CN111404246B - 电池能量处理装置、方法和车辆 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种电池能量处理装置、方法和车辆，属于车辆领域，能够在电池自加热期间对电池进行充电。一种电池能量处理装置，包括：能量交换接口；第一电路，所述第一电路的第一端与所述能量交换接口连接，所述第一电路的第二端与所述电池连接；第二电路，所述第二电路的第一端与所述电池连接；储能单元，所述储能单元与所述第二电路的第二端连接；控制器，被配置为在第一预设状态下，控制所述第二电路使所述电池进行充电和放电以实现对所述电池的加热，以及控制所述第一电路接收来自所述能量交换接口的能量输出至电池以实现对所述电池的充电。

Description

电池能量处理装置、方法和车辆
技术领域
本申请涉及车辆领域，具体地，涉及一种电池能量处理装置、方法和车辆。
背景技术
随着新能源的广泛使用，电池可作为动力源应用在各个领域中。电池作为动力源使用的环境不同，电池的性能也会受到影响。譬如：在零点温度下电池的充电容量会随温度的降低而降低，因此，存在低温环境下充电效率低的技术问题。
为了解决低温环境下充电效率低的问题，相关技术中，提出了电池加热功能，以提升电池温度后执行电池充电功能。但是，目前的电池加热功能、电池充电功能是分时实现的。为此，电池加热功能和电池充电功能的协同实现是当前亟待解决的技术问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种电池能量处理装置、方法和车辆，能够在电池自加热期间对电池进行充电。
根据本申请的第一实施例，提供一种电池能量处理装置，包括：能量交换接口；第一电路，所述第一电路的第一端与所述能量交换接口连接，所述第一电路的第二端与所述电池连接；第二电路，所述第二电路的第一端与所述电池连接；储能单元，所述储能单元与所述第二电路的第二端连接；控制器，被配置为在第一预设状态下，控制所述第二电路使所述电池进行充电和放电以实现对所述电池的加热，以及控制所述第一电路接收来自所述能量交换接口的能量输出至所述电池以实现对所述电池的充电。
根据本申请的第二实施例，提供一种电池能量处理方法，包括：在第一预设状态下，控制第二电路使所述电池进行充电和放电以实现对所述电池的加热，以及控制第一电路接收来自能量交换接口的能量输出至所述电池以实现对所述电池的充电；其中，所述第一电路的第一端与能量交换接口连接，所述第一电路的第二端与所述电池连接，所述第二电路的第一端与所述电池连接，储能单元与所述第二电路的第二端连接。
根据本申请的第三实施例，提供一种车辆，包括电池及根据本申请第一实施例所述的电池能量处理装置。
通过采用上述技术方案，能够在控制第二电路使电池进行充电和放电以实现对电池进行加热期间，控制第一电路接收来自能量交换接口的能量以实现对电池的充电，这样就能够在电池执行自加热的时候实现电池的充电。
本申请的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本申请的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本申请，但并不构成对本申请的限制。在附图中：
图1是根据本申请一种实施例的电池能量处理装置的示意框图。
图2是图1示出的电池能量处理装置的又一示例性实施例的电路拓扑图。
图3-图6示出了第一电路的工作状态示意图。
图7是图1示出的电池能量处理装置的又一示例性实施例的电路拓扑图。
图8是图1示出的电池能量处理装置的又一示例性实施例的电路拓扑图。
图9是图1示出的电池能量处理装置的又一示例性实施例的电路拓扑图。
图10是图1示出的电池能量处理装置的又一示例性实施例的电路拓扑图。
图11是图1示出的电池能量处理装置的又一示例性实施例的电路拓扑图。
图12是图1示出的电池能量处理装置的又一示例性实施例的电路拓扑图。
图13是根据本申请一种实施例的电池能量处理方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本申请的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本申请，并不用于限制本申请。
如图1所示，该电池能量处理装置包括：能量交换接口100；第一电路200，其中第一电路200的第一端与能量交换接口100连接，第一电路200的第二端与电池300连接；第二电路400，其中第二电路400的第一端与电池300连接；储能单元500，其中储能单元500与第二电路400的第二端连接；控制器600，被配置为在第一预设状态下，控制第二电路400使电池300进行充电和放电以实现对电池300的加热，以及控制第一电路200接收来自能量交换接口100的能量输出至电池以实现对电池300的充电。
通过采用上述技术方案，能够在控制第二电路400使电池300进行充电和放电以实现对电池300进行加热期间，控制第一电路200接收来自能量交换接口100的能量以实现对电池300的充电，这样就能够在电池执行自加热的时候实现电池的充电。
在具体实施例中，在第一预设状态下，控制器600控制所述第二电路400使储能单元500与电池300进行充电和放电以实现对电池300的加热。上述使储能单元500与电池300进行充电和放电是指电池向储能单元500提供能量，使电池300放电，以及储能单元500向电池300提供能量，使电池300充电。
