CN108511822B - 一种锂离子电池低温加热装置及电动汽车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锂离子电池低温加热装置，包括锂离子电池、电机控制器本身的两组功率器件以及电动机本身的两个绕组电感，还包括在电机控制器的功率器件与锂离子电池的负极之间设置的加热控制电路，所述锂离子电池、电机控制器的两组功率器件、电动机的两个绕组电感和所述加热控制电路依次连接组成回路，所述加热控制电路包括容性元件、增设功率器件和开关器件，所述容性元件和所述增设功率器件串联连接后再并联连接所述开关器件；通过开关器件以及增设功率器件各自的开启与关闭，使得容性元件与绕组电感形成LC振荡电路，产生高频交变电流，根据焦耳定律在电池内部产生热量，进而使电池内部加热。本发明装置能够快速高效加热，且速率均匀、效果好。

Description

一种锂离子电池低温加热装置及电动汽车

技术领域

本发明涉及电池加热技术领域，具体涉及一种锂离子电池低温加热装置及包括该装置的电动汽车。

背景技术

近年来，随着社会科技的不断进步，以及对能源开发和环境保护的极大重视，新能源汽车产业得到大力发展，成为中国汽车产业崛起与应对全球石油危机及环境污染的重要战略举措。而电动汽车采用电能代替石油等化石燃料作为动力，摆脱对石油的依赖的同时降低环境污染，是绿色交通的高效解决方案。所以新能源汽车，尤其是电动汽车，正逐渐拥有广阔的市场，慢慢地进入到各家各户。

在电动汽车的推广与应用过程中，其中锂离子电池因自身循环寿命长、工作电压高、自放电率低、比功率高、能量密度大和无污染等优点，逐渐替代了铅酸电池、镍镉电池和镍氢电池，成为电动汽车主要使用的动力电池。虽然锂离子电池具有较为显著的优点，但由于电动汽车的逐步广泛推广，一些电动汽车经常需要在寒冷条件下工作，尤其是一些军工车辆，甚至要求其能在-40℃环境下正常工作，其低温性能差的问题就越发明显，比如在寒冷的冬天或者特殊的低温环境中，锂离子动力电池的充放电性能下降显著，电池的容量也会下降，长时间低温充电可能会损害锂离子电池的使用寿命及持久性；而且低温充电过程中沉积的锂离子容易变成死锂，甚至可能引发电池内部短路，产生安全隐患，亟待改善。

按照目前动力电池的制造现状，从材料本身改善锂离子电池低温性能难度较大，采用辅助手段提高锂离子电池在低温环境下的性能成为较为可行的研究方向，因而空气加热法、液体加热法和帕尔贴加热法等方法便被一一提出，其中空气加热法和液体加热法均是加热外部环境，能量耗散较大；帕尔贴加热法是利用不同的导体组成电路，进行通电，导体接头处就会产生焦耳热，进而实现加热锂离子电池，这种方法也会产生浪费许多热量并且对锂离子电池的加热效果也不明显。

现有技术也提出了一种宽线金属膜加热方法，将宽线金属膜加装在锂离子电池表面积最大的两个侧面上，宽线金属膜采用FR4板材或是铝基板，厚度1mm，板材两侧面上覆上铜膜，厚度0.03mm，宽线金属膜的一面为完整矩形平面铜膜，另外一面是由具有一定宽度、连续的铜线组成的铜膜，两铜膜的表面覆上耐磨绝缘层，利用电流通过时产生的热量实现对锂离子电池加热的目的。但该加热方法会在锂离子电池内部会产生较大的温度梯度，导致电池中心的温度变化显著滞后于电池表面，使得温度不一致，严重影响锂离子电池的寿命。

还有一种利用PTC加热器的加热板加热法，该方法的基本原理是在锂离子电池组中不同电池单体之间增加加热板，通过加热板和PTC加热器连接进行加热，进而实现对锂离子电池加热的目的。这种方法同样存在锂离子电池内部温度梯度较大的问题。

也有人提出了一种将加热片布置在锂离子电池内部的加热方法，改善了电池加热时温度梯度较大的问题，但这种加热方法需要改变锂离子电池的自身结构，且只有在布置较多的加热片时才能实现大型电池单体的均匀加热，增大了电池单体的体积和重量，导致锂离子电池组能量密度降低。

