CN112731984B - 动力电池温度调节方法、存储介质和系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种动力电池温度调节方法、存储介质及系统，其中的方法包括：响应于动力电池的加热需求信号，发送第一信号以控制动力电池内部的第一继电器和第二继电器导通；发送第二信号以控制动力电池正极和负极之间的开关元件在导通状态和断开状态之间变换，使所述动力电池的正极和负极在短路状态和非短路状态之间切换。本申请中的上述方案是直接在动力电池内部进行发热，使内阻产生的热量直接作用于动力电池内部，相比于现有技术中热量需要通过热传递的方式作用到动力电池内部的方案，本申请具有更高的加热速率。

Description

动力电池温度调节方法、存储介质和系统

技术领域

本申请涉及新能源汽车技术领域，具体涉及一种动力电池温度调节方法、存储介质及系统。

背景技术

由于新能源汽车具有环保、节能的优势，近年来得到了快速发展，其类别包括纯电动汽车、混合动力汽车、增程式汽车等。目前这些新能源汽车的动力来源均包括动力电池。但是，动力电池的放电能力受温度影响较大，尤其是环境温度较低时，动力电池的放电能力很差。因此，如果车辆在低温环境下停放时间较长，导致动力电池自身温度很低，动力电池放电能力严重不足，可能会导致无法正常启动车辆。

目前，为了解决这一问题，一些厂家通过额外设置加热器件，加热动力电池外的冷却水，进而对动力电池进行加热以提高动力电池温度，或者通过在动力电池包内设置加热膜对动力电池的电芯进行加热以提高动力电池温度。这两种方式都是通过热量传递的方式给动力电池加热的，热量传递需要的时间较长，因此动力电池加热速度还存在提升的空间。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种动力电池温度调节方法、存储介质及系统，以解决现有技术中动力电池在需要加热时加热速度慢的技术问题。

为此，本申请一些实施例中提供一种动力电池温度调节方法，包括如下步骤：

响应于动力电池的加热需求信号，发送第一信号以控制动力电池内部的第一继电器和第二继电器导通；

发送第二信号以控制动力电池正极和负极之间的开关元件在导通状态和断开状态之间变换，使所述动力电池的正极和负极在短路状态和非短路状态之间切换。

本申请一些实施例中的动力电池温度调节方法，还包括如下步骤：

获取所述动力电池的温度值；

若所述温度值达到设定值，则发送断开信号以控制所述开关元件切换为断开状态。

本申请一些实施例中的动力电池温度调节方法，所述开关元件包括电机驱动单元开关桥电路中的至少一组桥臂；

所述开关元件为导通状态是指：同一组桥臂中的两个开关晶体管均为导通状态；

所述开关元件为断开状态是指：同一组桥臂中的两个开关晶体管中，至少有一个为断开状态。

本申请一些实施例中的动力电池温度调节方法，发送第二信号以控制动力电池正极和负极之间的开关元件在导通状态和断开状态之间变换，使所述动力电池的正极和负极在短路状态和非短路状态之间切换的步骤中：

所述开关元件包括多组桥臂时，所述第二信号控制不同组桥臂同时或交替地为导通状态。

本申请一些实施例中的动力电池温度调节方法，所述第二信号为脉冲宽度调制信号，发送第二信号以控制动力电池正极和负极之间的开关元件在导通状态和断开状态之间变换，使所述动力电池的正极和负极在短路状态和非短路状态之间切换的步骤包括：

