CN111029667A - 电池加热系统、电动汽车和车载系统 - Google Patents

电池加热系统、电动汽车和车载系统 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种电池加热系统、电动汽车和车载系统，可应用于电动汽车领域。本申请的方案能够实现对电池的快速均匀地加热。其中，电池加热系统包括：温度监测单元，用于输出温度监测信号；电压转换单元，用于接收电源输入的第一电压或待加热电池输入的第二电压；控制单元，用于接收温度监测信号，并输出控制信号；电压转换单元用于根据控制信号，对第一电压进行升压或降压处理，或者对第二电压进行升压或降压处理，以使得：待加热电池在第一时间段内通过电压转换单元接收电源的充电电流，以及待加热电池在第二时间段内通过电压转换单元对向电源输出放电电流，待加热电池通过交替充放电来对自身进行加热。

Description

电池加热系统、电动汽车和车载系统
技术领域
本申请涉及电子技术领域，尤其涉及电池加热系统、电动汽车和车载系统。
背景技术
典型的电池组通过多个单体电池的串联或并联配置连接而成，许多种类的电池组包括可重复充电单体电池。组成可重复充电电池组的单体电池需要工作在适宜的温度范围内，过高过低的电池温度都不利于电池性能的发挥，且容易造成安全风险。在较低的温度下，电池的可用容量大幅衰减，导致低温条件下电池既放不出电也充不进电，且电池倍率性能严重衰减，限制了电池性能的发挥。此外，在低温充电条件下，由于电池活性低，易出现析锂反应，导致电池发生内短路，造成严重的安全风险。因此在低温条件下，需要先将电池加热到适宜的温度再使用。
现有技术中通常采用宽线金属膜加热、电热丝加热等外部加热的方式来控制加热器升高温度，然后经过接触传导、空气对流、液体传热的方式加热电池，需要较大的空间和较高的成本。另外，外部加热在电池包中易形成温度梯度，而且大多数能量被耗散，能量利用率低。
发明内容
本申请提供一种电池加热系统、电动汽车和车载系统，能够实现对电池的快速均匀的加热。
第一方面，提供了一种电池加热系统，包括：温度监测单元，用于监测待加热电池的温度，并输出温度监测信号，所述温度监测信号用于指示所述待加热电池的温度；所述电压转换单元，分别与电源以及所述待加热电池相连，并接收所述电源输入的第一电压或所述待加热电池输入的第二电压；控制单元，用于接收所述温度监测信号，并根据所述温度监测信号向所述电压转换单元输出控制信号；所述电压转换单元用于根据所述控制信号，对所述第一电压进行升压或降压处理，或者对所述第二电压进行升压或降压处理，以使得：所述待加热电池在第一时间段内通过所述电压转换单元接收来自所述电源的充电电流，以及所述待加热电池在第二时间段内通过所述电压转换单元向所述电源输出放电电流。
可选地，所述电池加热系统可以应用于车载系统、移动终端或户外储能系统等。所述电源和所述待加热电池可以为同一供电系统中的不同电池。
可选地，所述电池加热系统可以应用于纯电动汽车(pure electric vehicle/battery electric vehicle，pure EV/battery EV)、混合动力汽车(hybrid electricvehicle，HEV)、增程式电动汽车(range extended electric vehicle，REEV)、插电式混合动力汽车(plug-in hybrid electric vehicle，PHEV)、新能源汽车(new energy vehicle，NEV)等领域中的车载系统。
例如，所述电源和所述待加热电池可以是车载系统中的同一电池包中的不同电池模组。
例如，所述电源和所述待加热电池可以是车载系统中的不同电池包。其中，所述第一电池可以包括一个或多个电池模组，所述第二电池可以包括一个或多个电池模组。
例如，所述电源和所述待加热电池也可以是不同车载系统中的不同电池包。
例如，所述电源和所述待加热电池可以是同一移动终端中的不同电池或电池模组。或者，所述电源和所述待加热电池可以为不同移动终端中的电池或电池模组。
例如，所述电源和所述待加热电池也可以分别为户外储能系统中的不同蓄电池。
在本申请实施例中，所述待加热电池可以通过所述电压转换单元交替地实现充电过程和放电过程，从而通过待加热电池的内阻在充放电过程产生的焦耳热对自身进行加热，采用这种加热方式可以实现对电池快速均匀的加热。这种加热方式能够改善对电池外部加热的时的加热不均匀、加热效率低、占用空间以及对电池寿命影响大的问题。
结合第一方面，在第一方面的一种可能的实现方式中，所述控制单元具体用于在所述温度监测信号指示所述待加热电池的温度低于预设阈值的情况下，输出所述控制信号；所述控制单元还用于：在所述温度监测信号指示所述待加热电池的温度高于或等于所述预设阈值的情况下，停止输出所述控制信号。
可选地，所述控制单元具体用于：在所述温度监测信号指示所述待加热电池的温度低于预设阈值的情况下，输出指示加热的所述控制信号。
可选地，所述控制单元还用于：在所述温度监测信号指示所述待加热电池的温度高于或等于所述预设阈值的情况下，输出指示停止加热的所述控制信号；电压转换单元用于根据所述控制信号，停止对所述第一电压进行升压或降压处理，和/或停止对所述第二电压进行升压或降压处理。
结合第一方面，在第一方面的一种可能的实现方式中，所述控制信号用于控制所述待加热电池的充放电频率，以使得所述待加热电池的充放电频率位于动力学控制区域的频率范围中。
结合第一方面，在第一方面的一种可能的实现方式中，所述控制单元用于根据所述温度监测信号指示的待加热电池的温度，以及预设的电池温度与所述动力学控制区域的频率范围之间的对应关系，确定所述待加热电池的温度对应的动力学控制区域的第一频率范围；所述控制单元还用于根据所述第一频率范围，确定所述待加热电池的充放电频率。
结合第一方面，在第一方面的一种可能的实现方式中，所述系统还包括阻抗监测单元，所述阻抗监测单元用于监测所述待加热电池的阻抗，并输出阻抗监测信号，所述阻抗监测信号用于指示所述待加热电池的阻抗；所述控制单元用于接收所述阻抗监测信号，并根据所述阻抗监测信号，确定所述待加热电池在当前状态下对应的动力学控制区域的第二频率范围；所述控制单元还用于根据所述第二频率范围，确定所述待加热电池的充放电频率。
结合第一方面，在第一方面的一种可能的实现方式中，所述电压转换单元用于对所述第一电压进行升压或降压处理，或者对所述第二电压进行升压或降压处理，使得所述待加热电池在所述第一时间段内接收的充电电流小于最大充电电流。
结合第一方面，在第一方面的一种可能的实现方式中，所述控制单元还用于根据所述温度监测信号指示的待加热电池的温度和荷电状态，确定所述待加热电池当前的最大充电电流的电流值大小。
结合第一方面，在第一方面的一种可能的实现方式中，所述系统还包括阻抗监测单元，所述阻抗监测单元用于监测所述待加热电池的阻抗，并输出阻抗监测信号，所述阻抗监测信号用于指示所述待加热电池的阻抗；所述控制单元用于接收所述阻抗监测信号，并根据所述阻抗监测信号确定所述最大充电电流的电流值大小。
结合第一方面，在第一方面的一种可能的实现方式中，所述电压转换单元用于对所述第一电压进行升压或降压处理，或者对所述第二电压进行升压或降压处理，以使得所述待加热电池在所述第二时间段内输出的放电电流小于最大放电电流。
结合第一方面，在第一方面的一种可能的实现方式中，所述控制单元还用于根据所述待加热电池的温度和荷电状态，确定所述待加热电池当前的最大放电电流的电流值大小。
结合第一方面，在第一方面的一种可能的实现方式中，所述系统还包括阻抗监测单元，所述阻抗监测单元用于监测所述待加热电池的阻抗，并输出阻抗监测信号，所述阻抗监测信号用于指示所述待加热电池的阻抗；所述控制单元用于接收所述阻抗监测信号，并根据所述阻抗监测信号确定所述最大放电电流的电流值大小。
结合第一方面，在第一方面的一种可能的实现方式中，所述电源包括第一电池模组，所述待加热电池包括第二电池模组。
第二方面，提供了一种电池加热系统的控制方法，所述电池加热系统包括：温度监测单元，用于监测待加热电池的温度，并输出温度监测信号，所述温度监测信号用于指示所述待加热电池的温度；电压转换单元，分别与电源以及所述待加热电池相连，并接收所述电源输入的第一电压或所述待加热电池输入的第二电压；所述方法包括：获取所述温度监测信号；根据所述温度监测信号确定控制信号；向所述电压转换单元输出所述控制信号，所述控制信号用于控制所述电压转换单元对所述第一电压进行升压或降压处理，或者对所述第二电压进行升压或降压处理，以使得：所述待加热电池在第一时间段内通过所述电压转换单元接收来自所述电源的充电电流，以及所述待加热电池在第二时间段内通过所述电压转换单元向所述电源输出放电电流。
