CN113746152A - 电池能量处理装置和车辆 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电池能量处理装置和车辆，所述装置包括：第一开关模块、第一储能模块、第一相桥臂、第二开关模块和控制模块，第一开关模块、第一储能模块、第一相桥臂、第二开关模块组成加热电路，接通控制模块控制第一开关模块，第一相桥臂、第二开关模块使所述第一储能模块与所述电池通过进行循环的相互充电和放电，产生的交流电流使所述电池内阻产生热量，本申请实施例公开的能量处理装置可以缩短寒冷环境下电池升温时间。

Description

电池能量处理装置和车辆

技术领域

本申请涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种电池能量处理装置和具有该电池能量 处理装置的车辆。

背景技术

电池作为动力来源，在纯电动系列和混合动力系列车型的能源系统上得到大范围使 用。然而，环境温度较低时，电池内阻变大，过电流能力减小，放电能力也相应减弱。 因此需要对电池进行加热升温处理，使其放电能力恢复正常。

相关技术中，通常采用PTC(Positive Temperature Coefficient，正温度系数)加热方案，即通过PTC加热水路，再通过水路循环对电池进行热量传递，使得电池模组 从外壳至内部。但是，通过上述PTC加热水路间接加热电池，其升温时间较久，导致热 交换效率低。

发明内容

本申请的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。

为此，本申请的第一个目的在于提出一种电池能量处理装置，该电池能量处理装置 可以缩短寒冷环境下电池升温时间。

本申请的第二个目的在于提出一种车辆。

为了实现上述目的，本申请第一方面实施例提出的电池能量处理装置包括：

第一开关模块，所述第一开关模块的第一端与电池的正极连接；

第二开关模块，所述第二开关模块的第一端与电池的正极连接，所述第二开关模块 的第二端与电池的负极连接；

第一储能模块，所述第一储能模块的第一端与所述第二开关模块的第三端连接；

第一相桥臂，所述第一相桥臂的中点与所述第一储能模块的第二端连接，所述第一 相桥臂的第一端与所述第一开关模块的第二端连接，所述第一相桥臂的第二端与电池负 极连接；

控制模块，所述控制模块被配置为控制所述第一开关模块、第二开关模块和第一相 桥臂，使所述电池与所述第一储能模块进行循环充电和放电，以实现对所述电池的加热， 其中，所述第二开关模块的第三端可选择性的与所述第二开关模块的第一端和第二端连 接。

进一步的，所述第一储能模块包括第一电感和第二电感，所述第一电感的第一端为 所述第一储能模块的第一端，所述第一电感的第二端与所述第二电感的第一端连接，所述第二电感的第二端为所述第一储能模块的第二端。

进一步的，所述装置还包括：

第二相桥臂，所述第二相桥臂的第一端和所述第一相桥臂的第一端连接，所述第二 相桥臂的第二端和所述第一相桥臂的第二端连接；

所述第一储能模块包括第一电感和第二电感，所述第一电感的第一端与所述第二电 感的第一端连接形成所述第一储能模块的第一端，所述第一电感的第二端为所述第一储 能模块的第二端，所述第二电感的第二端为所述第一储能模块的第三端，所述第一储能模块的第三端与所述第二相桥臂的中点连接。

进一步的，所述装置还包括：

第二储能模块，所述第二储能模块的第一端与所述第一相桥臂的第一端连接，所述 第二储能模块的第二端与所述第一相桥臂的第二端连接；

第三储能模块，所述第三储能模块的第一端与所述第一储能模块的第一端连接，所 述第三储能模块的第二端与所述电池的负极连接。

进一步的，所述第一开关模块包括：

第一开关，所述第一开关的第一端为所述第一开关模块的第一端，所述第一开关的 第二端为所述第一开关模块的第二端；

串联连接的第一电阻和第二开关，所述第一电阻的第一端与所述第一开关的第一端 连接，所述第一电阻的第二端与所述第二开关的第一端连接，所述第二开关的第二端与所述第一开关的第二端连接。

进一步的，所述控制模块被配置为根据电池加热需求和电池荷电状态控制所述装置 进入第一加热模式和/或第二加热模式，其中，在所述第一加热模式，所述第一电感和所述第二电感并联，在所述第二加热模式，所述第一电感和所述第二电感串联。

进一步的，在所述第一加热模式，所述电池、所述第一开关模块、所述第二开关模块、所述第一储能模块、所述第一相桥臂及所述第二相桥臂形成第一加热回路；所述第 一加热回路的工作过程包括电池放电阶段和电池充电阶段；

在所述电池放电阶段，所述控制模块被配置为控制所述第一开关模块、所述第一相 桥臂的上桥臂及所述第二相桥臂的上桥臂关断，所述第二开关模块的第一端和第三端连 接，所述第一相桥臂的下桥臂及所述第二相桥臂的下桥臂导通，电流从所述电池的正极流出，经过所述第二开关模块的第一端和第三端后分别流经所述第一电感和所述第一相桥臂的下桥臂，以及所述第二电感和所述第二相桥臂的下桥臂，流回电池负极；

在所述电池充电阶段，所述控制模块被配置为控制所述第一相桥臂的下桥臂及所述 第二相桥臂的下桥臂关断，所述第二开关模块的第二端和第三端连接，所述第一开关模块、所述第一相桥臂的上桥臂及所述第二相桥臂的上桥臂导通，电流从所述第一电感和 所述第二电感流出后分别流经所述第一相桥臂和所述第二相桥臂的上桥臂、所述电池、 所述第二开关模块的第二端及所述第二开关模块的第三端流回所述第一电感和所述第二 电感。

