CN112224092A - 一种电电混动系统及其电池温度提升方法 - Google Patents

一种电电混动系统及其电池温度提升方法 Download PDF

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刘小锐
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Abstract

本发明公开了一种电电混动系统及其电池温度提升方法，包括：第一电池；第二电池，连接所述第一电池；控制器，分别连接所述第一电池和所述第二电池，所述控制器用于控制所述第一电池和所述第二电池进行相互充电或者相互放电，以使所述第一电池的温度升高，能够通过控制电池反复充放电，使得电池的电芯温度上升，实现了加热均匀性好并且加热能耗较低的效果，很好地提升了电动汽车的低温行驶续航里程。

Description

一种电电混动系统及其电池温度提升方法
技术领域
本发明涉及电动汽车电池领域，特别涉及一种电电混动系统及其电池温度提升方法。
背景技术
随着社会经济的不断发展，科技的不断进步，电动汽车因为其具有的环保特性而得到了很好的推广和使用；但是现在的电动汽车的电池在低温环境下性能减弱，为了确保电池性能，往往通过电池向PTC提供电能，然后利用PTC加热水回路，最后通过热传递的形式使得电池温度上升；然而PTC对电池加热的方式存在着加热均匀性差和加热能耗较高的问题，从而导致了整车低温行驶续航里程衰减明显。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种电电混动系统，能够通过控制电池反复充放电，使得电池的电芯温度上升，实现了加热均匀性好并且加热能耗较低的效果，很好地提升了电动汽车的低温行驶续航里程。
本发明还提出了一种应用于上述电电混动系统的电池温度提升方法。
根据本发明第一方面实施例的一种电电混动系统，包括：
第一电池；
第二电池，连接所述第一电池；
控制器，分别连接所述第一电池和所述第二电池，所述控制器用于控制所述第一电池和所述第二电池进行相互充电或者相互放电，以使所述第一电池的温度升高。
根据本发明实施例的一种电电混动系统，至少具有如下有益效果：在控制器的控制作用下，第一电池和第二电池两者之间的充放电模式进行切换，第一电池和第二电池在反复充放电的过程中，第一电池的内阻就会自发热，使得电芯的温度上升；并且这种使得电芯温度上升的方式不仅加热均匀性好，并且加热能耗较低，很好地延长了电动汽车的低温行驶续航里程。
根据本发明的一些实施例，所述控制器包括第一电池管理系统和第二电池管理系统，所述第一电池与所述第一电池管理系统连接，所述第二电池与所述第二电池管理系统连接，所述第一电池管理系统与所述第二电池管理系统连接。
根据本发明的一些实施例，还包括电流传感器和升压回路，所述电流传感器与所述第二电池管理系统连接，所述第一电池、所述电流传感器、所述升压回路和所述第二电池依次连接，所述升压回路还与所述第二电池管理系统连接，所述第二电池管理系统用于控制所述升压回路而使得所述第一电池和所述第二电池进行相互充电或者相互放电。
根据本发明的一些实施例，所述第一电池为锂电池，所述第二电池为超级电容电池。
根据本发明的一些实施例，所述升压回路包括第一电感、第一开关元件和第二开关元件，所述第一开关元件和所述第二开关元件均与所述第二电池管理系统连接，所述第一开关元件和所述第二开关元件连接，所述第一电感的一端与所述电流传感器连接，所述第一电感的另一端连接于所述第一开关元件和所述第二开关元件之间，所述第一开关元件和所述第二开关元件均与所述第二电池连接。
根据本发明的一些实施例，还包括第一电容，所述第一电容的一端连接于所述电流传感器与所述第一电感之间，所述第一电容的另一端与所述第一电池连接。
根据本发明的一些实施例，还包括第三开关元件，所述第三开关元件与所述第二电池管理系统连接，所述第三开关元件连接于所述第一开关元件和所述第二电池之间。