在本申请实施例中，所述待加热电池可以通过所述电压转换单元交替地实现充电过程和放电过程，从而通过待加热电池的内阻在充放电过程产生的焦耳热对自身进行加热，采用这种加热方式可以实现对电池快速均匀的加热。这种加热方式能够改善对电池外部加热的时的加热不均匀、加热效率低、占用空间以及对电池寿命影响大的问题。
结合第二方面，在第二方面的一种可能的实现方式中，所述向所述电压转换单元输出所述控制信号，包括：在所述温度监测信号指示所述待加热电池的温度低于预设阈值的情况下，输出所述控制信号；所述方法还包括：在所述温度监测信号指示所述待加热电池的温度高于或等于所述预设阈值的情况下，停止输出所述控制信号。
可选地，所述向所述电压转换单元输出所述控制信号，包括：在所述温度监测信号指示所述待加热电池的温度低于预设阈值的情况下，输出指示加热的所述控制信号。
可选地，所述方法还包括：在所述温度监测信号指示所述待加热电池的温度高于或等于所述预设阈值的情况下，输出指示停止加热的所述控制信号；电压转换单元用于根据所述控制信号，停止对所述第一电压进行升压或降压处理，和/或停止对所述第二电压进行升压或降压处理。
结合第二方面，在第二方面的一种可能的实现方式中，所述控制信号用于控制所述待加热电池的充放电频率，以使得所述待加热电池的充放电频率位于动力学控制区域的频率范围中。
结合第二方面，在第二方面的一种可能的实现方式中，所述方法还包括：根据所述温度监测信号指示的待加热电池的温度，以及预设的电池温度与所述动力学控制区域的频率范围之间的对应关系，确定所述待加热电池的温度对应的动力学控制区域的第一频率范围；根据所述第一频率范围，确定所述待加热电池的充放电频率。
结合第二方面，在第二方面的一种可能的实现方式中，所述电池加热系统还包括阻抗监测单元，所述阻抗监测单元用于监测所述待加热电池的阻抗，并输出阻抗监测信号，所述阻抗监测信号用于指示所述待加热电池的阻抗；所述方法还包括：获取所述阻抗监测信号，并根据所述阻抗监测信号，确定所述待加热电池在当前状态下对应的动力学控制区域的第二频率范围；根据所述第二频率范围，确定所述待加热电池的充放电频率。
结合第二方面，在第二方面的一种可能的实现方式中，所述控制信号用于控制所述电压转换单元对所述第一电压进行升压或降压处理，或者对所述第二电压进行升压或降压处理，使得所述待加热电池在所述第一时间段内接收的充电电流小于最大充电电流。
结合第二方面，在第二方面的一种可能的实现方式中，所述方法还包括：根据所述温度监测信号指示的待加热电池的温度和荷电状态，确定所述待加热电池当前的最大充电电流的电流值大小。
结合第二方面，在第二方面的一种可能的实现方式中，所述电池加热系统还包括阻抗监测单元，所述阻抗监测单元用于监测所述待加热电池的阻抗，并输出阻抗监测信号，所述阻抗监测信号用于指示所述待加热电池的阻抗；所述方法还包括：获取所述阻抗监测信号，并根据所述阻抗监测信号确定所述最大充电电流的电流值大小。
结合第二方面，在第二方面的一种可能的实现方式中，所述控制信号用于控制所述电压转换单元用于对所述第一电压进行升压或降压处理，或者对所述第二电压进行升压或降压处理，以使得所述待加热电池在所述第二时间段内输出的放电电流小于最大放电电流。
结合第二方面，在第二方面的一种可能的实现方式中，所述方法还包括：根据所述待加热电池的温度和荷电状态，确定所述待加热电池当前的最大放电电流的电流值大小。
结合第二方面，在第二方面的一种可能的实现方式中，所述电池加热系统还包括阻抗监测单元，所述阻抗监测单元用于监测所述待加热电池的阻抗，并输出阻抗监测信号，所述阻抗监测信号用于指示所述待加热电池的阻抗；所述方法还包括：获取所述阻抗监测信号，并根据所述阻抗监测信号确定所述最大放电电流的电流值大小。
结合第二方面，在第二方面的一种可能的实现方式中，所述电源包括第一电池模组，所述待加热电池包括第二电池模组。
第三方面，提供了一种供电系统，其特征在于，所述供电系统包括第一方面，或第一方面中任一项可能的实现方式中所述的电池加热系统；所述电源和所述待加热电池。
可选地，所述供电系统可以包括车载系统、移动终端或户外储能系统。所述电源和所述待加热电池可以为同一供电系统中的不同电池。其中，所述第一电池可以包括一个或多个电池模组，所述第二电池可以包括一个或多个电池模组。
例如，所述电源和所述待加热电池可以是车载系统中的同一电池包中的不同电池模组。
例如，所述电源和所述待加热电池可以是车载系统中的不同电池包。
例如，所述电源和所述待加热电池也可以是不同车载系统中的不同电池包。
例如，所述电源和所述待加热电池可以是同一移动终端中的不同电池模组。或者，所述电源和所述待加热电池可以为不同移动终端中的电池或电池模组。
例如，所述电源和所述待加热电池也可以分别为户外储能系统中的不同蓄电池。
结合第三方面，在第三方面的一种可能的实现方式中，所述电源包括第一电池模组，所述待加热电池包括第二电池模组。
第四方面，提供了一种车载系统，所述车载系统包括第一方面，或第一方面中任一项可能的实现方式中所述的电池加热系统；所述电源和所述待加热电池。
结合第四方面，在第四方面的一种可能的实现方式中，所述电源包括所述车载系统中的电池包中的第一电池模组，所述待加热电池包括所述电池包中的第二电池模组。
第五方面，提供了一种控制设备，包括：处理器，所述处理器用于执行第二方面或第二方面中的任一项可能的实现方式中的方法。进一步地，所述控制设备还包括存储器，所述存储器和处理器耦合，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序，以使得所述控制设备执行第二方面或第二方面中的任一项可能的实现方式中的方法。
第六方面，提供了一种计算机可读介质，包括计算机程序，当其在计算机上执行时，使得所述计算机执行第二方面，或第二方面中的任一项可能的实现方式中的方法。
第七方面，提供了一种控制设备，该控制设备包括用于执行第二方面或第二方面中的任一项可能的实现方式中所述的方法的单元。上述单元的功能可以通过硬件实现，也可以通过硬件执行相应的软件实现。应理解，这里的术语“单元”可以指应用特有集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)、电子电路、用于执行一个或多个软件或固件程序的处理器(例如共享处理器、专有处理器或组处理器等)和存储器、合并逻辑电路和/或其它支持所描述的功能的合适组件。
在本申请的实施例中，控制单元也可以是芯片或者芯片系统，例如：片上系统(system on chip，SoC)。
第八方面，提供了一种芯片，所述芯片上设置有处理电路，所述处理器电路用于执行第二方面或第二方面中的任一项可能的实现方式中的方法。
第九方面，提供了一种电动汽车，包括：第一电池和第二电池，电压转换单元，分别与所述第一电池以及苏搜狐第二电池相连，并接收所述第一电池输入的第一电压或所述第二电池输入的第二电压；温度监测单元，用于监测第二电池的温度，并输出温度监测信号，所述温度监测信号用于指示所述第二电池的温度；控制单元，用于接收所述温度监测信号，并根据所述温度监测信号向所述电压转换单元输出控制信号；所述电压转换单元用于根据所述控制信号，对所述第一电压进行升压或降压处理，或者对所述第二电压进行升压或降压处理，以使得：所述第二电池在第一时间段内通过所述电压转换单元接收来自所述第一电池的充电电流，以及所述第二电池在第二时间段内通过所述电压转换单元向所述第一电池输出放电电流。
可选地，电动汽车可以包括：纯电动汽车(pure electric vehicle/batteryelectric vehicle，pure EV/battery EV)、混合动力汽车(hybrid electric vehicle，HEV)、增程式电动汽车(range extended electric vehicle，REEV)、插电式混合动力汽车(plug-in hybrid electric vehicle，PHEV)、新能源汽车(new energy vehicle，NEV)等。
例如，所述第一电池和所述第二电池可以是电动汽车中的同一电池包中的不同电池模组。其中，所述第一电池可以包括一个或多个电池模组，所述第二电池可以包括一个或多个电池模组。