获取所述动力电池的电流值；

若所述电流值小于预期电流值，则调节所述脉冲宽度调制信号的占空比，以增加单位时间段内所述开关元件处于所述导通状态的时间；

若所述电流值大于预期电流值，则调节所述脉冲宽度调制信号的占空比，以降低单位时间段内所述开关元件处于所述导通状态的时间；

若所述电流值等于预期电流值，则锁定所述脉冲宽度调制信号的占空比。

本申请一些实施例中的动力电池温度调节方法，获取所述动力电池的电流值的步骤包括：

获取每一单位时间段内所述动力电池在短路状态时的短路电流值；

根据每一单位时间段内的所述短路电流值、所述脉冲宽度调制信号的作用时长以及所述脉冲宽度调制信号的占空比得到所述动力电池的短路电流平均值作为所述动力电池的电流值。

本申请一些实施例中的动力电池温度调节方法，所述开关元件包括连接于动力电池正极与负极之间的电子开关。

本申请一些实施例中提供一种存储介质，所述存储介质中存储有程序信息，计算机读取所述程序信息后执行以上任一方案中所述动力电池温度调节方法。

本申请一些实施例中提供一种动力电池温度调节系统，至少一个处理器和至少一个存储器，至少一个所述存储器中存储有程序信息，至少一个所述处理器读取所述程序信息后执行以上任一方案中所述动力电池温度调节方法。

本申请一些实施例中的动力电池温度调节系统，还包括：

电子开关，其第一端与动力电池正极连接，其第二端与动力电池负极连接，其被控端与所述处理器连接；所述电子开关的被控端接收到所述处理器发送的第二信号后所述电子开关导通。

本申请提供的以上技术方案，与现有技术相比，至少具有如下有益效果：当动力电池需要加热时，通过控制动力电池内部的第一继电器导通、第二继电器导通和动力电池外部正负极之间的开关元件导通，使动力电池的正负极短路连接，使电流直接在动力电池内部流动起来，通过动力电池内阻进行自发热，给动力电池加热。显然，本申请中的上述方案是直接在动力电池内部进行发热，使内阻产生的热量直接作用于动力电池内部，相比于现有技术中热量需要通过热传递的方式作用到动力电池内部的方案，本申请具有更高的加热速率。

附图说明

图1为本申请一个实施例所述动力电池系统架构图；

图2为本申请一个实施例所述动力电池温度调节方法的流程图；

图3为本申请一个实施例所述以开关桥电路中一组桥臂作为开关元件使用时的电路阻抗示意图；

图4为本申请一个实施例所述以开关桥电路中两组桥臂作为开关元件使用时的电路阻抗示意图；

图5为PWM信号的波形示意图；

图6为本申请一个实施例所述以电子开关作为开关元件使用时的动力电池的系统架构图；

图7为本申请一个实施例所述动力电池温度调节系统的电子元件连接关系示意图。

具体实施方式

下面将结合附图进一步说明本申请实施例。在本申请的描述中，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申请的简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必需具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。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。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

图1为车辆中动力电池的系统架构图，其中包括动力电池100和电机驱动单元200，在动力电池100内部包括电池组以及第一继电器SW1和第二继电器SW2，在电机驱动单元200中包括蓄能电容C1，驱动电机M，以及将动力电池100的正、负极与驱动电机M连接起来的开关桥电路。在开关桥电路中包括三组桥臂，其中晶体管G1和晶体管G2为一组桥臂、晶体管G3和晶体管G4为一组桥臂、晶体管G5和晶体管G6为一组桥臂。驱动电机M在工作时，可能存在多种工作模式，不同工作模式可能对应于单进单出(例如晶体管G1导通，晶体管G4或晶体管G6导通)、单进双出(例如晶体管G1导通，晶体管G4和晶体管G6同时导通)、双进单出(例如晶体管G1和晶体管G3导通，晶体管G6)。当正常工作时，动力电池100通过控制第一继电器SW1和第二继电器SW2导通给电机驱动单元200供高压电，进而控制开关桥电路按照对应的模式导通或者截止，从而驱动电机M可正常运转，实现车辆运行。

本申请一些实施例中提供一种动力电池温度调节方法，可应用于动力电池温度调剂系统中，该动力电池温度调节系统可以为车辆上具有控制能够的电子单元，如图2所示，包括如下步骤：

