CN110970690B - 电池加热系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池加热系统及其控制方法。该系统包括：与电池组的正极连接的第一开关、与电池组的负极连接的第二开关、连接于第一开关和第二开关之间的开关组件、与开关组件连接的电机以及主控制器；其中，第一开关、第二开关、开关组件和主控制器集成于同一壳体内；主控制器用于根据电池组的状态参数确定电池组需要加热，并发送电池加热请求至整车控制器，以使整车控制器在确定车辆处于静置状态以及电机未工作的情况下，根据电池加热请求发送电池加热指令至主控制器；主控制器用于根据电池加热指令控制第一开关、第二开关以及开关组件，以对电池组进行加热。根据本发明实施例，既降低成本又提高了加热效率。

Description

电池加热系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及电池领域，尤其涉及一种电池加热系统及其控制方法。

背景技术

锂电池具有能量密度高，可循环充放电，安全环保等一系列优点，目前已被广泛应用到新能源汽车、消费电子和储能系统中。特别是在新能源汽车领域，世界各国都在大力扶持电动汽车产业的发展。但是锂电池在低温环境下的使用会受到一定限制，低温下锂电池的放电容量会严重衰退，同时低温下锂电池也不能进行充电，因此需要对动力锂电池加热。

目前可以通过外部加热的方式对车载动力锂电池进行加热。外部加热方法主要包括空气加热、液体加热、相变材料加热、热电阻加热等加热方法。这些外部加热方法中所用的材料通常都被封装在电池包中。并且这些外部加热方法需要使用专用的热循环容器，通过间接加热导热物质，并通过特殊结构件将热量传导到动力锂电池上。这种外部导热的加热方式，加热效率低且成本较高。

发明内容

本发明实施例提供一种电池加热系统及其控制方法，在降低成本的基础上提高了电池组的加热效率。

根据本发明实施例的一方面，提供一种电池加热系统，系统用于对电池组加热，系统包括：与电池组的正极连接的第一开关、与电池组的负极连接的第二开关、连接于第一开关和第二开关之间的开关组件、与开关组件连接的电机以及主控制器；其中，

第一开关、第二开关、开关组件和主控制器集成于同一壳体内；

主控制器用于根据电池组的状态参数确定电池组需要加热，并发送电池加热请求至整车控制器，以使整车控制器在确定车辆处于静置状态以及电机未工作的情况下，根据电池加热请求发送电池加热指令至主控制器；

主控制器用于根据电池加热指令控制第一开关、第二开关以及开关组件，以对电池组进行加热。

根据本发明实施例的一方面，提供一种电池加热系统的控制方法，应用于如本发明实施例提供的电池加热系统，方法包括：

主控制器根据电池组的状态参数确定电池组需要加热，并发送电池加热请求至整车控制器，以使整车控制器在确定车辆处于静置状态以及电机未工作的情况下，根据电池加热请求发送电池加热指令至主控制器；

主控制器根据电池加热指令控制第一开关、第二开关以及开关组件，以对电池组进行加热。

根据本发明实施例中的电池加热系统及其控制方法，通过将第一开关、第二开关、开关组件和主控制器集成于同一壳体内，结构简单并降低成本。在降低成本的基础上，通过主控制器对第一开关、所述第二开关以及所述开关组件的控制，可以在电池组所在的高压回路中产生持续不断的交变激励电流，交变激励电流持续流过电池组，使电池组内阻发热，从而从内部加热电池，从而提高加热效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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为本发明一些实施例提供的电池加热系统的结构示意图；

图2为本发明另一些实施例提供的电池加热系统的结构示意图；

图3为本发明再一些实施例提供的电池加热系统的结构示意图；

图4为本发明一些实施例提供的电池加热系统的控制方法的流程示意图；

图5为本发明另一些实施例提供的电池加热系统的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，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描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。

需要说明的是，在本文中，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……”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。

图1示出本发明一些实施例提供的电池加热系统。如图1所示，电池加热系统用于对电池组E加热，该系统包括：与电池组E的正极连接的第一开关K1、与电池组E的负极连接的第二开关K2、连接于第一开关K1和第二开关K2之间的开关组件K3、与开关组件K3连接的电机M以及主控制器P。

第一开关K1、第二开关K2、开关组件K3和主控制器P集成于同一壳体内。

主控制器P用于根据电池组E的状态参数确定电池组E需要加热，并发送电池加热请求至整车控制器，以使整车控制器在确定车辆处于静置状态以及电机M未工作的情况下，根据电池加热请求发送电池加热指令至主控制器P。

主控制器P用于根据电池加热指令控制第一开关K1、第二开关K2以及开关组件K3，以对电池组E进行加热。

在一些示例中，主控制器P与电池组E连接，图中未示出该连接关系，用于获取电池组E的状态参数。主控制器P还与开关组件K3连接，图中未示出该连接关系，用于控制开关组件K3处于断开状态或处于导通状态。

在一些示例中，主控制器P还与第一开关K1和第二开关K2连接，图中未示出该连接关系，用于控制第一开关K1和第二开关K2的闭合和断开。

本发明实施例提供的电池加热系统，通过将第一开关K1、第二开关K2、开关组件K3和主控制器P集成于同一壳体内，结构简单并降低成本。在降低成本的基础上，通过主控制器P对第一开关K1、第二开关K2以及开关组件K3的控制，可以在电池组E所在的高压回路中产生持续不断的交变激励电流，交变激流电流持续流过电池组E，使电池组E内阻发热，从而从内部加热电池，提高了加热效率。

