CN113745702B - 电动汽车及其动力电池的加热方法、装置和存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车及其动力电池的加热方法、装置以及存储介质，电动汽车包括与动力电池连接的能量转换装置，能量转换装置包括桥臂变换器、电感和电容，桥臂变换器的一侧通过电感与动力电池连接，另一侧与电容连接，方法包括：获取动力电池的温度和动力电池的荷电状态SOC值；判断动力电池的温度和SOC值是否满足预设加热条件；如果满足预设加热条件，则按照预设规则对桥臂变换器进行控制，以使动力电池充电或放电；获取目标电流和流经动力电池的电流；根据动力电池的电流和目标电流对桥臂变换器进行控制，以使流经动力电池的电流达到目标电流。该方法可保证动力电池加热控制的高电热转化效率，均匀加热，高安全性，低成本。

Description

电动汽车及其动力电池的加热方法、装置和存储介质
技术领域
本发明涉及车辆技术领域，尤其涉及一种电动汽车及其动力电池的加热方法、装置和存储介质。
背景技术
动力电池如锂离子电池、三元动力电池和磷酸铁动力电池等，作为电动汽车的储能载体，其特性受环境温度影响较为显著。在低温环境下，动力电池内部电化学物质活性降低，从而使得电池性能下降，导致充放电困难。并且，低温环境下，动力电池可用能量和功率衰减比较严重，且长期低温环境使用会加速动力电池老化，缩短其使用寿命。
为此，相关技术中提出一种对动力电池进行自加热控制的方法。该方法首先需建立电池二阶交流阻抗等效电路模型，然后通过采集的电池温度和电池SOC确定最优交变频率，从而控制与动力电池连接的电压变换装置的交变切换频率，实现电池的自加热。然而，该方法基于电池二阶交流阻抗模型，以及交流阻抗与电池电流频率的关系才能实现，但实际上准确的交流阻抗模型、阻抗与频率的关系曲线一般难以得到，使得该方法准确度不高，且成本高。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种电动汽车的动力电池的加热方法，以改善相关技术中的加热控制成本高、加热效率低等问题。
本发明的第二个目的在于提出一种电动汽车的动力电池的加热装置。
本发明的第三个目的在于提出一种计算机可读存储介质。
本发明的第四个目的在于提出一种车辆。
为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种电动汽车的动力电池的加热方法，电动汽车包括与所述动力电池连接的能量转换装置，所述能量转换装置包括桥臂变换器、电感和电容，所述桥臂变换器的一侧通过所述电感与所述动力电池连接，所述桥臂变换器的另一侧与所述电容连接，所述方法包括以下步骤：获取动力电池的温度和所述动力电池的荷电状态SOC值；判断所述动力电池的温度和所述SOC值是否满足预设加热条件；如果所述动力电池的温度和所述SOC值满足所述预设加热条件，则按照预设规则对所述桥臂变换器进行控制，以使所述动力电池充电或放电；在所述动力电池充电或放电期间，获取目标电流和流经所述动力电池的电流；根据流经所述动力电池的电流和所述目标电流对所述桥臂变换器进行控制，以使流经所述动力电池的电流达到所述目标电流。
本发明实施例的电动汽车的动力电池的加热方法，根据流经动力电池的电流和目标电流对桥臂变换器进行控制，以使流经动力电池的电流达到目标电流，由此可保证动力电池加热控制的高电热转化效率，均匀加热，高安全性，低成本。
为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种电动汽车的动力电池的加热装置，电动汽车包括与所述动力电池连接的能量转换装置，所述能量转换装置包括桥臂变换器、电感和电容，所述桥臂变换器的一侧通过所述电感与所述动力电池连接，所述桥臂变换器的另一侧与所述电容连接，所述加热装置包括：第一获取模块，用于获取动力电池的温度和所述动力电池的荷电状态SOC值；判断模块，用于判断所述动力电池的温度和所述SOC值是否满足预设加热条件；控制模块，用于在所述动力电池的温度和所述SOC值满足所述预设加热条件时，按照预设规则对所述桥臂变换器进行控制，以使所述动力电池充电或放电；第二获取模块，用于在所述动力电池充电或放电期间，获取目标电流和流经所述动力电池的电流；所述控制模块，还用于根据流经所述动力电池的电流和所述目标电流对所述桥臂变换器进行控制，以使流经所述动力电池的电流达到所述目标电流。
本发明实施例的电动汽车的动力电池的加热装置，根据动力电池的电流和目标电流对桥臂变换器进行控制，以使流经动力电池的电流达到目标电流，由此可保证动力电池加热控制的高电热转化效率，均匀加热，高安全性，低成本。
为达到上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上述的电动汽车的动力电池的加热方法。
