据自身的温度降低功率，从而稳定在一个设定的温度，但其设计好后，每块的加热功率曲线也是确定的，对于不同模组之间其他因素产生的温差，也无法消除，甚至会进一步加大温差；且多块ptc加热器串联，使用电池系统总压对系统所有电池模组加热时，由于系统在受环境影响时，电池模组的温度不均衡，从而多块ptc加热器的温度也不完全一致，由于各ptc加热器串联，各个ptc加热器通过的电流是一致的，这样偏低温的ptc加热器电阻小，其加热功率相对偏低，而高温的ptc加热器由于温度相对偏高，其电阻也相对偏高，导致其加热功率偏高，最后导致各模组加热的功率不一致，且温差进一步拉大，从而在初始温差的影响下，导致温差越来越大。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种电池系统、车辆系统及电池系统加热控制方法，以实现根据加热位置的温度自动调整该处的加热功率，使得各电池模组的温度在加热过程中趋向一致。

第一方面，本发明实施例还提供了一种电池系统，包括至少一个电池模组、至少一个可控开关和至少一个加热膜，其中，

至少一个所述加热膜的第一连接端与所述电池系统的高压端连接，至少一个所述加热膜的第二连接端与所述电池系统的低压端连接；

所述加热膜为负温度系数型加热膜，用于加热所述电池模组；

至少一个所述可控开关设置于所述第一连接端与所述高压端之间和/或设置于所述第二连接端与所述低压端之间，所述可控开关的控制端连接所述电池系统的控制单元，所述可控开关用于响应所述控制单元的控制导通或者关断。

第二方面，本发明实施例还提供了一种车辆系统，包括本发明任意实施例所述的电池系统，电池管理系统和充电接口；

所述电池管理系统连接所述充电接口，所述充电接口用于连接充电装置；

所述电池管理系统用于控制所述充电装置为所述电池模组充电，以及控制所述充电装置或所述电池系统中的电池模组为所述电池系统中的加热膜恒流供电。

第三方面，本发明实施例还提供了一种电池系统加热控制方法，应用于本发明任意实施例所述的车辆系统，所述方法包括：

基于电池系统的当前状态控制充电装置或电池系统中的电池模组输出恒定电流至电池系统中的加热膜，以通过所述加热膜对所述电池系统中的电池模组进行加热，其中，所述当前状态包括充电状态和放电状态；

若所述电池系统的温度达到预设状态，则停止向所述加热膜供电，以停止加热。

本实施例通过提供一种电池系统，该电池系统中配置有负温度系数型加热膜，加热膜通过至少一个可控开关与电池系统的高压端和低压端分别连接，实现加热膜与电池系统的供电单元间的可控连接，以及与外部供电单元的可控连接，从而通过电池系统的控制单元可以对至少一个可控开关进行通断控制，实现在不同工况下由对应供电单元向加热膜恒流供电，保证加热膜按照负温度系数特性输出可调节的加热功率，实现对电池系统中各电池模组的均温加热，让各电池模组在温度升高的同时温度趋于一致。解决了现有技术中，多个加热膜串联使用，当存在初始温差时各加热膜的温差越来越大进而造成各电池模组的温度不一致的问题，实现了对电池系统中各电池模组的均温加热。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种电池系统的电路示意图；

图2是本发明实施提供的一种加热膜的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种车辆系统的结构框图；

图4是本发明实施例提供的一种电池系统加热控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的一种电池系统的电路示意图，该电池系统中配置有加热膜，从而电池系统在使用时，能够基于内部配置的加热膜进行自加热。如图1所示，该电池系统1包括：至少一个电池模组3、至少一个可控开关和至少一个加热膜4，其中，

加热膜4的第一连接端与电池系统1的高压端连接，加热膜4的第二连接端与电池系统1的低压端连接；

加热膜为负温度系数型加热膜，用于加热电池模组；

至少一个可控开关设置于第一连接端与高压端之间和/或设置于第二连接端与低压端之间，可控开关的控制端连接电池系统1的控制单元，可控开关用于响应控制单元的控制导通或者关断。

