CN109728382A - 电池充电预热装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电池充电预热装置和系统，该装置包括：变换单元、采样单元、控制单元和驱动单元；采样单元用于采集目标电池的电流值和温度值，并将目标电池的电流值和温度值输送到控制单元；控制单元用于根据目标电池的电流值和温度值确定电流控制信号，并将电流控制信号输送到驱动单元，以使驱动单元根据电流控制信号生成驱动信号，并将驱动信号输送到变换单元；变换单元用于接收直流电源提供的直流电，根据驱动信号将直流电变换为目标交流电，并将目标交流电输送到目标电池，以对目标电池进行预热。对目标电池的预热电流进行精准和稳定的控制，提高对目标电池的预热速度。

Description

电池充电预热装置和系统

技术领域

本发明涉及动力电池加热技术领域，尤其是涉及一种电池充电预热装置和系统。

背景技术

据了解，近10年内全球电动汽车中约有86％将采用锂离子电池为电力供应。锂电池是电动汽车核心动力电池，相比发展成熟的铅酸蓄电池，锂离子电池的单位重量储能高，价格也不昂贵，基本无毒。因此现在的新能源汽车普遍倾向于采用磷酸铁锂和锰酸锂电池。锂电池在寒冷环境中，为了获得更好的工作性能，对锂电池充电前需要进行预热。

现有技术中利用外部电源对锂电池进行预热，使得锂电池温度上升到常温或10℃以上，之后对锂电池进行使用或者直流充电，这种方法可以有效解决低温下电池充电和使用的问题。

但是外部电源对锂电池进行预热中产生的电流值，并不能进行控制且电流值不稳定，并且该外部电源产生的电流包括多种频率，有很多电流的频率不能对锂电池实现产热，导致对锂电池的预热过程不能稳定、精确地控制，并且锂电池的预热速度过慢。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电池充电预热装置和系统，以对目标电池的预热电流进行精准和稳定的控制，提高对目标电池的预热速度。

第一方面，本发明实施例提供了一种电池充电预热装置，该装置包括：变换单元、采样单元、控制单元和驱动单元；变换单元的第一输入端和第二输入端分别与直流电源的第一输出端和驱动单元的输出端连接；变换单元的第一输出端和第二输出端分别与目标电池的输入端和采样单元的第一输入端连接；采样单元的第二输入端和第三输入端分别与直流电源的第二输出端和目标电池的输出端连接；控制单元的输入端和输出端分别与采样单元的输出端和驱动单元的输入端连接；采样单元用于采集目标电池的电流值和温度值，并将目标电池的电流值和温度值输送到控制单元；控制单元用于根据目标电池的电流值和温度值确定电流控制信号，并将电流控制信号输送到驱动单元，以使驱动单元根据电流控制信号生成驱动信号，并将驱动信号输送到变换单元；变换单元用于接收直流电源提供的直流电，根据驱动信号将直流电变换为目标交流电，并将目标交流电输送到目标电池，以对目标电池进行预热。

进一步地，上述变换单元包括依次连接的逆变桥、变压器和LC谐振电路；逆变桥用于将直流电变换为交流电，并根据驱动信号把交流电的电流值变换为目标交流电的电流值；变压器用于将直流电的电压值变换为目标交流电的电压值；LC谐振电路用于过滤交流电的频率，以使交流电的频率达到目标交流电的频率。

进一步地，上述逆变桥包括单相逆变全桥。

进一步地，上述单相逆变全桥包括两个并联的桥臂；每个桥臂包括两个串联的开关管；其中，桥臂A包括开关管S1和开关管S2，桥臂B包括开关管S3和开关管S4；开关管S1和开关管S4对角排列，开关管S2和开关管S3对角排列；在一个开关管周期内，对角的开关管会产生移相角度；逆变桥用于根据驱动信号控制对应开关管的移相角度的大小，以使直流电的电流值变换为目标交流电的电流值。

进一步地，上述逆变桥还用于：根据驱动信号中的死区信号控制同一个桥臂的开关管交错导通，以避免同一个桥臂直通；其中，驱动信号包括死区信号。

进一步地，上述采样单元包括电压传感器、电流传感器和温度传感器；电压传感器用于分别采集直流电源的电压值和目标电池的电压值；电流传感器用于分别采集变压器的原边电流值和目标电池的电流值；温度传感器用于采集目标电池的温度值。

