技术领域
[0001] 本
发明涉及
锂离子电池领域，更具体地说，涉及一种动力电池加热系统及方法。
背景技术
[0002] 随着新
能源电动车的发展，锂离子电池以其
电压高，容量大，体积小，
质量轻，
工作温度范围宽等优点，被广泛运用。尽管锂离子电池因其诸多的优点而得到广泛的应用，但是锂离子电池应用领域拓宽的同时，也暴露了一些问题，锂离子电池低温性能始终差强人意，制约了电池的使用范围。常用的电动
汽车锂离子动力电池在-10℃时，容量及工作电压会明显降低，-20℃时性能会明显恶化，放电
比容量骤降，仅能保持常温时比容量的30％左右。并且在低温时，锂离子充电还存在产生晶枝、造成电池内部
短路的
风险。
[0003] 目前市场上，在低温环境使用锂离子电池存在两种情况：一种为不使用加热情况；另一种为采用外部辅助设备加热，如电热片，电热膜，
空调等。
[0004] 在不使用外部加热时，锂离子电池放电效率较低，并严重影响
电池组的功率、使用寿命及安全性。而使用外部辅助加热装置对锂离子电池进行加热，不仅增加了成本以及系统设计的复杂性，并且使用外部辅助加热装置，热量由外向内传递，是的锂离子电池受热不均匀。
发明内容
[0005] 本发明要解决的技术问题在于，针对上述锂离子电池在低温环境可放电量、放电效率较低的问题，提供一种动力电池加热系统及方法。
[0006] 本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种动力电池加热系统，包括第一温度
传感器、
控制器以及
电机，且所述第一温度传感器安装到所述动力电池；所述控制器包括温度
采样单元以及加热控制单元，其中：所述温度采样单元，用于通过所述第一温度传感器实时获取所述动力电池的温度；所述加热控制单元，用于在所述动力电池的温度符合预设条件时，使用所述动力电池提供的
能量控制电机零转矩运行。
[0007] 在本发明所述的动力电池加热系统中，所述控制器包括逆变单元，所述逆变单元包括多相桥臂且每一相桥臂包括上桥
开关管和下桥开关管；所述加热控制单元在控制电机零转矩运行时：使至少一相桥臂的上桥开关管以及其他桥臂中至少一相桥臂的下桥开关管保持导通，并使其他上桥开关管和下桥开关管保持断开。
[0008] 在本发明所述的动力电池加热系统中，所述系统还包括安装到所述控制器的第二温度传感器和安装到所述电机的第三温度传感器，所述温度采样单元通过所述第二温度传感器实时采集控制器温度，并通过所述第三温度传感器实时采集电机温度；
[0009] 所述预设条件包括：所述动力电池的温度低于第一
阈值，所述控制器温度不超过所述控制器正常工作的极限值，且所述电机温度不超过所述电机正常工作的极限值。
[0010] 在本发明所述的动力电池加热系统中，所述控制器包括用于使车辆正常启动的启动控制单元；所述加热控制单元在所述动力电池的温度由低于第一阈值上升到第二阈值时，控制所述电机停止零转矩运行，并向所述启动控制单元发送
信号使所述启动控制单元进入工作状态。
[0011] 在本发明所述的动力电池加热系统中，所述加热控制单元在控制电机零转矩运行时，使输出到所述电机的
电流由零开始增加并在达到预设值时保持不变。
[0012] 本发明还提供一种动力电池加热方法，所述动力电池向控制器供电并由所述控制器控制电机运行，所述方法包括以下步骤：
[0013] 通过第一温度传感器实时采集所述动力电池的温度；
[0014] 在所述动力电池的温度符合预设条件时，使用所述动力电池提供的能量控制电机零转矩运行。
[0015] 在本发明所述的动力电池加热方法中，所述控制器包括逆变单元，所述逆变单元包括多相桥臂且每一相桥臂包括上桥开关管和下桥开关管；所述控制器在控制电机零转矩运行时：使至少一相桥臂的上桥开关管以及其他相桥臂中至少一相桥臂的下桥开关管保持导通，并使其他上桥开关管和下桥开关管保持断开。
[0016] 在本发明所述的动力电池加热方法中，所述方法还包括：通过第二温度传感器实时采集控制器温度以及通过第三温度传感器实时采集电机温度；所述预设条件包括：所述动力电池的温度低于第一阈值，所述控制器温度不超过所述控制器正常工作的极限值，且所述电机温度不超过所述电机正常工作的极限值。
[0017] 在本发明所述的动力电池加热方法中，在所述动力电池的温度由低于第一阈值上升到第二阈值时，所述控制器控制所述电机停止零转矩运行，并控制车辆正常启动。
[0018] 在本发明所述的动力电池加热方法中，所述控制器在控制电机零转矩运行时，使输出到所述电机的电流由零开始增加并在达到预设值时保持不变。