在一种实施例中，第一电路200在第一预设状态下被配置为对能量交换接口100的电压进行稳压，而且第一电路200传输至电池300的电压实时匹配电池300的电压。
在本申请中，第一预设状态指的是电池300在执行自加热期间能够进行充电的一种状态。
通过采用上述技术方案，能够实现如下的有益效果：首先，控制第二电路400使储能单元500与电池300进行充电和放电的操作（也即，电池300的自加热操作）会导致电池300两端的电压出现波动，而通过控制第一电路200对能量交换接口100的电压进行稳压，就能够避免电池两端的电压波动对能量交换接口100处电压的影响；另一方面，由于第一电路200传输至电池300的电压实时匹配电池300的电压，这样就能够使得第一电路200传输至电池300的电压实时跟踪电池300的电压，避免了因无法跟踪电池电压而导致的充电失败，进而就能够在执行自加热期间实现对电池的充电。
第一电路200在第一预设状态下被配置为对能量交换接口100的电压进行稳压就使得能量交换接口100的电压不会受到电池自加热时在电池两端产生的电压大幅跳变的影响，第一电路200在第一预设状态下被配置为使电池300的输入电压实时匹配电池300的电压就能够对电池电压进行实时跟踪，避免因无法跟踪电池电压而导致的充电失败，例如充电桩退出充电流程。
如图2所示，第一电路200包括：M相桥臂B1，其中M相桥臂B1的第一汇流端连接电池300的正极，M相桥臂B1的第二汇流端连接电池300的负极；M个线圈KM1，其中M个线圈KM1的第一端一一对应连接至M相桥臂B1的中点，M个线圈KM1的第二端共接；第一电容C1，其中第一电容C1的第一端与M个线圈KM1的第二端连接，第一电容C1的第二端与M相桥臂B1的第二汇流端连接，第一电容C1的第一端和第一电容C1的第二端分别与能量交换接口100连接；其中，M≥1。
虽然图2是以M=3为例进行图示的，但是本领域技术人员应当理解的是，图2的桥臂数量和线圈数量仅是示例。
下面结合图3-图6描述在第一预设状态下第一电路200的工作原理。
在图3中，控制器600控制M相桥臂B1的所有下桥臂断开，控制M相桥臂B1的至少一个上桥臂导通，则，电流从电池300的正极流出，依次流过M相桥臂B1的导通的上桥臂、M个线圈KM1中与导通的上桥臂相连接的线圈、第一电容C1后回到电池300的负极。这样，就能够实现电池300向第一电容C1充电。另外，通过控制上桥臂的导通数量以及导通占空比，能够控制充电电流的大小，进而控制充电功率的大小。
在一个示例中，假设M相桥臂B1包括3个桥臂a1、a2和a3，线圈KM1包括3个线圈L1、L2和L3，其中，线圈L1的一端与桥臂a1的中点连接，线圈L2的一端与桥臂a2的中点连接，线圈L3与桥臂a3的中点连接。然后，控制器600控制桥臂a1、a2和a3的所有下桥臂断开，控制桥臂a1和a2的上桥臂导通并控制器桥臂a3的上桥臂断开，则电池300的正极、桥臂a1的上桥臂、线圈L1、第一电容C1和电池300的负极构成一个给第一电容C1充电的电流循环回路，电池300的正极、桥臂a2的上桥臂、线圈L2、第一电容C1和电池300的负极构成一个给第一电容C1充电的电流循环回路。
然后，在图4中，控制器600控制M相桥臂B1的所有上桥臂断开，控制M相桥臂B1的下桥臂中、与存在续流电流的线圈相连接的下桥臂导通或断开，则，续流电流就在由导通的下桥臂、与导通的下桥臂相连接的线圈和第一电容构成的回路中流动。这样，就能够将存在续流电流的线圈中的能量转移给第一电容C1。需要说明的是：在下桥臂断开的状态，电流流经下桥臂的二极管。
如本领域普通技术人员所知晓的，1、N相桥臂B2的上桥臂和下桥臂不能同时导通；2、其中一个导通，另一个就是关断的，如上桥臂导通则下桥臂关断，上桥臂关断则下桥臂导通；3、其中一个关断，另一个可以是关断的也可以是导通的，如上桥臂关断则下桥臂关断或导通，上桥臂关断则上桥臂关断或导通。
仍然以上面的示例为例。由于在上面的示例中是控制桥臂a1和a2的上桥臂导通，所以现在应当控制M相桥臂B1的所有上桥臂断开，控制M相桥臂B1的a1和a2的下桥臂导通以及a3的下桥臂断开，则桥臂a1的下桥臂、线圈L1、第一电容C1构成一个将线圈L1中的能量转移给第一电容C1的续流循环回路，桥臂a2的下桥臂、线圈L2、第一电容C1构成一个将线圈L2中的能量转移给第一电容C1的续流循环回路。
图3和图4用于对第一电容C1进行预充，通过控制M相桥臂B1的上下桥臂导通的占空比，就能够将能量交换接口100处的电压稳定至目标值。该目标值可以通过读取诸如充电桩之类的外部供电设备的信息（包括电压等级、最大输出电流等）而得到。
在图5中，控制器600控制M相桥臂B1的至少一个下桥臂导通，控制M相桥臂B1的所有上桥臂断开，则电流从能量交换接口100的正极，依次流过与导通的下桥臂连接的线圈和导通的下桥臂，最后回到能量交换接口100的负极。这样，就能够实现诸如充电桩之类的外部供电设备向线圈充电。另外，通过控制下桥臂的导通数量以及导通占空比，能够控制充电电流的大小，进而控制充电功率的大小。
然后，在图6中，控制器600控制M相桥臂B1的所有下桥臂断开，并控制M相桥臂B1的、与存在续流电流的线圈连接的上桥臂导通或断开，则，电流依次流经能量交换接口100的正极、与导通的上桥臂连接的线圈、导通的上桥臂、电池300的正极、电池300的负极，最后回到能量交换接口100的负极。这样，就能够由诸如充电桩之类的外部供电设备以及线圈KM1共同向电池300充电。需要说明的是：在上桥臂断开的状态，电流流经上桥臂的二极管。