上述几种方法均属于外部加热方法，其容易改变电池结构或者引起电池内部较大温度梯度，加热效果不够理想，相比而言，锂离子电池的内部加热方法(低温交流自加热法等)的加热过程中电池内部发热速率较为均匀，锂离子电池内部温度梯度小，电池核心温度上升迅速，且不需要在锂离子电池内部布置额外的装置，不影响锂离子电池本身的结构、体积和重量。因此，内部加热方法(低温交流自加热等)是一种高效、快速、安全的加热方法。

在公开号为CN104779652B、名称为“一种利用交流充放电快速预加热的动力电池充电机”的专利中，其发明了一种利用交流充放电快速预加热的动力电池充电机，属于内部加热方法，其利用温度传感器将实时采集的待充电汽车动力电池包的温度转换为电信号后传输给控制单元，控制单元控制选通模块和交流加热模块，实现对待充电汽车动力电池包的正常充电或预加热。但是，该方法需要通过外部设备对锂离子电池进行加热，只适合锂离子电池充电前的预加热，而不能解决低温环境下电动汽车动力性能较差的问题，不适用于电动汽车复杂多变的应用环境。

发明内容

本发明针对现有锂离子电池低温加热装置需要加设复杂外部设备，能量损失大、加热均匀性差，需改变锂离子电池内部结构等缺陷，提供了一种锂离子电池低温加热装置，该装置有效利用了电动汽车内部固有的电机控制器的部分功率器件和电动机内部部分绕组电感，只需简单添加容性元件、增设功率器件以及开关器件形成加热控制电路，能够控制容性元件、绕组电感形成LC振荡电路，产生高频交变电流，不断流经锂离子电池，进而实现对锂离子电池进行低温环境下的内部加热，具有结构简单、体积小、成本低，有效提高热效率，方便高效，应用性极强等优点。

本发明的技术方案如下：

一种锂离子电池低温加热装置，包括锂离子电池、电机控制器本身的两组功率器件以及电动机本身的两个绕组电感，还包括在电机控制器的功率器件与锂离子电池的负极之间设置的加热控制电路，所述锂离子电池、电机控制器的所述两组功率器件、电动机的所述两个绕组电感和所述加热控制电路依次连接组成回路，所述加热控制电路包括容性元件、增设功率器件和开关器件，所述容性元件和所述增设功率器件串联连接后再并联连接所述开关器件；通过开关器件以及增设功率器件各自的开启与关闭，使得容性元件与绕组电感形成LC振荡电路，产生高频交变电流，根据焦耳定律在电池内部产生热量，进而使电池内部加热。

所述两个绕组电感为电动机本身的三相定子绕组电感线圈中的任意两相的绕组电感，所述两组功率器件为电机控制器本身的若干组功率器件中分别与所述两相的绕组电感连接对应的两组功率器件。

所述电机控制器本身包括六组功率器件，所述电机控制器本身的第一组功率器件与第二组功率器件串联连接，第三组功率器件与第四组功率器件串联连接，第五组功率器件与第六组功率器件串联连接，三条串联连接的支路再并联连接；所述电动机本身的三相定子绕组电感线圈接出三相线，分别连接至第一组功率器件与第二组功率器件的串联连接点处、第三组功率器件与第四组功率器件串联连接点处、第五组功率器件与第六组功率器件串联连接点处；

当所述两个绕组电感为第一绕组电感和第二绕组电感时，所述两组功率器件为第一组功率器件和第四组功率器件，或为第二组功率器件和第三组功率器件；当所述两个绕组电感为第一绕组电感和第三绕组电感时，所述两组功率器件为第一组功率器件和第六组功率器件，或为第二组功率器件和第五组功率器件；当所述两个绕组电感为第二绕组电感和第三绕组电感时，所述两组功率器件为第三组功率器件和第六组功率器件，或为第四组功率器件和第五组功率器件。