[0019] 本发明的动力电池加热系统及方法，通过动力电机为动力电池加热，从而无需外部辅助加热设备即可实现动力电池加热，不仅降低了成本，降低了系统设计的复杂性，而且动力电池受热均匀。
附图说明
[0020] 图1是本发明动力电池加热系统
实施例的示意图；
[0021] 图2是本发明动力电池加热系统实施例加热控制的示意图；
[0022] 图3是本发明动力电池加热系统实施例中励磁电流的曲线示意图；
[0023] 图4是本发明动力电池加热方法实施例的流程示意图。
具体实施方式
[0024] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0025] 本发明针对
环境温度较低(例如北方的冬天)时，因车辆长期(例如一晚)处于休息状态而导致动力电池温度较低，为了提高动力电池(电池组)的放电效率、使用寿命，而对动力电池进行预加
热处理。本发明还可降低在温度较低时对动力电池充电而导致锂析出并形成晶枝，造成动力电池内部短路的可能性。
[0026] 如图1所示，是本发明动力电池加热系统实施例的示意图，上述动力电池具体可为锂离子电池，且该动力电池加热系统具体可应用于新能源汽车等。本实施例中的动力电池加热系统包括第一温度传感器4、控制器2以及电机3，且第一温度传感器4安装到动力电池1(例如贴于动力电池1的表面)。控制器2包括温度采样单元21以及加热控制单元22，其中温度采样单元21用于通过第一温度传感器4实时获取动力电池1的温度；加热控制单元22用于在动力电池1的温度符合预设条件时，使用动力电池1提供的能量控制电机3零转矩运行。
[0027] 上述控制器2可以为现有新能源汽车中的电机控制器，而温度采样单元21以及加热控制单元22则可结合运行在电机控制器(即电机控制器的芯片)中的
软件构成。当然，在实际应用中，控制器2也可采用独立于电机控制器的
硬件设备，但这会增加相应的成本。
[0028] 特别地，温度采样单元21可通过汽车控制单元5(Vehicle Control Unit，VCU)获取动力电池1的温度，即汽车控制单元5获取第一温度传感器4产生的
电信号，并将电信号转换为温度信号后，通过CAN(Controller Area Network，
控制器局域网络)通讯发送到控制器2。
[0029] 在加热控制单元22使用动力电池1提供的能量控制电机3零转矩运行时，电机3的线圈中有电流流过，但电机3仍处于静止状态，而动力电池1则由于有电流流出，其温度将逐渐上升。
[0030] 上述动力电池加热系统通过动力电机为动力电池加热，从而无需外部辅助加热设备即可实现动力电池加热，不仅降低了成本，降低了系统设计的复杂性，而且由于热量由动力电池自身产生，因此受热均匀。
[0031] 如图2所示，上述控制器2还可包括逆变单元23，该逆变单元23包括多相桥臂(例如U、V、W三相)且每一相桥臂分别包括上桥开关管和下桥开关管。加热控制单元22在控制电机3零转矩运行时，使至少一相桥臂的上桥开关管以及其他相桥臂中至少一相桥臂的下桥开关管保持导通，并使其他上桥开关管和下桥开关管保持断开，例如可使上桥开关管Q1以及下桥开关管Q6保持导通，并使上桥开关管Q3、Q5和下桥开关管Q2、Q4保持断开，这样，电流从动力电池1的正极流出，经过上桥开关管Q1后，流入电机3的线圈，再经下桥开关管Q6流出，最终回到动力电池1的负极，形成回路。
[0032] 在上述过程中，控制器2的加热控制单元22通过零转矩控制，并控制流出的电流的大小，使动力电池1的温度缓慢上升，以达到动力电池加热的目的。具体地，加热控制单元22在动力电池1的温度低于某个温度t0时开启电池预热(即电机零转矩运行)，并在动力电池1的温度加热到t1时停止电池预热，并根据不同的温度点去做不同的加热方式控制。以
磷酸铁锂电池为例，其最优工作温度范围为10-50度，当动力电池1的温度低于10度时，加热控制单元22控制电机3零转矩运行(例如使逆变单元23的上桥开关管Q1以及下桥开关管Q6导通)，对动力电池1进行加热；当动力电池1的温度达到设定值t1(以15度为例)后，加热控制单元22终止动力电池预热，例如使逆变单元23的所有上桥开关管Q1、Q3、Q5以及所有下桥开关管Q2、Q4、Q6断开。
[0033] 上述加热控制单元22的电机3零转矩运行控制，可在接收到汽车启动指令且汽车未启动之前执行，即在汽车启动前先对动力电池1进行预热。同时，控制器3还包括用于使车辆正常启动的启动控制单元。加热控制单元22在动力电池1的温度由低于第一阈值(例如上述的设定值t0)上升到第二阈值(例如上述的设定值t1)时，控制电机3停止零转矩运行，并向启动控制单元发送信号使启动控制单元进入工作状态，开始正常的启动汽车程序。
