CN106608195A - 电动汽车及其电池加热方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动汽车的电池加热方法和系统，包括如下步骤：获取电池的温度；判断温度是否低于第一温度阈值；若低于，则：获取电池的剩余电量并判断剩余电量是否大于电量阈值，若大于，则对电池进行第一预设时间的放电，并将能量存储至储能装置中；然后利用储能装置对电池进行第二预设时间的充电；循环该步骤直至电池的温度到达第二温度阈值。本方法和系统利用电池充放电过程中会自发热的特性，由内而外对电池进行加热，相比现有技术的利用外部加热设备对电池进行加热的方法，加热更加均衡，有利于延长电池的使用寿命，且热量来源于电池内部，加热效率较高。

Description

电动汽车及其电池加热方法和系统

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，具体涉及一种电动汽车及其电池加热方法和系统。

背景技术

由于电动汽车对环境影响相对传统汽车较小，被广泛认为是解决汽车尾气污染和石油能源短缺等问题的主要途径之一，是目前汽车行业发展的趋势。动力电池作为电动汽车的能量来源，需要工作在合理的温度范围内。根据电池的特性，当温度较低时，电池的充放电性能下降，无法持续提供较大的输出功率，将导致车辆的动力性很差。

为了提升动力电池的性能，需要将电池的温度提升到合适的温度范围内。现有技术中的电池管理系统一般没有设置加热装置或使用加热膜等其他加热设备从电池外部给电池加热。无加热装置的动力电池在冷启动或充电时，动力电池无法提升到适宜的温度范围，动力电池性能较差；使用加热膜的动力电池则需增加额外的加热膜，增加了系统的失效风险，且由于加热膜离各电池单体的距离不同，则可能会导致加热不均，使各电池单体之间产生较大温差，同时，由于加热膜或其他加热设备均从电池外部给电池加热，电池加热效率较低。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中对动力电池的加热方法和系统加热效率低的缺陷，从而提供一种电动汽车及其电池加热方法和系统。

为此，本发明的技术方案如下：

一种电动汽车的电池加热方法，包括如下步骤：

获取电池的温度；

判断所述温度是否低于第一温度阈值；

若为是，则：获取所述电池的剩余电量并判断所述剩余电量是否大于电量阈值，若为是，则：

对电池进行第一预设时间的放电，并将能量存储至储能装置中；然后利用所述储能装置对所述电池进行第二预设时间的充电；循环该步骤直至电池的温度到达第二温度阈值。

优选地，所述对电池进行第一预设时间的放电和所述对所述电池进行第二预设时间的充电的过程为：对电池进行脉冲放电和脉冲充电。

优选地，当所述电池内部配置有主动均衡电路时，则所述储能装置为主动均衡电路的电感线圈。

优选地，当所述电池内部未配置主动均衡电路时，则所述储能装置为电机绕组。

一种电动汽车的电池加热系统，包括：

电池管理装置，用于获取电池的温度并判断所述温度是否低于第一温度阈值，若所述温度低于所述第一温度阈值，则获取所述电池的剩余电量并判断所述剩余电量是否大于电量阈值，若所述剩余电量大于所述电量阈值，则控制电机控制装置发出充电控制信号，对所述电池进行第一预设时间的放电，并将能量存储至储能装置中；然后控制电机控制装置发出放电控制信号，对所述电池进行第二预设时间的充电，充电的能量来源于所述储能装置中存储的能量；循环对电池进行放电和充电操作，直至电池的温度到达第二温度阈值；

储能装置，存储电池在所述第一预设时间内放出的能量；并提供所述电池在进行第二预设时间的充电时所需的能量；

电机控制装置，用于接收所述放电控制信号和所述充电控制信号，并根据所述放电控制信号和所述充电控制信号控制开关装置的状态；

开关装置，其连接于所述电池与所述储能装置之间；通过控制所述开关装置的导通和关断，实现电池的充放电；当所述电池进行放电时，将放出的能量存储至所述储能装置中；当所述电池进行充电时，即将存储于所述储能装置中的能量回馈到电池中。

优选地，所述储能装置为电机绕组。

一种电动汽车的电池加热系统，包括：

电池管理装置，用于获取电池的温度是否低于第一温度阈值，若所述温度低于所述第一温度阈值，则获取所述电池的剩余电量并判断所述剩余电量是否大于电量阈值，若所述剩余电量大于所述电量阈值，则控制主动均衡装置对所述电池进行第一预设时间的放电，并将能量存储至所述主动均衡装置的储能单元中；然后控制主动均衡装置对所述电池进行第二预设时间的充电，充电的能量来源于所述储能单元中存储的能量；循环对电池进行放电和充电操作，直至电池的温度到达第二温度阈值；