进一步地，上述控制单元包括控制模块、保护模块和状态指示模块；控制模块用于根据目标电池的电流值和温度值确定电流控制信号，并将电流控制信号输送至驱动单元；保护模块用于根据采样单元采集的电流值和电压值确定保护信号，并将保护信号输送到控制模块；其中，保护信号用于控制控制模块是否输送电流控制信号；状态指示模块用于显示变换单元是否正常运行；当控制模块停止输送电流控制信号时，显示变换单元为故障状态。

进一步地，上述保护模块还用于：将目标电池的电流值和目标电池的电压值分别与第一预设阈值和第二预设阈值进行比较，确定第一保护信号，并将第一保护信号输送到控制模块；将直流电源的电压值与第三预设阈值进行比较，确定第二保护信号，并将第二保护信号输送到控制模块；将变压器的原边电流值与第四预设阈值进行比较，确定第三保护信号，并将第三保护信号输送到控制模块；其中，保护信号包括第一保护信号、第二保护信号和第三保护信号。

进一步地，上述控制模块包括依次连接的计算模块和PI调节器；计算模块用于根据目标电池的温度值计算得到目标电流期望值，根据目标电池的电流值计算得到目标电池的电流有效值，根据目标电流期望值将电流有效值进行误差计算，得到误差值；PI调节器用于根据预设电流参考值对误差值进行比例积分调节，得到电流控制信号。

第二方面，本发明实施例提供了一种电池充电预热系统，包括如第一方面所述的电池充电预热装置，还包括与电池充电预热装置连接的直流电源。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供了一种电池充电预热装置和系统，该装置包括：变换单元、采样单元、控制单元和驱动单元；变换单元的第一输入端和第二输入端分别与直流电源的输出端和驱动单元的输出端连接；变换单元的第一输出端和第二输出端分别与目标电池的输入端和采样单元的第一输入端连接；采样单元的第二输入端与目标电池的输出端连接；控制单元的输入端和输出端分别与采样单元的输出端和驱动单元的输入端连接；采样单元用于采集目标电池的电流值和温度值，并将目标电池的电流值和温度值输送到控制单元；控制单元用于根据目标电池的电流值和温度值确定电流控制信号，并将电流控制信号输送到驱动单元，以使驱动单元根据电流控制信号生成驱动信号，并将驱动信号输送到变换单元；变换单元用于接收直流电源提供的直流电，根据驱动信号将直流电变换为目标交流电，并将目标交流电输送到目标电池，以对目标电池进行预热。对通过目标电池的预热电流和温度进行检测并进行调节，以对通过该目标电池的预热电流的电流值和频率值进行精准和稳定的控制，当对通过该目标电池的预热电流的频率进行过滤得到目标预热电流的频率，以提高对目标电池的预热速度。

本公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。

为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

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为本发明实施例提供的一种电池充电预热装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种电池充电预热装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种电池充电预热装置的主电路拓扑图；

图4为本发明实施例提供的一种驱动信号与目标电池电压值与目标电流值之间的关系图；

图5为本发明实施例提供的一种对目标电池电流值控制的示意图；

图6为本发明实施例提供的一种仿真得到的目标电池电流有效值和对应电流波形之间的关系图；

图7为本发明实施例提供的一种第一开关管对应的电池充电预热装置的主电路拓扑图；

图8为本发明实施例提供的一种第二开关管对应的电池充电预热装置的主电路拓扑图；

图9为本发明实施例提供的一种第三开关管对应的电池充电预热装置的主电路拓扑图；

图10为本发明实施例提供的一种第四开关管对应的电池充电预热装置的主电路拓扑图；

图11为本发明实施例提供的一种第五开关管对应的电池充电预热装置的主电路拓扑图；

图12为本发明实施例提供的一种LC谐振电路阻抗频率特性图；

图13为本发明实施例提供的一种电池充电预热系统的结构示意图。

图标：10-变换单元；11-采样单元；12-控制单元；13-驱动单元；101-逆变桥；102-变压器；103-LC谐振电路；121-控制模块；122-保护模块；123-状态指示模块；20-电池充电预热装置；21-直流电源。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

目前针对外部电源产生的预热电流值无法稳定和精准地控制的技术问题，基于此，本发明实施例提供的一种电池充电预热装置和系统，以对目标电池的预热电流进行精准和稳定的控制，提高对目标电池的预热速度。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种电池充电预热装置进行详细介绍。