例如，所述第一电池和所述第二电池可以是电动汽车中的不同电池包。
可替代地，所述第一电池和所述第二电池也可以是不同电动汽车中的不同电池包。例如，所述第二电池可以是第一方面中的电动汽车中的电池包，所述第一电池可以是其它电动汽车中的电池包。
可替代地，所述第一电池可以是外部电源，例如外部直流电源，所述第二电池可以是电动汽车中的电池包。
在本申请实施例中，所述第一电池和第二电池可以通过所述电压转换单元交替地实现充电过程和放电过程，从而通过第一电池以及第二电池的内阻在充放电过程产生的焦耳热对自身进行加热，采用这种加热方式可以实现对电池快速均匀的加热。这种加热方式能够改善对电池外部加热的时的加热不均匀、加热效率低、占用空间以及对电池寿命影响大的问题。
结合第九方面，在第九方面的一些可能的实现方式中，所述控制单元具体用于在所述温度监测信号指示所述第二电池的温度低于预设阈值的情况下，输出所述控制信号；所述控制单元还用于：在所述温度监测信号指示所述第二电池的温度高于或等于所述预设阈值的情况下，停止输出所述控制信号。
结合第九方面，在第九方面的一些可能的实现方式中，所述控制信号用于控制所述第二电池的充放电频率，以使得所述第二电池的充放电频率位于动力学控制区域的频率范围中。
结合第九方面，在第九方面的一些可能的实现方式中，所述控制单元用于根据所述温度监测信号指示的第二电池的温度，以及预设的电池温度与所述动力学控制区域的频率范围之间的对应关系，确定所述第二电池的温度对应的动力学控制区域的第一频率范围；所述控制单元还用于根据所述第一频率范围，确定所述第二电池的充放电频率。
结合第九方面，在第九方面的一些可能的实现方式中，所述汽车还包括阻抗监测单元，所述阻抗监测单元用于监测所述第二电池的阻抗，并输出阻抗监测信号，所述阻抗监测信号用于指示所述第二电池的阻抗；所述控制单元用于接收所述阻抗监测信号，并根据所述阻抗监测信号，确定所述第二电池在当前状态下对应的动力学控制区域的第二频率范围；所述控制单元还用于根据所述第二频率范围，确定所述第二电池的充放电频率。
结合第九方面，在第九方面的一些可能的实现方式中，所述电压转换单元用于对所述第一电压进行升压或降压处理，或者对所述第二电压进行升压或降压处理，使得所述第二电池在所述第一时间段内接收的充电电流小于最大充电电流。
结合第九方面，在第九方面的一些可能的实现方式中，所述电压转换单元用于对所述第一电压进行升压或降压处理，或者对所述第二电压进行升压或降压处理，以使得所述第二电池在所述第二时间段内输出的放电电流小于最大放电电流。
结合第九方面，在第九方面的一些可能的实现方式中，还包括电池包，所述第一电池包括所述电池包中的至少一个第一电池模组，所述第二电池包括所述电池包中的至少一个第二电池模组。
附图说明
图1是本申请实施例的电池加热系统100的结构示意图。
图2是本申请又一实施例的电池加热系统100的结构示意图。
图3是本申请一实施例的双向DC/DC变换器的结构示意图。
图4是本申请一实施例的电压转换单元130的工作状态示意图。
图5是本申请又一实施例的电压转换单元130的工作状态示意图。
图6是本申请又一实施例的电池的充放电电流示意图。
图7是本申请一实施例的电池的等效电路模型。
图8是本申请一实施例的电池的电化学阻抗谱的示意图。
图9是本申请又一实施例的电池加热系统100的结构示意图。
图10是本申请又一实施例的电池加热系统100的示意图。
图11是本申请又一实施例的电池加热系统100的示意图。
图12是本申请又一实施例的电池加热系统100的示意图。
图13是本申请又一实施例的电池加热系统100的示意图。
图14是本申请又一实施例的电池加热系统100的示意图。
图15是本申请实施例的电池加热系统的控制方法300的示意图。
图16是本申请一实施例的控制设备400的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。
为了便于理解，接下来首先介绍本申请实施例涉及到的若干术语或概念。
锂离子电池(lithium-ion cell)：是指依靠锂离子在正极和负极之间移动实现化学能与电能相互转化的装置。该装置包括电极、隔膜、电解质、外壳和端子等，并被设计成可充电。在本申请实施例中，锂电子电池也可以称为电芯、单体电池、单体蓄电池等。
锂离子电池模块(lithium-ion cell module)：是指将一个以上单体蓄电池按照串联、并联或串并联方式组合，并作为电源使用的组合体。锂电子电池模块只有一对正负极输出端子，在本申请实施例中，也可以称为锂离子电池模组、电池模组等。
电池管理系统(battery management system，BMS)：是指对电池进行管理的系统，通常包括监测模块与运算控制模块。BMS主要包含电池监控单元(battery monitor unit，BMU)和电池控制单元(battery control unit，BCU)两部分。
锂离子电池包(lithium-ion pack)：是指具有从外部获得电能并可对外输出电能的单元，通常包括至少一个锂离子电池模组、锂离子电池管理模块(不包含BCU)、锂离子电池箱以及相应附件。
锂离子电池系统(lithium-ion system)：一种能量存储装置，通常包括一个或一个以上的锂离子电池包及相应附件，上述附件可以包括电池管理系统、高压电路、低压电路、热管理设备以及机械总成等。
法拉第反应：也称为电化学反应，是指在电极上同时发生两种过程，一种为电荷转移，一种为物质扩散转移。其中电荷转移可以指电荷在金属-溶液界面上转移，物质扩散转移可以指电子转移引起氧化或还原反应发生。由于这些反应遵守法拉第定律，即因电流通过引起的化学反应的量与所通过的电量成正比，所以称为法拉第反应。
析锂反应：锂离子电池在充电过程中，锂离子会从正极脱嵌并嵌入负极。但是当一些异常状况发生，并造成从正极脱嵌的锂离子无法嵌入负极时，锂离子只能析出在负极表面，这称为析锂反应。例如，锂离子在低温情况下充电时有可能发生析锂反应。
图1是本申请实施例的电池加热系统100的结构示意图。如图1所示，该系统100与电源20以及待加热电池30相连，并用于给待加热电池30进行低温加热。需要说明的是，本申请实施例的方案可以广泛地应用于车载系统、移动终端、户外储能系统等。或者，本申请实施例的电池加热系统100还可以应用于其它需要进行电池加热的领域。其中，户外储能系统可以包括基站备用电源系统等。
在一些示例中，所述电源20和所述待加热电池30可以为同一供电系统中的不同电池，所述供电系统可以为车载系统、移动终端或户外储能系统。
在一些示例中，所述电池加热系统可以应用于纯电动汽车(pure electricvehicle/battery electric vehicle，pure EV/battery EV)、混合动力汽车(hybridelectric vehicle，HEV)、增程式电动汽车(range extended electric vehicle，REEV)、插电式混合动力汽车(plug-in hybrid electric vehicle，PHEV)、新能源汽车(new energyvehicle，NEV)等领域中的车载系统。
在一些示例中，所述电源20和所述待加热电池30可以是车载系统中的同一电池包中的不同电池模组。所述不同电池模组之间可以通过电池加热系统100进行充放电，并同时实现电池加热。其中，所述电池模组可以包括上述锂电子电池模组，所述电池包可以包括上述锂离子电池包。所述车载系统可以包括上述锂离子电池系统。
在一些示例中，所述电源20和所述待加热电池30可以是车载系统中的不同电池包，例如，不同电池包可以对应车载系统中的高电压供电系统和低电压供电系统。
在一些示例中，所述电源20和所述待加热电池30也可以是不同车载系统中的不同电池包。即不同的车辆之间可以通过电池加热系统100进行充放电。
在一些示例中，所述电源20和所述待加热电池30可以是同一移动终端中的不同电池模组。或者，所述电源20和所述待加热电池30可以为不同移动终端中的电池或电池模组。
在一些示例中，所述电源20和所述待加热电池30也可以分别为户外储能系统中的不同蓄电池。
图2是本申请又一实施例的电池加热系统100的结构示意图。如图2所示，电池加热系统100可以包括温度监测单元110、控制单元120以及电压转换单元130。
温度监测单元110用于监测待加热电池30的温度，并输出温度监测信号，所述温度监测信号用于指示所述待加热电池30的温度。