参考图1，电池系统1包括一个或多个电池模组3，每个电池模组3可包括多个串联的电池模块，每个电池模块可包括多个并联的电芯。当电池系统1包括不止一个电池模组3时，各电池模组3串联组成完成的动力单元，输出满足动力需求的功率。加热膜4通过第一连接端和第二连接端与电池系统1的高压端和低压端相连，实现将加热膜4并联在由各电池模组3组成的动力单元的两端。

可控开关的数量可以为一个或多个，通常为两个。可控开关的控制端与电池系统1的控制单元相连，使得电池系统1的控制单元能够通过可控开关对加热膜4进行导通或关断控制。例如，当需要对电池模组3进行加热时，可控制可控开关导通，使得加热膜4与供电单元之间形成回路，从而供电单元向加热膜4输入电信号，加热膜4输出热量对各电池模组3进行加热。

电池系统1的控制单元可以为电池管理系统2，由电池管理系统2对电池系统1进行加热控制。

可选的，图2为本发明实施例提供的一种加热膜的结构示意图，如图2所示，负温度系数型加热膜可以采用如下结构实现，该加热膜包括基板100和设置在基板100上的至少一个走线300，走线300的材料为负温度系数材料。

具体地，走线300例如可以为电阻丝，通过在基板100上设置一个或多个走线300，并将各走线300进行有效连接，例如将各电阻丝串联，再将走线300固定在基板100上，例如通过胶粘方式固定在基板100上，使得走线300与基板100共同构成一个完整的加热膜。

基板100上设置有电阻接口200，例如，在基板100的两侧分别设置一个电阻接口200，作为该加热膜的输入端口，用于连接其他加热膜，或者用于连接供电单元。

在一个实施例中，走线300按照如下方式进行排布：至少一个走线300在基板100上呈蛇形排布，并且并联于基板100的第一连接端和第二连接端之间。继续参考图2，第一连接端和第二连接端为基板两侧的两个电阻接口，走线并联于两个电阻接口，实现走线的两端对应连接一个电阻接口200。通过将走线300按照蛇形方式进行排布，一方面可以让走线300覆盖更多的区域，增加加热膜的加热区域；另一方面可以让加热膜发出的热量更加均匀，使得加热膜对电池施加的热量更加均匀，实现对电池模组或电池单体的均匀加热。

走线300的两端分别与设置在基板100上的接口相导通，使得外接的供电单元能够通过所设置的接口向走线300供电，以通过走线300产生热量，实现加热膜的加热功能。

走线300的材料选用负温度系数材料，以形成负温度系数的加热膜，在对电池进行加热时，通过向负温度系数的加热膜恒流供电，使得加热膜的加热功率能够根据环境温度进行自调节。例如，受环境温度影响，需要加热的电池系统中各电池模组的温度不均衡，各加热膜上的温度也不一致，温度低的位置对应的加热膜的电阻大，通过为加热膜进行恒流供电，从而使得该位置处的加热膜的加热功率偏高；相反，高温位置对应的加热膜的电阻小，其输出的加热功率偏低，这样就形成了低温处的加热功率高，高温处的加热功率低，从而通过负温度系数加热膜能够实现在整个电池系统的温度上升的同时，各电池模组之间的温度趋于一致。

在一个实施例中，走线300材料包括钴、锰、铜、锌的正二价氧价物中的任意一种或多种的组合。

基板100可以选用具有高导热率的材料制成，例如环氧板、pi膜（polyimidefilm，聚酰亚胺薄膜）、硅胶片、金属板等，本实施例对于基板100的材料不作限定。

可选的，加热膜上还设置有导热板，导热板用于将加热膜的热量传递至电池系统中的各电池模组，例如，在加热膜的基板100上的一个面布设加热用走线300，在基板100的另一个面布设导热板，导热板与电池系统中的电池模组相接触，实现加热膜与电池系统中各电池模组间的热传导。

本实施例通过在基板上布设负温度系数走线，形成负温度系数的加热膜，当该负温度系数加热膜为电池系统中的各电池模组进行加热时，不同位置的加热膜能够基于对应位置的环境温度自调节加热功率，使得不同位置处的加热膜输出一致的加热温度，从而让各电池模组的温度趋于一致，解决了现有技术中加热膜无法克服温差影响导致对电池模组的加热温度不一致的问题，实现了电池系统加热过程中的负反馈均温控制，有助于提高电池模组的使用寿命。