因此，控制器600通过控制M相桥臂B1的的下桥臂导通与关断，使得图5和图6的状态交替工作，完成了升压斩波功能（BOOST），使得输出到电池300的电压平均值最小可以为能量交换接口100的电压，如果增大下桥臂的占空比，则第一电路200输出至电池300的电压也会随之增大。通过控制M相桥臂B1的上下桥臂导通的占空比，能够改变第一电路200输出至电池300的电压，从而使得第一电路200输出至电池300的电压实时跟踪电池300的电压。
进一步参考图2。第二电路400包括N相桥臂B2，其中N相桥臂B2的第一汇流端连接电池300的正极，N相桥臂B2的第二汇流端连接电池300的负极。储能单元500包括N个线圈KM2，N个线圈KM2的第一端一一对应连接至N相桥臂B2的中点，N个线圈KM2的第二端共接；其中，N≥2。虽然图2是以N=3为例进行图示的，但是本领域技术人员应当理解的是，图2的桥臂数量和线圈数量仅是示例。
在第一预设状态下，控制器600控制N相桥臂B2使N个线圈KM2与电池300进行充电和放电以实现对电池300的加热，以及控制M相桥臂B1使电池300接收来自能量交换接口100的能量从而对电池300进行充电。在第一预设状态下，利用图2所示的第一电路200对电池300进行充电的过程已经结合图3-图6进行了详细描述。接下来描述在第一预设状态下利用图2中的N相桥臂B2、N个线圈KM2对电池300进行加热的过程。具体地，利用线圈KM2作为限流缓冲装置，控制N相桥臂B2的导通方式，同时调节导通的桥臂的占空比来控制电池回路相电流，使电池内阻发热从而带动电池温度升高，实现电池300的可控升温。
在一种实施例中，N个线圈KM2为电机绕组（例如驱动电机的电机绕组），N相桥臂B2为桥臂变换器。也即，车辆上的现有电机绕组和桥臂变换器被复用了，使得能够根据需要而实现不同的功能，例如：在电池需要自加热时，N个线圈KM2和N相桥臂B2能够被应用于本申请中描述的各种自加热流程中；在需要驱动车辆时，N个线圈KM2和N相桥臂B2能够被切换成通过控制桥臂B2使与电机绕组对应的电机输出功率，进而驱动车辆，也即控制器600还被配置为，在第四预设状态下，控制桥臂变换器使与电机绕组对应的电机输出功率。其中，第四预设状态指的是电机驱动状态。这样，就能够通过复用车辆电机绕组和桥臂变换器，来根据需要实现不同的功能，而且还节省了车辆成本。
如图7所示，在图2所示的储能单元500的基础上，储能单元500还包括第二电容C2，其中第二电容C2的第一端与N个线圈KM2的第二端连接，第二电容C2的第二端与N相桥臂B2的第二汇流端连接，在此实施例中，N≥1。利用图7的电路拓扑，能够在第一预设状态下，在对电池300进行加热期间对电池300进行充电。也即，在第一预设状态下，控制器600控制N相桥臂B2使第二电容C2对电池300进行充电和放电以实现对电池300的加热，以及控制M相桥臂B1使电池300接收来自能量交换接口100的能量。在第一预设状态下，利用图7所示的第一电路200对电池300进行充电的过程已经结合图3-图6进行了详细描述。接下来描述在第一预设状态下利用图7中的N相桥臂B2、N个线圈KM2和第二电容C2对电池300进行加热的过程。
首先，在第一过程中，控制器600可以控制N相桥臂B2的所有下桥臂断开，并控制N相桥臂B2的至少一个上桥臂导通，此时，电流从电池300的正极流出，流经导通的上桥臂、与导通的上桥臂连接的线圈和第二电容C2，最后回到电池300的负极。在该过程中，电池300为向外放电状态，第二电容C2接收与导通的上桥臂连接的线圈的能量，电压不断增大，实现储能。
接下来，在第二过程中，控制器600可以控制N相桥臂B2的所有上桥臂断开，并控制N相桥臂B2的下桥臂中、与存在续流电流的线圈连接的下桥臂导通，此时，电流从存在续流电流的线圈流出，流经第二电容C2和导通的下桥臂，最后回到存在续流电流的线圈。在该过程中，由于线圈的续流作用，第二电容C2继续接收线圈的能量，电压不断增大。
在第三过程中，随着第二电容C2两端的电压不断增大，第二电容C2会自动从接收线圈KM2的能量变换为向线圈KM2释放能量，此时，电流从第二电容C2流出，流经与导通的下桥臂连接的线圈、导通的下桥臂，最后回到第二电容C2。在该过程中，第二电容C2两端的电压不断减小。
之后，在第四过程中，控制器600可以控制N相桥臂B2的所有下桥臂断开，控制N相桥臂B2的至少一个上桥臂导通，此时，电流从第二电容C2流出，流经与导通的上桥臂连接的线圈、导通的上桥臂、电池300的正极和电池300的负极，最后回到第二电容C2。在该过程中，电池300为充电状态。
随着第二电容C2两端的电压不断降低，第二电容C2和与导通的上桥臂连接的线圈由向电池释放能量切换到接收电池的能量，此时，电流流向又回到第一过程中所述的流向，电池300开始向外放电。
上述四个过程不断循环，使第二电容C2与电池300之间能够快速进行循环式充/放电。由于电池内阻的存在，产生大量的热使得电池快速升温，提高电池加热效率。
如图8所示，在图7的基础上，电池能量处理装置还包括第一开关K1，其中第一开关K1的第一端与能量交换接口100连接，第一开关K1的第二端连接至电池300的正极。控制器600还被配置为在第二预设状态下，控制第一电路200处于不接收能量交换接口100的能量的状态且控制第二电路400处于不使储能单元500与电池300进行充电和放电的状态，并控制第一开关K1导通以使电池300直接接收来自能量交换接口100的能量，可以实现快速充电且充电能耗最低。这样，就能够在电池不需要自加热的情况下，利用直接充电的方式对电池300进行充电。
在本申请中，第二预设状态指的是在电池不需要自加热的情况下利用直接充电方式对电池进行充电的状态。