图2示出本发明另一些实施例提供的电池加热系统。图2示出图1中开关组件K3和电机M的具体结构。

作为一个示例，第一开关K1为与电池组E的正极连接的主正开关V+，第二开关K2为与电池组E的负极连接的主负开关V-。

开关组件K3包括并联的第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂。第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂均具有上桥臂和下桥臂，且每个上桥臂均设置有开关单元，每个下桥臂也均设置有开关单元。

比如，如图2所示，第一相桥臂为U相桥臂，第二相桥臂为V相桥臂，第三相桥臂为W相桥臂。其中，U相桥臂的上桥臂的开关单元为第一开关单元V1，U相桥臂的下桥臂设置有第二开关单元V2。V相桥臂的上桥臂的开关单元为第三开关单元V3，V相桥臂的下桥臂的开关单元为第四开关单元V4。W相桥臂的上桥臂的开关单元为第五开关单元V5，W相桥臂的下桥臂的开关单元为第六开关单元V6。

在一些示例中，开关单元可包括绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT)芯片、IGBT模块、金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)等功率开关器件中的一种或多种。在此对开关单元中各IGBT器件和MOSFET器件等的组合方式及连接方式并不限定。对上述功率开关器件的材料类型也不做限定，比如，可采用碳化硅(SiC)或其他材料制得的功率开关器件。

其中，每个开关单元均具有对应的寄生二极管。其中，第一开关单元V1、第二开关单元V2、第三开关单元V3、第四开关单元V4、第五开关单元V5和第六开关单元V6分别对应的寄生二极管为寄生二极管VD1、寄生二极管VD2、寄生二极管VD3、寄生二极管VD4、寄生二极管VD5和寄生二极管VD6。

作为一个示例，每个开关单元的二极管可以是普通的功率硅(Si)二极管，也可以是SiC二极管，本发明实施例对寄生二极管的材料类型不做限定。

在本发明的实施例中，电机M的第一相输入端、第二相输入端和第三相输入端分别与第一相桥臂中上桥臂和下桥臂的连接点、第二相桥臂中上桥臂和下桥臂的连接点和第三相桥臂中上桥臂和下桥臂的连接点连接。

作为一个示例，参见图2将电机M的定子等效为三相定子电感，即定子电感L1、定子电感L3和定子电感L5。每一相定子电感与一相桥臂连接定子电感具有储能和放能的功能。其中，定子电感L1的一端、定子电感L3的一端和定子电感L5一端连接在一个公共端。

定子电感L1的非公共端即为第一相输入端，定子电感L3的非公共端即为第二相输入端，定子电感L5的非公共端即为第三相输入端。

值得一提的是，电机M的第一相输入端、第二相输入端和第三相输入端可作为输入端输入电流，也可作为输出端输出电流。

在一些示例中，主正开关V+、主负开关V-和第一开关单元V1、第二开关单元V2、第三开关单元V3、第四开关单元V4、第五开关单元V5和第六开关单元V6可通过Si或SiC晶圆方式封装成一个整个模块，并设置于上述壳体中。

需要说明的是，主控制器P与开关组件K3中的每个开关单元均连接，该连接关系并未在图2中示出。

在一些示例中，主控制器P用于为目标上桥臂开关单元和目标下桥臂开关单元提供驱动信号，以控制目标上桥臂开关单元和目标下桥臂开关单元周期性地导通和断开。

驱动信号具体可为脉冲信号。进一步地，驱动信号可为脉冲宽度调制(PulseWidth Modulation，PWM)信号。在一些示例中，驱动信号中的高电平可驱动开关单元导通，驱动信号中的低电平信号可驱动开关单元断开。驱动信号可控制目标上桥臂开关单元和目标下桥臂开关单元周期性的导通和断开。

其中，目标上桥臂开关单元为第一相桥臂、第二相桥臂、第三相桥臂中任意一个桥臂的上桥臂的开关单元，目标下桥臂开关单元为除目标上桥臂开关单元所在的桥臂外的至少一个桥臂的下桥臂的开关单元。

需要说明的是，没有受到驱动信号驱动的开关单元(即除目标上桥臂开关模单元和目标下桥臂开关单元之外的开关单元)均断开。

比如，若目标上桥臂开关单元为第一开关单元V1，则目标下桥臂开单元为第四开关单元V4和/或第六开关单元V6。依次类推，在此不再一一列举。

需要说明的是，周期性的导通和断开的每一周期中的目标上桥臂开关单元、目标下桥臂开关单元可以相同，也可以不同，在此并不限定。比如，每个周期中驱动信号驱动的均为第一开关单元V1和第四开关单元V4的导通和断开。又比如，在第一个周期中，驱动信号驱动第一开关单元V1和第四开关单元V4的导通和断开；在第二个周期中，驱动信号驱动第三开关单元V3和第二开关单元V2的导通和断开；在第三个周期中，驱动信号驱动第一开关单元V1、第四开关单元V4和第六开关单元V6的导通和断开；即不同的周期中，驱动信号驱动的目标上桥臂开关单元、目标下桥臂开关单元可以不同。