根据本发明的一些实施例，还包括第一继电器组，所述第一继电器组连接于所述第一电池和所述电流传感器之间，所述第一继电器组与所述第一电池管理系统连接。
根据本发明的一些实施例，还包括第二继电器组和外部输出电路，所述第二电池、所述第二继电器组和所述外部输出电路依次连接，所述第二继电器组与所述第二电池管理系统连接。
根据本发明第二方面实施例的电池温度提升方法，应用于上述第一方面实施例所提及的电电混动系统。
根据本发明实施例的电池温度提升方法，至少具有如下有益效果：在控制器的控制作用下，第一电池和第二电池两者之间的充放电模式进行切换，第一电池和第二电池在反复充放电的过程中，第一电池的内阻就会自发热，使得电芯的温度上升；并且这种使得电芯温度上升的方式不仅加热均匀性好，并且加热能耗较低，很好地延长了电动汽车的低温行驶续航里程。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例的一种电电混动系统的原理框图；
图2为本发明实施例的一种电电混动系统的电路原理图；
图3为本发明实施例的一种电电混动系统在电池加热情况下的第一电池放电示意图；
图4为本发明实施例的一种电电混动系统在电池加热情况下的第一电池充电示意图；
图5为本发明实施例的一种电电混动系统在双电池功率输出情况下的充电示意图；
图6为本发明实施例的一种电电混动系统在双电池功率输出情况下的放电示意图；
图7为本发明另一实施例的电池温度提升方法的步骤流程图。
附图标记：
控制器10、第一电池100、第一电池管理系统200、第二电池300、第二电池管理系统400、第一继电器组500、第二继电器组600、外部输出电路700。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下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。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1，本发明实施例的一种电电混动系统，包括：第一电池100；第二电池300，连接第一电池100；控制器10，分别连接第一电池100和第二电池300，控制器10用于控制第一电池100和第二电池300进行相互充电或者相互放电，以使第一电池100的温度升高。在控制器10的控制作用下，第一电池100和第二电池300两者之间的充放电模式进行切换，第一电池100和第二电池300在反复充放电的过程中，第一电池100的内阻就会自发热，使得电芯的温度上升；并且这种使得电芯温度上升的方式不仅加热均匀性好，并且加热能耗较低，很好地延长了电动汽车的低温行驶续航里程。
在本发明的一些具体实施例中，控制器10包括第一电池管理系统200和第二电池管理系统400，第一电池100与第一电池管理系统200连接，第二电池300与第二电池管理系统400连接，第一电池管理系统200与第二电池管理系统400连接。控制器10包括了第一电池管理系统200和第二电池管理系统400，第一电池管理系统200能够采集第一电池100的相关信息，第二电池管理系统400能够采集第二电池300的相关信息，然后第一电池管理系统200和第二电池管理系统400之间进行信息的相互传递，而传递的信息中包括了电池电压、温度、SOC、SOP和电流信息，第二电池管理系统400能够基于第一电池管理系统200传递过来的相关信息，判断第一电池100和第二电池300的充放电模式，进而控制第一电池100进行充放电模式切换，使得第一电池100在反复充放电的过程中内阻发热，电芯的温度上升。