可以理解的是，本申请中的电池能量处理装置因为增加了第一开关K1，使得本申请具有两种充电方式。第一种充电方式是通过第一电路200进行升压充电，第二种充电方式是通过第一开关K1进行直接充电，而且这两种充电方式不会并行执行。在储能单元500与电池300进行充电和放电以对电池300进行自加热期间，需要断开第一开关K1，避免在自加热期间直接充电方式起作用，而且如果在自加热期间电池300有充电需求的话，需要通过第一电路200对电池300进行升压充电。在储能单元500与电池300不进行充电和放电以对电池300进行加热的情况下，如果电池300有充电需求的话，由于此时电池300的两端没有因自加热导致的电压波动，所以可以利用第一电路200对电池300进行升压充电，或者也可以闭合第一开关K1以利用直接充电方式对电池300进行直接充电。
如图9所示，在图7的基础上，电池能量处理装置还包括第二开关K2，其中第二开关K2的第一端与能量交换接口100连接，第二开关K2的第二端分别与第二电容C2的第一端以及N个线圈KM2的第二端连接。控制器600还被配置为在第三预设状态下，控制第二开关K2导通，并控制N相桥臂B2的下桥臂导通与关断，使电池300接收来自能量交换接口100的能量，其中，能量交换接口100的能量通过N相桥臂B2、N个线圈KM2和第二电容C2升压后被电池300接收。这样，就能够在电池不需要自加热的情况下利用快速升压充电的方式对电池300进行充电。
在本申请中，第三预设状态指的是在电池300没有自加热需求的情况下利用快速升压充电方式对电池进行充电的状态。另外，在第二开关K2导通的情况下利用第二电路400、储能元件500对电池300进行升压充电的过程与结合图3-图6描述的过程类似，此处不再赘述。
在本申请另一实施例中，图9的拓扑结构还可以实现在电池不需要自加热的情况下利用直接充电的方式对电池300进行充电。具体为：控制器600还被配置为在第二预设状态下，控制第二开关K2导通，并控制N相桥臂B2的下桥臂关断，N相桥臂B2的上桥臂闭合或者上桥臂断开，此时，来自能量交换接口100的能量经过N个线圈KM2和N相桥臂B2的上桥臂后，流至电池300的正极对电池进行充电，即使电池300直接接收来自能量交换接口100的能量。需要说明的是，在N相桥臂B2的上桥臂断开的状态，电流流经N相桥臂B2的上桥臂的二极管，第二预设状态指的是在电池不需要自加热的情况下利用直接充电方式对电池进行充电的状态。
如本领域普通技术人员所知晓的，1、N相桥臂B2的上桥臂和下桥臂不能同时导通；2、其中一个导通，另一个就是关断的，如上桥臂导通则下桥臂关断，上桥臂关断则下桥臂导通；3、其中一个关断，另一个可以是关断的也可以是导通的，如上桥臂关断则下桥臂关断或导通，上桥臂关断则上桥臂关断或导通。
另外，通过图9所示的电路拓扑可以看出，第二电路400和储能元件500被复用于对电池300进行加热和对电池300进行快速升压充电，这两种操作通过第二开关K2进行切换。也即，在第二开关K2断开的情况下，第二电路400和储能元件500可以用于实现电池300的加热，在第二开关K2导通的情况下，第二电路400和储能元件500可以用于实现电池300的快速升压充电或实现电池的直接充电。
另外，可以理解的是，本申请中的电池能量处理装置因为增加了第二开关K1，使得本申请具有四种充电方式，第一种充电方式是通过第一电路200进行升压充电，第二种充电方式是通过第一开关K1进行直接充电，第三种充电方式是通过第二开关K2、第二电容C2、N相桥臂B2、N个线圈KM2进行升压充电，第四种充电方式是通过第二开关K2、第二电容C2、N相桥臂B2、N个线圈KM2进行直接充电，而且第一种、第二种和第三种充电方式不并行执行。在储能单元500与电池300进行充电和放电以对电池300进行自加热期间，需要断开第一开关K1和第二开关K2，避免在自加热期间直接充电方式起作用，而且如果在自加热期间电池300有充电需求的话，需要通过第一电路200进行升压充电。在储能单元500与电池300不进行充电和放电以对电池300进行加热的情况下，如果电池300有充电需求的话，由于此时电池300的两端没有因自加热导致的电压波动，所以此时可以导通第一开关K1、断开第二开关K2、断开第一电路200，以通过直接充电的方式对电池300进行直接充电，或者也可以断开第一开关K1、断开第一电路200、导通第二开关K2，以通过第二电容C2、N相桥臂B2、N个线圈KM2对电池300进行快速升压充电，或者也可以断开第一开关K1和第二开关K2，以通过第一电路200对电池300进行升压充电。这些充电方式可以根据充电桩的电压来选择，在充电桩的电压均满足充电电压需求时，可以选择直接充电以实现快速充电且充电能耗最低。在充电桩的电压不满足直接充电的电压要求时，可以选择利用第二开关K2、第二电容C2、N相桥臂B2、N个线圈KM2进行快速升压充电，也可以选择利用第一电路200进行升压充电。
另外，如果需要利用储能单元500与电池300的充放电对电池300进行自加热，则说明电池300目前处于低温状态，所以在本申请中，利用第一电路200对电池300进行升压充电的电流应当小于电池低温状态下充电时会对电池造成损伤的电流，这也意味着，利用第一电路200进行升压充电的电流不能太高。所以，在不需要利用N相桥臂B2、N个线圈KM2和第二电容C2对电池进行加热的情况下，如果电池300需要进行升压充电，则优选使用第二开关K2、N相桥臂B2、N个线圈KM2和第二电容C2对电池300进行快速升压充电，其中，第二开关K2、N相桥臂B2、N个线圈KM2和第二电容C2组成的快速升压充电电路被配置为能够利用大电流对电池进行快速升压充电。