驱动信号驱动目标上桥臂开关单元和目标下桥臂开关单元周期性地导通和断开，从而在电池组E、主正开关V+、目标上桥臂开关单元、电机M、目标下桥臂开关单元、主负开关V-所形成的回路中产生了交变电流。具体的，可产生交变正弦波电流。即电池组E交替进行充电和放电。在电池组E交替进行充电和放电的过程中，电池组E均会产生热量，即电池组E从内部发热。从而实现对电池组E的加热。

需要说明的是，由于电池加热系统可安装在用电设备中。比如，电池加热系统安装在电动车辆中。在车辆处于行驶制动等工作状态下时，主控制器P驱动三相电压型逆变电路中的V1～V6中的6个开关单元顺序交替导通，在负载电机M上产生交变的正弦波电流，驱动电机M正常工作。电机M和开关组件K3均处于工作状态，主控制器P无法对开关组件K3中的各个桥臂中的开关单元进行控制。

因此在本发明的实施例中，主控制器P可在确定电机M和开关组件K3均处于非工作状态时，即车辆处于静置状态时，主控制器P再向开关组件K3发送驱动信号。

在一些实施例中，当主控制器P根据确定电池组E的状态参数确定电池组E需要加热时，则向整车控制器发送电池加热请求。其中，主控制器P与电池组E连接，用于获取电池组E的状态参数。

在一些示例中，可在电池组E内设置温度传感器和剩余电量(State of Charge，SOC)采集单元，主控制器P从温度传感器和SOC采集单元中获取电池组E的温度和电池组E的SOC。这里电池组E温度具体可为电池组E壳体的温度，也可为电池组E内部空间中空气的温度，也可为电池组E中任意一个电池组E或电池单元的温度，还可为电池组E中所有电池组E或电池单元的温度的平均值等等，在此并不限定。

主控制器P用于当电池组E的温度满足第一预设条件且电池组E的SOC满足第二预设条件的情况下，发送电池加热请求至整车控制器。

其中，第一预设条件可以为电池组的温度低于一个预设的电池组E可正常工作的最低温度阈值，也可以为电池组的温度不属于预设的电池组E可正常工作的温度取值范围。第二预设条件可以为电池组的SOC预设的最低SOC阈值，也可以为电池组的温度不属于预设的SOC取值范围。对于第一预设条件和第二预设条件可根据工作场景和工作需求设定，在此不做限定。

作为一个具体示例，当电池组E的温度低于第一预设温度阈值，且电池组E的SOC高于预设SOC阈值时，则主控制器P确定电池组E需要进行加热。

当整车控制器接收到电池加热请求后，判断电池组E所在的车辆是否处于静置状态、开关组件K3和电机M是否在工作。若整车控制器确定车辆处于静置状态且开关组件K3和电机M均未工作，则发送电池加热指令至主控制器P。当主控制器P接收到电池加热指令后，控制主正开关V+和主负开关V-闭合，并为开关组件K3提供驱动信号，以控制开关组件K3周期性地处于导通状态和断开状态，使电池加热系统中产生交变电流，实现对电池组E进行加热。

其中，主控制器P在控制主正开关V+和主负开关V-均闭合之后，为开关组件K3提供驱动信号。作为一个示例，主控制器P可先控制第二开关K2闭合，再控制主正开关V+闭合。

在图2中，在电池组E与主正开关V+之间的电阻为电池组E的等效内阻Rx。电池组E的内阻在温度较低时阻值增大。比如在-25℃下的动力锂电池的内阻为25℃下的动力锂电池的内阻的5至15倍。在电池组E交替进行充电和放电的过程中，产生的热量更大，加热速度更快。

在一些示例中，参见图2，图2中的每个开关单元均包括开关功率器件。第一开关单元V1包括第一功率开关器件S1，第二开关单元V2包括第二功率开关器件S2，第三开关单元V3包括第三功率开关器件S3，第四开关单元V4包括第四功率开关器件S4，第五开关单元V5包括第五功率开关器件S5，第六开关单元V6包括第六功率开关器件S6。其中，第一功率开关器件S1的寄生二极管为VD1，第二功率开关器件S2的寄生二极管为VD2，第三功率开关器件S3的寄生二极管为VD3，第四功率开关器件S4的寄生二极管为VD4，第五功率开关器件S5的寄生二极管为VD5，第六功率开关器件S6的寄生二极管为VD6。

其中，上桥臂的开关单元的寄生二极管的阳极，与上桥臂与下桥臂的连接点连接；上桥臂的开关单元的寄生二极管的阴极，与上桥臂与主正开关V+连接的一端连接。下桥臂的开关单元的寄生二极管的阳极与下桥臂与主负开关V-连接的一端连接；上桥臂的开关单元的寄生二极管的阴极，与上桥臂与下桥臂的连接点连接。

在本发明的一些实施例中，电池加热系统还包括与开关组件K3并联的电容C，例如电容C为直流支撑(Dc-link)电容。其中，支撑电容与第一相桥臂并联，同理，支撑电容与第二相桥臂和第三相桥臂均为并联关系。支撑电容的一端与第一相桥臂与主正开关V+相连的一端连接，支撑电容的另一端与第一相桥臂与主负开关V-相连的一端连接。Dc-link电容是为了避免开关组件K3中的开关单元在状态切换时产生的电压过冲和瞬时过电压对三相全桥逆变电路中开关单元的影响，稳定直流母线上的电压，使电压波动保持在允许范围内。