S101：响应于动力电池的加热需求信号，发送第一信号以控制动力电池内部的第一继电器和第二继电器导通。加热需求信号可以通过如下方式得到：动力电池中的温度传感器检测得到动力电池温度值，如果动力电池温度值低于动力电池能够工作的正常值，同时检测到车辆启动信号，此场景下可以生成加热需求信号。第一信号用于控制图1中第一继电器SW1和第二继电器SW2导通。

S102：发送第二信号以控制动力电池正极和负极之间的开关元件在导通状态和断开状态之间变换，使所述动力电池的正极和负极在短路状态和非短路状态之间切换。本步骤中，开关元件连接在动力电池正、负极之间，其可以为动力电池系统架构中已有的器件，也可以是增设在正、负极之间的新器件。为了避免动力电池一直短路对动力电池带来损伤，所以控制动力电池在断路状态和非短路状态之间进行切换。

以上方案中，当动力电池100需要加热时，通过控制动力电池内部的第一继电器SW1导通、第二继电器SW2导通和动力电池外部正负极之间的开关元件以一定的周期或频率导通，当开关元件导通时，动力电池100的正负极短路连接，使电流直接在动力电池100内部流动起来，通过动力电池100的内阻进行自发热，内阻产生的热量直接作用于动力电池内部，可缩短加热动力电池的时间，使动力电池的温度值更快地达到目标值，具有更高的加热速率。

上述方案中的动力电池温度调节方法，还可以包括如下步骤：获取所述动力电池的温度值；若所述温度值达到设定值，则发送断开信号以控制所述开关元件切换为断开状态。也即，当动力电池100的温度值已经达到了可以使其正常工作的温度值，则停止动力电池短路的操作，直接控制动力电池100和电机驱动单元200正常工作即可。

在本申请一些实施例中，所述开关元件包括电机驱动单元开关桥电路中的至少一组桥臂；所述开关元件为导通状态是指：同一组桥臂中的两个开关晶体管均为导通状态；所述开关元件为断开状态是指：同一组桥臂中的两个开关晶体管中，至少有一个为断开状态。参考图1所示的动力电池系统架构，所述开关元件可以为晶体管G1和晶体管G2组成的桥臂、晶体管G3和晶体管G4组成的桥臂、晶体管G5和晶体管G6组成的桥臂中的一组或多组。显然，一旦同一组桥臂中的两个晶体管均导通，则使动力电池正、负极短路，从而使电流可以在动力电池内部流动起来。如图3所示为晶体管G1和晶体管G2组成的桥臂导通后的模拟电路图，图4所示为晶体管G1和晶体管G2组成的桥臂、晶体管G3和晶体管G4组成的桥臂的模拟电路图。图中R_cell为动力电池内阻，R_cable为高压导线阻抗，R_G1为晶体管G1内阻,R_G2为晶体管G2内阻，R_G3为晶体管G3内阻,R_G4为晶体管G4内阻。显然，依次类推，也可以将三组桥臂全部导通使动力电池短路。

下面以图3为例对动力电池内阻发热的热量进行计算，电流I在流动过程中会在任何有电阻的地方进行发热，因此，总热量计算公式为：

P_总＝I*R_cell+2*I*R_cable+I*R_G1+I*R_G2；

晶体管G1内阻R_G1,晶体管G2内阻R_G2，动力电池内阻R_cell，为高压导线阻抗R_cable为已知量，I可以通过动力电池内的电流检测传感器检测得到。显然，动力电池内阻的阻值要远大于高压导线阻抗和晶体管内阻，所以，动力电池内部的发热量比例最大，通过调整电流值I能使动力电池以较快的速度被加热。