[0034] 当然，上述加热控制单元22的电机3零转矩运行控制也可在对动力电池1进行充电时执行，例如充电插头插接到汽车充电口时执行。加热控制单元22在动力电池1的温度由低于第一阈值(例如上述的设定值t0)上升到第二阈值(例如上述的设定值t1)时，控制电机3停止零转矩运行，然后可向汽车的充电模
块发送信号，从而充电模块可对动力电池1开始充电。
[0035] 由于在动力电池1的自加热过程中，加热电流的大小决定了加热的快慢，同时处于整个回路中的器件都会发热，所以用于加热的电流不宜过大。当加热控制单元22下发了开管指令(例如使逆变单元23的上桥开关管Q1以及下桥开关管Q6导通)，也就是开启了动力电池1的主动加热功能之后，逆变单元23即下发励磁电流，励磁电流大小根据电机3的仿真结果来确定。为了保证控制器2在下发励磁电流时电机3的
转子位置不动(体现在整车上就是车不抖动)，需要保证电机3的旋变零点位置准确，此时的电磁转矩为，
[0036]
[0037] 当电机3的转矩电流iq＝0并且零点准确时，电磁转矩为0。其中励磁电流id的加载曲线如图3所示：输出到电机3的励磁电流id由零开始逐渐增加，并在a时刻达到Ip并保持恒定不变，直到动力电池1的温度达到第二阈值，Ip的大小需要根据整个系统的
散热条件来决定，例如通过测试来确定。
[0038] 由于在动力电池1加热时，控制器2和电机3同时也会发热，Ip的最大值应使得在最差情况下，不能导致控制和电机的温升超过其正常工作的极限值(Ip的值一般不超过额定电流的一半)。为此，可在上述动力电池加热系统增加安装到控制器2的第二温度传感器和安装到电机3的第三温度传感器，温度采样单元21通过第二温度传感器实时采集控制器2的温度，并通过第三温度传感器实时采集电机3的温度。加热控制单元22仅在控制器温度不超过控制器2正常工作的极限值，且电机温度不超过电机3正常工作的极限值时，控制电机3零转矩运行(同时动力电池1的温度低于第一阈值)。
[0039] 如图4所示，是本发明动力电池加热方法实施例的示意图，上述动力电池向控制器供电并由控制器控制电机运行，该方法包括以下步骤：
[0040] S41：通过第一温度传感器实时采集动力电池的温度。上述第一温度传感器可安装到动力电池(例如贴于动力电池的表面)，且该动力电池温度采集过程可通过汽车控制单元实现，即汽车控制单元获取第一温度传感器产生的电信号，并将电信号转换为温度信号后，通过CAN通讯发送到控制器。
[0041] S42：在动力电池的温度符合预设条件时，使用动力电池提供的能量控制电机零转矩运行。在该步骤中，控制器通过零转矩控制，并控制流出的电流的大小，使动力电池的温度缓慢上升，以达到动力电池加热的目的。
[0042] 具体地，控制器包括逆变单元，逆变单元包括多相桥臂且每一相桥臂包括上桥开关管和下桥开关管；控制器在控制电机零转矩运行时，使至少一相桥臂的上桥开关管以及其他相桥臂中至少一相桥臂的下桥开关管保持保持导通，并使其他上桥开关管和下桥开关管保持断开。
[0043] 特别地，控制器在控制电机零转矩运行时，使输出到电机的电流由零开始增加并在达到预设值时保持不变，从而保证整个系统的安全。
[0044] 由于在动力电池加热时，控制器和电机同时也会发热，因此上述方法还可包括：通过第二温度传感器实时采集控制器温度以及通过第三温度传感器实时采集电机温度；相应的预设条件包括：动力电池的温度低于第一阈值，控制器温度不超过控制器正常工作的极限值，且电机温度不超过电机正常工作的极限值。一旦控制器温度超过控制器正常工作的极限值，或者电机温度超过电机正常工作的极限值，控制器即终止向电机输出零转矩励磁电流。
[0045] 上述步骤S41、S42可在接收到汽车启动指令且汽车未启动之前执行，即在汽车启动前先对动力电池进行预热。在动力电池的温度由低于第一阈值上升到第二阈值时，控制器控制电机停止零转矩运行，并控制车辆正常启动。
[0046] 当然，上述步骤S41、S42也可在对动力电池进行充电时执行，例如充电插头插接到汽车向充电口时执行。控制器在动力电池的温度由低于第一阈值上升到第二阈值时，控制电机停止零转矩运行，然后可向汽车的充电模块发送信号，充电模块可对动力电池开始充电。
[0047] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉
本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以
权利要求的保护范围为准。