在本发明的实施例中，将主正开关V+、主负开关V-、开关组件K3、主控制器P和电容集成于同一壳体，可以减少线束的数量和线束的长度，更好的优化线束上的寄生参数。作为一个示例，可减少对Dc-link电容的设计参数要求。

在本发明的一些实施例中，参见图2，电池加热系统还包括设置于电池组E的负极和主负开关V-之间的电流传感器，用于采集电池组E的加热电流。主控制器P通过利用电流传感器加热的加热电流可以判断电池加热系统中是否处于正常工作模式。作为一个示例，若电池组E的加热电流达到预设电流阈值，则可以认为电池加热系统不处于正常工作模式，即处于异常工作模式。

在本发明的一些实施例中，参见图2，电池加热系统还包括设置于电池组E的负极和主正开关V+之间的保险模块I。作为一个示例，保险模块I为手动维护开关(ManualService Disconnect，MSD)。作为一个具体示例，当电池加热系统处于异常工作模式，通过MSD可以快速切断高压电路，保证电池组E的安全。

作为另外一个示例，保险模块I也可以为保险丝，当电池组E的加热电流达到该保险丝对应的阈值时，则保险丝将会快速熔断，以切断回路，提高了电池加热的安全性。

如图2所示，当主控制器提供驱动信号至目标上桥臂开关单元和目标下桥臂开关单元后，若驱动信号驱动目标上桥臂开关单元和目标下桥臂开关单元导通，则形成电池组E的放电回路，电流方向为电池组E→保险模块I→主正开关V+→目标上桥臂开关单元→与目标上桥臂开关单元对应的定子电感→与目标下桥臂开关单元对应的定子电感→目标下桥臂开关单元→主负开关V-→电流传感器→电池组E。

若驱动信号驱动目标上桥臂开关单元和目标下桥臂开关单元断开，由于定子电感具有储能功能，定子电感放电，则形成电池组E的充电回路，电流方向为与目标上桥臂开关单元对应的定子电感→目标上桥臂开关单元的寄生二极管→主正开关V+→保险模块I→电池组E→电流传感器→主负开关V-→目标下桥臂开关单元的寄生二极管→与目标下桥臂开关单元对应的定子电感。

在一些示例中，驱动信号的频率的范围为100赫兹至100000赫兹。驱动信号的频率即为开关单元的开关频率。驱动信号的占空比的范围为5％至50％。驱动信号的占空比即为开关单元的导通时长占导通时长与断开时长的和的比例。

由于目标上桥臂开关单元和目标下桥臂开关单元选取的不同，则交变电流传输的回路也不同。下面以图2所示的电池加热系统为例，说明电池加热系统中产生的交变电流的传输回路以及电流方向。

第一种方式：目标上桥臂开关单元包括第一相桥臂的上桥臂的开关单元，目标下桥臂开关单元包括第二相桥臂的下桥臂的开关单元。

在第一种方式中，主控制器P向第一功率开关器件S1和第四功率开关器件S4发送驱动信号，驱动第一功率开关器件S1和第四功率开关器件S4导通。电池组E放电，形成电池组E的放电回路。电流方向为电池组E→保险模块I→主正开关V+→第一功率开关器件S1→定子电感L1→定子电感L3→第四功率开关器件S4→主负开关V-→电流传感器→电池组E。

主控制器P向第一功率开关器件S1和第四功率开关器件S4发送的驱动信号，驱动第一功率开关器件S1和第四功率开关器件S4断开，定子电感L1和定子电感L3放电，对电池组E充电，形成电池组E的充电回路。电流方向为定子电感L1→第一功率开关器件S1的寄生二极管VD1→主正开关V+→保险模块I→电池组E→电流传感器→主负开关V-→第四功率开关器件S4的寄生二极管VD4→定子电感L3。

第二种方式：目标上桥臂开关单元包括第一相桥臂的上桥臂的开关单元，目标下桥臂开关单元包括第二相桥臂的下桥臂的开关单元和第三相桥臂的下桥臂的开关单元。

在第二种方式中，主控制器P向第一功率开关器件S1、第四功率开关器件S4和第六功率开关器件S6发送驱动信号，驱动第一功率开关器件S1、第四功率开关器件S4和第六功率开关器件S6导通。电池组E放电，形成电池组E的放电回路。电流方向为电池组E→保险模块I→主正开关V+→第一功率开关器件S1→定子电感L1→定子电感L2和定子电感L3→第四功率开关器件S4和第六功率开关器件S6→主负开关V-→电流传感器→电池组E。定子电感L2和定子电感L3并联后，再与定子电感L1串联。

主控制器P向第一功率开关器件S1、第四功率开关器件S4和第六功率开关器件S6发送的驱动信号，驱动第一功率开关器件S1、第四功率开关器件S4和第六功率开关器件S6断开。定子电感L1、定子电感L2和定子电感L3放电，对电池组E充电，形成电池组E的充电回路。电流方向为定子电感L1→第一功率开关器件S1的寄生二极管VD1→主正开关V+→保险模块I→电池组E→电流传感器→主负开关V-→第四功率开关器件S4的寄生二极管VD4和第六功率开关器件S6的寄生二极管VD6→定子电感L2和定子电感L3。