在一个实施例中，可按照如下方式布设电池系统1中的加热膜4：

加热膜4的数量与电池模组3的数量一致，各加热膜4串联，且各加热膜4与各电池模组3一一对应设置；或，

加热膜4的数量少于电池模组3的数量，各加热膜4串联，每个加热膜4对应一个或多个电池模组3。

具体地，当加热膜4与电池模组3一一对应时，可以将加热膜4与电池模组3进行对应封装，即一个电池模组3与一个加热膜4封装在一起，实现一个加热膜4加热一个电池模组3。当一个加热膜4对应不止一个电池模组3时，则根据所配置的加热膜4与电池模组3的对应关系，合理布设加热膜4，使得加热膜4能够覆盖到不止一个电池模组3。可选的，还可以直接使用一个加热膜4对电池系统1中的所有电池模组3进行加热，此时，可以将该加热膜4与各电池模组3组成的动力单元统一封装在电池系统1中。

本实施例因为采用负温度系数加热膜4，各个加热膜4之间串联，通过控制供电设备向加热膜4输入恒定电流，实现各加热膜4之间或者加热膜4各部分之间的均温负反馈，进而将各电池模组3加热至相同或相近的温度。

在一个实施例中，可控开关的数量具体为两个，具体地，可控开关包括第一开关5和第二开关6，第一开关5设置于第一连接端与高压端之间，第二开关6设置于第二连接端与低压端之间；

第一开关5为开关管，当电池系统1放电加热时，开关管用于响应控制单元输出设定占空比的控制信号，以控制加热膜4恒流加热。

其中，通过设置两个可控开关，第一开关5连接加热膜4的第一连接端与动力单元的高压端（即电池系统1的高压端），第二开关6连接加热膜4的第二连接端与动力单元的低压端（即电池系统1的低压端），从而通过控制可控开关可以实现加热膜4与供电单元间的电气隔离。

第二开关6例如可以为继电器或接触器。第一开关5为开关管，开关管可以为晶体管或金属-氧化物半导体场效应管（metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor，mosfet），基于开关管，电池系统1的控制单元可通过pwm（pulsewidthmodulation，脉宽宽度调制）方式对流过加热膜4的电流信号进行强度调节，即通过调节pwm信号的占空比来调节流过加热膜4的电流信号的强度，实现供电单元向加热膜4输入恒定电流，以让加热膜4恒流加热。

在一个实施例中，为了对电池系统1的供电单元进行有效的电气隔离，在供电单元的高压端和低压端均设置了可控开关，具体地，电池系统1的高压端与对应电池模组3之间连接有第三开关9，电池系统1的低压端与对应电池模组3之间连接有第四开关10；

当电池系统1充电加热时，第三开关9和第四开关10处于断开状态；

当电池系统1放电加热时，第三开关9和第四开关10处于导通状态。

其中，第三开关9和第四开关10例如可以为接触器或继电器。第三开关9和第四开关10处于导通状态时，通过控制与加热膜4连接的可控开关，可以实现由电池系统1中的各电池模组3组成的供电单元向加热膜4提供恒定加热电流；第三开关9和第四开关10处于断开状态时，电池系统1中的供电单元与加热膜4断开连接，此时，可通过外部的供电设备例如充电装置8为加热膜4提供恒定加热电流。其中，电池管理系统2通过通信总线7与充电装置8连接，通信总线7例如可以为can总线。

可选的，在电池系统1的高压端与接口电路之间设置有电流传感器，由电流传感器向电池管理系统2反馈充电时充电装置8输出的电流值。

可选的，在电池系统1的全部电池模组3或部分电池模组3配置有第一温度传感器，用于向电池管理系统2反馈电池模组3的实时温度，从而有利于电池管理单元对电池模组3进行温度监测。例如，可以避免加热膜4对电池模组3过加热。