作为示例，所述温度监测单元110输出的温度检测信号可以是数字信号，也可以是模拟信号。所述温度监测单元110可以包括温度传感器，所述温度传感器可以包括热电偶、负温度系数(negative temperature coefficient，NTC)温度传感器或者红外感应器等。所述温度传感器可以设置在所述待加热电池30的周围。
可选地，所述温度检测信号指示的可以是所述待加热电池30的当前温度或实时温度。本领域人员能够理解，在一些情景下，取决于所述温度监测单元110检测温度的具体方式，所述待加热电池30的当前温度或实时温度可以包括所述待加热电池30在最近一段时间区间内监测的平均温度，或者指所述待加热电池30在最近一段时间区间之前监测到的温度。所述最近一段时间区间的长度可以根据实践确定。例如，所述温度监测单元可以监测所述待加热电池30的温度，并且每隔5秒(s)输出一次温度监测信号。或者，所述温度监测单元也可以在时域上连续地输出所述温度监测信号。
在一些具体示例中，温度监测单元110可以由温度传感器实现，也可以是控制单元120的接口电路和温度传感器共同实现。该接口电路连接于温度传感器，接收来自温度传感器的传感信号，并根据该传感信号确定待加热电池30的温度。
控制单元120用于接收所述温度监测信号，并根据所述温度监测信号向电压转换单元130输出控制信号。
可选地，所述控制单元120可以根据接收到的温度监测信号所指示的温度的高低，确定所述电池加热系统100的工作模式。例如，若待加热电池30的温度满足正常工作需求，则所述控制信号可以指示所述电压转换单元130不工作。若所述待加热电池30的温度低于正常工作需求，则所述控制信号可以指示所述电压转换单元130工作。可选地，所述控制单元120可以通过发送控制信号的方式指示所述电压转换单元130工作，或者通过不发送控制信号的方式指示所述电压转换单元130不工作。
电压转换单元130分别与电源20以及所述待加热电池30相连，并接收所述电源20输入的第一电压V1或所述待加热电池30输入的第二电压V2。其中，所述电压转换单元用于根据所述控制信号，对所述第一电压V1进行升压或降压处理，或者对所述第二电压V2进行升压或降压处理，以使得：所述待加热电池在第一时间段内通过所述电压转换单元接收来自所述电源的充电电流，以及所述待加热电池在第二时间段内通过所述电压转换单元向所述电源输出放电电流。
可选地，所述第一电压V1可以理解为所述电源20提供的工作电压，所述第二电压V2可以理解为所述待加热电池30提供的工作电压。
可选地，所述电源20可以包括直流电源。例如，所述电源20可以包括蓄电池，或者所述电源20可以是交流电源经过交流/直流变换之后得到的直流电源。例如，可以对50Hz市电进行交流/直流变换之后，得到直流电源。
如图2所示，电压转换单元130可以包括第一端子A1、第二端子A2、第三端子A3以及第四端子A4。其中，第一端子A1和第二端子A2分别用于连接电源20的正极和负极。第三端子A3和第四端子A4可以分别用于连接待加热电池30的正极和负极。第一端子A1和第二端子A2可以合称为电压转换单元130的第一端，所述第三端子A3以及第四端子A4可以合称为电压转换单元130的第二端。所述电压转换单元130可以指能够在第一端和第二端之间实现双向的直流电流动的装置。
所述电压转换单元130可以通过对第一电压V1或第二电压V2进行升降压处理，使得所述待加热电池30和所述电源20之间不断地进行充放电，所述待加热电池可以基于所述充放电电流产生的焦耳热而对自身进行加热。或者说，利用电池自身的内阻产生的焦耳热实现电池的快速均匀加热。
在一些示例中，所述电压转换单元130可以控制所述待加热电池30基于一定的充放电频率进行充电或放电。所述第一时间段可以指所述待加热电池在一个充放电时间周期中用于充电的时间区间，所述第二时间段可以指所述待加热电池在一个充放电时间周期中用于放电的时间区间。在第一时间段，电源20处于放电状态，待加热电池30处于充电状态；在第二时间段，待加热电池30处于放电状态，电源20处于充电状态。或者说，电源20在第一时间段通过电压转换单元130对待加热电池30充电，以及待加热电池30在第二时间段内通过电压转换单元130对电源20充电。电源20和待加热电池30之间可以交替进行充放电，直到待加热电池被加热到目标温度。
可选地，所述电压转换单元130还包括控制端，所述控制端用于接收控制信号，所述控制信号用于控制所述电压转换单元对一个输入端输入的输入电压进行升降压处理，并通过另一个输入端输出。
在本申请实施例中，采用对待加热电池进行交流充放电的方法，从电池内部直接加热电池。该方法可以选择大电流进行加热，并且在低温条件下电池的内阻高，从而发热量大，能够实现电池的快速升温。
另外，本申请实施例的方案中，电池的电芯内部参与产热，热量能够均匀地散布在整个电池内部，故而加热均匀，能够改善传统加热方法中单面加热导致的加热不均匀的问题。
另外，在本申请实施例的方案中，采用电池内部加热的方式，仅加热电芯，不加热外部器件，因此能量利用率高。
可选地，所述电压转换单元130可以包括双向直流转直流(direct current todirect current,DC/DC)变换器。双向DC/DC可以实现直流电双向流动，或者说可以实现能量的双向传输。例如，图3是本申请一实施例的双向DC/DC变换器的结构示意图。如图3所示，双向DC/DC变换器包括两个端，第一端U1包括第一端子A1和第二端子A2。第二端U2可以包括第三端子A3和第四端子A4。其中，第一端子A1和第三端子A3为正端，第二端子A2和第四端子A4为负端。U1端的输出电流用第一电流I1表示，U2端的输出电流用第二电流I2表示。当能量从U1端传递到U2端时，能量为正向传输，电流方向为I1＜0，I2＞0；当能量从U2端传递到U1端时，能量为反向传输，电流方向为I1＞0，I2＜0。
图4是本申请一实施例的电压转换单元130的工作状态示意图。如图4所示，所述电压转换单元130对所述电源20输出的第一电压V1进行升压或降压处理，并输出第三电压V3，所述第三电压V3用于加载在所述待加热电池30的两端。若所述第三电压V3大于第二电压V2，则所述电源20通过所述电压转换单元130向所述待加热电池30进行充电，若所述第三电压V3小于第二电压V2，则所述待加热电池30通过所述电压转换单元130向所述电源20进行放电。
例如，若V1＝18V，V2＝18V，V3＝19.5V，则V3大于V2，所述电源20通过所述电源转换电路130向所述待加热电池20进行充电。若V1＝18V，V2＝18V，V3＝16.5V，则V3小于V2，所述待加热电池30通过所述电压转换单元130向所述电源20进行放电。
图5是本申请又一实施例的电压转换单元130的工作状态示意图。所述电压转换单元130还可以对所述待加热电池30输入的第二电压V2进行升压或降压处理，并输出第四电压V4，所述第四电压V4用于加载在所述电源20的两端。若所述第四电压V4大于第一电压V1，则所述待加热电池30通过所述电压转换单元130向所述电源放电；若所述第四电压V4小于第一电压V1，则所述电源20通过所述电压转换单元130向所述待加热电池30进行充电。
例如，若V1＝18V，V2＝18V，V4＝19.5V，则V4大于V1，所述待加热电池30通过所述电压转换单元130向所述电源放电。若V1＝18V，V2＝18V，V4＝16.5V，则V4小于V1，所述电源20通过所述电压转换单元130向所述待加热电池30进行充电。
在本申请实施例中，所述待加热电池30可以通过所述电压转换单元130交替地实现充电过程和放电过程，从而通过待加热电池30的内阻在充放电过程产生的焦耳热对自身进行加热，采用这种加热方式可以实现对电池快速均匀的加热。这种加热方式能够改善对电池外部加热的时的加热不均匀、加热效率低、占用空间以及对电池寿命影响大的问题。
另外需要说明的是，在所述待加热电池30通过电压转换单元130进行充放电的同时，所述电源20也可以通过所述电压转换单元130进行充放电，因此在所述电源20和所述待加热电池30均为电池的情况下，电源20也可以通过充放电对自身进行欧姆加热。
图6是本申请又一实施例的电池的充放电电流示意图。如图6所示，通过给电池施加一定频率的交流脉冲电流进行充放电，所述电池可以在短暂的时间周期内实现充电和放电，并利用电池自身的内阻产生的焦耳热，实现电池的快速均匀加热。并且由于采用交流脉冲的方式，电池在加热过程中的注入或流出的总电量约等于零，因此不会影响所述电池的工作性能