依次类推，通过选取不同的目标上桥臂开关单元和目标下桥臂开关单元可以形成多种加热方式，在此不再穷举。通过控制改变功率开关器件之间的控制时序，实现对电池组E的快速充放电，以对电池组E进行加热。需要说明的是，在上述每种加热方式中，非目标上桥臂开关单元和非目标下桥臂开关单元均处于断开状态。

在本发明的实施例中，驱动信号驱动开关组件K3中的各开关单元产生的交变电流的大小与驱动信号的频率和占空比相关。交变电流的大小越大，则电池组E产生的热量越多。随着电池组E温度的升高，电池组E的阻抗逐渐减少，因此流经电池组E的加热电流逐渐增大。当主控制器P检测到加热电流变大后，为了防止回路中加热电流过大引起回路中器件的烧毁，同时也为了稳定电池组E的加热速率，在对电池组加热的过程中，主控制器P可根据电池组E的状态参数得到期望频率和期望占空比，并为开关组件K3提供具有期望频率和期望占空比的驱动信号。

在一些具体示例中，主控制器P根据采集的电池组E的状态参数以及比例-积分-导数(proportion-integral-derivative，PID)算法，可以得出驱动信号的期望占空比和期望频率。主控制器P将驱动信号的原有频率和原有占空比调整为上述期望频率和期望占空比，然后利用具有期望频率和期望占空比的驱动信号控制目标上桥臂开关单元和目标下桥臂开关单元的导通时长和断开时长，以此来实时控制加热电流的大小。具体地，主控制器P可以利用PID控制算法去动态增大驱动信号的频率和/或减少驱动信号的占空比，从而控制加热电流。其中，电池组E的状态参数可以为加热电流、温度、SOC和电压等参数中的任意一种。

在一些示例中，在电池组的加热过程中，主控制器P也可以利用预设的电池组的状态参数与占空比的对应关系、预设的电池组的状态参数与频率的对应关系，以及获取的电池组E的当前状态参数，得到当前状态参数对应的期望占空比和期望频率，从而实现在加热过程中，动态查询电池组E的状态参数对应的期望频率和期望占空比。其中，预设的电池组的状态参数与占空比的对应关系可以为至少一种状态参数与占空比的对应关系，预设的电池组的状态参数与频率的对应关系也可以为至少一种状态参数与占空比的对应关系。

在本发明的一些实施例中，电池加热系统还包括水冷子系统，图中未示出。其中，电机M通过水冷子系统将自身产生的热量传输至电池组E；和/或，开关组件K3通过水冷子系统将自身产生的热量传输至电池组E。

作为一个示例，当电机M和开关组件K3处于正常工作状态时，电机M的周围和开关组件K3的周围均会产生热量。水冷子系统采集电机M的温度和电池组E的温度，并判断电机M的温度减去电池组E的温度的差值是否超过第二预设温度阈值。当电机M的温度减去电池组E的温度的差值超过第二预设温度阈值时，则水冷子系统打开阀门，将电机M产生的热量传输至电池组E，以对电池组E进行外部加热。其中，电机M的温度可以为电机M周围的环境温度。

作为一个示例，水冷子系统采集开关组件K3的温度和电池组E的温度，并判断开关组件K3的温度减去电池组E的温度的差值是否超过第三预设温度阈值。当开关组件K3的温度减去电池组E的温度的差值超过第三预设温度阈值时，则水冷子系统打开阀门，将开关组件K3产生的热量传输至电池组E，以对电池组E进行外部加热。其中，开关组件K3产生的热量可以为开关组件K3中的至少一个开关单元产生的热量。其中，开关组件K3的温度可以为开关组件K3周围的环境温度、开关组件K3中所有开关单元的环境温度的平均值或某一开关单元的环境温度等等，在此不做限定。

在一些示例中，当电机M的温度减去电池组E的温度的差值超过第二预设温度阈值，且开关组件K3的温度减去电池组E的温度的差值超过第三预设温度阈值时，则电机M和开关组件K3均可以通过水冷子系统将热量传输至电池组E，以对电池组E进行外部加热。

通过水冷子系统实现对电池组E的外部加热，以及结合上述内部加热对电池组E进行综合加热，可进一步提高对电池组E的加热效率。

继续参见图2，在本发明的一些实施例中，主控制器P包括电池管理模块P10和电机控制器P20。其中，电池管理模块P10与电池组E连接(图中未示出该连接关系)，用于获取电池组E的状态参数。电机控制器P20与每个开关单元连接，用于为每个开关单元提供驱动信号，以控制每个开关单元的导通和断开。

其中，电池管理模块P10用于根据采集的电池组E的状态参数确定电池组E需要加热，并发送电池加热请求至整车控制器。整车控制器在确定车辆处于静置状态以及电机M未工作的情况下，根据电池加热请求发送电池加热指令至电机控制器P20。