如图10所示，在图7的基础上，电池能量处理装置还包括第三开关K3，第三开关K3的第一端与N个线圈KM2的第二端连接，第三开关K3的第二端与第二电容C2的第一端连接。
如果电池300有自加热需求，则可以断开第三开关K3，并利用N相桥臂B2和N个线圈KM2对电池300进行循环充放电，从而利用电池300的内阻发热实现电池300的自加热。当然，如果电池300有自加热需求，也可以导通第三开关K3，断开第二开关K2，并利用N相桥臂B2、N个线圈KM2和第二电容C2对电池300进行循环充放电，从而利用电池300的内阻发热实现电池300的自加热。这些自加热的工作流程已经在上文进行了详细描述，此处不再赘述。
如果电池300无自加热需求、但是有快速升压充电需求，则可以导通第二开关K2和第三开关K3，以便利用N相桥臂B2、N个线圈KM2和第二电容C2对电池300进行快速升压充电。另外，直接充电方式、快速升压充电方式、利用第一电路200的升压充电方式、电池加热等之间的协调工作，已经结合图9进行了详细描述，此处不再赘述。
在一种实施例中，N个线圈KM2为电机绕组（例如驱动电机的电机绕组），N相桥臂B2为桥臂变换器。也即，车辆上的现有电机绕组和桥臂变换器被复用了，使得能够根据需要而实现不同的功能，例如：在电池需要自加热时，可以断开第三开关K3并利用N个线圈KM2和N相桥臂B2实现本申请中描述的相关自加热流程，或者也可以导通第三开关K3并利用N个线圈KM2、N相桥臂B2和第二电容C2实现本申请中描述的相关自加热流程；在电池需要快速升压充电时，N个线圈KM2和N相桥臂B2能够被切换成应用于如上描述的快速升压充电流程中；在需要驱动车辆时，可以断开第三开关K3并使得N个线圈KM2和N相桥臂B2能够被切换成通过控制桥臂B2使与电机绕组对应的电机输出功率，进而驱动车辆，也即控制器600，还被配置为在第五预设状态下，控制第三开关K3断开，并控制桥臂变换器使与电机绕组对应的电机输出功率。其中，第五预设状态指的是电机驱动状态。这样，就能够通过复用车辆电机绕组和桥臂变换器，来根据需要实现不同的功能，而且还节省了车辆成本。
如图11所示，在图2或7的基础上，电池能量处理装置还包括第四开关K4，其中第四开关K4的第一端与M个线圈KM1的第二端连接，第四开关K4的第二端与第一电容C1的第一端连接。在第四开关K4导通时，能够利用第一电路200对电池300进行如上描述的升压充电。在第四开关K4断开时，能够将第一电路200应用于除了给电池300进行升压充电之外的功能中，例如，用作驱动电路。因此，通过增加第四开关K4，可以实现第一电路200的第二功能，且不会影响本申请的电池能量处理装置的其他功能例如电池自加热、电池自加热电路的升压充电功能、电池直接充电、电池驱动等。
例如，在一种实施例中，M个线圈KM1可以为驱动电机的电机绕组，M相桥臂B1为桥臂变换器，则控制器600可以被配置为在第六预设状态下，控制第四开关K4断开，并控制桥臂变换器使与电机绕组对应的电机输出功率，这样就实现了电机驱动功能。其中第六预设状态指的是电机驱动状态。通过电机绕组、桥臂变换器的复用，能节省车辆成本。
再例如，在又一种实施例中，M个线圈KM1为压缩机的电机绕组，M相桥臂B1为桥臂变换器。则控制第一开关K4断开，可以利用M个线圈KM1和M相桥臂B1实现压缩机的常用功能，例如制冷功能。通过电机绕组、桥臂变换器的复用，能节省车辆成本。另外，由于压缩机的驱动电流不大，所以非常适用于将压缩机的电机绕组和桥臂变换器复用到第一电路200中，以便能够在电池自加热期间进行充电的情况下采用小电流对电池进行如上所述的升压充电。
另外，在M个线圈KM1和M相桥臂B1被用于车辆驱动功能的情况下，在有需求时，如上描述的快速升压充电、直接充电、电池加热、电机驱动等也是可以执行的。在N个线圈KM2和N相桥臂B2被用于车辆驱动功能的情况下，在有需求时，如上描述的直接充电、利用第一电路200的升压充电、压缩机功能等也是可以执行的。
如图12所示，在图2或7的基础上，电池能量处理装置还包括第五开关K5，其中第五开关K5的第一端与能量交换接口100连接，第五开关K5的第二端连接至电池300的负极；控制器600，还被配置为在第一预设状态、第二预设状态或第三预设状态下，均控制第五开关K5导通。这样，就能够在充电结束后，可以将第一电路200与能量交换接口100完全隔离，避免第一电路200的高压串入能量交换接口100的同时，有人员接触能量交换接口100，引发人身安全。
如图13并结合图1~图12所示，该方法包括：
在步骤S101中，在第一预设状态下，控制第二电路400使电池300进行充电和放电以实现对电池300的加热；以及
在步骤S102中，在第一预设状态下，控制第一电路200接收来自能量交换接口100的能量输出至电池300以实现对电池300的充电。
其中，第一电路200的第一端与能量交换接口100连接，第一电路200的第二端与电池300连接，第二电路400的第一端与电池300连接，储能单元500与第二电路400的第二端连接。
另外，本申请对步骤S101和S102的先后顺序不做限定。也即，例如，如果检测到电池需要自加热和充电，那么可以先启动步骤S101后启动步骤S102，也可以先启动步骤S102后启动步骤S101，还可以同时启动步骤S101和步骤S102。当然，如果是在执行电池充电期间检测到电池需要自加热，那么可以直接启动步骤S101对电池进行加热；如果是在执行电池自加热期间检测到电池需要充电，那么也可以直接启动步骤S102以对电池进行充电。