其中，电流流过电池时产生焦耳热的功率可以由如下公式(1)表示。
Q＝I2Rt (1)
其中，Q表示电池的功率，I表示充电电流或放电电流，R表示电池的内阻，t表示充电或放电的时间长度。
可选地，所述控制单元120具体用于：在所述温度监测信号指示所述待加热电池30的温度低于预设阈值的情况下，输出所述控制信号；和/或，在所述温度监测信号指示所述待加热电池的温度高于或等于所述预设阈值的情况下，停止输出所述控制信号。
其中，上述预设阈值可以根据所述待加热电池能够正常工作的临界温度确定。当待加热电池的温度低于所述临界温度时，所述待加热电池的性能将发生衰退，例如，所述待加热电池的可用容量大幅衰减或者电池的活性降低，或者在充电时发生析锂反应。所述预设阈值可以大于或等于所述临界温度。例如，所述预设阈值可以设置为0℃、5℃、10℃，或者也可以设置为0～15℃之间的任意温度。
可选地，在所述控制单元120输出所述控制信号时，所述电压转换单元130根据所述控制信号，对待加热电池进行充放电处理。在控制单元停止输出所述控制信号时，所述电压转换单元130未接收到所述控制信号，因此电压转换单元130处于休闲状态，不对所述待加热电池30进行充放电处理，即所述待加热电池30无需进行加热。
可选地，所述控制信号用于控制所述待加热电池30的充放电频率，以使得所述待加热电池30的充放电频率位于动力学控制区域的频率范围。其中，待加热电池30的充放电频率在所述动力学控制区域的频率范围中的情况下，所述待加热电池30内部仅发生电荷转移，而没有物质扩散转移，或者说未发生法拉第反应，因此，当电池的充放电频率在动力学控制区域的频率范围内时，几乎不会发生低温析锂反应。
其中，为了便于说明动力学控制区域的概念，接下来结合附图，介绍本申请实施例的电池的电化学实现原理。图7是本申请一实施例的电池的等效电路模型。如图7所示，电池的等效电路模型包括电池内阻RΩ、双电层电容Cd、电荷转移电阻Rct和扩散阻抗Zw。电池的阻抗Z可以用公式(2)表示。
Figure BDA0002266443320000111
其中，ω表示电池充放电的角频率，j表示阻抗的虚部。电池内阻RΩ表示电池内部的电解液和电极的内阻。双电层电容Cd表示源自电解液中的活性离子所形成的等效电容，其仅改变电荷分布，而不发生化学反应。电荷转移电阻Rct和扩散阻抗Zw可以合称为法拉第阻抗，是源自电解液中的活性离子形成的等效阻抗，其表示法拉第反应所产生的电阻。法拉第反应包括两个过程，一个为电荷转移，产生的电阻可以表示为Rct，另一个物质扩散转移，其产生的阻抗用于Zw表示。Zw的阻抗大小可以用公式(3)表示。
Zw＝σω-1/2(1-j) (3)
其中，σ表示与物质转移有关的因子，ω表示电池充放电的角频率，j表示阻抗的虚部。
图8是本申请一实施例的电池的电化学阻抗谱的示意图。其中，上述电化学阻抗谱也可以称为奈奎斯特(Nyquist)图。图8示出了电池在不同充放电频率下的阻抗。其中，横轴表示电池的实部阻抗，纵轴表示电池的虚部阻抗。如图8所示，根据电池的阻抗类型不同，电化学阻抗谱被划分为动力学控制区域、混合控制区域和扩散控制区域三个区域。
在动力学控制区域内，电池的充放电频率较高，电池在充放电过程中仅发生电荷转移，并没有产生物质扩散转移。换句话说，电池在动力学控制区域内并未发生法拉第反应。其中，动力学控制区域可以包括高频区和极高频区。在高频区内，充放电的时间周期较短，因此电池内部来不及发生物质转移，因此由于物质转移产生的扩散阻抗Zw消失。在极高频区域内，双电层电容Cd将电荷转移电阻Rct和扩散阻抗Zw短路，电池表现为纯电阻特征，因此电池阻抗可以表示为Z＝RΩ。
在混合控制区域内，是指由电池由非法拉第反应向法拉第反应过度的阶段。混合控制区域的频率低于动力学控制区域。
在扩散控制区域内，充放电频率较低，电荷转移和物质扩散转移均发生，即电池在充放电过程中发生法拉第反应。扩散控制区域的频率低于混合控制区域。
需要说明的是，所述动力学控制区域对应的频率范围并不是固定不变的，而是基于电池的当前状态的不同而变化。例如，动力学控制区域的频率范围可以基于工作温度的变化而变化。作为示例，表1示出了电池温度与电池阻抗之间的对应关系。如表1所示，在工作温度为-15℃时，所述动力学控制区域的频率范围可以指大于4Hz的频率区域。
表1
温度(℃) 动力学控制区域(Hz) 混合控制区域(Hz) 扩散控制区域(Hz)
-30 ＞1 0.02～1 ＜0.02
-25 ＞2 0.04～2 ＜0.04
-20 ＞3 0.07～3 ＜0.07
-15 ＞4 0.11～4 ＜0.11
-10 ＞6 0.15～6 ＜0.15
-5 ＞8 0.21～8 ＜0.21
0 ＞10 0.25～10 ＜0.25
5 ＞12 0.34～12 ＜0.34
10 ＞15 0.52～15 ＜0.52
15 ＞20 0.78～20 ＜0.78
在本申请实施例中，所述控制单元可以将电池的充放电频率控制在在动力学控制区域的频率范围内，从而使得所述电池内部在充放电过程中只发生电荷转移，而不发生物质扩散转移。电池在低温充电的情况下容易发生析锂反应，析锂反应是在物质扩散转移的过程中发生的。因此若充放电时电池内部不发生物质扩散转移，就能够避免电池发生析锂反应而影响电池性能。
因此，在本申请实施例中，可以在动力学控制区域的频率范围内选择合适的充放电频率对电池进行充放电，从而可以在避免发生低温析锂反应的前提下，实现对电池的快速均匀加热。
需要说明的是，从理论上讲，在动力学控制区域内，充放电频率越高，发生法拉第反应的可能性就越低，因此充放电频率设置在较高的频率上能够更有效地保证电池的充电性能。但是在实践中，由于电压转换单元130在充电过程和放电过程之间需要进行开关切换，而开关切换所占用的时长使得更快速切换充放电变得困难。因此，在实践中，通常将充放电频率设置在靠近动力学控制区域的频率范围的下限的位置，以减少电路实现的困难程度。例如，当动力学控制区域的频率范围为2Hz时，可以将电池的充放电频率设置为2.5Hz到5Hz之间。
可选地，随着温度的变化，控制单元120可以动态地调节电池的充放电频率，以在保证电池性能安全的情况下优化加热效率。控制单元120可以采用多种方式来确定待加热电池30的充放电频率，然后利用向电压转换单元130发送的控制信号控制所述待加热电池30的充放电频率。接下来介绍几种用于确定待加热电池30的充放电频率的方法。
在第一种方式中，所述控制单元120可以根据所述温度监测信号指示的待加热电池30的温度，以及预设的电池温度与所述动力学控制区域的频率范围之间的对应关系，确定所述待加热电池30的温度对应的第一频率范围；所述控制单元120还用于根据所述第一频率范围，确定所述待加热电池30的充放电频率。
应理解，不同的电池温度对应的动力学控制区域的频率范围不同，因此，所述控制单元120可以根据监测到的待加热电池30的当前温度，确定对应的动力学控制区域的频率范围。
例如，可以参见上表1，若温度检测信号指示待加热电池30的温度为-10℃，则该温度对应的动力学控制区域的频率范围为大于6Hz，即第一频率范围为大于6Hz。因此可以将所述待加热电池30的充放电频率选择在6Hz以上，例如，6.5Hz。
在一些示例中，所述预设的电池温度与动力学控制区域的频率范围之间的对应关系是可以通过多次实验预先确定的。例如，研究人员可以测试电池样品在不同温度下的电化学阻抗谱，然后依据电池的电化学阻抗谱，进行电化学性能分析，以确定不同温度对应的动力学控制区域的频率范围，即确定电池温度与动力学控制区域的频率范围之间的对应关系。所述对应关系可以存储在所述控制单元120中，或者存储在所述控制单元120能够访问的存储设备中，以便于所述控制单元120根据当前监测的电池温度，确定对应的动力学控制区域的频率范围。
图9是本申请又一实施例的电池加热系统100的结构示意图。如图9所示，所述电池加热系统100还包括阻抗监测单元140，所述阻抗监测单元140用于监测所述待加热电池30的阻抗，并输出阻抗监测信号，所述阻抗监测信号用于指示所述待加热电池30的阻抗。其中，所述阻抗监测单元140可以用于实时地监测待加热电池30当前的阻抗，在一些示例中，所述阻抗监测单元140可以通过向所述待加热电池30输入用于测试的交流电流，以检测电池在当前状态的阻抗。