本发明实施例的计算机可读存储介质，在其上存储的与上述加热方法对应的计算机程序被处理器执行时，可保证动力电池加热控制的高电热转化效率，均匀加热，高安全性，低成本。
为达到上述目的，本发明第四方面实施例提出了一种电动汽车，包括上述的电动汽车的动力电池的加热装置。
本发明实施例的电动汽车，通过上述的加热装置，可保证动力电池加热控制的高电热转化效率，均匀加热，高安全性，低成本。
本发明附加的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
图1是本发明实施例的电动汽车的动力电池的加热方法的流程图；
图2是本发明一个示例的能量转换装置的电路拓扑图；
图3是本发明另一个示例的能量转换装置的电路拓扑图；
图4是本发明一个实施例的电动汽车的动力电池的加热方法中步骤S5的流程图；
图5是本发明另一个实施例的电动汽车的动力电池的加热方法中步骤S5的流程图；
图6是本发明一个具体实施例的电动汽车的动力电池的加热方法的流程图；
图7是本发明一个实施例的电动汽车的动力电池的加热装置的结构框图；
图8是本发明实施例的电动汽车的结构框图。
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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述本发明实施例的电动汽车及其动力电池的加热方法、装置以及存储介质。
图1是本发明实施例的电动汽车的动力电池的加热方法的流程图。
在该实施例中，如图2所示，电动汽车包括动力电池1和与动力电池连接的能量转换装置2，能量转换装置2包括桥臂变换器21、电感(图1中示出了第一电感L1和第二电感L2)和电容C1，桥臂变换器21的一侧通过电感与动力电池1连接，桥臂变换器21的另一侧与电容C1连接。
参见图2，作为一个示例，桥臂变换器21包括第一相桥臂和第二相桥臂，第一相桥臂由第一上桥臂和第一下桥臂组成，第二桥臂由第二上桥臂和第二下桥臂组成，第一相桥臂和第二相桥臂的第一汇流端、第二汇流端与电容C1的两端对应连接，第一相桥臂的中点通过第一电感L1连接至动力电池1的正极，第二相桥臂的中点通过第二电感L2连接至动力电池1的正极，第二汇流端还连接至动力电池1的负极。参见图2，每个上/下桥臂包括开关管和与开关管并联的续流二极管，开关管分别为G1、G2、G3、G4，续流二极管分别为D1、D2、D3、D4。其中，开关管G1、G2、G3和G4可为IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)管。
由此，通过控制开关管G2、G4的通断，可实现动力电池1给电容C1充电，即此时动力电池1放电；通过控制开关管G1、G3的通断，可实现电容C1给动力电池1充电，其中电容C1可以为母线电容。动力电池1充放电过程中，在交流电流和动力电池内阻的作用下可产生热量，实现动力电池1自身温度的升高，即实现了自加热。
可选地，参见图2，能量转换装置2还可包括电容C2，用以对动力电池1两端电压进行滤波。
作为一个示例，如图3所示，桥臂变换器21也可仅包括第一相桥臂，该第一相桥臂由第一上桥臂和第一下桥臂组成，其两端与电容C1的两端对应连接，第一相桥臂的中点通过第一电感L1连接至动力电池1的正极，第一相桥臂一端还连接至动力电池1的负极。其中，每个上/下桥臂包括开关管和与开关管并联的续流二极管，开关管分别为G1、G2，续流二极管分别为D1、D2。
如图1所示，电动汽车的动力电池的加热方法，包括以下步骤：
S1，获取动力电池的温度和动力电池的荷电状态SOC值。
具体地，可通过电动汽车的BMS(Battery Management System，电池管理系统)获取动力电池的温度和动力电池的SOC值。其中，BMS中可在动力电电池的多个位置设置温度传感器，进而通过多个温度传感器的采样值计算得到动力电池的温度，如取采样值的平均值，舍弃最大和最小采样值，取剩余采样值的平均值等；SOC值可由BMS估算得到，具体估算方法可包括开路电压法、安时积分法等。
S2，判断动力电池的温度和SOC值是否满足预设加热条件。
具体地，可比较动力电池的温度与预设温度阈值之间的关系；如果动力电池的温度小于预设温度阈值，则比较SOC值与预设SOC阈值之间的关系；如果SOC值大于预设SOC阈值，则判定动力电池的温度和SOC值满足预设加热条件。
其中，预设温度阈值可根据动力电池的加热策略标定，预设温度阈值可在小于-10℃的范围内取值，如可为-15℃；预设SOC阈值可根据动力电池的充放电特性标定，预设SOC阈值可在5％～15％范围内取值，如可为10％。
当然，如果动力电池的温度大于或者等于预设温度阈值，则说明动力电池的温度相对不低，可不对动力电池进行加热控制。如果SOC值小于或者等于预设SOC阈值，则说明动力电池存在过放的风险，此时也不对动力电池进行加热控制。
S3，如果动力电池的温度和SOC值满足预设加热条件，则按照预设规则对桥臂变换器进行控制，以使动力电池充电或放电。