参照图2，在本发明的一些具体实施例中，还包括电流传感器CS和升压回路，电流传感器CS与第二电池管理系统400连接，第一电池100、电流传感器CS、升压回路和第二电池300依次连接，升压回路还与第二电池管理系统400连接，第二电池管理系统400用于控制升压回路而使得第一电池100和第二电池300进行相互充电或者相互放电。电流传感器CS设置在第一电池100和第二电池300之间，从而电流传感器CS能够将检测到的线路电流情况反馈到第二电池管理系统400中，然后第二电池管理系统400根据接收到的电流情况，控制升压回路进行升压，从而实现了第一电池100和第二电池300两者的充放电模式切换，第一电池100和第二电池300在反复充放电的过程中，电池内阻就会自发热，使得电芯的温度上升，使得加热均匀性好，并且加热能耗较低，很好地延长了电动汽车的低温行驶续航里程。
在本发明的一些具体实施例中，第一电池100为锂电池，第二电池300为超级电容电池。锂电池为大容量的电池，输出的功率较低，为能量型电池；而超级电容电池为小容量的电池，但是输出的功率较高，为功率型电池，并且超级电容电池的电压平台比锂电池的电压平台高；所以在第一电池100向第二电池300进行充电的时候，需要通过升压回路进行升压处理；但是第二电池300向第一电池100进行充电的时候，不需要额外的升压装置。其中，锂电池可以为三元锂电池或者磷酸铁锂电池。
参照图2，在本发明的一些具体实施例中，升压回路包括第一电感L1、第一开关元件G1和第二开关元件G2，第一开关元件G1和第二开关元件G2均与第二电池管理系统400连接，第一开关元件G1和第二开关元件G2连接，第一电感L1的一端与电流传感器CS连接，第一电感L1的另一端连接于第一开关元件G1和第二开关元件G2之间，第一开关元件G1和第二开关元件G2均与第二电池300连接。第一开关元件G1和第二开关元件G2都受控于第二电池管理系统400，第一电感L1用于产生自感电动势，实现升压作用；第二电池管理系统400通过控制第一开关元件G1和第二开关元件G2进行升压，实现充放电模式切换。
参照图2，在本发明的一些具体实施例中，还包括第一电容C1，第一电容C1的一端连接于电流传感器CS与第一电感L1之间，第一电容C1的另一端与第一电池100连接。第一电容C1为储能电容，起到平滑电压的作用。
参照图2，在本发明的一些具体实施例中，还包括第三开关元件G3，第三开关元件G3与第二电池管理系统400连接，第三开关元件G3连接于第一开关元件G1和第二电池300之间。第三开关元件G3与第二电池管理系统400连接，从而第二电池管理系统400能够通过控制第三开关元件G3而使得第二电池300是否参与高压回路充放电。
参照图2，在本发明的一些具体实施例中，还包括第一继电器组500，第一继电器组500连接于第一电池100和电流传感器CS之间，第一继电器组500与第一电池管理系统200连接。第一继电器组500与第一电池管理系统200连接，从而第一继电器组500受控于第一电池管理系统200，通过控制第一继电器组500，能够实现第一电池100和第二电池300之间的电流传递。
参照图2，在本发明的一些具体实施例中，第一继电器组500包括第一继电器K1、第二继电器K2和第一电阻R1，第一电池100、第一电阻R1、第一继电器K1和电流传感器CS依次连接，第一电池100、第二继电器K2和电流传感器CS依次连接，第一继电器K1和第二继电器K2均与第一电池管理系统200连接。第一继电器K1和第二继电器K2都受控于第一电池管理系统200，在第一继电器K1闭合，第二继电器K2打开的时候，第一电池100能够对第一电容C1进行充电处理，实现回路预充。
参照图2，在本发明的一些具体实施例中，还包括第二继电器组600和外部输出电路700，第二电池300、第二继电器组600和外部输出电路700依次连接，第二继电器组600与第二电池管理系统400连接。由于，车辆在大功率充放电的时候，对电池性能要求较高，锂电池因为其本身特性的限制而难以很好地满足要求，因此配合超级电容电池，超级电容电池具有大功率充放电特性，能够很好地降低锂电池性能的要求；第二电池管理系统400能够通过控制第二继电器组600，实现对外部输出电路700的输出功率控制，当第一电池100和第三电池300共同放电的时候，很好地满足车辆的输出功率要求。