可选的，在电池系统的加热膜中布设有第二温度传感器，用于向电池管理系统反馈加热膜的实时温度，以防止加热膜出现过加热导致加热失控的情况。

下面结合充电过程和放电过程对加热膜4加热电池模组3的过程进行进一步介绍。若当前的环境温度为零下温度，根据锂电池的工作特性，此时锂电池的功率较低，其能够通过的电流较小，因而在此温度条件下进行充电时，充电电流受到极大限制，导致充电进程缓慢。此时，可以通过断开第三开关9和第四开关10，并控制第一开关5和第二开关6导通，电池系统1的控制单元例如电池管理系统2向充电装置8发送需求电流信号，以指示充电装置8按照需求电流对加热膜4进行恒流供电。由上述分析可知，因为加热膜4为负温度系数加热膜4，且流过加热膜4的电流为恒定电流，因而加热膜4能够实现加热功率的自调节，实现不同位置的加热膜4的温度趋于一致，从而让电池系统1中的各电池模组3的温度升高且趋于一致。当电池管理系统2监测到各电池模组3的温度升高到正常温度时，例如20℃，此时锂电池的功率提高，可以接受大电流充电，此时，电池管理系统2可控制第一开关5和第二开关6断开，并保持第三开关9和第四开关10处于导通状态，按照对应于正常温度的允许电流向充电装置8发送电流需求信号，以指示充电装置8输出该需求电流对电池系统1进行充电。

另一方面，在行车放电时，若需要对电池系统1的各电池模组3进行加热，电池管理系统2控制第一开关5和第二开关6导通，并控制第三开关9和第四开关10导通，此时，加热膜4与电池系统1中各电池模组3组成的供电单元形成回路，电池管理系统2根据供电单元的当前电流状况（电池管理系统2与供电单元之间的连接关系同现有技术，图中未示出），通过调节pwm信号的占空比让第一开关5（如mos管）输出一定强度的恒定电流，实现让加热膜4进行恒流加热。

本实施例通过提供一种电池系统，通过在电池系统中配置负温度系数型加热膜，加热膜通过至少一个可控开关与电池系统的高压端和低压端分别连接，实现加热膜与电池系统的供电单元间的可控连接，以及与外部供电单元的可控连接，从而通过电池系统的控制单元可以对至少一个可控开关进行通断控制，实现在不同工况下由对应供电单元向加热膜恒流供电，保证加热膜按照负温度系数特性输出可调节的加热功率，实现对电池系统中各电池模组的均温加热，让各电池模组在温度升高的同时温度趋于一致。解决了现有技术中，多个加热膜串联使用，在存在初始温差时各加热膜的温差越来越大进而造成各电池模组的温度不一致的问题，实现了对电池系统中各电池模组的均温加热。

可选的，本发明实施例还提供了一种车辆系统，该车辆系统典型地可以为使用锂电池作为动力的电动汽车。图3为本发明实施例提供的一种车辆系统的结构框图，该车辆系统20包括本发明任意实施例提供的电池系统1，电池管理系统2和充电接口21；

电池管理系统2连接充电接口21，充电接口21用于连接充电装置；

电池管理系统2用于控制充电装置为电池系统1中的电池模组充电，以及控制充电装置或电池系统1中的电池模组为电池系统1中的加热膜恒流供电。

具体地，电池管理系统2连接充电接口21，经由充电接口21向充电装置发送需求信息，以指示充电装置按照需求信号输出相应的电压和/或电流信号。

电池管理系统2一方面用于对电池系统1进行管理，例如充电管理，温度和电压监测等；另一方面用于对电池系统1中加热膜进行加热控制，包括放电加热控制和充电加热控制。例如，当电池管理系统2监测到电池系统1中的电池模组的温度较低不宜进行充电时，电池管理系统2通过对电池系统1中的各可控开关进行控制，向充电装置发送需求电流，指示充电装置按照需求电流对加热膜电路进行恒流供电，保证加热膜对各电池模组进行均温加热。

本实施例提供的车辆系统20能够通过所配置的电池管理系统2通过电池系统1中的加热膜对电池系统中的各个电池模组进行加热控制，实现将电池系统1中的各电池模组进行均温加热，提高了电池模组的使用寿命。

可选的，本发明实施例还提供了一种电池系统加热控制方法，该控制方法可适用于对车辆系统中的电池模组进行加热控制的情况，基于该加热控制方法可实现对各电池模组进行均温加热。该方法可以由车辆系统的电池管理系统来执行。图4为本发明实施例提供的一种电池系统加热控制方法的流程图，该方法具体包括：

s410、基于电池系统的当前状态控制充电装置或电池系统中的电池模组输出恒定电流至电池系统中的加热膜，以通过加热膜对电池系统中的电池模组进行加热。

其中，当前状态包括充电状态和放电状态。充电装置为能够对车辆系统进行充电的设备，例如可以为充电桩。电池管理系统通过监测各电池模组的温度、电压等信息，对电池系统进行管理。当监测到电池系统中电池模组的温度低于门槛加热温度时，电池管理系统基于电池系统的当前状态通过控制相应的供电单元向电池系统中的加热膜提供恒定电流，通过加热膜对各电池模组进行加热。