实施例一

本发明实施例提供了一种电池充电预热装置，如图1所示，该装置包括：变换单元10、采样单元11、控制单元12和驱动单元13；

上述变换单元10的第一输入端和第二输入端分别与直流电源的第一输出端和驱动单元13的输出端连接；变换单元10的第一输出端和第二输出端分别与目标电池的输入端和采样单元11的第一输入端连接；采样单元11的第二输入端和第三输入端分别与直流电源的第二输出端和目标电池的输出端连接；控制单元12的输入端和输出端分别与采样单元11的输出端和驱动单元13的输入端连接；

上述目标电池可以是锂电池，而锂电池通常分成两大类包括锂金属电池和锂离子电池；虽然锂金属电池的能量密度高，但是由于其性质不够稳定而且不能充电，所以无法作为反复使用的动力电池。而锂电池由于具有反复充电的能力，被作为主要的动力电池发展，所以本发明可对锂离子电池在充电之前进行预热。

上述采样单元11用于采集目标电池的电流值和温度值，除此之外还可以采集变换单元10和直流电源的各种参数值，例如变换单元10在变换过程中某个模块的电压值和电流值，或者直流电源的输入电压值和输入电流值等，而采样单元11中采集电流值、电压值和温度值可以使用对应的传感器进行采集，并将采集到的目标电池的电流值和和温度值输送到所述控制单元。

上述控制单元12可以是DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)数字控制系统，用于根据目标电池的电流值和温度值确定电流控制信号，并将电流控制信号输送到驱动单元13，以使驱动单元13根据电流控制信号生成驱动信号，并将驱动信号输送到变换单元。其中，上述电流控制信号可以是PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)脉冲信号。

上述变换单元10用于接收直流电源提供的直流电，根据驱动信号将直流电变换为目标交流电，并将目标交流电输送到目标电池，以对目标电池进行预热。具体为，上述目标电池可以是锂电池，在直流电源通过本电池充电预热装置会产生高频交流电，该高频交流电通过锂电池的内阻，会加热锂电池的内阻，从而给锂电池预热。作为一种实施方式，该驱动信号不仅仅根据电流控制信号，还包括其他人为加入的控制信号，而该控制信号可根据具体情况而定。具体地，上述将直流电变换为目标交流电包括将直流电的电压值、电流值、以及电流的频率都变换为对应目标交流电所需的电压值、电流值和电流的频率。该驱动信号可将目标电池的电流值稳定运行于预设电流值，实现对目标电池的电流值进行精准和稳定的控制，一般目标电池输出的电流有效值大于或等于100A，使用大电流可对目标电池进行快速充电，保证目标电池的预热速度大于或等于3℃/min，可有效避免低温条件对动力电池进行充电给电池性能带来的影响。

本发明实施例中，该装置包括：变换单元、采样单元、控制单元和驱动单元；变换单元的第一输入端和第二输入端分别与直流电源的输出端和驱动单元的输出端连接；变换单元的第一输出端和第二输出端分别与目标电池的输入端和采样单元的第一输入端连接；采样单元的第二输入端与目标电池的输出端连接；控制单元的输入端和输出端分别与采样单元的输出端和驱动单元的输入端连接；采样单元用于采集目标电池的电流值和温度值，并将目标电池的电流值和温度值输送到控制单元；控制单元用于根据目标电池的电流值和温度值确定电流控制信号，并将电流控制信号输送到驱动单元，以使驱动单元根据电流控制信号生成驱动信号，并将驱动信号输送到变换单元；变换单元用于接收直流电源提供的直流电，根据驱动信号将直流电变换为目标交流电，并将目标交流电输送到目标电池，以对目标电池进行预热。对通过目标电池的预热电流和温度进行检测并进行调节，以对通过该目标电池的预热电流的电流值和频率值进行精准和稳定的控制，当对通过该目标电池的预热电流的频率进行过滤得到目标预热电流的频率，以提高对目标电池的预热速度。

实施例二

本发明实施例还提供了另一种电池充电预热装置，该实施例是在实施例一的基础上实现的，如图2所示，上述变换单元10包括依次连接的逆变桥101、变压器102和LC谐振电路103；上述控制单元12包括控制模块121、保护模块122和状态指示模块123；