其中，电池管理模块P10确定电池组E是否需要加热的方法与上述主控制器P确定电池组E是否需要加热的方法相类似，在此不再赘述。

电机控制器P20用于在接收到电池加热指令后与电池管理模块P10建立通信。电池管理模块P10还用于控制第一开关K1和第二开关K2均闭合，并在第一开关K1和第二开关K2均闭合后，发送开关闭合信息至电机控制器P20。电机控制器P20还用于在接收到开关闭合信息之后，控制开关组件K3，以对电池组E进行加热。其中，开关闭合信息包括第一开关K1的闭合信息和第二开关K2的闭合信息。

在一些示例中，电机控制器P20通过向开关组件K3中的开关单元提供驱动信号，以使开关组件K3周期性地导通或断开，从而在电池组E所在的高压回路中产生持续不断的交变激励电流，交变激流电流持续流过电池组E，使电池组E内阻发热，从而从内部加热电池，从而提高加热效率。

参见图2，电机控制器P20与每个开关单元连接，图中未示出该连接关系，用于控制开关单元的导通和断开。电机控制器P20为目标上桥臂开关单元和目标下桥臂开关单元提供驱动信号，以控制目标上桥臂开关单元和目标下桥臂开关单元周期性地导通和断开。

电机M控制目标上桥臂开关单元和目标下桥臂开关单元周期性地导通和断开的方法，与上述主控制器P控制目标上桥臂开关单元和目标下桥臂开关单元周期性地导通和断开的方法相类似，具体可参见上述实施例。

在车辆静置时，通过电池管理模块P10和电机控制器P20的相互配合，可以在高压回路中产生交变激励电流流过电池组E，以从内部加热电池组E。

在利用电池管理模块P10和电机控制器P20对电池组E进行加热的过程中，类似地，电池管理模块P10也可以根据电流传感器采集的电流和PID算法，得到期望占空比和期望频率，并将期望占空比和期望频率发送至电机控制器P20。电机控制器P20得到期望占空比和期望频率之后，将驱动信号的原有频率和原有占空比调整为期望频率和期望占空比，然后电机控制器P20利用具有期望频率和期望占空比的驱动信号控制开关组件K3，以此来实时控制加热电流的大小。

在本发明的实施例中，电池管理系统和电机控制器P20可以分开设计也可进行集中式设计，两者之间的通讯方式可以有多种选择，例如常用的控制器局域网络(ControllerArea Network,CAN)系统或车载以太网系统。

在本发明的一些实施例中，如图3所示，电池组E、第一开关K1、第二开关K2、开关组件K3和主控制器P可以集成在同一壳体内，例如集成在电池包内。通过将电池组E、第一开关K1、第二开关K2、开关组件K3和主控制器P进行集成设置，不仅结构简单，而且便于制造，降低成本。

下面结合图4和图2对电池加热系统的控制方法进行详细介绍。图4为本发明一些实施例提供的电池加热系统的控制方法的流程示意图，该方法包括以下步骤：

S410，主控制器P根据电池组E的状态参数确定电池组E需要加热，并发送电池加热请求至整车控制器，以使整车控制器在确定车辆处于静置状态以及电机M未工作的情况下，根据电池加热请求发送电池加热指令至主控制器P。

S420，主控制器P根据电池加热指令控制第一开关K1、第二开关K2以及开关组件K3，以对电池组E进行加热。

在步骤S410中，若主控制器P确定电池组E的温度满足第一预设条件且电池组E的SOC满足第二预设条件的情况下，主控制器P确定电池组E需要加热。

在步骤S420中，主控制器P根据电池加热指令控制第一开关K1和第二开关K2均闭合，以及为开关组件K3提供驱动信号，以控制开关组件K3周期性地处于导通状态和断开状态，实现对电池组E进行加热。

其中，当主控制器P接收到第一加热指令时，则在控制第一开关K1和第二开关K2均闭合的基础上，按照预设的控制策略发送驱动信号至开关组件K3，对开关组件K3进行驱动操作控制。

步骤S410和步骤S420的其他相关说明可参见上述实施例中的说明内容，在此不再赘述。

在本发明的一些实施例中，在电池组E的加热过程中，主控制器P实时采集电池组E的温度、电池组E的电压、电池组E的SOC、并获取电流传感器采集的加热电流和获取温度传感器采集的开关组件K3的温度。

其中，开关组件K3的温度可以为开关组件K3附近的指定位置处的环境温度，也可以为任一开关单元附近的环境温度，也可以为6个开关单元环境温度的平均值等等，在此并不限定。

然后，主控制器P根据实时采集的电池组E的温度、电池组E的电压、电池组E的SOC、电流传感器采集的加热电流和开关组件K3的温度中的至少一者判断实时判断电池加热系统是否处于正常工作模式。

作为一个示例，当满足以下情况中的一种或多种情况时，主控制器P均确定电池加热系统处于异常工作模式：

电池组E的温度高于预设温度阈值、电池组E的电压低于预设电压阈值、电池组E的SOC高于预设SOC阈值、加热电流高于预设电流阈值以及开关组件K3的温度高于预设温度阈值。

作为一个示例，当根据上述五个参数中一个参数判断电池加热系统是否处于正常工作模式时，若该参数未达到对应的预设阈值时，则主控制器P确定电池加热系统处于正常工作模式；若该参数达到对应的预设阈值时，则主控制器P确定电池加热系统不处于正常工作模式。