通过采用上述技术方案，能够在控制第二电路400使电池300进行充电和放电以实现对电池300进行加热期间，控制第一电路200接收来自能量交换接口100的能量以实现对电池300的充电，这样就能够在电池执行自加热的时候实现电池的充电。
在具体实施例中，在第一预设状态下，控制器600控制所述第二电路400使储能单元500与电池300进行充电和放电以实现对电池300的加热。上述使储能单元500与电池300进行充电和放电是指电池向储能单元500提供能量，使电池300放电，以及储能单元500向电池300提供能量，使电池300充电。
可选地，第一电路200在第一预设状态下被控制对能量交换接口100的电压进行稳压，而且第一电路200传输至电池300的电压实时匹配电池300的电压。
可选地，第一电路200包括：M相桥臂B1，M相桥臂B1的第一汇流端连接电池300的正极，M相桥臂B1的第二汇流端连接电池300的负极；M个线圈KM1，M个线圈KM1的第一端一一对应连接至M相桥臂B1的中点，M个线圈KM1的第二端共接；第一电容C1，第一电容C1的第一端与M个线圈KM1的第二端连接，第一电容C1的第二端与M相桥臂B1的第二汇流端连接；其中，M≥1；
则，在第一预设状态下，控制第一电路200接收来自能量交换接口100的能量输出至电池300以实现对电池300的充电的步骤包括：控制M相桥臂B1使电池300接收来自能量交换接口100的能量。
可选地，第二电路400包括N相桥臂B2，N相桥臂B2的第一汇流端连接电池300的正极，N相桥臂B2的第二汇流端连接电池300的负极；储能单元500包括N个线圈KM2和第二电容C2，N个线圈KM2的第一端一一对应连接至N相桥臂B2的中点，N个线圈KM2的第二端共接，第二电容C2的第一端与N个线圈KM2的第二端连接，第二电容C2的第二端与N相桥臂B2的第二汇流端连接；其中，N≥1；
则，在第一预设状态下，控制第二电路400使储能单元500与电池300进行充电和放电以实现对电池300的加热的步骤包括：控制N相桥臂B2使第二电容C2对电池300进行充电和放电以实现对电池300的加热。
可选地，在第二预设状态下，控制第一电路200处于不接收能量交换接口100的能量的状态且第二电路400处于不使储能单元500与电池300进行充电和放电的状态，并控制第一开关K1导通以使电池300直接接收来自能量交换接口100的能量，其中，第一开关K1的第一端与能量交换接口100连接，第一开关K1的第二端连接至电池300的正极。
可选地，在第三预设状态下，控制第二开关K2导通，并控制N相桥臂B2使电池300接收来自能量交换接口100的能量，其中，能量交换接口100的能量通过N相桥臂B2、N个线圈KM2和第二电容C2升压后被电池300接收，其中，第二开关K2的第一端与能量交换接口100连接，第二开关K2的第二端分别与第二电容C2的第一端以及N个线圈KM2的第二端连接。
可选地，在第二预设状态下，控制第二开关K2导通，并控制N相桥臂B2使电池300直接接收来自能量交换接口100的能量，其中，第二开关K2的第一端与能量交换接口100连接，第二开关K2的第二端分别与第二电容C2的第一端以及N个线圈KM2的第二端连接。
可选地，在第五预设状态下，控制第三开关K3断开，并控制桥臂变换器使与电机绕组对应的电机输出功率，其中，第三开关K3的第一端与N个线圈KM2的第二端连接，第三开关K3的第二端与第二电容C2的第一端连接，N个线圈KM2为电机绕组，N相桥臂B2为桥臂变换器。
可选地，在第六预设状态下，控制第四开关K4断开，并控制桥臂变换器使与电机绕组对应的电机输出功率，其中，第四开关K4的第一端与M个线圈KM1的第二端连接，第四开关K4的第二端与第一电容C1的第一端连接，M个线圈KM1为电机绕组，M相桥臂B1为桥臂变换器。
可选地，第二电路400包括N相桥臂B2，N相桥臂B2的第一汇流端连接电池300的正极，N相桥臂B2的第二汇流端连接电池300的负极；储能单元500包括N个线圈KM2，N个线圈KM2的第一端一一对应连接至N相桥臂B2的中点，N个线圈KM2的第二端共接；其中，N≥1；
则，在第一预设状态下，控制N相桥臂B2使N个线圈KM2与电池300进行充电和放电以实现对电池300的加热，以及控制M相桥臂B1使电池300接收来自能量交换接口100的能量。
可选地，方法还包括：在第四预设状态下，控制桥臂变换器使与电机绕组对应的电机输出功率；其中，N个线圈KM2为电机绕组，N相桥臂B2为桥臂变换器。
根据本申请实施例的电池能量处理方法中各个步骤的具体实现方式已经在根据本申请实施例的电池能量处理装置中进行了详细描述，此处不再赘述。
根据本申请的又一实施例，提供一种车辆，其包括电池及根据本申请实施例的电池能量处理装置。
以上结合附图详细描述了本申请的优选实施方式，但是，本申请并不限于上述实施方式中的具体细节，在本申请的技术构思范围内，可以对本申请的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本申请的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本申请对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本申请的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本申请的思想，其同样应当视为本申请所公开的内容。

Claims (33)