上述变压器102可以是高频变压器，其原边匝数和副边匝数之比为N:1，该变压器连接原边电路和副边电路，起到安全隔离的作用，具体为，隔离变压器原副边，并将原边交流电压脉冲按变比折算为副边电压脉冲，以用于LC谐振电路中产生谐振，并用于将直流电源输出的直流电的电压值变换为目标交流电的电压值。

上述LC谐振电路用于过滤通过该电路的交流电的频率，以使该交流电的频率达到目标交流电的频率，其中，该目标交流电的频率大于1KHz小于20KHz。LC谐振电路包括电感L和电容C，可通过改变电感L和电容C的参数来改变电路中的谐振频率。由于LC谐振电路在感性谐振状态时，可实现零电压开通，有效降低开关管的损耗，所以在设计该LC谐振电路时，设计电感L和电容C的参数使得电路工作于感性谐振状态。

可选地，目标电池在使用过程中内阻会出现衰退的情况，即老化状态，随着目标电池不断的衰退，LC谐振电路中的谐振频率需要逐渐提高，具体为操作步骤为更换电感L和电容C的参数，以防止目标电池因为低温而导致快速老化。

上述逆变桥101包括单相逆变全桥，该单相逆变全桥由两个桥臂并联组成为桥臂A和桥臂B，每个桥臂由上下两个开关管串联组成，每个开关管内部均并联一个反向二极管和寄生电容；其中，开关管S1对应的反向二极管为D1、寄生电容为C1；开关管S2对应的反向二极管为D2、寄生电容为C2，依次类推，开关管S3和开关管S4对应的反向二极管和电容标号与开关管S1和开关管S2相同；桥臂A包括开关管S1和开关管S2，桥臂B包括开关管S3和开关管S4；开关管S1和开关管S4对角排列，开关管S2和开关管S3对角排列，在一个开关管周期内，对角的开关管会产生移相角度；逆变桥用于根据驱动信号控制对应开关管的移相角度的大小，以使直流电的电压值变换为产生谐振电流的正负电压脉冲，也就是使得直流电的电流值变换为目标交流电的电流值。

进一步地，每个桥臂中间各引出一个接头，可连接后续电路，其作用为通过开关管的电压产生等宽正负脉冲电压；同时为了防止同一桥臂的开关管同时导通，在驱动信号中加入死区信号来控制逆变桥，使得在同一桥臂中需要先关断一个开关管再导通另一个开关管，避免同一桥臂直通，使得直流电源短路，避免损坏桥臂器件。

如图3所示，图3为本发明实施例提供的一种电池充电预热装置的主电路拓扑图，其中，该主电路包括直流电源、变换单元10和目标电池，每个开关管并联的二极管和电容分别为开关管内部反向二极管和寄生电容，该拓扑虚线框中为锂电池，R为目标电池内阻，L为LC谐振电路的电感，C为LC谐振电路的电容。

上述的采样单元11包括电压传感器、电流传感器和温度传感器；该电压传感器用于分别采集直流电源的电压值和目标电池的电压值；电流传感器用于分别采集变压器102的原边电流值和目标电池的电流值；温度传感器用于采集目标电池的温度值，具体有效的温度值为采集目标电池的极耳温度值，因此非极耳温度采集点的数据不能计入统计。

上述控制单元12包括控制模块121、保护模块122和状态指示模块123；控制模块121用于根据目标电池的电流值和温度值确定电流控制信号，并将电流控制信号输送至驱动单元13；保护模块122用于根据采样单元采集的电流值和电压值确定保护信号，并将保护信号输送到控制模块；其中，保护信号用于控制控制模块是否输送电流控制信号；该保护信号包括第一保护信号、第二保护信号和第三保护信号。

进一步地，上述保护模块122还用于将目标电池的电流值和目标电池的电压值分别与第一预设阈值和第二预设阈值进行比较，确定第一保护信号，并将第一保护信号输送到控制模块121；具体地，为了防止目标电池的电压值和电流值分别超过预设阈值，通过计算得到目标电池的电压的峰值和电流的峰值对目标电池进行过压过流保护。

进一步地，上述保护模块122还用于将直流电源的电压值与第三预设阈值进行比较，确定第二保护信号，并将第二保护信号输送到控制模块121；具体地，通过采集直流电源侧输入电压值，防止该直流电源的电压过大或过小，从而影响电路工作。

进一步地，上述保护模块122还用于将变压器102的原边电流值与第四预设阈值进行比较，确定第三保护信号，并将第三保护信号输送到控制模块121；具体地，通过采集变压器102原边电流值查看变压器励磁电流工作情况，防止变压器102产生磁偏。