在确定待加热电池30的充放电频率的第二种方式中，控制单元120可以根据阻抗监测单元140发送的阻抗监测信号，获取待加热电池30在当前状态下的电化学阻抗谱。所述电化学阻抗谱可以是如图8所示的电化学阻抗谱。该电化学阻抗谱用于指示所述待加热电池30在当前状态下的阻抗与充放电频率的对应关系。控制单元120可以根据所述电化学阻抗谱确定所述待加热电池30在当前状态下对应的动力学控制区域的第二频率范围。在一些示例中，所述阻抗监测单元140可以检测不同频率的交流电流对应的阻抗，以获取所述待加热电池30在多个频率下对应的阻抗，从而得到待加热电池30的电化学阻抗谱。
在本申请实施例中，控制单元120可以利用阻抗监测单元140对待加热电池30的进行实时监测的阻抗监测信号，确定待加热电池30在当前状态下对应的动力学控制区域的频率范围，并进一步确定待加热电池30的充放电频率。所述当前状态包括所述待加热电池30的当前温度以及其它实时条件，例如，干湿度等参数。因此所述动力学控制区域的频率范围是根据所述待加热电池30的当前状态实时检测得到的，而不是根据实验数据预先获取的。这种测量方式能够更准确地确定待加热电池30的动力学控制区域，从而提高确定所述待加热电池30的充放电频率的准确性，避免由于充放电频率设置不合理而产生低温析锂反应等现象，导致影响电池性能。
可选地，所述电压转换单元还用于对所述第一电压进行升压或降压处理，或者对所述第二电压进行升压或降压处理，使得所述待加热电池30在所述第一时间段内接收的充电电流小于最大充电电流。
应理解，在充电阶段，为了避免充电电流过大而对待加热电池30的性能造成影响，所述待加热电池30的充电电流应小于一定阈值。当电池的工作状态不同时，电池的允许通过的最大充电电流也不同，例如，电池的工作条件可以包括电池温度、电池荷电状态(stateof charge，SoC)、电池阻抗等因素。因此，所述控制单元120需要根据所述待加热电池30的当前工作状态，动态地确定待加热电池30的最大充电电流，以便于控制所述待加热电池30的充电电流小于所述最大充电电流。
可选地，所述控制单元120可以采用多种方式来确定待加热电池30在当前状态下的最大充电电流，接下来介绍本申请实施例中的几种用于确定最大充电电流的方式。
在第一种方式中，所述控制单元120可以根据所述温度监测信号指示的待加热电池30的温度和荷电状态，确定当前的最大充电电流的电流值大小。
具体地，所述控制单元120可以预先获取电池温度、荷电状态与最大充电电流的电流值之间的第一对应关系，然后根据待加热电池的当前温度和当前荷电状态以及上述第一对应关系，确定所述待加热电池当前的最大充电电流的电流值大小。
作为示例，所述控制单元120可以通过根据待加热电池30的当前状态下的电学参数，计算并确定待加热电池30的荷电状态。例如，上述电学参数可以包括但不限于：待加热电池的输出电压、输出电流、温度等参数。
在一些示例中，所述电池温度、荷电状态与最大充电电流的电流值之间的第一对应关系是可以通过多次实验预先确定的。所述第一对应关系可以存储在所述控制单元120中，或者存储在所述控制单元120能够访问的存储设备中，以便于所述控制单元120根据当前监测的电池温度以及荷电状态，确定对应的最大充电电流的电流值。
在另一些示例中，所述预设的电池温度与最大充电电流的电流值之间的对应关系也可以由电池的生产厂家提供。
例如，表2示出了电池温度、荷电状态与最大充电电流的电流值之间的对应关系。其中，表2中以容量为50安时(ampere hour，Ah)的电池为例进行说明。表2中示出了电池在不同温度以及不同荷电状态(state of charge，SoC)下的最大充电电流。例如，如表2所示，在工作温度为-10℃、荷电状态为80％时，所述电池的最大充电电流的大小为128安培(ampere，A)。
表2
Figure BDA0002266443320000151
在第二种方式中，所述控制单元120可以接收阻抗监测单元140发送的阻抗监测信号，以获取所述待加热电池30的当前阻抗，并根据所述阻抗监测信号确定所述最大充电电流的电流值大小。例如，所述控制单元120可以根据以下公式(4)确定最大充电电流的电流值。
Figure BDA0002266443320000152
其中，Ich表示电池的最大充电电流，Vmax表示电池的充电截止电压，Vocv表示电池在某一个SoC点下的开路电压，Rcn表示电池在指定频率下的内阻。
可选地，每隔一段时间，控制单元120可以根据电池内阻随温度变化的特性，重新计算最大充电电流的电流值，并据此调整待加热电池30的充电电流。例如，控制单元120可以在电池温度每上升2℃，便重新确定最大充电电流的电流值。
类似地，所述电压转换单元还可以用于对所述第一电压V1进行升压或降压处理，或者对所述第二电压V2进行升压或降压处理，以使得所述待加热电池30在所述第二时间段内输出的放电电流小于最大放电电流。
应理解，与充电阶段类似，在放电阶段，为了避免放电电流过大而对待加热电池30的性能造成影响，所述待加热电池30的放电电流应小于一定阈值。因此，所述控制单元120需要根据所述待加热电池30的当前工作状态，确定待加热电池30的最大放电电流，以便于控制所述待加热电池30的放电电流小于所述最大放电电流。
可选地，所述控制单元120可以采用多种方式来确定待加热电池30在当前状态下的最大放电电流，接下来介绍本申请实施例中的几种用于确定最大放电电流的方式。
在第一种方式中，所述控制单元120可以用于根据所述温度监测信号指示的待加热电池30的温度和荷电状态，确定当前的最大放电电流的电流值大小。
具体地，所述控制单元120可以预先获取电池温度、荷电状态与最大放电电流的电流值之间的第二对应关系，然后根据待加热电池的当前温度和当前荷电状态以及上述第二对应关系，确定所述待加热电池当前的最大充电电流的电流值大小。
在一些示例中，所述电池温度、荷电状态与最大放电电流的电流值之间的第二对应关系可以通过实验预先确定。所述第二对应关系可以存储在所述控制单元120中，或者存储在所述控制单元120能够访问的存储设备中，以便于所述控制单元120根据当前监测的电池温度，确定对应的最大放电电流的电流值。
在另一些示例中，所述预设的电池温度与最大放电电流的电流值之间的对应关系也可以由电池的生产厂家提供。
例如，表3示出了电池温度与最大放电电流的电流值之间的对应关系。其中，表3中以容量为50Ah的电池为例进行说明。表3中示出了电池在不同温度以及不同荷电状态下的最大放电电流。例如，如表3所示，在工作温度为-10℃、荷电状态为80％时，所述电池的最大放电电流的大小为530A。
表3
Figure BDA0002266443320000161
在第二种方式中，所述控制单元120可以接收阻抗监测单元140发送的阻抗监测信号，以获取所述待加热电池30的当前阻抗，并根据所述阻抗监测信号确定所述最大放电电流的电流值大小。例如，所述控制单元120可以根据以下公式(5)确定最大放电电流的电流值。
Figure BDA0002266443320000162
其中，Idis表示电池的最大放电电流，Vmin表示电池的放电截止电压，Vocv表示电池在某一个SoC点下的开路电压，Rdis表示电池在指定频率下的内阻。
可选地，每隔一段时间，控制单元120可以根据电池内阻随温度变化的特性，重新计算最大放电电流的电流值，并据此调整待加热电池30的放电电流。例如，控制单元120可以在电池温度每上升2℃，便重新确定最大放电电流的电流值。
类似地，所述电压转换单元还可以用于对所述第一电压V1进行升压或降压处理，或者对所述第二电压V2进行升压或降压处理，以使得所述待加热电池30在所述第二时间段内输出的放电电流小于最大放电电流。
图10是本申请又一实施例的电池加热系统100的示意图。图10的方案可以应用于车载系统，如图10所示，上述电池20和待加热电池30可以分别为图10中的第一电池模组210和第二电池模组220。其中，第一电池模组210和第二电池模组220可以通过充放电相互进行加热。上述电压转换单元130可以为图10中的双向DC/DC变换器。上述控制单元120可以集成在所述车载系统的BMS中。上述温度监测单元110可以包括图10中的温度传感器
其中，第一电池模组210的正极和负极分别用于连接双向DC/DC变换器的第一输入端A1和第二输入端A2，所述第二电池模组220的正极和负极分别用于连接双向DC/DC变换器的第三输入端A3和第四输入端A4。所述BMS可以用于连接双向DC/DC变换器的控制端，并向其输出控制信号。多个温度传感器分别置于第一电池模组210和第二电池模组220，并与BMS连接，向BMS输出温度监测信号。