主动均衡装置，用于接收所述电池管理装置的放电信号实现对电池进行第一预设时间的放电，将能量存储至储能单元中；并接收所述电池管理装置的充电信号实现利用所述储能单元对电池进行第二预设时间的充电。

优选地，所述主动均衡装置中包括第一开关、第二开关和电感线圈，其中，所述第一开关连接于电池与所述电感线圈的放电回路中；所述第一开关接收到所述放电信号时导通第一预设时间，实现电池的放电，并将放出的能量存储至所述电感线圈中；所述第二开关连接于电池与所述电感线圈的充电回路中；所述第二开关接收到所述充电信号时导通第二预设时间，实现电池的充电，即将存储于所述电感线圈中的能量回馈到电池中。

一种电动汽车，其特征在于，包括上述任一电池加热系统。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明提供一种电动汽车的电池加热方法和系统，在电池的温度低于第一温度阈值且电池的剩余电量大于电量阈值时，对电池进行第一预设时间的放电，并将能量存储至储能装置中；然后利用储能装置对电池进行第二预设时间的充电；循环该步骤直至电池的温度到达第二温度阈值。本方法和系统利用电池充放电过程中会自发热的特性，由内而外对电池进行加热，相比现有技术的利用外部加热设备对电池进行加热的方法，加热更加均衡，有利于延长电池的使用寿命，且热量来源于电池内部，加热效率较高。

本发明提供一种电动汽车的电池加热方法和系统，在通过对电池充放电来实现给电池加热的过程中，对电池进行脉冲放电和脉冲充电。基于电池的特性可以知道，在同一温度下，电池的脉冲充放电能力大于其持续充放电能力，由于需要加热的电池，都处于低温条件中，对电池进行脉冲充放电，能够使用较大的充放电功率，缩短提升电池温度至温度阈值的时间。

本发明提供一种电动汽车的电池加热方法和系统，利用电池中原本就有的主动均衡电路或者电动汽车中原本就有的电机控制装置和电机绕组来实现对电池进行充放电，从而达到对电池进行加热的目的，则无需外加加热装置，节约成本的同时降低了系统失效的风险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中电动汽车的电池加热方法的一个具体示例的流程图；

图2为本发明实施例2中电动汽车的电池加热系统的一个具体示例的原理框图；

图3为本发明实施例3中电动汽车的电池加热系统的一个具体示例的原理框图；

附图标记：1-电池管理装置；2-储能装置；3-电机控制装置；4-开关装置；5-主动均衡装置。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种电动汽车的电池加热方法，可以包括如下步骤：

S1：获取电池的温度。电池管理系统可以通过布置在电池箱中的温度传感器采集电池的温度。

S2：判断温度是否低于第一温度阈值，若为是，则执行步骤S3，若为否，则不执行操作，即：不需要对电池启动自加热操作。第一温度阈值是指适宜电池工作的最低温度限值，在该限值以下则需要对电池进行加热，在该限值以上，则无需对电池进行加热，可以直接启动车辆。其类似于传统燃油车在低温时，需要提前热车，以便提升发动机的性能。

S3：获取电池的剩余电量。

S4：判断剩余电量是否大于电量阈值，若为是，则执行步骤S5，若为否则不执行操作，即：当电池的剩余电量不大于电量阈值时，不启动电池的自加热功能，即不执行步骤S5。如此设计的原因为：电池的剩余电量不大于电量阈值可能是电池当前的电量低，需要对电池进行充电，以保护电池；也可能是电池当前的电量较低，即便对电池进行加热，对提高电池性能的意义也不大。综合权衡之下，在该步骤中判断剩余电量是否大于预设的电量阈值，若不大于，则不启动电池自加热功能，最大程度的提高了电池的性能和电池的使用效率。本领域技术人员应当可以理解，在启动步骤S5之前，还需要检测整车的状态，电池是否有故障等。

S5：对电池进行第一预设时间的放电，并将能量存储至储能装置中；然后利用储能装置对电池进行第二预设时间的充电；循环步骤S5直至电池的温度到达第二温度阈值。第二温度阈值指电池的温度升高到需要停止加热的一个限值。通过设置第一温度阈值和第二温度阈值，采用滞回的控制策略，即：电池的温度低于第一温度阈值时，开启电池的自加热功能；电池的温度升高到达第二温度阈值时，停止对电池进行加热，便于控制。