在本发明的一些具体实施例中，第二继电器组600包括第二电阻R2、第三继电器K3、第四继电器K4和第五继电器K5，第二电池300、第二电阻R2、第三继电器K3和外部输出电路700依次连接，第二电池300、第四继电器K4和外部输出电路700依次连接，第二电池300、第五继电器K5和外部输出电路700依次连接。第三继电器K3、第四继电器K4和第五继电器K5均与第二电池管理系统400连接，从而第三继电器K3、第四继电器K4和第五继电器K5都受控于第二电池管理系统400，进而第二电池管理系统400可以对电动汽车的输出功率进行控制处理。
在本发明的一些具体实施例中，第一开关元件G1、第二开关元件G2和第三开关元件G3为IGBT或者MOS管。IGBT或者MOS管均为现今常用的三极管，性能稳定，在本发明实施例中能够很好地作为开关元件。
下面提供具体的实施例，说明电电混动系统在低温环境下的互相充放电实现电池的加热处理；还有在功率需求的条件下，电电混动系统如何运行，达到
Figure BDA0002727402610000081
大功率输出的要求。
参照图3和图4，以“低温环境下(-15℃以下)，驾驶员结束当前行驶(或驾驶员开始行驶前，可通过手机远程通知车辆)”的场景进行说明。通过步骤1、步骤2、步骤3实现第一电池100与第二电池300相互充放电。按照表1中的相关步骤，控制第一电池100进行充放电，其中，在图3中，输入PWM_1信号的情况下，Ics1的电流为正的时候，代表着第一电池100进行放电处理；同理，在图4中，输入PWM_2信号的情况下，Ics1的电流为负的时候，代表着第一电池100进行充电处理。并且在对第一电池100进行充放电的过程中，首先在加热条件成立的情况，执行步骤1，然后执行步骤2，再执行步骤3，并且判断电芯的温度是否大于预设阈值，如果不大于，重新执行步骤2和步骤3，直至电芯的温度大于预设阈值，才会停止加热处理。
表1
参照图5和图6，以“驾驶员急加/减速时”的场景进行说明。基于驾驶员的指令扭矩(MCU计算并通过CAN发送)，第二电池管理系统400判断是否需要进行辅助充放电。按照表2中的相关步骤，使得第二电池300也会进行放电，以提升电动汽车的放电能力，满足大功率输出的要求。
Figure BDA0002727402610000091
表2
在图5中，Ics1为负的时候，代表着第一电池100在进行充电，IBAT2为负的时候，代表着第二电池300也在进行充电处理；在图6中Ics1为正的时候，代表着第一电池100在进行放电，IBAT2为正的时候，代表着第二电池300也在进行放电处理。
本系统能够适用于低温环境下，当驾驶员熄火并离开车辆后，锂电池温度降低到一定值时，利用锂电池和超级电容电池相互放电，可以维持锂电池温度。用户再用车时，无需等待加热即可使用。低温环境下如果需要外部加热，甚至可以将取消PTC，通过MOT堵转控制进行加热即可；高温环境下的冷却需求也降低(由于电池不用太大电流放电)。一般电动车采用能量密度高的锂电池，锂电池在低温、高温环境下、低SOC、高SOC输出/输入功率受到限制，难以满足急加速/急减速等大功率充放电的场景；为了实现高功率输出/输入，利用超级电容电池并联进高压回路，降低了对锂电池的性能要求。
通过上述方案可知，在控制器10的控制作用下，第一电池100和第二电池300两者之间的充放电模式进行切换，第一电池100和第二电池300在反复充放电的过程中，第一电池100的内阻就会自发热，使得电芯的温度上升；并且这种使得电芯温度上升的方式不仅加热均匀性好，并且加热能耗较低，很好地延长了电动汽车的低温行驶续航里程。
参照图7，本发明另一实施例提出了电池温度提升方法，能够应用于上述实施例提出的电电混动系统；其中，电池温度提升方法包括以下步骤：
S100，判断加热条件是否成立,。
在本实施例中本步骤首先判断对电池加热的条件是否成立，当条件成立的时候才会对电池电芯进行加热处理。加热条件可以包括当前环境温度、当前电池的性能情况。