所述第一组功率器件包括并联连接的第一功率器件和第一二极管；

所述第二组功率器件包括并联连接的第二功率器件和第二二极管；

所述第三组功率器件包括并联连接的第三功率器件和第三二极管；

所述第四组功率器件包括并联连接的第四功率器件和第四二极管；

所述第五组功率器件包括并联连接的第五功率器件和第五二极管；

所述第六组功率器件包括并联连接的第六功率器件和第六二极管；

所述第一功率器件、第二功率器件、第三功率器件、第四功率器件、第五功率器件和第六功率器件均为基于晶体管的已有功率器件。

所述六组功率器件中的每组功率器件均包括并联连接的一个已有IGBT和一个已有反并联二极管；

或，所述六组功率器件中的每组功率器件均为封装的IGBT模块，每个IGBT模块内部封装有并联连接的一个已有IGBT和一个已有反并联二极管。

所述容性元件采用电容，所述增设功率器件包括并联连接的基于晶体管的第七功率器件与第七二极管，所述第七功率器件的集电极以及第七二极管的阴极均与电容的一端相连，所述电容的另一端与锂离子电池的负极相连，所述第七功率器件的发射极以及第七二极管的阳极均与电机控制器的功率器件相连。

所述第七功率器件为增设的IGBT，所述第七二极管为增设的反并联二极管。

所述电动机本身的三相定子绕组电感采用星形连接或三角形连接，两种连接方式等效。

所述锂离子电池低温加热装置还包括电池管理器，所述电池管理器管理锂离子电池的各项参数，并控制加热过程。

一种电动汽车，包括上述的锂离子电池低温加热装置。

本发明的技术效果如下：

本发明涉及了一种锂离子电池低温加热装置，包括在电机控制器本身的功率器件与锂离子电池的负极之间设置的加热控制电路，通过加热控制电路中的开关器件以及增设功率器件各自的开启与关闭，使得加热控制电路中的容性元件与电动机本身的绕组电感形成LC振荡电路，产生高频交变电流，根据焦耳定律在电池内部产生热量，进而使电池内部加热，本装置有效利用了电动汽车内部固有的电机控制器的部分功率器件和电动机内部部分绕组电感，只需简单添加容性元件、增设功率器件以及开关器件形成加热控制电路，能够控制容性元件、绕组电感形成LC振荡电路，并且可以产生振荡电流，容性元件两端的电压会在锂离子电池电压值的基础上上下振荡，电路中产生高频交变电流，不断流经锂离子电池，由于锂离子电池有内阻，根据焦耳定律，锂离子电池内阻在流经电流的过程中会生热，进而实现对锂离子电池进行低温环境下的内部加热，采用内部加热方法且对锂离子电池进行全过程加热直至使离子电池达到理想温度，从根本上解决了锂离子电池在低温环境下充放电性能差的问题，延长了锂离子电池的使用寿命，且本装置无需在锂离子电池内部或外部加设额外的装置，占用体积小，使用成本低，且不影响电池本身的结构、体积和重量，快速高效，具有结构简单、体积小、成本低等优点，本装置采用的内部加热方式，不需要对外部环境进行加热，避免了不必要的热损失，内部加热速率较为均匀，温度梯度较小，避免了温度局部过高的问题，加热效果好，同时还能减少外部环境温差导致的能耗，有效提高了热效率，从根本上解决了低温环境下电动汽车动力性能差的问题，方便高效，应用性极强。

优选地，六组功率器件中的各功率器件组均包括一个基于晶体管的已有功率器件(针对目前的电机控制器而言，优选采用已有IGBT)及与其并联的一个反并联二极管，或者所述各组功率器件均为封装的IGBT模块，每个IGBT模块内部封装一个已有IGBT这一功率器件及与其并联的一个反并联二极管，IGBT的高速开关特性以及导通低损耗的特性，使得低温加热装置无用损耗减少，提升锂离子电池加热效率。

优选地，当两个绕组电感为第一绕组电感和第二绕组电感时，两组功率器件为第一组功率器件和第四组功率器件，或为第二组功率器件和第三组功率器件；也就是说，可以是仅闭合第一功率器件、第四功率器件或仅闭合第二功率器件、第三功率器件，第一绕组电感和第二绕组电感接入低温加热装置。当两个绕组电感为第一绕组电感和第三绕组电感时，两组功率器件为第一组功率器件和第六组功率器件，或为第二组功率器件和第五组功率器件；也就是说，还可以是仅闭合第一功率器件、第六功率器件或仅闭合第二功率器件、第五功率器件，第一绕组电感和第三绕组电感接入低温加热装置。当两个绕组电感为第二绕组电感和第三绕组电感时，两组功率器件为第三组功率器件和第六组功率器件，或为第四组功率器件和第五组功率器件，也就是说，还可以是仅闭合第三功率器件、第六功率器件或仅闭合第四功率器件、第五功率器件，第二绕组电感和第三绕组电感接入低温加热装置，进一步地，还可以是上述多种控制组合切换的工作形式，这样能够对锂离子电池多次重复进行低温加热，且能避免因单路功率器件过热可能带来的风险。