上述状态指示模块123用于显示变换单元12是否正常运行；当控制模块121停止输送电流控制信号时，显示变换单元12为故障状态；其中，该状态指示模块123包括LED灯，可通过LED灯的显示来指示变换单元12是否正常运行还是故障状态，方便观察。

上述控制模块121包括依次连接的计算模块和PI(proportional integralcontroller，比例积分)调节器；计算模块用于根据目标电池的温度值计算得到目标电流期望值，根据目标电池的电流值计算得到目标电池的电流有效值，根据目标电流期望值将电流有效值进行误差计算，得到误差值；PI调节器用于根据预设电流参考值对误差值进行比例积分调节，得到电流控制信号。

作为一种可能的实施方式，根据电流传感器采集到的一个周期内的目标电池的电流值计算其电流有效值，因为目标电池的极耳温度越低，其内阻值越大，极化内阻也越大，所以调节目标电池的电流值需要根据采集到的目标电池的极耳温度进行调节，来保证目标电池的预热速度不低于3℃/min；根据目标电池的极耳温度得到目标电流期望值，并将电流有效值与目标电流期望值进行误差计算，得到误差值。PI调节器根据预设电流参考值对误差值进行比例积分调节，得到电流控制信号，而该电流控制信息可用于控制移相角度的大小，从而控制目标电池的电流值，经过反复调节使得目标电池的电流值达到目标电流值。

作为一种可能的实施方式，本发明采用的是移相控制方式，电路驱动信号与变压器副边输出电压及变压器副边输出电流关系，如图4所示，其中，该变压器副边输出电压和变压器副边输出电流分别表示目标电池电流值，目标电池电压值表示谐振电压脉冲。α为移相角度，v_s为变压器副边电压(目标电池的电压值)，i_o为变压器副边输出电流，可结合图5具体分析总电路工作电压和电流。

变压器副边输出电压为：

其中，V_in表示直流电源输入电压；N表示变压器原副边变比。

根据傅里叶分析，变压器副边输出电压基波值为：

其中，V_sm表示变压器副边输出电压幅值。

其中，下面所称输出电压和输出电流分别表示变压器副边输出电压和变压器副边输出电流。

由于设计电路工作频率大于谐振频率，所以输出电流(目标电池的电流值)为非标准正弦波，近似求解得到输出电流峰值为：

输出电流峰值与移相角度、目标电池内阻R、电感L、电容C参数有关。当移相角度为0时，输出电流(目标电池的电流)最大，可以据此以及电路工作频率设计LC谐振电路中电容C和电感L的参数。

上述电池充电预热装置控制变量为输出电流有效值。具体控制方式为：根据采集到的一个周期内输出电流值计算实际输出电流有效值，将该输出电流有效值作为反馈信号，和电流参考信号作比较，得到误差值；将误差值输入到PI调节器进行调节，PI调节器的输出用于控制移相角度的大小，从而控制电路输出所需的电流值。而输出电流有效值根据采集到的锂电池的极耳温度进行调节，保证锂电池的预热速度不低于3℃/min，上述具体控制框图如图5所示。

同时总电路工作频率以及输出电流有效值大小，需根据电池特性进行确定，具体温升策略为：

1、电池温度越低，内阻值越大，极化内阻也越大。因此输出电流有效值需要根据温度进行调节，调节的目标是保证给目标电池预热的速度不低于3℃/min。

2、有效的温度传感信息需要采集目标电池的极耳温度，因此非极耳温度采集点的数据不能计入统计。

3、LC谐振电路的谐振频率调整依据是电池的内阻衰退情况，即老化状态，随着电池内阻衰退的进程，谐振频率需要逐步提高，防止电池低温快速衰退。

为了验证理论分析的正确性，以一组参数进行仿真，所设计参数LC谐振电路中谐振频率为918Hz，开关管频率为1kHz，设定电流有效值参考量为100A，利用MATLAB仿真得到的输出电流波形和计算得到的电流有效值，如图6所示，该图说明本发明可实现对输出电流值(目标电池电流值)进行精准和稳定的控制。