若根据上述五个参数中的两个以两个以上参数判断电池加热系统是否处于正常工作模式时，若存在一个或多个参数达到该参数对应的预设阈值时，则主控制器P确定电池加热系统不处于正常工作模式；若所有参数均未达到各自对应的阈值时，则主控制器P确定电池加热系统处于正常工作模式。

在本发明的实施例中，若主控制器P确定电池加热系统不处于正常工作模式，则主控制器P停止发送驱动信号至开关组件K3，即控制开关组件K3处于断开状态，并断开第一开关K1和第二开关K2，以保证电池组E的安全，并将电池加热系统出现异常的信息通知整车控制器。其中，主控制器P停止发送驱动信号至开关组件K3，即主控制器P控制开关组件K3中所有开关均断开。

若主控制器P确定电池加热系统处于正常工作模式，则判断电池组E的温度是否达到预设加热温度。

当主控制器P确定电池组E的温度达到预设加热温度时，则主控制器P控制开关组件K3处于断开状态。同时，主控制器P将断开第一开关K1和第二开关K2，以切断加热回路。主控制器P将发送完成加热的信息至整车控制器。当主控制器P确定电池组E的温度未达到预设加热温度时，则主控制器P继续输出驱动信号，以对电池组E进行加热。

通过结合主控制器P和整车控制器，既实现了对电池组E的快速加热，又能使整车控制器了解电池加热的进程。

在本发明的一些实施例中，主控制器P包括电池管理模块P10和电机控制器P20，参见图2，在此种情况下，在步骤S410中，电池管理模块P10根据电池组E的状态参数确定电池组E需要加热，并发送电池加热请求至整车控制器，以使整车控制器在确定车辆处于静置状态以及电机M未工作的情况下，根据电池加热请求发送电池加热指令至电机控制器P20。

具体地，参见图5，在车辆处于静置状态时，电池管理模块P10采集当前电池组E的温度和剩余电量SOC，并根据当前电池组E的温度和剩余电量SOC判断电池组E是否需要加热。

若电池组E的当前温度低于预设的温度阈值，且电池组E的当前SOC高于预设的SOC阈值，则将电池加热请求上传到整车控制器中。若电池管理模块P10确定电池组E不需要加热，则不需要上报电池加热请求至整车控制器。

整车控制器检测车辆当前状态，当整车控制器确定电机M没有工作，且车辆处于静置状态后，随后将电池加热命令下发给电机控制器P20。

在步骤S420中，电机控制器P20在接收到电池加热指令后与电池管理模块P10建立通信；电池管理模块P10控制第一开关K1和第二开关K2均闭合，并在第一开关K1和第二开关K2均闭合后发送开关闭合信息至电机控制器P20；电机控制器P20还用于在接收到开关闭合信息之后，控制开关组件K3，以对电池组E进行加热。

作为一个示例，继续参见图5，电机控制器P20在收到电池加热命令后，向整车控制器发送与电池管理模块P10直接建立通信的通信建立请求，以使整车控制器根据通信建立请求放开电机控制器P20与电池管理模块P10之间的通信权限。

当整车控制器确认后，整车控制器放开电机控制器P20和电池管理模块P10之间的通信渠道。

在整车控制器放开电机控制器P20和电池管理模块P10之间的通信渠道后，电机控制器P20和电池管理模块P10首先进行握手通信，以确定双方可以进行正常通信。

在一些实施例中，参见图5，当电机控制器P20和电池管理模块P10中间可以进行正常通信之后，电池管理模块P10重新采集电池组E的状态参数，并再次判断电池组E是否需要加热。具体判断方法与第一次判断电池组E是否需要加热时相类似，在此不再赘述。

当电池管理模块P10再次确认电池组E需要进行加热后，电池管理模块P10向电机控制器P20发送加热指令。当电机控制器P20解析到加热指令后，再次确认电机M和开关组件K3的工作状态。

当电机控制器P20确定电机M和开关组件K3未处于未工作状态时，将电机M的工作状态发送至电池管理模块P10。随后电池管理模块P10在接收到电机M的工作状态信息后驱动第一开关K1和第二开关K2均闭合。

电池管理模块P10将开关闭合信息上报至电机控制器P20，以告知电机控制器P20可发送驱动信号至目标上桥臂开关单元和目标下桥臂开关单元，以对电池组E进行加热。

当电机控制器P20接收到开关闭合信息后，随后按照设定的控制策略向开关组件K3发送驱动信号，对开关组件K3进行驱动操作控制。

在电池组E的加热过程中，电池管理模块P10实时采集电池组E的温度、电池组E的电压值、电池组E的SOC以及获取电池传感器采集的电池加热电流，并根据这四个参数中的至少一者判断电池加热系统是否处于正常工作模式。电池管理模块P10判断电池加热系统是否处于正常工作模式的方法与上述介绍的主控制器P判断电池加热系统是否处于正常工作模式的方法相类似，在此不再赘述。

作为一个示例，参见图5，电池管理模块P10根据电池组E的温度、电池组E的SOC以及电池加热电流判断各个参数是否正常，即各个参数是否达到对应的阈值。一旦电池管理模块P10确定电池加热系统不处于正常工作模式，则发送异常状态信息至电机控制器P20。电池管理模块P10将采取最高优先级将异常状态信息上报至电机控制器P20。