在常温或高温环境下，此时低温加热装置不工作，所述加热控制电路中的开关器件闭合，电容、第七功率器件和第七二极管均被短路，电动汽车整体处于原有运行模式的工作状态；或者在低温环境下，所述加热控制电路中的开关器件断开，电容、第七功率器件和第七二极管均接入低温加热装置，整体处于低温加热模式的工作状态，本发明利用了电动汽车的部分固有装置，其正常运行模式与低温加热模式分别独立运行，互不影响；但二者不能共同运行。

本发明还涉及了一种包括上述锂离子电池低温加热装置的电动汽车，该电动汽车有效利用了车本身的已有的装置，包括电动机和电机控制器，具体是利用了电动汽车固有的电机控制器的部分功率器件和电动机内部部分绕组电感，只需再额外简单添加少量元器件，占用体积小且成本低，能够在无外接电源的情况下，达到对锂离子电池进行低温快速加热的功能，且加热效率高，保证了锂离子电池的使用寿命，并消除安全隐患，提高了整车的安全性能。

附图说明

图1为本发明一种锂离子电池低温加热装置的优选电路结构原理示意图。

图2、图3和图4均为本发明锂离子电池低温加热装置工作流程的等效电路图。

图中各标号列示如下：

1－锂离子电池；2－电机控制器；3－电动机；4－加热控制电路。

具体实施方式

本发明涉及了一种锂离子电池低温加热装置，包括锂离子电池、电机控制器本身的两组功率器件以及电动机本身的两个绕组电感，还包括在电机控制器的功率器件与锂离子电池的负极之间设置的加热控制电路，所述锂离子电池、电机控制器的所述两组功率器件、电动机的所述两个绕组电感和所述加热控制电路依次连接组成回路，所述加热控制电路包括容性元件、增设功率器件和开关器件，所述容性元件和所述增设功率器件串联连接后再并联连接所述开关器件；通过开关器件以及增设功率器件各自的开启与关闭，使得容性元件与绕组电感形成LC振荡电路，产生高频交变电流，根据焦耳定律在电池内部产生热量，进而使电池内部加热，本装置结构简单、体积小、成本低，并有效利用了电动汽车内部固有的电机控制器的部分功率器件和电动机内部部分绕组电感，只需简单添加容性元件、增设功率器件以及开关器件形成加热控制电路，就能够控制容性元件、绕组电感形成LC振荡电路，并且可以产生振荡电流，不断流经锂离子电池，进而实现对锂离子电池进行低温环境下的内部加热。且内部加热速率均匀，温度梯度较小，避免了温度局部过高的问题，加热效果好，同时还能减少外部环境温差导致的能耗，有效提高了热效率，从根本上解决了低温环境下电动汽车动力性能差的问题，方便高效，应用性极强。