具体地，预设规则可以是根据电容C1两端的电压对桥臂变换器进行控制，以使动力电池充电或放电。例如，开始加热控制时，桥臂变换器处于关断状态，电容C1两端的电压为0，此时可通过桥臂变换器使得动力电池向电容充电；随着电容充电的进行，当电容两端的电压大于一定值时，可通过桥臂变换器使得电容向动力电池充电；随着电容放电的进行，当电容两端的电压小于一定值时，可通过桥臂变换器再次使得动力电池向电容充电，如此往复。
S4，在动力电池充电或放电期间，获取目标电流和流经动力电池的电流。
具体地，在动力电池充电或放电期间，可采集流经动力电池的电流，并可获取相应的目标电压。其中，目标电流为动力电池的最大允许电流与桥臂变换器的最大允许电流中的最小值。
作为一个示例，动力电池的最大允许电流的获取方法可包括：获取动力电池的最大电压、开路电压、单个载频周期内的充放电容量和交变频率；根据动力电池的最大电压、开路电压、单个载频周期内的充放电容量和交变频率查第一预设表得到动力电池的最大允许电流。
具体地，动力电池的最大允许电流与动力电池的SOC值、温度、交变频率、电压、单个周期的充放电容量限值等有关，如下式(1)所示：
其中，U max为动力电池的最大电压，OCV为动力电池的开路电压，R ac为动力电池的交流内阻，C为单个周期的充放电容量限值(即一个循环中，动力电池充/放电不能超过的容量)，f为动力电池的交变频率。
基于上述公式可预先建立第一预设表，进而可根据动力电池的最大电压U max、开路电压OCV、容量限值C、动力电池的交变频率f查该第一预设表得到动力电池的最大允许电流I max1。当然，也可根据动力电池的最大电压U max、开路电压OCV、容量限值C、动力电池的交变频率f通过上式(1)计算得到I max1。
作为一个示例，桥臂变换器的最大允许电流的获取方法可包括：获取桥臂变换器的开关管的管芯温度和电感的线圈温度；根据管芯温度和线圈温度查第二预设表得到桥臂变换器的最大允许电流。
具体地，桥臂变换器的最大允许电流I max2主要受桥臂变换器中开关管的管芯温度、电感的线圈温度的影响，因此，可预先建立I max2与开关管的芯片结温、电感的线圈温度之间的对应关系，得到第二预设表，进而通过查该第二预设表可得到开关管的当前管芯温度、电感的当前线圈温度对应的I max2。
其中，在建立第二预设表时，还可考虑开关管的管芯温度限值和电感的线圈温度限值，即针对每组管芯温度限值、线圈温度限值可建立一个第二预设表。作为一个示例，如果第二预设表有多个，则可先根据当前能量转换装置的管芯温度限值、线圈温度限值从多个第二预设表中选择一个，进而根据当前管芯温度和当前线圈温度从所选择的第二预设表中得到I max2。由此，可提高控制的准确性。
进一步地，可得到目标电流I y＝min(I max1,I max2)。
S5，根据动力电池的电流和目标电流对桥臂变换器进行控制，以使流经动力电池的电流达到目标电流。
在该实施例中，在动力电池的自加热过程中，通过实时调整充放电电流，以使其达到加热动力电池的最优电流值(即目标电流)，可保证动力电池的高电热转化效率，实现均匀加热，并可保证高安全性，且低成本。随着自加热的进行，如果动力电池的温度达到目标加热温度，该目标加热温度为大于上述的预设温度阈值的值，则说明动力电池的当前温度能够保证动力电池可高效率工作，此时可停止动力电池的自加热，并可根据需要控制动力电池进行正常的充/放电工作。应当理解，此时的充/放电工作是指外部电源向动力电池充电，或者，动力电池向车载电器供电等，而非仅通过动力电池和电容实现的充放电。
同时，在动力电池的自加热过程中，如果动力电池的SOC值小于预设SOC阈值(该情况很可能发生在动力电池首次向电容充电的过程中)，则说明动力电池存在过放风险，此时也需停止动力电池的自加热，以实现对动力电池的过放保护。
作为一个示例，当桥臂变换器采用图2、图3所示的结构时，如图4所示，根据流经动力电池的电流和目标电流对桥臂变换器进行控制，可包括：
S41，在动力电池充电或放电期间，比较流经动力电池的电流和目标电流之间的关系。
S42，如果流经动力电池的电流小于目标电流，则控制使第一相桥臂在下一个载频周期中的占空比大于在当前载频周期中的占空比。
具体地，流经动力电池的电流小于目标电流，说明当前充放电电流较小，未达到动力电池的最优充放电电流，因此可通过增加占空比来提高流经动力电池的电流，以提高电热转换效率，使动力电池快速有效加热。
S43，如果流经动力电池的电流大于或者等于目标电流，则控制使第一相桥臂在下一个载频周期中的占空比小于在当前载频周期中的占空比，直至流经动力电池的电流值达到目标电流。
具体地，流经动力电池的电流大于或者等于目标电流，说明当前充放电电流较大，超出动力电池的最优充放电电流，动力电池的温升较快，可能会对动力电池造成损坏，因此可通过减小占空比来降低流经动力电池的电流，以保证动力电池加热的安全性。需要说明的是，流经动力电池的电流与目标电流之间的比较只比较电流幅值的大小，不包括电流的方向，可选地，在比较之前，先对流经动力电池的电流与目标电流求绝对值，再比较两者的绝对值大小。