1.一种电池能量处理装置，其特征在于，包括：
能量交换接口；
第一电路，所述第一电路的第一端与所述能量交换接口连接，所述第一电路的第二端与所述电池连接；
第二电路，所述第二电路的第一端与所述电池连接；
储能单元，所述储能单元与所述第二电路的第二端连接；
控制器，被配置为在第一预设状态下，控制所述第二电路使所述电池进行充电和放电以实现对所述电池的加热，以及控制所述第一电路接收来自所述能量交换接口的能量输出至所述电池以实现对所述电池的充电。
2.根据权利要求1所述的电池能量处理装置，其特征在于，在第一预设状态下，所述控制器控制所述第二电路使所述储能单元与所述电池进行充电和放电以实现对所述电池的加热。
3.根据权利要求2所述的电池能量处理装置，其特征在于，所述第一电路在所述第一预设状态下被配置为对所述能量交换接口的电压进行稳压，并使所述第一电路传输至所述电池的电压实时匹配所述电池的电压。
4.根据权利要求3所述的电池能量处理装置，其特征在于，所述第一电路包括：
M相桥臂，所述M相桥臂的第一汇流端连接所述电池的正极，所述M相桥臂的第二汇流端连接所述电池的负极；
M个线圈，所述M个线圈的第一端一一对应连接至所述M相桥臂的中点，所述M个线圈的第二端共接；
第一电容，所述第一电容的第一端与所述M个线圈的第二端连接，所述第一电容的第二端与所述M相桥臂的所述第二汇流端连接，所述第一电容的第一端和所述第一电容的第二端分别与所述能量交换接口连接；
其中，M≥1。
5.根据权利要求4所述的电池能量处理装置，其特征在于，
所述第二电路包括N相桥臂，所述N相桥臂的第一汇流端连接所述电池的正极，所述N相桥臂的第二汇流端连接所述电池的负极；
所述储能单元包括N个线圈和第二电容，所述N个线圈的第一端一一对应连接至所述N相桥臂的中点，所述N个线圈的第二端共接，所述第二电容的第一端与所述N个线圈的第二端连接，所述第二电容的第二端与所述N相桥臂的第二汇流端连接；
其中，N≥1。
6.根据权利要求5所述的电池能量处理装置，其特征在于，
在所述第一预设状态下，所述控制器控制所述N相桥臂使所述第二电容对所述电池进行充电和放电以实现对所述电池的加热，以及控制所述M相桥臂使所述电池接收来自所述能量交换接口的能量。
7.根据权利要求5所述的电池能量处理装置，其特征在于，所述电池能量处理装置还包括第一开关，所述第一开关的第一端与所述能量交换接口的正极连接，所述第一开关的第二端连接至所述电池的正极。
8.根据权利要求7所述的电池能量处理装置，其特征在于，所述控制器还被配置为在第二预设状态下，控制所述第一电路处于不接收所述能量交换接口的能量的状态且所述第二电路处于不使所述储能单元与所述电池进行充电和放电的状态，并控制所述第一开关导通以使所述电池直接接收来自所述能量交换接口的能量。
9.根据权利要求5所述的电池能量处理装置，其特征在于，所述电池能量处理装置还包括第二开关，所述第二开关的第一端与所述能量交换接口的正极连接，所述第二开关的第二端分别与所述第二电容的第一端以及所述N个线圈的第二端连接。
10.根据权利要求9所述的电池能量处理装置，其特征在于，所述控制器还被配置为，在第三预设状态下，控制所述第二开关导通，并控制所述N相桥臂的下桥臂导通与关断，使所述电池接收来自所述能量交换接口的能量，其中，所述能量交换接口的能量通过所述N相桥臂、所述N个线圈和所述第二电容升压后被所述电池接收。
11.根据权利要求9所述的电池能量处理装置，其特征在于，所述控制器还被配置为，在第二预设状态下，控制所述第二开关导通，并控制所述N相桥臂的下桥臂关断以及所述N相桥臂的上桥臂导通，使所述电池直接接收来自所述能量交换接口的能量。
12.根据权利要求5所述的电池能量处理装置，其特征在于，所述电池能量处理装置还包括第三开关，所述第三开关的第一端与所述N个线圈的第二端连接，所述第三开关的第二端与所述第二电容的第一端连接。
13.根据权利要求12所述的电池能量处理装置，其特征在于，
所述N个线圈为电机绕组，所述N相桥臂为桥臂变换器；
所述控制器，还被配置为在第五预设状态下，控制所述第三开关断开，并控制所述桥臂变换器使与所述电机绕组对应的电机输出功率。
14.根据权利要求4所述的电池能量处理装置，其特征在于，所述电池能量处理装置还包括第四开关，所述第四开关的第一端与所述M个线圈的第二端连接，所述第四开关的第二端与所述第一电容的第一端连接。
15.根据权利要求14所述的电池能量处理装置，其特征在于，
所述M个线圈为电机绕组，所述M相桥臂为桥臂变换器；
所述控制器，还被配置为在第六预设状态下，控制所述第四开关断开，并控制所述桥臂变换器使与所述电机绕组对应的电机输出功率。
16.根据权利要求5所述的电池能量处理装置，其特征在于，
所述M个线圈为驱动电机的电机绕组或压缩机的电机绕组；
所述N个线圈为所述驱动电机的电机绕组。
17.根据权利要求4所述的电池能量处理装置，其特征在于，
所述第二电路包括N相桥臂，所述N相桥臂的第一汇流端连接所述电池的正极，所述N相桥臂的第二汇流端连接所述电池的负极；
所述储能单元包括N个线圈，所述N个线圈的第一端一一对应连接至所述N相桥臂的中点，所述N个线圈的第二端共接；
其中，N≥2。
18.根据权利要求17所述的电池能量处理装置，其特征在于，在所述第一预设状态下，所述控制器控制所述N相桥臂使所述N个线圈与所述电池进行充电和放电以实现对所述电池的加热，以及控制所述M相桥臂使所述电池接收来自所述能量交换接口的能量。
19.根据权利要求17所述的电池能量处理装置，其特征在于，
所述N个线圈为电机绕组，所述N相桥臂为桥臂变换器；