可选地，可以通过设计与所述双向DC/DC变换器相连的开关线路，使得所述双向DC/DC变换器可以通过开关线路与其它电路相连。在不对所述待加热电池30加热的时间段内，所述双向DC/DC变换器可以复用于其它电路中，从而达到节约电路成本和简化设计的目的。例如，所述第一电池模组210与所述双向DC/DC变换器之间可以设置有第一开关电路M1。所述第二电池模组220与所述双向DC/DC变换器之间可以设置有第二开关电路M2。当所述电池加热系统100不工作时，所述第一开关管M1和第二开关管M2处于断开状态。当需要对第一电池模组210和第二电池220加热时，所述第一开关管M1和第二开关管M2处于导通状态。
本申请实施例中的电池加热方案中，不需要外置加热器件，仅需改变电路结构，例如储能模块自带的双向DC/DC变换器实现加热，结构简单，实现成本低。
当所述电池加热系统100工作时，在一个充放电时间周期中的上半个周期，BMS可以控制所述双向DC/DC变换器对第一电池模组210进行升压，第一电池模组210对第二电池模组220进行充电。此时，第一电池模组210放电，第二电池模组220充电。在一个充放电时间周期中的下半个周期，BMS可以控制所述双向DC/DC变换器对第二电池模组220进行升压，第一电池模组220对第一电池模组210进行充电。此时，第一电池模组210充电，第二电池模组220放电。上述充放电过程交替进行，直至第一电池模组210和第二电池模组220达到目标温度。可选地，在加热过程中，BMS可以根据电池状态变化，动态地调整充放电电流的大小以及充放电的频率，以优化加热效果。
在本申请实施例中，电池加热系统可以通过双向DC/DC调节实现电池或者模组之间的相互充/放电，电荷在两个电池/模组之间相互传递，利用充放电过程中的电阻热实现自加热电池，因此同一电池系统内部的电池/模组之间可以实现自加热，无需利用外部电源进行加热，简化了加热系统。
在一些示例中，可以将同一电池包的多个电池模组分为两部分，分别作为电源和待加热电池。图11示出了本申请又一实施例的电池加热系统100的示意图。如图11所示，对于一个由16个电池模组组成的电池包，可以将16个电池模组分为第一模组集合和第二模组集合，每个模组集合包括由8个电池模组，第一模组集合和第二模组集合互为电源和待加热电池。需要说明的是，图11-图15中未示出电池加热系统100的控制单元120、温度监测单元110。本领域技术人员能够理解，若图11至图15中的电池加热系统100应用于车载系统，则图11-图15中的控制单元120可以由车载系统中的BMS实现，或者也可以由车载系统中的其它处理器实现。温度监测单元110可以由设置在电池包中的温度传感器实现。
图12是本申请又一实施例的电池加热系统100的示意图。如图12所示，电源20和待加热电池30可以为同一电池模组中的不同单体电池。不同单体电池之间可以通过双向DC/DC连接，并利用充放电实现电池自加热。从而电池加热系统可以通过双向DC/DC调节实现同一模组内部的不同单体电池的相互充放电，以实现自加热电池，因此无需利用外部电源进行加热，简化了加热系统。
图13是本申请又一实施例的电池加热系统100的示意图。如图13所示，电源20和待加热电池30可以分别为同一电池模组中的多个单体电池。即多个单体电池串联和/或并联组成电源20，多个单体电池串联和/或并联组成待加热电池30。从而电池加热系统可实现同一模组内部的不同电池之间的相互充放电，以实现自加热。因此无需利用外部电源进行加热，简化了加热系统。
图14是本申请又一实施例的电池加热系统100的示意图。如图14所示，电源20可以为外部电源，待加热电池30可以为电池包。其中，所述外部电源是指所述待加热电池30和所述电源20属于不同的电池系统。例如，所述外部电源可以为直流电源、蓄电池等。或者，所述外部电源为一个车载系统中的电池包，所述电源20为另一个车载系统中的电池包。
应理解，以上电池加热系统100的各种应用场景仅仅作为例示，本申请实施例的方案可以适用于其它需要电池加热的场景。
图15是本申请实施例的电池加热系统的控制方法300的示意图。所述电池加热系统包括：温度监测单元，用于监测待加热电池的温度，并输出温度监测信号，所述温度监测信号用于指示所述待加热电池的温度；电压转换单元，分别与电源以及所述待加热电池相连，并接收所述电源输入的第一电压或所述待加热电池输入的第二电压；
所述方法300包括：
S301、获取所述温度监测信号。
S302、根据所述温度监测信号确定控制信号。
S303、向所述电压转换单元输出所述控制信号，所述控制信号用于控制所述电压转换单元对所述第一电压进行升压或降压处理，或者对所述第二电压进行升压或降压处理，以使得：所述待加热电池在第一时间段内通过所述电压转换单元接收来自所述电源的充电电流，以及所述待加热电池在第二时间段内通过所述电压转换单元向所述电源输出放电电流。
在一些示例中，所述向所述电压转换单元输出所述控制信号，包括：在所述温度监测信号指示所述待加热电池的温度低于预设阈值的情况下，输出所述控制信号；所述方法还包括：在所述温度监测信号指示所述待加热电池的温度高于或等于所述预设阈值的情况下，停止输出所述控制信号。
在一些示例中，所述控制信号用于控制所述待加热电池的充放电频率，以使得所述待加热电池的充放电频率位于动力学控制区域的频率范围中。
在一些示例中，所述方法还包括：根据所述温度监测信号指示的待加热电池的温度，以及预设的电池温度与所述动力学控制区域的频率范围之间的对应关系，确定所述待加热电池的温度对应的动力学控制区域的第一频率范围；根据所述第一频率范围，确定所述待加热电池的充放电频率。
在一些示例中，所述电池加热系统还包括阻抗监测单元，所述阻抗监测单元用于监测所述待加热电池的阻抗，并输出阻抗监测信号，所述阻抗监测信号用于指示所述待加热电池的阻抗；所述方法还包括：获取所述阻抗监测信号，并根据所述阻抗监测信号，确定所述待加热电池在当前状态下对应的动力学控制区域的第二频率范围；根据所述第二频率范围，确定所述待加热电池的充放电频率。
在一些示例中，所述控制信号用于控制所述电压转换单元对所述第一电压进行升压或降压处理，或者对所述第二电压进行升压或降压处理，使得所述待加热电池在所述第一时间段内接收的充电电流小于最大充电电流。
在一些示例中，所述方法还包括：根据所述温度监测信号指示的待加热电池的温度和荷电状态，确定所述待加热电池当前的最大充电电流的电流值大小。
在一些示例中，所述电池加热系统还包括阻抗监测单元，所述阻抗监测单元用于监测所述待加热电池的阻抗，并输出阻抗监测信号，所述阻抗监测信号用于指示所述待加热电池的阻抗；所述方法还包括：获取所述阻抗监测信号，并根据所述阻抗监测信号确定所述最大充电电流的电流值大小。
在一些示例中，所述控制信号用于控制所述电压转换单元用于对所述第一电压进行升压或降压处理，或者对所述第二电压进行升压或降压处理，以使得所述待加热电池在所述第二时间段内输出的放电电流小于最大放电电流。
在一些示例中，所述方法还包括：根据所述待加热电池的温度和荷电状态，确定所述待加热电池当前的最大放电电流的电流值大小。
在一些示例中，所述电池加热系统还包括阻抗监测单元，所述阻抗监测单元用于监测所述待加热电池的阻抗，并输出阻抗监测信号，所述阻抗监测信号用于指示所述待加热电池的阻抗；所述方法还包括：获取所述阻抗监测信号，并根据所述阻抗监测信号确定所述最大放电电流的电流值大小。
在一些示例中，所述电源包括第一电池模组，所述待加热电池包括第二电池模组。
图16是本申请一实施例的控制设备400的结构示意图。如图16所示，该控制设备400包括处理器410、通信接口420。可选地，该装置400还可以包括存储器430。可选地，存储器430可以包括与处理器410中。其中，处理器410、通信接口420和存储器430通过内部连接通路互相通信，存储器430用于存储指令，处理器410用于执行存储器430存储的指令，以实现本申请实施例提供的控制方法。
可选地，所述控制设备400可以用于执行图2、图9中的控制单元120的功能，或者执行图10中的BMS的功能。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