下面说明开关管半个周期的工作模态：

在一个开关管周期中，同一桥臂开关管交替导通，对角开关管产生一定的移相角度，即开关管S4滞后开关管S1一定角度导通，开关管S3滞后开关管S2一定角度导通，先导通的开关管对应的桥臂为超前桥臂，后导通的开关管对应的桥臂为滞后桥臂，移相范围为0～180o。在驱动信号对应的移相控制方式下，单相逆变全桥在前半个开关周期工作于5个工作模态，后半个周期工作模态与前半个周期类似。

工作模态1：如图7所示，开关管S1和开关管S4同时导通，输入直流电通过开关管加于变压器两端，变压器副边通过RLC谐振工作；其中，图中虚线部分表示该部分为断开状态，下面工作模态中的示意图与此类似；

工作模态2：如图8所示，开关管S1关断，变压器原边电流对寄生电容C1进行充电，寄生电容C2放电，变压器副边继续工作于谐振状态；

工作模态3：如图9所示，寄生电容C1和寄生电容C2充放电完成，反向二极管D2和开关管S4导通，进行续流，此时开关管S2导通，为零电压导通，变压器副边工作于谐振状态；

工作模态4：如图10所示，开关管S4关断，电流给寄生电容C4进行充电，同时寄生电容C3放电，变压器副边保持谐振；

工作模态5：如图11所示，寄生电容C4和寄生电容C3充放电完成，电流通过反向二极管D3和反向二极管D2续流，此时导通开关管S3，则开关管S3为零电压开通。当正向电流谐振为0后，电流通过开关管S3和开关管S2反向加于变压器原边，此后半周期工作状态与上述类似。

下面说明LC谐振电路的工作频率的设计：

变压器起到安全隔离与能量传输的作用，对变压器副边谐振电路进行分析，谐振电路阻抗频率特性为：

则电路谐振频率为：其中，电路谐振频率只与电感L和电容C值有关。

图12为RLC串联谐振电路阻抗频率特性图，如图12所示，当电路工作频率f等于谐振频率fr时，电路呈纯阻性，此时电路工作于谐振状态。当电路工作频率f大于fr时，电路阻抗呈感性，此时电路工作于感性谐振状态，电路输出电压超前于输出电流。当电路工作频率f小于fr时，电路阻抗呈容性,此时电路工作于容性谐振状态，输出电流超前电压。由于元器件参数与杂散电感影响，谐振频率无法精准预测，且容性谐振时开关为硬开关，所以，设计时让电路工作于感性谐振状态，即工作频率f>f_r，电路可实现零电压开通,有效降低开关损耗。

本发明实施例中，通过产生高频交变电流给目标电池进行预热。主电路采用隔离型LC串联谐振逆变桥拓扑，并实现了LC谐振电路下的大电流动力电池预热，可根据电池内阻调节电容C和电感L，使得主电路工作频率于1kHz到20kHz之间进行变化，并且根据电池温度对目标电池电流有效值进行调节，保证电池预热的速度不低于3℃/min。

实施例三

本发明实施例还提供了一种电池充电预热系统，如图13所示，该系统包括实施例一或实施例二中的电池充电预热装置20，还包括与该电池充电预热装置20连接的直流电源21。

本发明实施例提供了一种电池充电预热装置和系统，该装置包括：变换单元、采样单元、控制单元和驱动单元；变换单元的第一输入端和第二输入端分别与直流电源的输出端和驱动单元的输出端连接；变换单元的第一输出端和第二输出端分别与目标电池的输入端和采样单元的第一输入端连接；采样单元的第二输入端与目标电池的输出端连接；控制单元的输入端和输出端分别与采样单元的输出端和驱动单元的输入端连接；采样单元用于采集目标电池的电流值和温度值，并将目标电池的电流值和温度值输送到控制单元；控制单元用于根据目标电池的电流值和温度值确定电流控制信号，并将电流控制信号输送到驱动单元，以使驱动单元根据电流控制信号生成驱动信号，并将驱动信号输送到变换单元；变换单元用于接收直流电源提供的直流电，根据驱动信号将直流电变换为目标交流电，并将目标交流电输送到目标电池，以对目标电池进行预热。对通过目标电池的预热电流和温度进行检测并进行调节，以对通过该目标电池的预热电流的电流值和频率值进行精准和稳定的控制，当对通过该目标电池的预热电流的频率进行过滤得到目标预热电流的频率，以提高对目标电池的预热速度。本发明实施例提供的电池充电预热系统，与上述实施例提供的电池充电预热装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

另外，在本发明实施例的描述中，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，可以是两个元件内部的连通。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。