在一个实施例中，基于电池系统的不同状态，对加热膜进行恒流供电可进一步优化为：

若电池系统的当前状态为充电状态，则控制充电装置输出恒定电流至电池系统中的加热膜；

若电池系统的当前状态为放电状态，则基于电池系统中电池模组的放电电流控制电池系统中的开关管输出设定占空比的控制信号，以输出恒定电流至加热膜。

具体地，当电池系统处于充电状态时，若电池管理系统监测到电池系统中各电池模组的温度低于门槛充电温度（即低于该温度时不宜对电池进行充电），则电池管理系统向充电装置发送需求电流信号，指示充电装置输出对应的电流信号至加热膜，从而加热膜进行恒流加热，并基于负温度系数的负反馈功能，将各电池模组加热至一致的需求温度，实现均温加热。

可选的，在该状态下，电池管理系统还可以控制充电装置对电池系统中的各电池模组边加热边充电。具体地，电池管理系统实时获取各电池模组的温度，当电池模组的温度达到允许充电的门槛温度例如5℃时，电池管理系统向充电装置发送充电需求信号，充电装置按照该需求信号输出恒定的电流信号，一方面对各电池系统进行恒流充电，另一方面对加热膜恒流供电，实现边加热边充电。当电池管理系统监测到电池模组的温度达到正常充电温度时，此时，电池管理系统断开加热膜与充电装置的连接，并向充电装置发送对应于正常充电温度的充电电流需求信号，充电装置对各电池模组进行正常充电。对电池模组进行边加热边充电的好处在于，通过对各电池模组充电，电池模组因为充电，其温度可自升高，同时加热膜继续对各电池模组进行加热，可以缩短电池模组升高至正常充电温度所需要的时间，提高了加热效率；同时，因为在加热的过程中，已经对各电池模组进行了充电，因而也缩短了对各电池模组的充电时间，提高了充电效率。

类似地，当电池系统处于放电状态时，电池管理系统控制加热膜与电池管理系统中各电池模组组成的供电单元相导通，从而由各电池模组组成的供电单元为加热膜输出能量，电池管理系统根据供电单元的当前电流状况，通过pwm控制开关管（例如mos管）的占空比，以输出一定强度的恒定电流，让加热膜恒流加热，实现行车加热模式的控制。

在一个实施例中，在对电池模组加热的过程中，为了防止过加热，电池管理系统通过布设在加热膜的第二温度传感器实时获取加热膜的温度，当监测到加热膜的温度达到高温阈值时，电池管理系统断开加热膜与供电单元的连接，暂停对电池模组的加热，直至加热膜的温度降低到安全温度阈值。

s420、若电池系统的温度达到预设状态，则停止向加热膜供电，以停止加热。

其中，预设状态是指电池系统中各电池模组的温度达到正常的充电温度。例如，可以通过在电池系统的各电池模组全部或部分布设温度传感器，向电池管理系统反馈电池模组的实时温度，电池管理系统监测到电池模组的温度达到设定的正常充电温度阈值时，表明电池系统的温度达到了预设状态。此时，电池管理系统通过断开加热膜与供电部分的连接，停止向加热膜供电，从而停止加热。

进一步的，当电池系统结束当前的充电加热状态时，电池管理系统向充电装置发送对应于正常温度的需求充电信号，指示充电装置对电池模组进行充电直至充电完成。

本发明实施例提供的电池系统加热控制方法，基于电池系统的当前状态，控制对应的供电单元向加热膜进行恒流供电，利用加热膜的负温度系数的工作特性，由加热膜对电池系统中的各电池模组进行均温加热，实现让各电池模组温度升高的同时，控制各电池模组在升温后温度趋于一致，避免因为环境影响导致各电池模组的加热温度不一致或者相差较大，从而提高了电池模组的使用寿命。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。