作为一个示例，当桥臂变换器采用图2、图3所示的结构时，如图5所示，根据流经动力电池的电流和目标电流对桥臂变换器进行控制，可包括：
S51，在动力电池充电或放电期间，比较流经动力电池的电流和目标电流之间的关系。
S52，如果流经动力电池的电流小于目标电流，则控制使第一相桥臂在下一个载频周期中的高频开关数与低频开关数的比例大于在当前载频周期中的高频开关数与低频开关数的比例。
具体地，如果流经动力电池的电流小于目标电流，且当前载频周期对第一相桥臂的控制参数为第一预设周期T1及其对应的周期数a N、第二预设周期T2及其对应的周期数bN，则控制使第一相桥臂在下一个载频周期中的控制参数为第一预设周期T1及其对应的周期数a N+1、第二预设周期T2及其对应的周期数b N+1，其中，T2＜T1，Ti/2＝T1*a N+1+T2*bN+1，a N+1＝a N-Δa，Δa为预设步长，Ti为一个载波周期，N为正整数。显然，a N大于a N+1，由于T1、T2固定，因此b N小于b N+1，进而使得下一个载频周期中的高频开关数与低频开关数的比例b N+1/a N+1，大于当前载频周期中的高频开关数与低频开关数的比例b N/aN。需要说明的是，周期数是指在一个载波周期中脉冲信号的重复次数，而占空比则表示在一个载波周期中，正负脉冲所占的比例。在该实施例中，通过调节高低频开关次数比例可以通过增加高低频开关次数比例可提升充放电电流，从而提升电热转换效率。
另外，在刚开始的载频周期中只有低频开关数而还没出现高频开关数的情况下，第一相桥臂的该载频周期中的高频开关数与低频开关数的比例为零，如果动力电池电流一直减小则一直增加高频开关数，直到动力电池电流为零则停止增加高频开关数，此时，第一相桥臂在载频周期中的高频开关数与低频开关数的比例为无穷大。
S53，如果流经动力电池的电流大于或者等于目标电流，则控制使第一相桥臂在下一个载频周期中的高频开关数与低频开关数的比例小于在当前载频周期中的高频开关数与低频开关数的比例，直至流经动力电池的电流值达到目标电流。
具体地，如果流经动力电池的电流大于或者等于目标电流，且当前载频周期对第一相桥臂的控制参数为第一预设周期T1及其对应的周期数a N、第二预设周期T2及其对应的周期数b N，则控制使第一相桥臂在下一个载频周期中的控制参数为第一预设周期T1及其对应的周期数a N+1、第二预设周期T2及其对应的周期数b N+1，其中，T2＜T1，Ti/2＝T1*a N+1+T2*b N+1，a N+1＝a N+Δa。显然，a N小于a N+1，由于T1、T2固定，因此b N大于b N+1，进而使得下一个载频周期中的高频开关数与低频开关数的比例b N+1/a N+1，小于当前载频周期中的高频开关数与低频开关数的比例b N/a N。由此，通过减小高低频开关次数比例可减小充放电电流，降低电热转换效率，以保证升温安全。
在该示例中，如果桥臂变换器采用图2所示的结构，则在控制第一相桥臂进行动作后，可延迟预设时间控制第二相桥臂开始按照高低频开关次数比例控制开关管进行工作。其中，对其按照预设时间进行延迟设置可以提高电磁兼容效果。
在一个具体示例中，以图2所示的结构为例。上述步骤S3中，在判断满足加热条件，且通过控制桥臂变换器使动力电池充放电后，第一次采集流经动力电池的电流时，可视为第一个载频周期，其中，载频周期T i可根据需要设定。根据第一个载频周期中采集的流经动力电池的电流正负，可确定动力电池的充放电状态，例如，动力电池放电，可设定电流取值为正；动力电池充电，可设定电流取值为负。
需要说明的是，桥臂变换器中的开关管选型完成后，开关管的开通时间、(最大)开关频率即可确定，在能量转换装置确定后，动力电池的交变载频即可确定。基于此，可预先设定多个开关频率和每个开关频率对应的初始周期数并存储，以在需要时调用。多个开关频率，例如上述的第一预设周期T1对应的第一开关频率f1，对应的初始周期数为a；下述的第二预设周期T2对应的第二开关频率f2，对应的初始周期数b＝0；当然，还可包括第三开关频率、第四开关频率等，本发明以设置两个开关频率(即f1、f2，且f1＜f2)为例进行说明。其中，设定的开关频率均小于所选开关管的最大开关频率，且对应的预设周期均大于所选开关管的开通时间。
N＝1时，在第一个载频周期中，如果动力电池放电，则可控制图2中的开关管G1、G3关断，并控制图2中的开关管G2打开，开关周期为T1，周期数为a 1＝a，如5、6、7等，且满足Ti/2＝T1*a 1，进而可延迟T1/2控制开关管G4打开，开关周期为T1，周期数也为a 1＝a，并进行第2次电流采样。由此，开关管G2、G4均以半个开关周期交替工作，可以减小电流纹波，减少开关管G2、G4的使用时间，进而可延长开关管G2、G4的使用寿命。