本申请一些实施例中，所述开关元件包括多组桥臂时，所述第二信号控制不同组桥臂同时或交替地为导通状态。每一组桥臂中的两个晶体管同时导通时，动力电池的正、负极短路会产生比较大的电流值，因此如果多组桥臂同时导通、或者不同组桥臂交替导通能够避免仅有一组桥臂长时间导通时受到电流值冲击对使用寿命的影响。如图4所示，当有两组桥臂同时导通时，其中一组桥臂通过的电流值I1和另一组桥臂通过的电流值I2之和等于动力电池通过的电流值I,相比于图3的电路，每一组桥臂通过的电流值减小，从而对每一组桥臂中的晶体管起到保护作用。

本申请一些实施例中，所述第二信号为PWM信号-脉冲宽度调制信号，在所述步骤S102中包括：获取所述动力电池的电流值；若所述电流值小于预期电流值，则调节所述脉冲宽度调制信号的占空比，以增加单位时间段内所述开关元件处于所述导通状态的时间；若所述电流值大于预期电流值，则调节所述脉冲宽度调制信号的占空比，以降低单位时间段内所述开关元件处于所述导通状态的时间；若所述电流值等于预期电流值，则锁定所述脉冲宽度调制信号的占空比。其中，PWM信号为脉冲信号，如果在高电平阶段时动力电池短路，则可以通过增加PWM信号占空比的方式来增加动力电池的电流值I，反之则可以通过减小PWM信号占空比的方式来增加动力电池的电流值I。也即，采用PWM信号调控方式，确保开关桥电路中桥臂短路的时间，最终的控制对象是动力电池的电流值I，当电流值I达到预期电流值时，则锁定PWM信号占空比，直至动力电池的温度达到设定值后停止。电流值I是预先设定的，电池包内设有电流检测元件，电流检测元件将实时电流结果反馈给MCU调节PWM信号的占空比，调整短路时间和非短路时间，直至最终电流达到预期值。

参考图5所示，PWM信号的周期为T，在每一周期中高电平持续时间为t，能够通过如下方式得到所述动力电池的电流值I：获取每一单位时间段内所述动力电池在短路状态时的短路电流值；根据每一单位时间段内的所述短路电流值、所述脉冲宽度调制信号的作用时长以及所述脉冲宽度调制信号的占空比得到所述动力电池的短路电流平均值作为所述动力电池的电流值。假设PWM信号的高电平阶段能够使动力电池短路，以一个信号周期为例进行说明，在t时间内动力电池短路，电流值为I，而在其余(T-t)时间内动力电池无电流，则此时平均电流值可通过如下方式得到：I×t/T，即I×占空比，所以能够根据占空比调整平均电流值的大小，也即调整动力电池短路时电流值的大小，当所述脉冲宽度调制信号的作用时长包括多个周期时，可以采用上述方式计算每一周期的电路值，根据所有周期电流值之和与所述作用时长之比即可得到所述动力电池的电流值。

本申请以上实施例中的方案，仅通过调整已有电机驱动单元200中开关桥电路中的不同晶体管的状态即可实现动力电池100的内部自加热，无需增加任何额外器件和成本，同时具有加热时间短、效果好的优势。

本申请一些实施例中，如图6所示，所述开关元件包括连接于动力电池正极与负极之间的电子开关300。在需要给动力电池100加热时，可以控制第一继电器SW1、第二继电器SW2和电子开关300导通，从而使动力电池100正、负极短路，实现自加热。本方案中，额外增加的电子开关300可以具有非常低的内阻值，从而使动力电池100的内阻产生的热量占更大比例，可进一步提高动力电池100的加热速度。

本申请一些实施例中还提供一种存储介质，所述存储介质中存储有程序信息，计算机读取所述程序信息后执行以上任一方法实施例所述动力电池温度调节方法。

本申请一些实施例中还提供一种动力电池温度调节系统，如图7所示，包括至少一个处理器101和至少一个存储器102，至少一个所述存储器102中存储有程序指令，至少一个所述处理器101读取所述程序指令后执行以上任一项所述的动力电池温度调节方法。该系统还可以包括：输入装置103和输出装置104。处理器101、存储器102、输入装置103和输出装置104可以通信连接。存储器102作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块。处理器101通过运行存储在存储器102中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例的动力电池温度调节方法。