电机控制器P20在接收到异常状态信息时，控制开关组件K3处于断开状态，即电机控制器P20停止向开关组件K3发送驱动信号，并发送第一开关组件状态信息至电池管理模块P10。第一开关组件状态信息包括开关组件K3中所有开关单元的断开状态信息。也就是说，电机控制器P20需要上报开关单元的状态信息。

当电池管理模块P10在接收到第一开关组件状态信息时，断开第一开关K1和第二开关K2，以彻底切断加热回路。

在本发明的一些实施例中，电机控制器P20也可以根据开关组件K3的温度判断电池加热系统是否处于正常工作模式。具体判断方法与主控制器P根据开关组件K3的温度判断电池加热系统是否处于正常工作模式相类似，在此不再赘述。

若电机控制器P20确定电池加热系统不处于正常工作模式，则控制开关组件K3处于断开状态，并发送第二开关组件状态信息至电池管理模块P10。

电池管理模块P10在接收到第二开关组件状态信息时，断开第一开关K1和第二开关K2，以彻底切断加热回路。其中，第二开关组件状态信息也包括开关组件K3中所有开关单元的断开状态信息。

在本发明的实施例中，在电池组E的加热过程中，电池管理模块P10需要实时判断电池组E的当前温度是否达到预设加热温度。若电池管理模块P10确定电池组E的温度达到预设加热温度，发送停止加热指令至电机控制器P20。电机控制器P20根据停止加热指令控制开关组件K3处于断开状态，并发送第三开关组件状态信息至电池管理模块P10。电池管理模块P10在接收到第三开关组件状态信息时，断开第一开关K1和第二开关K2。第三开关组件状态信息包括开关组件K3中所有开关单元的断开状态信息。

作为一个示例，参见图5，当电池管理模块P10判断加热当前电池组E温度已满足设置的温度阈值后，电池管理模块P10将停止加热命令上报给电机控制器P20。电机控制器P20解析停止加热命令后，驱动开关组件K3中的开关单元断开，并将开关单元的当前状态提供给电池管理模块P10。电池管理模块P10断开第一开关K1和第二开关K2。电池管理模块P10和电机控制器P20确定退出加热工作模式后，断开通信机制，并分别将断开通信的信息上报给整车控制器。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于控制方法实施例而言，相关之处可以参见电池加热系统实施例的说明部分。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。本领域的技术人员可以在领会本发明的精神之后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

本领域技术人员应能理解，上述实施例均是示例性而非限制性的。在不同实施例中出现的不同技术特征可以进行组合，以取得有益效果。本领域技术人员在研究附图、说明书及权利要求书的基础上，应能理解并实现所揭示的实施例的其他变化的实施例。在权利要求书中，术语“包括”并不排除其他装置或步骤；不定冠词“一个”不排除多个；术语“第一”、“第二”用于标示名称而非用于表示任何特定的顺序。权利要求中的任何附图标记均不应被理解为对保护范围的限制。权利要求中出现的多个部分的功能可以由一个单独的硬件或软件模块来实现。某些技术特征出现在不同的从属权利要求中并不意味着不能将这些技术特征进行组合以取得有益效果。

Claims (4)

1.一种电池加热系统的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

电池管理模块采集电池组的当前温度和当前剩余电量SOC；

若所述电池组的所述当前温度低于预设的温度阈值，且所述电池组的所述当前剩余电量SOC高于预设的SOC阈值，所述电池管理模块发送电池加热请求至整车控制器，以使所述整车控制器在确定车辆处于静置状态以及电机未工作的情况下，根据所述电池加热请求给电机控制器发送电池加热指令；

在接收到电池加热指令后，所述电机控制器向所述整车控制器发送与所述电池管理模块通信建立请求，以使所述整车控制器根据所述通信建立请求放开所述电机控制器与所述电池管理模块之间的通信权限；

在所述整车控制器放开所述电机控制器和所述电池管理模块之间的所述通信权限后，所述电机控制器和所述电池管理模块进行握手通信；

所述电机控制器在接收到所述电池管理模块发送的开关闭合信息之后，所述电机控制器控制第一开关、第二开关以及开关组件，以对所述电池组进行加热，所述开关闭合信息包括所述第一开关和所述第二开关的闭合信息，所述第一开关与所述电池组的正极连接，所述第二开关与所述电池组的负极连接，所述开关组件连接在所述第一开关和所述第二开关之间。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电机控制器控制第一开关、第二开关以及开关组件，以对所述电池组进行加热，包括：

所述电机控制器为开关组件提供驱动信号，以控制所述开关组件周期性地处于导通状态和断开状态，以对所述电池组进行加热。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述电池组的加热过程中，所述电池管理模块通过电流传感器采集加热电流，所述电流传感器设置于所述电池组的负极和所述第二开关之间；

若所述加热电流达到预设电流阈值，判断所述系统处于异常工作模式；

控制所述开关组件处于断开状态，并断开所述第一开关和所述第二开关。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在对所述电池组加热的过程中，所述电池管理模块根据所述电池组的状态参数，得到并向所述电机控制器发送期望频率和期望占空比，所述电机控制器为所述开关组件提供具有所述期望频率和所述期望占空比的驱动信号。

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