一种加热系统以及动力电池组的加热电路和加热方法 |
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| 申请号 | CN202211352249.X | 申请日 | 2022-10-31 | 公开(公告)号 | CN117984860A | 公开(公告)日 | 2024-05-07 |
| 申请人 | 上海汽车集团股份有限公司; | 发明人 | 唐自强; 武四辈; 王东萃; 王健; 周飞; | ||||
| 摘要 | 本 申请 提供一种加热系统以及动 力 电池 组 的加热 电路 和加热方法。在该动力电池组的加热电路中，当第一 开关 装置断开、至少一个第二开关装置闭合时， 电机 驱动电路的至少一个输出端通过第二开关装置与动力电池组的正极相连通，因此通过三相电机和电机驱动电路可以实现动力电池组对第一电容支路的充电以及第一电容支路对动力电池组的充电，即实现了动力电池组的充放电，而在动力电池组的充放电过程中其内阻发热，从而可以实现对动力电池组的加热；另外，在该动力电池组的加热电路中，仅至少一个第二开关装置是新增的器件，因此该动力电池组的加热电路，在实现动力电池组加热的同时，降低了动力电池组的加热成本。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种动力电池组的加热电路，其特征在于，包括：电机驱动电路、第一开关装置、第一电容支路和至少一个第二开关装置；其中： |
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| 说明书全文 | 一种加热系统以及动力电池组的加热电路和加热方法技术领域背景技术[0002] 动力电池组作为新能源汽车中的重要部件，不仅可以为汽车提供动力源，而且还可以储存回收的能量；现阶段，新能源汽车主要采用锂离子电池，但锂离子电池的外特性易受到外界环境温度的影响，尤其是在低温环境下，比如在温度低于0℃的环境下，锂离子电池的容量和充放电速率出现明显下降，因此使得新能源汽车在低温环境下存在续航里程缩水和充电时间长等问题，同时也使得新能源汽车存在启动功率低、启动性能差等问题，从而直接对用户的驾驶体验造成影响。 [0003] 目前，可以通过增设加热设备，从外部加热动力电池组，从而达到使其快速升温的目的，进而可以保障新能源汽车的驱动能力，并改善用户的驾驶体验；但是，由于增设的加热设备结构和控制都较为复杂，因此导致动力电池组的加热成本较高。 [0004] 因此，如何在实现动力电池组加热的同时，降低动力电池组的加热成本，是亟待解决的技术问题。 发明内容[0005] 有鉴于此，本发明提供了一种加热系统以及动力电池组的加热电路和加热方法，以在实现动力电池组加热的同时，降低动力电池组的加热成本。 [0006] 为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案： [0008] 所述电机驱动电路的输入端正极通过所述第一开关装置与所述动力电池组的正极相连； [0009] 所述电机驱动电路的输入端负极与所述动力电池组的负极相连； [0010] 所述第一电容支路并联在所述电机驱动电路的输入端两极之间； [0011] 所述电机驱动电路的三相输出端分别与三相电机的三相电源端相连； [0012] 所述电机驱动电路的至少一个输出端，通过与自身对应的所述第二开关装置，与所述动力电池组的正极相连； [0013] 至少一个所述第二开关装置在所述第一开关装置断开时闭合。 [0014] 可选的，在三相电机中，三相绕组的连接方式为：星接或者角接。 [0015] 可选的，所述电机驱动电路，包括：三相桥臂；其中： [0016] 每相所述桥臂的输入端正极均与所述电机驱动电路的输入端正极相连，每相所述桥臂的输入端负极均与所述电机驱动电路的输入端负极相连； [0017] 三相所述桥臂的输出端分别作为所述电机驱动电路的三相输出端； [0018] 每相所述桥臂均包括：两个开关管；在每相所述桥臂中，第一开关管的输出端与第二开关管的输入端相连，连接点作为该相所述桥臂的输出端；所述第一开关管的输入端作为该相所述桥臂的输入端正极，所述第二开关管的输出端作为该相所述桥臂的输入端负极。 [0019] 可选的，所述开关管为MOS管或者IGBT。 [0020] 可选的，所述动力电池组，包括：动力电池、第一电阻支路和滤波支路；其中： [0021] 所述动力电池、所述第一电阻支路以及所述滤波支路串联连接，串联支路的两极分别作为所述动力电池组的两极。 [0022] 可选的，所述滤波支路，包括：并联连接的第二电容支路和第二电阻支路。 [0024] 本申请第二方面提供一种动力电池组的加热方法，用于控制如本申请第一方面任一项所述的动力电池组的加热电路；所述动力电池组的加热方法，包括： [0025] 判断是否需要对所述动力电池组进行加热； [0026] 若需要对所述动力电池组进行加热，则将所述加热电路中的第一开关装置断开、将所述加热电路中的至少一个第二开关装置闭合，并驱动所述加热电路中的电机驱动电路运行。 [0027] 可选的，若在所述加热电路中，所述第二开关装置的个数等于3，则将所述加热电路中的至少一个第二开关装置闭合，包括： [0028] 根据所述加热电路中的三相电机的电角度，将相应所述第二开关装置闭合。 [0029] 本申请第三方面提供一种加热系统，包括：控制器、三相电机和如本申请第一方面任一项所述的动力电池组的加热电路；其中： [0030] 所述加热电路中的电机驱动电路、第一开关装置以及全部第二开关装置均受控于所述控制器，所述控制器用于执行如本申请第二方面任一项所述的动力电池组的加热方法。 [0031] 由上述技术方案可知，本发明提供了一种动力电池组的加热电路，具体包括：电机驱动电路、第一开关装置、第一电容支路和至少一个第二开关装置。在该动力电池组的加热电路中，电机驱动电路的输入端正极通过第一开关装置与动力电池组的正极相连；电机驱动电路的输入端负极与动力电池组的负极相连；第一电容支路并联在电机驱动电路的输入端两极之间；电机驱动电路的三相输出端分别与三相电机的三相电源端相连；电机驱动电路的至少一个输出端，通过与自身对应的第二开关装置，与动力电池的正极相连；至少一个第二开关装置在第一开关装置断开时闭合。 [0032] 由上述可知，在第一开关装置断开、至少一个第二开关装置闭合时，电机驱动电路的至少一个输出端通过第二开关装置与动力电池组的正极相连通，因此通过三相电机和电机驱动电路可以实现动力电池组对第一电容支路的充电以及第一电容支路对动力电池组的充电，即实现了动力电池组的充放电，而在动力电池组的充放电过程中其内阻发热，从而可以实现对动力电池组的加热；另外，在该动力电池组的加热电路中，仅至少一个第二开关装置是新增的器件，因此该动力电池组的加热电路，在实现动力电池组加热的同时，降低了动力电池组的加热成本。附图说明 [0033] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。 [0034] 图1为本申请实施例提供的动力电池组的加热电路的一种实施方式的结构示意图； [0035] 图2为图1的等效电路示意图； [0036] 图3‑图5分别为本申请实施例提供的动力电池组的加热电路的另三种实施方式的结构示意图； [0037] 图6和图7分别为本申请实施例提供的动力电池组的加热方法的两种实施方式的流程示意图； [0038] 图8为本申请实施例提供的加热系统的结构示意图。 具体实施方式[0039] 下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。 [0040] 在本申请中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。 [0041] 为了在实现动力电池组加热的同时，降低动力电池组的加热成本，本申请另一实施例提供一种动力电池组的加热电路，其具体结构如图1(图1中仅以三个第二开关装置40进行展示)所示，具体包括：电机驱动电路10、第一开关装置20、第一电容支路30和至少一个第二开关装置40。 [0042] 具体而言，在实际应用中，第二开关装置40的个数可以等于1，也可以等于2，还可以等于3，此处做具体限定，可视具体情况而定，均在本申请的保护范围内。 [0043] 各器件之间的连接关系具体如下所述： [0044] 电机驱动电路10的输入端正极通过第一开关装置20与动力电池组50的正极相连；电机驱动电路10的输入端负极与动力电池组50的负极相连；第一电容支路30并联在电机驱动电路10的输入端两极之间；电机驱动电路10的三相输出端分别与三相电机60的三相电源端相连。 [0045] 其中，第一电容支路30(图1中仅以一个电容C1为例对其进行展示)，包括：至少一个电容；若电容的个数大于1，则全部电容串联连接、并联连接或者串并联连接。 [0046] 电机驱动电路10的至少一个输出端，通过与自身对应的第二开关装置40，与动力电池组50的正极相连。 [0047] 需要说明的是，将分别与三相电机60中的U相绕组、V相绕组、W相绕组相连的电机驱动电路10的三相输出端，分别记为U相输出端、V相输出端、W相输出端；而分别与U相输出端、V相输出端、W相输出端相连的三个第二开关装置40分别记为U相开关装置、V相开关装置、W相开关装置。 [0048] 当处于电驱工况时，第一开关装置20闭合，全部第二开关装置40均断开；当处于加热工况时，第一开关装置20断开，至少一个第二开关装置40闭合。 [0049] 因此，当第一开关装置20断开、至少一个第二开关装置40闭合时，电机驱动电路10的至少一个输出端，通过与自身对应的第二开关装置40，与动力电池组50的正极相连通。 [0050] 假设在第一开关装置20断开时，仅U相开关装置闭合，则等效电路如图2(图2中仅以三相绕组星接为例对三相电机60进行展示)所示，其中，电感Lu、电感Lv、电感Lw均为三相电机60中的三相绕组的等效器件。 [0051] 由上述可知，在第一开关装置20断开、至少一个第二开关装置40闭合时，电机驱动电路10的至少一个输出端通过第二开关装置40与动力电池组50的正极相连通，因此通过三相电机60和电机驱动电路10可以实现动力电池组50对第一电容支路30的充电以及第一电容支路30对动力电池组50的充电，即实现了动力电池组50的充放电，而在动力电池组50的充放电过程中其内阻发热，从而可以实现对动力电池组50的加热；另外，在该动力电池组的加热电路中，仅至少一个第二开关装置40是新增的器件，因此该动力电池组50的加热电路，在实现动力电池组50加热的同时，降低了动力电池组50的加热成本。 [0052] 在具体示例中，三相电机60中的三相绕组的连接方式可以为星接，也可以为角接，此处不做具体限定，可视具体情况而定，均在本申请的保护范围内。 [0053] 在具体示例中，每个开关装置可以为继电器，也可以为断路器，还可以为接触器，甚至还可以是MOS管或者IGBT；在实际应用中，包括但不限于上述实施方式，此处不做具体限定，可视具体情况而定，均在本申请的保护范围内；需要注意的是，在实际使用时，开关装置要选择耐压高的器件。 [0054] 在现有技术中，还有一种方案，该方案通过在电机施加周期性交变电压矢量，而在动力电池组的电池端产生交流电流，从而实现对动力电池组的自加热；在该方案中，没有对驱动系统的架构进行改变，因此较为经济，并且动力电池组的升温均匀且电机转矩为零，但动力电池端的充放电电流有效值低，且电机相电流谐振含量高、转子温升高、振动噪声大、母线电容电压冲击大。 [0055] 与此相比，由于在本申请实施例提供的动力电池组的加热电路中，由于在对动力电池组50进行加热时，即第一开关装置20断开时，并联在电机驱动电路10的输入端两极之间的第一电容支路30与动力电池组50之间的连接被断开，因此在动力电池组50的充放电过程中，第一电容支路30不会对充放电电流进行滤波，从而使得动力电池组50的电池端的电流有效值得到提升，进而缩短了动力电池组50的加热时长；另一方面，由于第一电容支路30不会对充放电电流进行滤波，所以在电机驱动电路10的输入端电流的有效值不变的情况下，三相电机60的三相电流更低，从而三相电机60中的定转子温升更低，和/或，电机驱动电路10的温升更低；又一方面，由于第一电容支路30不会对充放电电流进行滤波，所以在动力电池组50的温升相同的情况下，使得动力电池组50的电池容量衰减更小、电池能量利用率更高。 [0056] 本申请另一实施例提供电机驱动电路10的一种具体实施方式，其具体结构如图3所示，具体包括：三相桥臂11；各桥臂11之间的连接关系如下所述： [0057] 每相桥臂11的输入端正极均与电机驱动电路10的输入端正极相连，每相桥臂11的输入端负极均与电机驱动电路10的输入端负极相连；三相桥臂11的输出端分别作为电机驱动电路10的三相输出端。 [0058] 而在每相桥臂11中，均包括：两个开关管，并且，第一开关管Q1的输出端与第二开关管Q2的输入端相连，连接点作为该相桥臂11的输出端；第一开关管Q1的输入端作为该相桥臂11的输入端正极，第二开关管Q2的输出端作为该相桥臂11的输入端负极。 [0059] 在具体示例中，开关管可以为MOS管，也可以为IGBT，此处不做具体限定，可视具体情况而定，均在本申请的保护范围内。 [0060] 需要说明的是，上述电机驱动电路10的具体实施方式已经是现有技术中比较成熟的技术，此处不再对其工作原理进行详细说明。 [0061] 本申请另一实施例提供动力电池组50的一种具体实施方式，其具体结构如图4所示，具体包括：动力电池51、第一电阻支路52(图4中仅以一个电阻R1为例对其进行展示)和滤波支路53；各器件之间的连接关系具体如下所述： [0062] 动力电池51、第一电阻支路52以及滤波支路53串联连接，串联支路的两极分别作为动力电池组50的两极。 [0063] 其中，第一电阻支路52，包括：至少一个电阻；若电阻的个数大于1，则全部电阻串联连接、并联连接或者串并联连接。 [0064] 在具体示例中，如图5所示，滤波电路具体包括：第二电容支路531和第二电阻支路532，并且，第二电容支路531和第二电阻支路532并联连接，并联支路的两端作为滤波电路的两端。 [0065] 其中，第二电阻支路532(图5中仅以一个电阻R2为例对其进行展示)，包括：至少一个电阻；若电阻的个数大于1，则全部电阻串联连接、并联连接或者串并联连接。 [0066] 第二电容支路531(图5中仅以一个电容C2为例对其进行展示)，包括：至少一个电容；若电容的个数大于1，则全部电容串联连接、并联连接或者串并联连接。 [0067] 本申请另一实施例提供一种动力电池组的加热方法，该加热方法用于控制如上述实施例提供的动力电池组的加热电路；该加热方法的具体流程如图6所示，具体包括以下步骤： [0068] S110、判断是否需要对动力电池组进行加热。 [0069] 若需要对动力电池组进行加热，则执行步骤S120；若不需要对动力电池组进行加热，则返回执行步骤S110。 [0070] S120、将加热电路中的第一开关装置断开、将加热电路中的至少一个第二开关装置闭合，并驱动加热电路中的电机驱动电路运行。 [0071] 本实施例还提供步骤S120的一种具体实施方式，其适用于在动力电池组的加热电路中包括三个第二开关装置的情况；如图7所示，此实施方式具体包括以下步骤： [0072] S121、根据动力电池组的加热电路中的三相电机的电角度，将相应第二开关装置闭合。 [0073] 比如，假设三相电机的电角度为0°或180°，则在对动力电池组加热时，将U相开关装置闭合。 [0074] 在实际应用中，通过合理闭合相应第二开关装置，可以减小甚至消除在动力电池组的自加热过程中的三相电机的转矩，从而降低车辆的安全隐患，并且还可以提高齿轴等机械系统的寿命。 [0075] 本申请另一实施例还提供一种加热系统，其具体结构可参见图8(图8仅在图1的基础上进行展示)，具体包括：控制器70、三相电机60和如上述实施例提供的动力电池组50的加热电路。 [0076] 加热电路中的电机驱动电路10、第一开关装置20以及全部第二开关装置40均受控于控制器70，控制器70用于执行上述实施例提供的动力电池组50的加热方法。 [0077] 需要说明的是，除上述连接关系之外，各器件之间的其他连接关系已经在上述实施例进行详细说明，此处不再一一赘述。 |
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