在步骤S5中，对电池进行充放电的操作可以采用对电池进行脉冲放电和脉冲充电。基于电池的特性可以知道，在同一温度下，电池的脉冲充放电能力大于其持续充放电能力，由于需要加热的电池，都处于低温条件中，对电池进行脉冲充放电，能够使用较大的充放电功率，缩短提升电池温度至温度阈值的时间。具体的可以采用类似PWM的控制。

同时，步骤S5中提及的储能装置2优选有：第一，当电池内部配置有主动均衡电路时，则储能装置2可以为主动均衡电路的电感线圈；当利用电感线圈作为储能装置2时，则其实现方式可以有各电池单体自身进行充放电，或者各电池组自身进行充放电，或者电池单体之间交叉进行充放电，或者电池组之间交叉进行充放电，尤其当电池单体或者电池包之间不均衡时，则可以采用交叉充放电的方式，即：将电压高的电池单体或者电池包进行放电，电压低的电池单体或者电池包进行充电，在给电池加热的同时，进行了均衡电量的操作；第二，当电池内部未配置主动均衡电路时，则储能装置可以为电机绕组。通过利用电池中原本就有的主动均衡电路中的电感线圈或者电动汽车中原本就有的电机绕组来储能，实现对电池进行充放电，从而达到对电池进行加热的目的，则无需外加加热装置，节约成本的同时降低了系统失效的风险。

由于各类型电池的性能不同，使用时的环境也不同，如：环境温度等，则需要开启自加热的第一温度阈值，停止加热的第二温度阈值与电量阈值不同，所以本实施例中提及的第一温度阈值、第二温度阈值和电量阈值，本领域技术人员可以根据具体电池的类型与当时的环境进行选择。

在实际使用中，驾驶员可以通过开启钥匙开关或者手机APP等方式，触发启动步骤S1-S5，驾驶员根据实际情况灵活选择即可。

本实施例提供的电动汽车的电池加热方法，利用电池充放电过程中会自发热的特性，由内而外对电池进行加热，相比现有技术的利用外部加热设备对电池进行加热的方法，加热更加均衡，有利于延长电池的使用寿命，且热量来源于电池内部，加热效率较高。

实施例2

如图2所示，本实施例提供一种电动汽车的电池加热系统，包括：

电池管理装置1，用于获取电池的温度并判断温度是否低于第一温度阈值，若温度低于第一温度阈值，则获取电池的剩余电量并判断剩余电量是否大于电量阈值，若剩余电量大于所述电量阈值，则控制电机控制装置3发出充电控制信号，对电池进行第一预设时间的放电，并将能量存储至储能装置2中；然后控制电机控制装置3发出放电控制信号，对电池进行第二预设时间的充电，充电的能量来源于所述储能装置2中存储的能量；循环对电池进行放电和充电操作，直至电池的温度到达第二温度阈值。充放电的形式可以为脉冲充放电。

储能装置2，存储电池在第一预设时间内放出的能量；并提供电池在进行第二预设时间的充电时所需的能量。作为一种具体实现方式，储能装置2可以为电机绕组。

电机控制装置3，用于接收放电控制信号和充电控制信号，并根据放电控制信号和充电控制信号控制开关装置4的状态；

开关装置4，其连接于电池与储能装置2之间；通过控制开关装置4的导通和关断，实现电池的充放电；当电池进行放电时，将放出的能量存储至储能装置2中；当电池进行充电时，即将存储于储能装置2中的能量回馈到电池中。作为一种具体实现方式，该开关装置4可以为IGBT桥，通过控制IGBT桥的导通或者关断实现电池的充放电，本领域技术人员应当可以理解采用其他方式的开关装置也是可以的。

本实施例提供的电动汽车的电池加热系统，利用电池充放电过程中会自发热的特性，由内而外对电池进行加热，相比现有技术的利用外部加热设备对电池进行加热的系统，加热更加均衡，有利于延长电池的使用寿命，且热量来源于电池内部，加热效率较高。

实施例3

如图3所示，本实施例提供一种电动汽车的电池加热系统，包括：

电池管理装置1，用于获取电池的温度是否低于第一温度阈值，若温度低于第一温度阈值，则获取电池的剩余电量并判断剩余电量是否大于电量阈值，若剩余电量大于电量阈值，则控制主动均衡装置5对电池进行第一预设时间的放电，并将能量存储至主动均衡装置5的储能单元中；然后控制主动均衡装置5对电池进行第二预设时间的充电，充电的能量来源于储能单元中存储的能量；循环对电池进行放电和充电操作，直至电池的温度到达第二温度阈值；

主动均衡装置5，用于接收电池管理装置1的放电信号实现对电池进行第一预设时间的放电，将能量存储至储能单元中；并接收电池管理装置1的充电信号实现利用储能单元对电池进行第二预设时间的充电。充放电的形式可以为脉冲充放电。