所述控制器，还被配置为在第四预设状态下，控制所述桥臂变换器使与所述电机绕组对应的电机输出功率。
20.根据权利要求1至19任一项所述的电池能量处理装置，其特征在于，
所述控制器，被配置为在所述第一预设状态下，控制所述第二电路使所述储能单元与所述电池进行循环充电和放电，以实现对所述电池的加热。
21.一种电池能量处理方法，其特征在于，在第一预设状态下，控制第二电路使所述电池进行充电和放电以实现对所述电池的加热，以及控制第一电路接收来自能量交换接口的能量输出至所述电池以实现对所述电池的充电；
其中，所述第一电路的第一端与能量交换接口连接，所述第一电路的第二端与所述电池连接，所述第二电路的第一端与所述电池连接，储能单元与所述第二电路的第二端连接。
22.根据权利要求21所述的电池能量处理方法，其特征在于，在第一预设状态下，控制第二电路使所述储能单元与所述电池进行充电和放电以实现对所述电池的加热。
23.根据权利要求22所述的电池能量处理方法，其特征在于，所述第一电路在所述第一预设状态下被控制对所述能量交换接口的电压进行稳压，而且所述第一电路传输至所述电池的电压实时匹配所述电池的电压。
24.根据权利要求23所述的电池能量处理方法，其特征在于，所述第一电路包括：
M相桥臂，所述M相桥臂的第一汇流端连接所述电池的正极，所述M相桥臂的第二汇流端连接所述电池的负极；
M个线圈，所述M个线圈的第一端一一对应连接至所述M相桥臂的中点，所述M个线圈的第二端共接；
第一电容，所述第一电容的第一端与所述M个线圈的第二端连接，所述第一电容的第二端与所述M相桥臂的所述第二汇流端连接；其中，M≥1；
则，在所述第一预设状态下，所述控制第一电路接收来自能量交换接口的能量输出至所述电池以实现对所述电池的充电的步骤包括：
控制所述M相桥臂使所述电池接收来自所述能量交换接口的能量。
25.根据权利要求24所述的电池能量处理方法，其特征在于，
所述第二电路包括N相桥臂，所述N相桥臂的第一汇流端连接所述电池的正极，所述N相桥臂的第二汇流端连接所述电池的负极；
所述储能单元包括N个线圈和第二电容，所述N个线圈的第一端一一对应连接至所述N相桥臂的中点，所述N个线圈的第二端共接，所述第二电容的第一端与所述N个线圈的第二端连接，所述第二电容的第二端与所述N相桥臂的第二汇流端连接；其中，N≥1；
则，在所述第一预设状态下，所述控制第二电路使储能单元与所述电池进行充电和放电以实现对所述电池的加热的步骤包括：
控制所述N相桥臂使所述第二电容对所述电池进行充电和放电以实现对所述电池的加热。
26.根据权利要求25所述的电池能量处理方法，其特征在于，在第二预设状态下，控制所述第一电路处于不接收所述能量交换接口的能量的状态且所述第二电路处于不使所述储能单元与所述电池进行充电和放电的状态，并控制第一开关导通以使所述电池直接接收来自所述能量交换接口的能量，
其中，所述第一开关的第一端与所述能量交换接口的正极连接，所述第一开关的第二端连接至所述电池的正极。
27.根据权利要求25所述的电池能量处理方法，其特征在于，在第三预设状态下，控制第二开关导通，并控制所述N相桥臂的下桥臂导通与关断，使所述电池接收来自所述能量交换接口的能量，其中，所述能量交换接口的能量通过所述N相桥臂、所述N个线圈和所述第二电容升压后被所述电池接收；
其中，所述第二开关的第一端与所述能量交换接口的正极连接，所述第二开关的第二端分别与所述第二电容的第一端以及所述N个线圈的第二端连接。
28.根据权利要求25所述的电池能量处理方法，其特征在于，在第二预设状态下，控制第二开关导通，并控制所述N相桥臂的下桥臂关断以及所述N相桥臂的上桥臂导通，使所述电池接收来自所述能量交换接口的能量；
其中，所述第二开关的第一端与所述能量交换接口的正极连接，所述第二开关的第二端分别与所述第二电容的第一端以及所述N个线圈的第二端连接。
29.根据权利要求25所述的电池能量处理方法，其特征在于，在第五预设状态下，控制第三开关断开，并控制桥臂变换器使与电机绕组对应的电机输出功率；
其中，所述第三开关的第一端与所述N个线圈的第二端连接，所述第三开关的第二端与所述第二电容的第一端连接，所述N个线圈为所述电机绕组，所述N相桥臂为所述桥臂变换器。
30.根据权利要求25所述的电池能量处理方法，其特征在于，在第六预设状态下，控制第四开关断开，并控制桥臂变换器使与电机绕组对应的电机输出功率，
其中，所述第四开关的第一端与所述M个线圈的第二端连接，所述第四开关的第二端与所述第一电容的第一端连接，所述M个线圈为所述电机绕组，所述M相桥臂为所述桥臂变换器。
31.根据权利要求24所述的电池能量处理方法，其特征在于，
所述第二电路包括N相桥臂，所述N相桥臂的第一汇流端连接所述电池的正极，所述N相桥臂的第二汇流端连接所述电池的负极；
所述储能单元包括N个线圈，所述N个线圈的第一端一一对应连接至所述N相桥臂的中点，所述N个线圈的第二端共接；
其中，N≥2；
则，在所述第一预设状态下，控制所述N相桥臂使所述N个线圈与所述电池进行充电和放电以实现对所述电池的加热，以及控制所述M相桥臂使所述电池接收来自所述能量交换接口的能量。
32.根据权利要求31所述的电池能量处理方法，其特征在于，所述方法还包括：在第四预设状态下，控制桥臂变换器使与电机绕组对应的电机输出功率；
其中，所述N个线圈为所述电机绕组，所述N相桥臂为所述桥臂变换器。
33.一种车辆，其特征在于，包括电池及根据权利要求1至20中任一项所述的电池能量处理装置。
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