在第2个载频周期中，比较流经动力电池的电流与目标电流之间的关系，如果流经动力电池的电流I b小于目标电流I y，则说明此时动力电池放电较慢，温升慢，故可控制图2中的开关管G2打开，且开关周期包括长周期的T1(对应低频f1)和短周期的T2(对应高频f2)，T1的周期数为a 2＝a-Δa，Δa的取值可为1，T2的周期数为b 2，且满足Ti/2＝T1*a 2+T2*b 2，以加速动力电池的放电，提高温升速度。同时，在以T1打开G2后，延迟T1/2控制开关管G4打开，开关周期为T1，周期数为a 2＝a-Δa；在以T2打开G2后，延迟T2/2控制开关管G4打开，开关周期为T2，周期数为b 2。当然，该过程中开关管G1、G3保持关断状态。由此，通过增加开关管的高频动作，可增大动力电池的放电速率，进而可提升动力电池的温升速度，以便动力电池较快达到目标加热温度。
需要说明的是，正常情况下，第2个载频周期中，用于比较的流经动力电池的电流Ib是小于目标电流I y的，随着采用上述的开关频率对G2、G4控制的进行，流经动力电池的电流I b会增大。当在第n(n大于等3)个载频周期，如果动力电池的电流I b大于或者等于目标电流I y，则说明此时动力电池放电较快，温升快，故可控制图2中的开关管G2打开，且开关周期包括长周期的T1(对应低频f1)和短周期的T2(对应高频f2)，T1的周期数为a n＝a n-1+Δa，Δa的取值可为1，T2的周期数为b n，且满足Ti/2＝T1*a n+T2*b n，以减少开关管的开关次数，减小动力电池的电流，降低温升速度。同时，在以T1打开G2后，延迟T1/2控制开关管G4打开，开关周期为T1，周期数为a n＝a n-1+Δa；在以T2打开G2后，延迟T2/2控制开关管G4打开，开关周期为T2，周期数为b n。当然，该过程中开关管G1、G3保持关断状态。由此，通过减小开关管的高频动作，可减小动力电池的放电速率，减小动力电池的电流，进而可降低动力电池的温升速度，以避免动力电池温升太快，保证温升安全。
S44，如果流向为从电容流向动力电池，则控制第一下桥臂和第二下桥臂关断，并根据第一PWM信号对第一上桥臂进行控制，根据第二PWM信号对第二上桥臂进行控制，并进行第N+1次动力电池的电流采样。
需要说明的是，动力电池充电时的加热控制方式，与上述动力电池放电时的加热控制方式，所采用的控制策略均相同，区别仅在于所控制的开关管不同。
作为一个示例，在第N+1个载频周期中，如果动力电池的电流小于目标电流，则待第N+1个载频周期结束后，可返回获取动力电池的温度和动力电池的荷电状态SOC值的步骤；在第N+1个载频周期中，如果动力电池的电流大于或者等于目标电流，则待第N+1个载频周期结束后，根据第N+2次采样得到的动力电池的电流，执行比较动力电池的电流与目标电流之间的关系的步骤。
具体地，在第N+1个载频周期中，如果动力电池的电流小于目标电流，则需增加开关管的高频开关次数，以提升动力电池的电流，由于此时温升较快，故待第N+1个载频周期结束后，即返回获取动力电池的温度和动力电池的荷电状态SOC值的步骤，以保证温升的安全性。在第N+1个载频周期中，如果动力电池的电流大于或者等于目标电流，则需减小开关管的高频开关次数，以减小动力电池的电流，由于此时温升较慢，故待第N+1个载频周期结束后，可直接执行比较第N+2次采样得到的动力电池的电流与目标电流之间的关系的步骤，以便使保证动力电池的持续加热。
下面结合图2、图6，通过一个具体实施例描述本发明实施例的电动汽车及其动力电池的加热方法。
如图5所示，在进行动力电池自加热控制之前，先根据BMS采集的动力电池的温度T和当前荷电状态SOC，判断动力电池是否满足自加热开启条件。如果T≥Tref，或者，SOC≤SOCref，则判定动力电池不满足自加热开启条件，其中，Tref为预设温度阈值，取值可为-10℃，SOCref为预设SOC阈值，取值可为10％。如果T＜Tref，且SOC＞SOCref，则判定动力电池满足自加热开启条件，可进行动力电池自加热控制。
在进行动力电池自加热控制时，首先判定此时动力电池的电流流向，如果流经动力电池的电流大于0，则说明此时动力电放电，可通过控制图2中开关管G2、G4的通断，来控制动力电池的放电电流(该过程中开关管G1、G3始终关断)；如果流经动力电池的电流小于0，则说明此时动力电池充电，可通过控制图2中开关管G1、G3的通断，来控制动力电池的充电流(该过程中开关管G2、G4始终关断)。
获取预先设定的开关频率f1、f2，及其对应的周期T1、T2，初始周期数a、0。当电流大于0，动力电池放电时，控制G2导通，开关频率为f1，周期为T1，半个载频周期内的开关周期数为a，延迟T1/2后，控制G4导通，开关频率为f1，周期为T1，半个载频周期内的开关周期数为a。同时，采集此时流经动力电池的电流I b，并获取当前的目标电流I y，若I b＜I y，则在下一个载频周期中，调整G2的开关频率f1对应的开关周期数为a-Δa，计算出开关频率f2对应的周期数b，延迟T1/2后，调整G4的开关频率f1对应的开关周期数为a-Δa，当开关频率切换为f2时，延迟T2/2后，计算出开关频率f2对应的周期数b。若I b≥I y，则在下一个载频周期中，调整G2的开关频率f1对应的开关周期数为a’+Δa，计算出开关频率f2对应的开关周期数b’，延迟T1/2后，调整G4的开关频率f1对应的开关周期数为a’-Δa，当开关频率切换为f2时，延迟T2/2后，计算出开关频率f2对应的周期数b’，其中，a’＝a-m*Δa，m为正整数。