下面结合附图对本发明进行说明，图1为本发明一种锂离子电池低温加热装置的优选电路结构原理示意图，如图所示，锂离子电池低温加热装置包括锂离子电池1、电机控制器2本身的两组功率器件以及电动机3本身的两个绕组电感，还包括在电机控制器2的功率器件与锂离子电池1的负极之间设置的加热控制电路4，所述锂离子电池1、电机控制器2的所述两组功率器件、电动机3的所述两个绕组电感和所述加热控制电路4依次连接组成回路，所述加热控制电路4包括容性元件、增设功率器件和开关器件，所述容性元件和所述增设功率器件串联连接后再并联连接所述开关器件；通过开关器件以及增设功率器件各自的开启与关闭，使得容性元件与绕组电感形成LC振荡电路，产生高频交变电流，根据焦耳定律在电池内部产生热量，进而使电池内部加热。图1所示优选实施例的具体表现为，电动机3本身的两个绕组电感为电动机3本身的三相定子绕组电感线圈中的任意两相的绕组电感，且电动机3本身的三相定子绕组电感线圈可以采用星形连接方式或者三角形连接方式，两种连接方式等效，图中优选采用星形连接方式，任意两相的绕组电感可以是比如图中所示的第一绕组电感L1、第二绕组电感L2，或者第一绕组电感L1、第三绕组电感L3，或者第二绕组电感L2、第三绕组电感L3，所述电机控制器2本身的两组功率器件为电机控制器2本身的若干组功率器件中分别与所述两相的绕组电感连接对应的两组功率器件，本实施例的电机控制器2本身优选包括六组功率器件，各组功率器件均包括并联连接的基于晶体管的已有功率器件和已有二极管，如图1所示，第一组功率器件包括并联连接的第一功率器件Q1和第一二极管D1；第二组功率器件包括并联连接的第二功率器件Q2和第二二极管D2；第三组功率器件包括并联连接的第三功率器件Q3和第三二极管D3；第四组功率器件包括并联连接的第四功率器件Q4和第四二极管D4；第五组功率器件包括并联连接的第五功率器件Q5和第五二极管D5；第六组功率器件包括并联连接的第六功率器件Q6和第六二极管D6。第一组功率器件与第二组功率器件串联连接，第三组功率器件与第四组功率器件串联连接，第五组功率器件与第六组功率器件串联连接，三条串联连接的支路再并联连接，且本实施例的电动机3本身的三相定子绕组电感线圈接出三相线，分别连接至第一组功率器件与第二组功率器件的串联连接点处、第三组功率器件与第四组功率器件串联连接点处、第五组功率器件与第六组功率器件串联连接点处，由此实现电机控制器本身功率器件与电动机本身绕组电感线圈分别接入低温加热装置。

当两个绕组电感为第一绕组电感L1和第二绕组电感L2时，两组功率器件为第一组功率器件和第四组功率器件，或者为第二组功率器件和第三组功率器件，也就是说，可以是仅闭合第一功率器件Q1、第四功率器件Q4或仅闭合第二功率器件Q2、第三功率器件Q3，第一绕组电感L1和第二绕组电感L2接入低温加热装置；当两个绕组电感为第一绕组电感L1和第三绕组电感L3时，两组功率器件为第一组功率器件和第六组功率器件，或为第二组功率器件和第五组功率器件，也就是说，还可以是仅闭合第一功率器件Q1、第六功率器件Q6或仅闭合第二功率器件Q2、第五功率器件Q5，第一绕组电感L1和第三绕组电感L3接入低温加热装置，当两个绕组电感为第二绕组电感L2和第三绕组电感L3时，两组功率器件为第三组功率器件和第六组功率器件，或为第四组功率器件和第五组功率器件，也就是说，还可以是仅闭合第三功率器件Q3、第六功率器件Q6或仅闭合第四功率器件Q4、第五功率器件Q5，第二绕组电感L2和第三绕组电感L3接入低温加热装置，进一步地，还可以是上述多种控制组合切换的工作形式，这样能够对锂离子电池1多次重复进行低温加热，且能避免因单路控制发生故障无法加热的情况。

进一步地，如图1所示，六组功率器件中的各功率器件组均包括一个基于晶体管的已有功率器件(具体表现为针对目前的电机控制器而言，优选采用已有IGBT)及与其并联的一个反并联二极管，IGBT的高速开关特性以及导通低损耗的特性，使得低温加热装置无用损耗减少，提升锂离子电池加热效率，如图1所示，第一功率器件Q1、第二功率器件Q2、第三功率器件Q3、第四功率器件Q4、第五功率器件Q5、第六功率器件Q6均为已有的IGBT，第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6均为反并联二极管。