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、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，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，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，在本申请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。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (24)

1.一种电池加热系统，其特征在于，包括：
温度监测单元，用于监测待加热电池的温度，并输出温度监测信号，所述温度监测信号用于指示所述待加热电池的温度；
电压转换单元，分别与电源以及所述待加热电池相连，并接收所述电源输入的第一电压或所述待加热电池输入的第二电压；
控制单元，用于接收所述温度监测信号，并根据所述温度监测信号向所述电压转换单元输出控制信号；
所述电压转换单元用于根据所述控制信号，对所述第一电压进行升压或降压处理，或者对所述第二电压进行升压或降压处理，以使得：所述待加热电池在第一时间段内通过所述电压转换单元接收来自所述电源的充电电流，以及所述待加热电池在第二时间段内通过所述电压转换单元向所述电源输出放电电流。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制单元具体用于在所述温度监测信号指示所述待加热电池的温度低于预设阈值的情况下，输出所述控制信号；
所述控制单元还用于：在所述温度监测信号指示所述待加热电池的温度高于或等于所述预设阈值的情况下，停止输出所述控制信号。
3.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述控制信号用于控制所述待加热电池的充放电频率，以使得所述待加热电池的充放电频率位于动力学控制区域的频率范围中。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述控制单元用于根据所述温度监测信号指示的待加热电池的温度，以及预设的电池温度与所述动力学控制区域的频率范围之间的对应关系，确定所述待加热电池的温度对应的动力学控制区域的第一频率范围；
所述控制单元还用于根据所述第一频率范围，确定所述待加热电池的充放电频率。
5.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统还包括阻抗监测单元，所述阻抗监测单元用于监测所述待加热电池的阻抗，并输出阻抗监测信号，所述阻抗监测信号用于指示所述待加热电池的阻抗；
所述控制单元用于接收所述阻抗监测信号，并根据所述阻抗监测信号，确定所述待加热电池在当前状态下对应的动力学控制区域的第二频率范围；
所述控制单元还用于根据所述第二频率范围，确定所述待加热电池的充放电频率。
6.如权利要求1至5中任一项所述的系统，其特征在于，所述电压转换单元用于对所述第一电压进行升压或降压处理，或者对所述第二电压进行升压或降压处理，使得所述待加热电池在所述第一时间段内接收的充电电流小于最大充电电流。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述控制单元还用于根据所述温度监测信号指示的待加热电池的温度和荷电状态，确定所述待加热电池当前的最大充电电流的电流值大小。
8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括阻抗监测单元，所述阻抗监测单元用于监测所述待加热电池的阻抗，并输出阻抗监测信号，所述阻抗监测信号用于指示所述待加热电池的阻抗；
所述控制单元用于接收所述阻抗监测信号，并根据所述阻抗监测信号确定所述最大充电电流的电流值大小。
9.如权利要求1至8中任一项所述的系统，其特征在于，所述电压转换单元用于对所述第一电压进行升压或降压处理，或者对所述第二电压进行升压或降压处理，以使得所述待加热电池在所述第二时间段内输出的放电电流小于最大放电电流。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述控制单元还用于根据所述待加热电池的温度和荷电状态，确定所述待加热电池当前的最大放电电流的电流值大小。
11.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统还包括阻抗监测单元，所述阻抗监测单元用于监测所述待加热电池的阻抗，并输出阻抗监测信号，所述阻抗监测信号用于指示所述待加热电池的阻抗；
所述控制单元用于接收所述阻抗监测信号，并根据所述阻抗监测信号确定所述最大放电电流的电流值大小。
12.如权利要求1至11中任一项所述的系统，其特征在于，所述电源包括第一电池模组，所述待加热电池包括第二电池模组。
13.一种电动汽车，其特征在于，包括：
第一电池、第二电池；
电压转换单元，分别与所述第一电池以及所述第二电池相连，并接收所述第一电池输入的第一电压或所述第二电池输入的第二电压；
温度监测单元，用于监测第二电池的温度，并输出温度监测信号，所述温度监测信号用于指示所述第二电池的温度；
控制单元，用于接收所述温度监测信号，并根据所述温度监测信号向所述电压转换单元输出控制信号；
所述电压转换单元用于根据所述控制信号，对所述第一电压进行升压或降压处理，或者对所述第二电压进行升压或降压处理，以使得：所述第二电池在第一时间段内通过所述电压转换单元接收来自所述第一电池的充电电流，以及所述第二电池在第二时间段内通过所述电压转换单元向所述第一电池输出放电电流。
14.如权利要求13所述的汽车，其特征在于，所述控制单元具体用于在所述温度监测信号指示所述第二电池的温度低于预设阈值的情况下，输出所述控制信号；
所述控制单元还用于：在所述温度监测信号指示所述第二电池的温度高于或等于所述预设阈值的情况下，停止输出所述控制信号。
15.如权利要求13或14所述的汽车，其特征在于，所述控制信号用于控制所述第二电池的充放电频率，以使得所述第二电池的充放电频率位于动力学控制区域的频率范围中。
16.如权利要求15所述的汽车，其特征在于，所述控制单元用于根据所述温度监测信号指示的第二电池的温度，以及预设的电池温度与所述动力学控制区域的频率范围之间的对应关系，确定所述第二电池的温度对应的动力学控制区域的第一频率范围；
所述控制单元还用于根据所述第一频率范围，确定所述第二电池的充放电频率。
17.如权利要求15所述的汽车，其特征在于，所述汽车还包括阻抗监测单元，所述阻抗监测单元用于监测所述第二电池的阻抗，并输出阻抗监测信号，所述阻抗监测信号用于指示所述第二电池的阻抗；
所述控制单元用于接收所述阻抗监测信号，并根据所述阻抗监测信号，确定所述第二电池在当前状态下对应的动力学控制区域的第二频率范围；
所述控制单元还用于根据所述第二频率范围，确定所述第二电池的充放电频率。
18.如权利要求13至17中任一项所述的汽车，其特征在于，所述电压转换单元用于对所述第一电压进行升压或降压处理，或者对所述第二电压进行升压或降压处理，使得所述第二电池在所述第一时间段内接收的充电电流小于最大充电电流。
19.如权利要求13至18中任一项所述的汽车，其特征在于，所述电压转换单元用于对所述第一电压进行升压或降压处理，或者对所述第二电压进行升压或降压处理，以使得所述第二电池在所述第二时间段内输出的放电电流小于最大放电电流。
20.如权利要求13至19中任一项所述的汽车，其特征在于，还包括电池包，所述第一电池包括所述电池包中的至少一个第一电池模组，所述第二电池包括所述电池包中的至少一个第二电池模组。
21.一种供电系统，其特征在于，所述供电系统包括如权利要求1至12中任一项所述的电池加热系统；
所述电源和所述待加热电池。
22.如权利要求21所述的供电系统，其特征在于，所述电源包括第一电池模组，所述待加热电池包括第二电池模组。
23.一种车载系统，其特征在于，所述车载系统包括如权利要求1至12中任一项所述的电池加热系统；
所述电源和所述待加热电池。
24.如权利要求23所述的车载系统，其特征在于，所述电源包括所述车载系统中的电池包中的第一电池模组，所述待加热电池包括所述电池包中的第二电池模组。
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