由此，通过设定不同的开关频率，调整每个载频周期中的高频低频开关比例，即an/bn，使得在低温加热动力电池时，整个系统负载较低。同时，通过高比例低频开关和低比例高频开关的组合控制，可降低每个载频周期中开关的开通次数，降低开关损耗；开关管以半个开关周期交替工作可以减小电流纹波，减少开关管的使用时间，进而可延长开关管的使用寿命。
进一步地，参见图6，在减小低频开关控制比例，增大高频开关控制比例后，需重新采集动力电池的温度T，并判定T是否达到预设温度阈值Tref,在T＜Tref时，由于开关变频组合的闭环控制，动力电池的电流为I y，由此既能保证加热控制安全，又能提高加热效率，缩短加热时间。
相应的，参见图6，如果电流小于0，动力电池充电，采取同样的策略来控制G1、G3的中每个载频周期中高低频开关周期数比例。
综上，本发明实施例的电动汽车的动力电池的加热方法，通过控制载频周期中高频开关周期数和低频开关周期数，改变充放电回路中电流的大小，可降低开关损耗。同时，根据动力电池的特性及状态和桥臂变换器的温升限值来确定最优电流，并实时调整充放电电流值达到该目标电流，可保证高电热转化效率，均匀加热，高安全性，低成本。
图7是本发明实施例的电动汽车的动力电池的加热装置的结构框图。
如图7所示，加热装置100包括：第一获取模块110、判断模块120、第二获取模块130和控制模块140。
其中，第一获取模块110用于获取动力电池的温度和动力电池的荷电状态SOC值；判断模块120用于判断动力电池的温度和SOC值是否满足预设加热条件；控制模块140用于在动力电池的温度和SOC值满足预设加热条件时，按照预设规则对桥臂变换器进行控制，以使动力电池充电或放电；第二获取模块130用于在动力电池充电或放电期间，获取目标电流和流经动力电池的电流；控制模块140还用于根据动力电池的电流和目标电流对桥臂变换器进行控制，以使流经动力电池的电流达到目标电流。
作为一个示例，判断模块120具体用于：比较动力电池的温度与预设温度阈值之间的关系；如果动力电池的温度小于预设温度阈值，则比较SOC值与预设SOC阈值之间的关系；如果SOC值大于预设SOC阈值，则判定动力电池的温度和SOC值满足预设加热条件。
作为一个示例，动力电池的最大允许电流的获取方法包括：获取动力电池的最大电压、开路电压、单个载频周期内的充放电容量和交变频率；根据动力电池的最大电压、开路电压、单个载频周期内的充放电容量和交变频率查第一预设表得到动力电池的最大允许电流。
作为一个示例，桥臂变换器的最大允许电流的获取方法包括：获取桥臂变换器的开关管的管芯温度和电感的线圈温度；根据管芯温度和线圈温度查第二预设表得到桥臂变换器的最大允许电流。
作为一个示例，当通过图2、图3所示的桥臂变换器对动力电池进行加热控制时，控制模块40具体可用于：在动力电池充电或放电期间，比较流经动力电池的电流和目标电流之间的关系；如果流经动力电池的电流小于目标电流，则控制使第一相桥臂在下一个载频周期中的占空比大于在当前载频周期中的占空比；如果流经动力电池的电流大于或者等于目标电流，则控制使第一相桥臂在下一个载频周期中的占空比小于在当前载频周期中的占空比，直至流经动力电池的电流值达到目标电流。
作为另一个示例，当通过图2、图3所示的桥臂变换器对动力电池进行加热控制时，控制模块40具体可用于：在动力电池充电或放电期间，比较流经动力电池的电流和目标电流之间的关系；如果流经动力电池的电流小于目标电流，则控制使第一相桥臂在下一个载频周期中的高频开关数与低频开关数的比例大于在当前载频周期中的高频开关数与低频开关数的比例；如果流经动力电池的电流大于或者等于目标电流，则控制使第一相桥臂在下一个载频周期中的高频开关数与低频开关数的比例小于在当前载频周期中的高频开关数与低频开关数的比例，直至流经动力电池的电流值达到目标电流。
具体地，如果流经动力电池的电流小于目标电流，且当前载频周期对第一相桥臂的控制参数为第一预设周期T1及其对应的周期数a N、第二预设周期T2及其对应的周期数bN，则控制模块140可控制使第一相桥臂在下一个载频周期中的控制参数为第一预设周期T1及其对应的周期数a N+1、第二预设周期T2及其对应的周期数b N+1，其中，T2＜T1，Ti/2＝T1*a N+1+T2*b N+1，a N+1＝a N-Δa，Δa为预设步长，Ti为一个载波周期，N为正整数；