进一步地，如图1所示，加热控制电路4包括容性元件、增设功率器件和开关器件K1，容性元件和增设功率器件串联连接后再并联连接开关器件K1，其中，容性元件优选采用电容C，增设功率器件优选包括并联连接的基于晶体管的第七功率器件Q7与第七二极管D7，第七功率器件Q7的集电极以及第七二极管D7的阴极均与电容C的一端相连，电容C的另一端与锂离子电池1的负极相连，第七功率器件Q7的发射极以及第七二极管D7的阳极均与电机控制器2的功率器件相连，进一步优选第七功率器件Q7为增设的IGBT，第七二极管D7为增设的反并联二极管，也就是说，本发明利用电动汽车本身的已有的部分装置，比如电机控制器2、电动机3，然后额外增加了少量元器件比如电容C、第七功率器件Q7、第七二极管D7，即可搭建成本低温加热装置，占用体积小、成本低、效率高。

本发明以电动汽车本身的电机控制器2与电动机3的本身部件为基础，添加的元件有：电容C、增设功率器件Q7、D7与开关器件K1，然后通过开关器件K1以及增设功率器件Q7、D7各自的开启与关闭，结合电机控制器2本身功率器件的开启与关闭，使得容性元件与绕组电感形成LC振荡电路，具体表现为，使得电容C与接入低温加热装置的两相绕组电感形成LC振荡电路，使得电路中产生高频交变电流，不断流经锂离子电池1，由于锂离子电池1在低温下内阻较高，根据焦耳定律，加载的交变电流会在锂离子电池1内部产生大量热量，使锂离子电池1在低温环境下快速实现内部加热。

还需说明的是，在常温或高温环境下，无需使用低温加热装置，加热控制电路4中的开关器件K1闭合，电容C、第七功率器件Q7和第七二极管D7均被短路，电动汽车整体处于原有运行模式的工作状态；而当温度过低或者说在低温环境下，需要对锂离子电池进行低温加热，加热控制电路4中的开关器件K1断开，电容C、第七功率器件Q7和第七二极管D7均接入低温加热装置，整体处于低温加热模式的工作状态，本发明利用了电动汽车的部分固有装置，但是其正常运行模式与低温加热模式分别独立运行，互不影响。以下对低温加热模式进行详细说明，也就是对图1所示的锂离子电池低温加热装置的一种优选工作流程进行详细说明。以下实施例是闭合第一功率器件Q1、第四功率器件Q4以采用电机控制器2的第一组功率器件和第四组功率器件结合电动机3的第一绕组电感L1和第二绕组电感L2接入低温加热装置。

在锂离子电池温度过低时需要开启低温加热装置，其工作过程原理结合各步骤等效电路图介绍如下，步骤一：断开K1，闭合第一功率器件Q1和第四功率器件Q4，同时使第二功率器件Q2、第三功率器件Q3、第五功率器件Q5、第六功率器件Q6为断开状态，即选择第一绕组电感L1和第二绕组电感L2接入电路(接入低温加热装置)，第七功率器件Q7可以闭合或者断开，优选采用闭合状态，第七二极管D7导通，电路接通后，先静置一段时间，直至电容C两端电压与锂离子电池1的电源电压值保持一致。此步骤工作流程的等效电路图如图2所示。

步骤二：保持第一功率器件Q1至第六功率器件Q6的状态不变，闭合开关器件K1，断开第七功率器件Q7，此时电流从锂离子电池1的正极出发，流经第一绕组电感L1、第二绕组电感L2和开关器件K1，不通过第七功率器件Q7和电容C，短暂时刻后，第一绕组电感L1和第二绕组电感L2中的电流值达到目标电流值，该目标电流值为适合装置加热的最大电流值(由于该过程的电流值较大且增长迅速，需注意瞬时电流过大导致的器件损坏)，此时由于第七功率器件Q7断开，第七二极管D7反向，所以电容C上的电压保持不变，仍为第一步骤中与电源电压一致的电压值，此步骤工作流程的等效电路图如图3所示。

步骤三：保持第一功率器件Q1至第六功率器件Q6状态不变，断开开关器件K1，第七功率器件Q7仍为断开状态，根据电感上的电流不能突变的原理，两相绕组电感上的电流会继续保持上一时刻步骤二中达到的目标电流值，然后通过第七二极管D7继续给电容C进行充电，使得电容C两端的电压值在电源电压值的基础上增大，直至第一绕组电感L1、第二绕组电感L2上的电流逐渐减小到零；