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。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体工作过程，可以参考前述装置实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置、系统、单元和模块，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，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以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电池充电预热装置，其特征在于，所述装置包括：变换单元、采样单元、控制单元和驱动单元；

所述变换单元的第一输入端和第二输入端分别与直流电源的第一输出端和所述驱动单元的输出端连接；所述变换单元的第一输出端和第二输出端分别与目标电池的输入端和所述采样单元的第一输入端连接；所述采样单元的第二输入端和第三输入端分别与所述直流电源的第二输出端和所述目标电池的输出端连接；所述控制单元的输入端和输出端分别与所述采样单元的输出端和所述驱动单元的输入端连接；

所述采样单元用于采集所述目标电池的电流值和温度值，并将所述目标电池的电流值和温度值输送到所述控制单元；

所述控制单元用于根据所述目标电池的电流值和温度值确定电流控制信号，并将所述电流控制信号输送到所述驱动单元，以使所述驱动单元根据所述电流控制信号生成驱动信号，并将所述驱动信号输送到所述变换单元；

所述变换单元用于接收所述直流电源提供的直流电，根据所述驱动信号将所述直流电变换为目标交流电，并将所述目标交流电输送到所述目标电池，以对所述目标电池进行预热。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述变换单元包括依次连接的逆变桥、变压器和LC谐振电路；

所述逆变桥用于将所述直流电变换为交流电，并根据所述驱动信号把所述交流电的电流值变换为目标交流电的电流值；

所述变压器用于将所述直流电的电压值变换为目标交流电的电压值；所述LC谐振电路用于过滤所述交流电的频率，以使所述交流电的频率达到所述目标交流电的频率。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述逆变桥包括单相逆变全桥。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述单相逆变全桥包括两个并联的桥臂；每个所述桥臂包括两个串联的开关管；其中，桥臂A包括开关管S1和开关管S2，桥臂B包括开关管S3和开关管S4；开关管S1和开关管S4对角排列，开关管S2和开关管S3对角排列；

在一个开关管周期内，对角的开关管会产生移相角度；

所述逆变桥用于根据所述驱动信号控制对应开关管的移相角度的大小，以使所述直流电的电流值变换为所述目标交流电的电流值。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述逆变桥还用于：

根据所述驱动信号中的死区信号控制同一个桥臂的开关管交错导通，以避免同一个桥臂直通；其中，所述驱动信号包括死区信号。

6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述采样单元包括电压传感器、电流传感器和温度传感器；

所述电压传感器用于分别采集所述直流电源的电压值和所述目标电池的电压值；

所述电流传感器用于分别采集所述变压器的原边电流值和所述目标电池的电流值；

所述温度传感器用于采集所述目标电池的温度值。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制单元包括控制模块、保护模块和状态指示模块；

所述控制模块用于根据所述目标电池的电流值和温度值确定电流控制信号，并将所述电流控制信号输送至所述驱动单元；

所述保护模块用于根据所述采样单元采集的电流值和电压值确定保护信号，并将所述保护信号输送到所述控制模块；其中，所述保护信号用于控制所述控制模块是否输送所述电流控制信号；

所述状态指示模块用于显示所述变换单元是否正常运行；当所述控制模块停止输送所述电流控制信号时，显示所述变换单元为故障状态。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述保护模块还用于：

将所述目标电池的电流值和所述目标电池的电压值分别与第一预设阈值和第二预设阈值进行比较，确定第一保护信号，并将所述第一保护信号输送到所述控制模块；

将所述直流电源的电压值与第三预设阈值进行比较，确定第二保护信号，并将所述第二保护信号输送到所述控制模块；

将所述变压器的原边电流值与第四预设阈值进行比较，确定第三保护信号，并将所述第三保护信号输送到所述控制模块；其中，所述保护信号包括所述第一保护信号、所述第二保护信号和所述第三保护信号。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述控制模块包括依次连接的计算模块和PI调节器；

所述计算模块用于根据所述目标电池的温度值计算得到目标电流期望值，根据所述目标电池的电流值计算得到所述目标电池的电流有效值，并根据所述目标电流期望值将所述电流有效值进行误差计算，得到误差值；

所述PI调节器用于根据预设电流参考值对所述误差值进行比例积分调节，得到电流控制信号。

10.一种电池充电预热系统，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的电池充电预热装置，还包括与所述电池充电预热装置连接的直流电源。