S200，当加热条件成立，控制器控制第一电池和第二电池进行相互充放电，使得第一电池的电芯温度被加热上升。
在本实施例中本步骤当加热条件成立的时候，控制器就会控制第一电池和第二电池进行相互充电或者相互放电，在反复充放电的过程，使得第一电池的内阻自发热，提升电池电芯的温度。
S300，判断第一电池的电芯温度是否达到停止阈值，若是则停止相互充放电；若否则继续进行相互充放电。
在本实施例中本步骤判断第一电池的电芯温度是否达到停止阈值，当达到停止阈值的时候，就会停止对第一电池进行加热处理；当还没有达到停止阈值的时候，控制器继续控制第一电池进行反复充放电处理，继续进行加热处理，直到第一电池的电芯温度达到停止阈值。
通过上述方案可知，在控制器10的控制作用下，第一电池100和第二电池300两者之间的充放电模式进行切换，第一电池100和第二电池300在反复充放电的过程中，第一电池100的内阻就会自发热，使得电芯的温度上升；并且这种使得电芯温度上升的方式不仅加热均匀性好，并且加热能耗较低，很好地延长了电动汽车的低温行驶续航里程。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种电电混动系统，其特征在于，包括：
第一电池；
第二电池，连接所述第一电池；
控制器，分别连接所述第一电池和所述第二电池，所述控制器用于控制所述第一电池和所述第二电池进行相互充电或者相互放电，以使所述第一电池的温度升高。
2.根据权利要求1所述的一种电电混动系统，其特征在于：所述控制器包括第一电池管理系统和第二电池管理系统，所述第一电池与所述第一电池管理系统连接，所述第二电池与所述第二电池管理系统连接，所述第一电池管理系统与所述第二电池管理系统连接。
3.根据权利要求2所述的一种电电混动系统，其特征在于：还包括电流传感器和升压回路，所述电流传感器与所述第二电池管理系统连接，所述第一电池、所述电流传感器、所述升压回路和所述第二电池依次连接，所述升压回路还与所述第二电池管理系统连接，所述第二电池管理系统用于控制所述升压回路而使得所述第一电池和所述第二电池进行相互充电或者相互放电。
4.根据权利要求1所述的一种电电混动系统，其特征在于：所述第一电池为锂电池，所述第二电池为超级电容电池。
5.根据权利要求3所述的一种电电混动系统，其特征在于：所述升压回路包括第一电感、第一开关元件和第二开关元件，所述第一开关元件和所述第二开关元件均与所述第二电池管理系统连接，所述第一开关元件和所述第二开关元件连接，所述第一电感的一端与所述电流传感器连接，所述第一电感的另一端连接于所述第一开关元件和所述第二开关元件之间，所述第一开关元件和所述第二开关元件均与所述第二电池连接。
6.根据权利要求5所述的一种电电混动系统，其特征在于：还包括第一电容，所述第一电容的一端连接于所述电流传感器与所述第一电感之间，所述第一电容的另一端与所述第一电池连接。
7.根据权利要求5所述的一种电电混动系统，其特征在于：还包括第三开关元件，所述第三开关元件与所述第二电池管理系统连接，所述第三开关元件连接于所述第一开关元件和所述第二电池之间。
8.根据权利要求5所述的一种电电混动系统，其特征在于：还包括第一继电器组，所述第一继电器组连接于所述第一电池和所述电流传感器之间，所述第一继电器组与所述第一电池管理系统连接。
9.根据权利要求5所述的一种电电混动系统，其特征在于：还包括第二继电器组和外部输出电路，所述第二电池、所述第二继电器组和所述外部输出电路依次连接，所述第二继电器组与所述第二电池管理系统连接。
10.一种应用于权利要求1至9任一所述的电电混动系统的电池温度提升方法，其特征在于，包括：
判断加热条件是否成立；
当加热条件成立，控制器控制第一电池和第二电池进行相互充放电，使得第一电池的电芯温度被加热上升；
判断第一电池的电芯温度是否达到停止阈值，若是则停止相互充放电；若否则继续进行相互充放电。
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