且当第一绕组电感L1、第二绕组电感L2上的电流为零时，电容C两端的电压值大于电池两端的电压值，即U_C>U_E，此时闭合第七功率器件Q7，电流从电容C的正极流向锂离子电池1的正极，电容C电压值不断减小，直至和锂离子电池1的电压值相等；在电容C电压减小到锂离子电池1的电压值时，电路中的电流又达到最大值。根据电感上的电流不能突变的原理，电流会继续从电容C正极流向锂离子电池1的正极，电容C电压会继续下降一定值。同样的原理，当电容C电压低于锂离子电池1电压值时，电流也会反向流动，第七功率器件Q7延续闭合状态，第七二极管D7保持导通状态，反向电流可以直接流通，由此可以确认电容C和绕组电感(包括第一绕组电感L1和第二绕组电感L2)组成LC振荡电路，并且可以产生振荡电流，电容C两端的电压会在电池电压值的基础上上下振荡，电路中产生的高频交变电流不断流过锂离子电池1，由于锂离子电池1有内阻，根据焦耳定律，电阻在流经电流的过程中会生热，进而使锂离子电池1内部实现加热，此步骤工作流程的等效电路图如图4所示。

在振荡过程中，由于存在电阻对能量的消耗，使得振荡电流呈现衰减趋势，所以产生焦耳热的速率也在不断降低。当电流减小到一定值时，需要重新给电容进行升压，也就是说，需要重复执行步骤二、三，使得电池内部不断产生焦耳热，电池温度逐步上升，直至达到理想温度，完成低温环境下的加热过程，该加热过程可以通过全自动化控制，实现一键加热，快速高效，操作便捷。

本装置有效利用了电动汽车内部固有的电机控制器的部分功率器件和电动机内部部分绕组电感，只需简单添加容性元件、增设功率器件以及开关器件形成加热控制电路，能够控制容性元件、绕组电感形成LC振荡电路，并且可以产生振荡电流，容性元件两端的电压会在锂离子电池电压值的基础上上下振荡，电路中产生高频交变电流，不断流经锂离子电池，由于锂离子电池有内阻，根据焦耳定律，锂离子电池内阻在流经电流的过程中会生热，进而实现对锂离子电池进行低温环境下的内部加热，采用内部加热方法且对锂离子电池进行全过程加热直至适锂离子电池达到理想温度，也就是基于新能源电动汽车本身的电机控制器和电动机来有效实现动力锂离子电池的低温快速加热，从根本上解决了锂离子电池在低温环境下充放电性能差的问题，延长了锂离子电池的使用寿命，在电动汽车无外接电源的情况下，保证锂离子电池低温下快速加热的同时，本发明充分利用了电动汽车内部已有的设备，相较其他加热装置或方案节约成本、减小体积、降低重量，结构更为紧凑，且不影响电池本身的结构本装置采用的内部加热方式，不必对外部空气环境进行加热，避免了不必要的热损失，内部加热速率较为均匀，温度梯度较小，避免了温度局部过高的问题，加热效果好，同时还能减少外部环境温差导致的能耗，有效提高了热效率，使得加热过程中锂离子电池的温度一致性得以保证。

进一步优选地，各组功率器件还可以是均为封装的IGBT模块，每个IGBT模块内部封装一个已有IGBT这一功率器件及与其并联的一个稳压二极管，同样提升锂离子电池的整体加热效率。

优选地，锂离子电池低温加热装置还可以包括电池管理器，用来管理锂离子电池的各项参数，并控制加热过程。

本发明还涉及了一种包括上述锂离子电池低温加热装置的电动汽车，该电动汽车有效利用了车本身的已有的装置，包括电动机和电机控制器，具体是利用了电动汽车固有的电机控制器的部分功率器件和电动机内部部分绕组电感，只需再额外简单添加少量元器件，占用体积小且成本低，能够在无外接电源的情况下，达到对锂离子电池进行低温快速加热的功能，且加热效率高，保证了锂离子电池的使用寿命，并消除安全隐患，提高了整车的安全性能。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims (10)