如果流经动力电池的电流大于或者等于目标电流，且当前载频周期对第一相桥臂的控制参数为第一预设周期T1及其对应的周期数a N、第二预设周期T2及其对应的周期数bN，则控制模块140控制使第一相桥臂在下一个载频周期中的控制参数为第一预设周期T1及其对应的周期数a N+1、第二预设周期T2及其对应的周期数b N+1，其中，T2＜T1，Ti/2＝T1*a N+1+T2*b N+1，a N+1＝a N+Δa。
作为一个示例，当采用图2所示的结构时，控制模块140还可用于在控制第一相桥臂进行动作后，延迟预设时间控制第二相桥臂进行动作。
本发明实施例的电动汽车的动力电池的加热装置，通过控制载频周期中高频开关周期数和低频开关周期数，改变充放电回路中电流的大小，可降低开关损耗。同时，根据动力电池的特性及状态和桥臂变换器的温升限值来确定最优电流，并实时调整充放电电流值达到该目标电流，可保证高电热转化效率，均匀加热，高安全性，低成本。
进一步地，本发明还提出了一种计算机可读存储介质。
在该实施例中，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现上述的电动汽车的动力电池的加热方法。
本发明实施例的计算机可读存储介质，在其上存储的与上述加热方法对应的计算机程序被处理器执行时，能够降低开关损耗，可保证高电热转化效率，均匀加热，高安全性，低成本。
图7是本发明实施例的电动汽车的结构框图。
如图7所示，电动汽车1000包括上述实施例的电动汽车的动力电池的加热装置100。
本发明实施例的电动汽车，通过上述的加热装置，能够降低开关损耗，可保证高电热转化效率，均匀加热，高安全性，低成本。
需要说明的是，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (12)

1.一种电动汽车的动力电池的加热方法，其特征在于，电动汽车包括与所述动力电池连接的能量转换装置，所述能量转换装置包括桥臂变换器、电感和电容，所述桥臂变换器的一侧通过所述电感与所述动力电池连接，所述桥臂变换器的另一侧与所述电容连接，所述方法包括以下步骤：
获取动力电池的温度和所述动力电池的荷电状态SOC值；
判断所述动力电池的温度和所述SOC值是否满足预设加热条件；
如果所述动力电池的温度和所述SOC值满足所述预设加热条件，则按照预设规则对所述桥臂变换器进行控制，以使所述动力电池充电或放电；
在所述动力电池充电或放电期间，获取目标电流和流经所述动力电池的电流；
根据流经所述动力电池的电流和所述目标电流对所述桥臂变换器进行控制，以使流经所述动力电池的电流达到所述目标电流；
所述桥臂变换器包括第一相桥臂，所述第一相桥臂的一端与所述电容的一端连接，所述第一相桥臂的另一端分别与所述动力电池的第一极和所述电容的另一端连接，所述第一相桥臂由第一上桥臂和第一下桥臂组成，所述第一相桥臂的中点通过第一电感与所述动力电池的第二极连接，所述根据流经所述动力电池的电流和所述目标电流对所述桥臂变换器进行控制，包括：
如果流经所述动力电池的电流小于所述目标电流，则控制使所述第一相桥臂在下一个载频周期中的高频开关数与低频开关数的比例大于在当前载频周期中的高频开关数与低频开关数的比例；
如果流经所述动力电池的电流小于所述目标电流，且当前载频周期对所述第一相桥臂的控制参数为第一预设周期T1及其对应的周期数a N 、第二预设周期T2及其对应的周期数b N ，则控制使所述第一相桥臂在下一个载频周期中的控制参数为第一预设周期T1及其对应的周期数a N+1 、第二预设周期T2及其对应的周期数b N+1 ，其中，T2＜T1，Ti/2＝T1*aN+1+T2*b N+1 ，a N+1 ＝a N -Δa，Δa为预设步长，Ti为一个载波周期，N为正整数。
2.如权利要求1所述的电动汽车的动力电池的加热方法，其特征在于，所述判断所述动力电池的温度和所述SOC值是否满足预设加热条件，包括：
比较所述动力电池的温度与预设温度阈值之间的关系；
如果所述动力电池的温度小于所述预设温度阈值，则比较所述SOC值与预设SOC阈值之间的关系；
如果所述SOC值大于所述预设SOC阈值，则判定所述动力电池的温度和所述SOC值满足所述预设加热条件。
3.如权利要求1所述的电动汽车的动力电池的加热方法，其特征在于，所述目标电流为所述动力电池的最大允许电流与所述桥臂变换器的最大允许电流中的最小值。
4.如权利要求3所述的电动汽车的动力电池的加热方法，其特征在于，所述动力电池的最大允许电流的获取方法包括：
获取所述动力电池的最大电压、开路电压、单个载频周期内的充放电容量和交变频率；
根据所述动力电池的最大电压、开路电压、单个载频周期内的充放电容量和交变频率查第一预设表得到所述动力电池的最大允许电流。
5.如权利要求3所述的电动汽车的动力电池的加热方法，其特征在于，所述桥臂变换器的最大允许电流的获取方法包括：
获取所述桥臂变换器的开关管的管芯温度和所述电感的线圈温度；
根据所述管芯温度和所述线圈温度查第二预设表得到所述桥臂变换器的最大允许电流。