作为一种具体实现方式，主动均衡装置5中可以包括第一开关、第二开关和电感线圈，其中，第一开关连接于电池与电感线圈的放电回路中；第一开关接收到放电信号时导通第一预设时间，实现电池的放电，并将放出的能量存储至电感线圈中；第二开关连接于电池与电感线圈的充电回路中；第二开关接收到充电信号时导通第二预设时间，实现电池的充电，即将存储于电感线圈中的能量回馈到电池中。

本实施例提供的电动汽车的电池加热系统，利用电池充放电过程中会自发热的特性，由内而外对电池进行加热，相比现有技术的利用外部加热设备对电池进行加热的系统，加热更加均衡，有利于延长电池的使用寿命，且热量来源于电池内部，加热效率较高。

本发明还提供一种电动汽车，包括如实施例2中的电池加热系统或者实施例3中的电池加热系统。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种电动汽车的电池加热方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取电池的温度；

判断所述温度是否低于第一温度阈值；

若为是，则：获取所述电池的剩余电量并判断所述剩余电量是否大于电量阈值，若为是，则：

对电池进行第一预设时间的放电，并将能量存储至储能装置中；然后利用所述储能装置对所述电池进行第二预设时间的充电；循环该步骤直至电池的温度到达第二温度阈值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对电池进行第一预设时间的放电和所述对所述电池进行第二预设时间的充电的过程为：对电池进行脉冲放电和脉冲充电。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述电池内部配置有主动均衡电路时，则所述储能装置为主动均衡电路的电感线圈。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述电池内部未配置主动均衡电路时，则所述储能装置为电机绕组。

5.一种电动汽车的电池加热系统，其特征在于，包括：

电池管理装置(1)，用于获取电池的温度并判断所述温度是否低于第一温度阈值，若所述温度低于所述第一温度阈值，则获取所述电池的剩余电量并判断所述剩余电量是否大于电量阈值，若所述剩余电量大于所述电量阈值，则控制电机控制装置(3)发出充电控制信号，对所述电池进行第一预设时间的放电，并将能量存储至储能装置(2)中；然后控制电机控制装置(3)发出放电控制信号，对所述电池进行第二预设时间的充电，充电的能量来源于所述储能装置(2)中存储的能量；循环对电池进行放电和充电操作，直至电池的温度到达第二温度阈值；

储能装置(2)，存储电池在所述第一预设时间内放出的能量；并提供所述电池在进行第二预设时间的充电时所需的能量；

电机控制装置(3)，用于接收所述放电控制信号和所述充电控制信号，并根据所述放电控制信号和所述充电控制信号控制开关装置(4)的状态；

开关装置(4)，其连接于所述电池与所述储能装置(2)之间；通过控制所述开关装置(4)的导通和关断，实现电池的充放电；当所述电池进行放电时，将放出的能量存储至所述储能装置(2)中；当所述电池进行充电时，即将存储于所述储能装置(2)中的能量回馈到电池中。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述储能装置(2)为电机绕组。

7.一种电动汽车的电池加热系统，其特征在于，包括：

电池管理装置(1)，用于获取电池的温度是否低于第一温度阈值，若所述温度低于所述第一温度阈值，则获取所述电池的剩余电量并判断所述剩余电量是否大于电量阈值，若所述剩余电量大于所述电量阈值，则控制主动均衡装置(5)对所述电池进行第一预设时间的放电，并将能量存储至所述主动均衡装置(5)的储能单元中；然后控制主动均衡装置(5)对所述电池进行第二预设时间的充电，充电的能量来源于所述储能单元中存储的能量；循环对电池进行放电和充电操作，直至电池的温度到达第二温度阈值；

主动均衡装置(5)，用于接收所述电池管理装置(1)的放电信号实现对电池进行第一预设时间的放电，将能量存储至储能单元中；并接收所述电池管理装置(1)的充电信号实现利用所述储能单元对电池进行第二预设时间的充电。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述主动均衡装置(5)中包括第一开关、第二开关和电感线圈，其中，

所述第一开关连接于电池与所述电感线圈的放电回路中；所述第一开关接收到所述放电信号时导通第一预设时间，实现电池的放电，并将放出的能量存储至所述电感线圈中；

所述第二开关连接于电池与所述电感线圈的充电回路中；所述第二开关接收到所述充电信号时导通第二预设时间，实现电池的充电，即将存储于所述电感线圈中的能量回馈到电池中。

9.一种电动汽车，其特征在于，包括如权利要求5或6所述的电池加热系统或者包括权利要求7或8所述的电池加热系统。