进一步地，本申请一些实施例中的动力电池温度调节系统，还可以包括：电子开关，其第一端与动力电池正极连接，其第二端与动力电池负极连接，其被控端与所述处理器连接；所述电子开关的被控端接收到所述处理器发送的第二信号后所述电子开关导通。

本申请中的以上方案，既实现了动力电池低温加热功能，确保车辆在低温下能够快速启动运行，又较传统做法具有更低的控制和检测成本，同时以上方案的应用没有任何特殊要求，可以在目前所有新能源车上实施，实用性极强。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种动力电池温度调节方法，其特征在于，包括如下步骤：

响应于动力电池的加热需求信号，发送第一信号以控制动力电池内部的第一继电器和第二继电器导通；

发送第二信号以控制动力电池正极和负极之间的开关元件在导通状态和断开状态之间变换，使所述动力电池的正极和负极在短路状态和非短路状态之间切换；

所述开关元件包括电机驱动单元开关桥电路中的至少一组桥臂；

所述开关元件为导通状态是指：同一组桥臂中的两个开关晶体管均为导通状态；

所述开关元件为断开状态是指：同一组桥臂中的两个开关晶体管中，至少有一个为断开状态。

2.根据权利要求1所述的动力电池温度调节方法，其特征在于，还包括如下步骤：

获取所述动力电池的温度值；

若所述温度值达到设定值，则发送断开信号以控制所述开关元件切换为断开状态。

3.根据权利要求2所述的动力电池温度调节方法，其特征在于，发送第二信号以控制动力电池正极和负极之间的开关元件在导通状态和断开状态之间变换，使所述动力电池的正极和负极在短路状态和非短路状态之间切换的步骤中：

所述开关元件包括多组桥臂时，所述第二信号控制不同组桥臂同时或交替地为导通状态。

4.根据权利要求3所述的动力电池温度调节方法，其特征在于，所述第二信号为脉冲宽度调制信号，发送第二信号以控制动力电池正极和负极之间的开关元件在导通状态和断开状态之间变换，使所述动力电池的正极和负极在短路状态和非短路状态之间切换的步骤包括：

获取所述动力电池的电流值；

若所述电流值小于预期电流值，则调节所述脉冲宽度调制信号的占空比，以增加单位时间段内所述开关元件处于所述导通状态的时间；

若所述电流值大于预期电流值，则调节所述脉冲宽度调制信号的占空比，以降低单位时间段内所述开关元件处于所述导通状态的时间；

若所述电流值等于预期电流值，则锁定所述脉冲宽度调制信号的占空比。

5.根据权利要求4所述的动力电池温度调节方法，其特征在于，获取所述动力电池的电流值的步骤包括：

获取每一单位时间段内所述动力电池在短路状态时的短路电流值；

根据每一单位时间段内的所述短路电流值、所述脉冲宽度调制信号的作用时长以及所述脉冲宽度调制信号的占空比得到所述动力电池的短路电流平均值作为所述动力电池的电流值。

6.根据权利要求1或2所述的动力电池温度调节方法，其特征在于：

所述开关元件包括连接于动力电池正极与负极之间的电子开关。

7.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有程序信息，计算机读取所述程序信息后执行权利要求1-6任一项所述动力电池温度调节方法。

8.一种动力电池温度调节系统，其特征在于，至少一个处理器和至少一个存储器，至少一个所述存储器中存储有程序信息，至少一个所述处理器读取所述程序信息后执行权利要求1-6任一项所述动力电池温度调节方法。

9.根据权利要求8所述的动力电池温度调节系统，其特征在于，还包括：

电子开关，其第一端与动力电池正极连接，其第二端与动力电池负极连接，其被控端与所述处理器连接；所述电子开关的被控端接收到所述处理器发送的第二信号后所述电子开关导通。

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