6.如权利要求1所述的电动汽车的动力电池的加热方法，其特征在于，所述桥臂变换器包括第一相桥臂，所述第一相桥臂的一端与所述电容的一端连接，所述第一相桥臂的另一端分别与所述动力电池的第一极和所述电容的另一端连接，所述第一相桥臂由第一上桥臂和第一下桥臂组成，所述第一相桥臂的中点通过第一电感与所述动力电池的第二极连接，所述根据流经所述动力电池的电流和所述目标电流对所述桥臂变换器进行控制，包括：
在所述动力电池充电或放电期间，比较流经所述动力电池的电流和所述目标电流之间的关系；
如果流经所述动力电池的电流小于所述目标电流，则控制使所述第一相桥臂在下一个载频周期中的占空比大于在当前载频周期中的占空比；
如果流经所述动力电池的电流大于或者等于所述目标电流，则控制使所述第一相桥臂在下一个载频周期中的占空比小于在当前载频周期中的占空比，直至流经所述动力电池的电流值达到所述目标电流。
7.如权利要求1所述的电动汽车的动力电池的加热方法，其特征在于，还包括：
如果流经所述动力电池的电流大于或者等于所述目标电流，则控制使所述第一相桥臂在下一个载频周期中的高频开关数与低频开关数的比例小于在当前载频周期中的高频开关数与低频开关数的比例，直至流经所述动力电池的电流值达到所述目标电流。
8.如权利要求7所述的电动汽车的动力电池的加热方法，其特征在于，还包括：
如果流经所述动力电池的电流大于或者等于所述目标电流，且当前载频周期对所述第一相桥臂的控制参数为第一预设周期T1及其对应的周期数a N 、第二预设周期T2及其对应的周期数b N ，则控制使所述第一相桥臂在下一个载频周期中的控制参数为第一预设周期T1及其对应的周期数a N+1 、第二预设周期T2及其对应的周期数b N+1 ，其中，T2＜T1，Ti/2＝T1*a N+1+T2*b N+1 ，a N+1 ＝a N +Δa。
9.如权利要求1所述的电动汽车的动力电池的加热方法，其特征在于，所述桥臂变换器还包括第二相桥臂，所述第一相桥臂和所述第二相桥臂形成第一汇流端和第二汇流端，所述第一汇流端与所述电容的一端连接，所述第二汇流端分别与所述动力电池的第一极和所述电容的另一端连接，所述第二相桥臂由第二上桥臂和第二下桥臂组成，所述第二相桥臂的中点通过第二电感与所述动力电池的第二极连接，所述根据流经所述动力电池的电流和所述目标电流对所述桥臂变换器进行控制，还包括：
在控制所述第一相桥臂进行动作后，延迟预设时间控制所述第二相桥臂进行动作。
10.一种电动汽车的动力电池的加热装置，其特征在于，电动汽车包括与所述动力电池连接的能量转换装置，所述能量转换装置包括桥臂变换器、电感和电容，所述桥臂变换器的一侧通过所述电感与所述动力电池连接，所述桥臂变换器的另一侧与所述电容连接，所述加热装置包括：
第一获取模块，用于获取动力电池的温度和所述动力电池的荷电状态SOC值；
判断模块，用于判断所述动力电池的温度和所述SOC值是否满足预设加热条件；
控制模块，用于在所述动力电池的温度和所述SOC值满足所述预设加热条件时，按照预设规则对所述桥臂变换器进行控制，以使所述动力电池充电或放电；
第二获取模块，用于获取目标电流和流经所述动力电池的电流；
所述控制模块，还用于根据流经所述动力电池的电流和所述目标电流对所述桥臂变换器进行控制，以使流经所述动力电池的电流达到所述目标电流；
所述桥臂变换器包括第一相桥臂，所述第一相桥臂的一端与所述电容的一端连接，所述第一相桥臂的另一端分别与所述动力电池的第一极和所述电容的另一端连接，所述第一相桥臂由第一上桥臂和第一下桥臂组成，所述第一相桥臂的中点通过第一电感与所述动力电池的第二极连接，所述根据流经所述动力电池的电流和所述目标电流对所述桥臂变换器进行控制，包括：
如果流经所述动力电池的电流小于所述目标电流，则控制使所述第一相桥臂在下一个载频周期中的高频开关数与低频开关数的比例大于在当前载频周期中的高频开关数与低频开关数的比例；
如果流经所述动力电池的电流小于所述目标电流，且当前载频周期对所述第一相桥臂的控制参数为第一预设周期T1及其对应的周期数a N 、第二预设周期T2及其对应的周期数b N ，则控制使所述第一相桥臂在下一个载频周期中的控制参数为第一预设周期T1及其对应的周期数a N+1 、第二预设周期T2及其对应的周期数b N+1 ，其中，T2＜T1，Ti/2＝T1*aN+1+T2*b N+1 ，a N+1 ＝a N -Δa，Δa为预设步长，Ti为一个载波周期，N为正整数。
11.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-9中任一项所述的电动汽车的动力电池的加热方法。
12.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求10所述的电动汽车的动力电池的加热装置。
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