1.一种锂离子电池低温加热装置，其特征在于，包括锂离子电池、电机控制器本身的两组功率器件以及电动机本身的两个绕组电感，还包括在电机控制器的功率器件与锂离子电池的负极之间设置的加热控制电路，所述锂离子电池、电机控制器的所述两组功率器件、电动机的所述两个绕组电感和所述加热控制电路依次连接组成回路，所述加热控制电路包括容性元件、增设功率器件和开关器件，所述容性元件和所述增设功率器件串联连接后再并联连接所述开关器件；通过加热控制电路中的开关器件以及增设功率器件各自的开启与关闭，使得加热控制电路中的容性元件与电动机本身的绕组电感形成LC振荡电路，并且产生振荡电流，容性元件两端的电压会在锂离子电池电压值的基础上上下振荡，电路中产生高频交变电流，不断流经锂离子电池，根据焦耳定律在电池内部产生热量，进而使电池内部加热。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池低温加热装置，其特征在于，所述两个绕组电感为电动机本身的三相定子绕组电感线圈中的任意两相的绕组电感，所述两组功率器件为电机控制器本身的若干组功率器件中分别与所述两相的绕组电感连接对应的两组功率器件；通过开关器件以及增设功率器件各自的开启与关闭，结合电机控制器本身功率器件的开启与关闭，使得容性元件与绕组电感形成LC振荡电路。

3.根据权利要求2所述的锂离子电池低温加热装置，其特征在于，所述电机控制器本身包括六组功率器件，所述电机控制器本身的第一组功率器件与第二组功率器件串联连接，第三组功率器件与第四组功率器件串联连接，第五组功率器件与第六组功率器件串联连接，三条串联连接的支路再并联连接；所述电动机本身的三相定子绕组电感线圈接出三相线，分别连接至第一组功率器件与第二组功率器件的串联连接点处、第三组功率器件与第四组功率器件串联连接点处、第五组功率器件与第六组功率器件串联连接点处；

当所述两个绕组电感为第一绕组电感和第二绕组电感时，所述两组功率器件为第一组功率器件和第四组功率器件，或为第二组功率器件和第三组功率器件；当所述两个绕组电感为第一绕组电感和第三绕组电感时，所述两组功率器件为第一组功率器件和第六组功率器件，或为第二组功率器件和第五组功率器件；当所述两个绕组电感为第二绕组电感和第三绕组电感时，所述两组功率器件为第三组功率器件和第六组功率器件，或为第四组功率器件和第五组功率器件。

4.根据权利要求3所述的锂离子电池低温加热装置，其特征在于，所述第一组功率器件包括并联连接的第一功率器件和第一二极管；

所述第二组功率器件包括并联连接的第二功率器件和第二二极管；

所述第三组功率器件包括并联连接的第三功率器件和第三二极管；

所述第四组功率器件包括并联连接的第四功率器件和第四二极管；

所述第五组功率器件包括并联连接的第五功率器件和第五二极管；

所述第六组功率器件包括并联连接的第六功率器件和第六二极管；

所述第一功率器件、第二功率器件、第三功率器件、第四功率器件、第五功率器件和第六功率器件均为基于晶体管的已有功率器件。

5.根据权利要求3所述的锂离子电池低温加热装置，其特征在于，所述六组功率器件中的每组功率器件均包括并联连接的一个已有IGBT和一个已有反并联二极管；

或，所述六组功率器件中的每组功率器件均为封装的IGBT模块，每个IGBT模块内部封装有并联连接的一个已有IGBT和一个已有反并联二极管。

6.根据权利要求4所述的锂离子电池低温加热装置，其特征在于，所述容性元件采用电容，所述增设功率器件包括并联连接的基于晶体管的第七功率器件与第七二极管，所述第七功率器件的集电极以及第七二极管的阴极均与电容的一端相连，所述电容的另一端与锂离子电池的负极相连，所述第七功率器件的发射极以及第七二极管的阳极均与电机控制器的功率器件相连。

7.根据权利要求6所述的锂离子电池低温加热装置，其特征在于，所述第七功率器件为增设的IGBT，所述第七二极管为增设的反并联二极管。

8.根据权利要求2至7之一所述的锂离子电池低温加热装置，其特征在于，所述电动机本身的三相定子绕组电感采用星形连接或三角形连接，两种连接方式等效。

9.根据权利要求1至7之一所述的锂离子电池低温加热装置，其特征在于，还包括电池管理器，所述电池管理器管理锂离子电池的各项参数，并控制加热过程。

10.一种电动汽车，其特征在于，包括权利要求1至9之一所述的锂离子电池低温加热装置。

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