进一步地，在所述第二加热模式，所述控制模块被配置为控制所述第一开关模块导 通，控制所述第二开关模块关断，所述电池、所述第一开关模块、所述第一相桥臂、所 述第一电感、所述第二电感及所述第二相桥臂形成第二加热回路，所述第二加热回路的 工作过程包括电池充电阶段和电池放电阶段；

在所述电池放电阶段，所述控制模块被配置为控制所述第一相桥臂的上桥臂和所述 第二相桥臂的下桥臂导通，所述第一相桥臂的下桥臂和第二相桥臂的上桥臂关断，电流从所述电池的正极流出经过所述第一开关模块、所述第一相桥臂的上桥臂、所述第一电感、所述第二电感和所述第二相桥臂的下桥臂流回所述电池的负极；

在所述电池充电阶段，所述控制模块被配置为控制所述第一相桥臂的下桥臂和所述 第二相桥臂的上桥臂导通，所述第一相桥臂的上桥臂和第二相桥臂的下桥臂关断，电流从所述第一电感流出经过所述第二电感、所述第二相桥臂的上桥臂、所述第一开关模块、所述电池和所述第一相桥臂的下桥臂流回所述第一电感。

进一步地，所述控制模块被配置为根据电池加热需求和电池荷电状态控制所述装置 进入第一加热模式和/或第二加热模式包括：

确定电池加热需求包括确定电池的当前温度、目标加热温度和可用加热时长；

获取电池当前荷电状态；

计算所述目标加热温度和当前温度的温度差；

将所述温度差、所述可用加热时长及所述电池当前荷电状态与预设温差阈值、预设 加热时长及预设荷电状态进行比较，根据比较结果控制所述装置进入第一加热模式和/或 第二加热模式。

进一步地，所述控制模块被配置为在所述装置进入加热模式之前，控制所述第一开 关模块、所述第一相桥臂和所述第二相桥臂，使所述电池对所述第二储能模块和所述第三储能模块进行预充电。

进一步地，所述电池为车载电池，所述第一电感和所述第二电感为车辆的电压变换 器中的电感，所述第一相桥臂和所述第二相桥臂为所述电压变换器中的桥臂，所述第二储能模块为母线电容。

进一步地，所述第二开关模块为单刀双掷开关，其中单刀双掷开关的动端为第三端； 或，

所述第二开关模块包括第三开关和第四开关，所述第三开关的第一端为所述第二开 关模块的第一端，所述第四开关的第一端为所述第二开关模块的第二端，所述第三开关的第二端和所述第四开关的第二端连接形成所述第二开关模块的第三端。

本申请第二方面实施例提供一种车辆，所述车辆还包括本申请第一方面实施例所述 的电池能量处理装置。

本申请提出了一种车辆及电池能量处理装置，通过上述技术方案，第一开关模块、第一储能模块、第二开关模块、第一相桥臂组成电池加热电路，第一储能模块和电池通 过第一开关模块、第二开关模块、第一相桥臂进行循环的充电和放电，电流流经电池内 部，使所述电池内阻产生热量，而使得电池温度由内向外升高，可以缩短寒冷环境下电 池升温时间。

本公开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

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中 所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据 这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一个实施例提供的一种电池能量处理装置的结构图；

图2是本申请一个实施例提供的一种电池能量处理装置的一电路图；

图3是本申请另一个实施例提供的一种电池能量处理装置的一电路图；

图4(a)是本申请一个实施例提供的电池能量处理装置处于第一加热模式的电流路 径图；

图4(b)是本申请一个实施例提供的电池能量处理装置处于第一加热模式的另一电 流路径图；

图5(a)是本申请一个实施例提供的电池能量处理装置处于第二加热模式的电流路 径图；

图5(b)是本申请一个实施例提供的电池能量处理装置处于第二加热模式的另一电 流路径图；

图6是本申请一个实施例提供的电池能量处理装置处于预充电模式的电流路径图；

图7(a)是本申请一个实施例提供的一种第二开关模块的结构示意图；

图7(b)是本申请另一个实施例提供的一种第二开关模块的结构示意图；

图8是本申请一个实施例提供的一种电池能量处理装置的桥臂的开关模块示意图；

图9是本申请一各实施例提供的电池能量处理装置的控制框图；

图10是本申请一个实施例提供的车辆结构图；

图11是本申请一个实施例提供的一种车辆电路图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

为了说明本申请的技术方案，下面参考附图1-11，并通过具体实施例来进行说明，其中图中的箭头表示电流的流向。

本申请实施例提供一种电池能量处理装置，如图1所示，电池能量处理装置100包括：

第一开关模块101，所述第一开关模块的第一端101与电池200的正极连接；

第二开关模块102，所述第二开关模块102的第一端与电池200的正极连接，所述第二开关模块102的第二端与电池200的负极连接；

第一储能模块103，所述第一储能模块103的第一端与所述第二开关模块102的第三 端连接；

第一相桥臂104，所述第一相桥臂104的中点与所述第一储能模块103的第二端连接， 所述第一相桥臂104的第一端与所述第一开关模块101的第二端连接，所述第一相桥臂104的第二端与电池200的负极连接；

控制模块108，所述控制模块108被配置为控制所述第一开关模块101、第二开关模块102和第一相桥臂104，使所述电池200与所述第一储能模块103进行循环充电和放电， 以实现对所述电池的加热，其中，所述第二开关模块102的第三端C可选择性的与所述 第二开关模块102的第一端A和第二端B连接。在本实施例中，所述控制模块108与所 述第一开关模块101、所述第二开关模块102的控制端连接。

其中，所述电池200与所述第一储能模块103进行循环充电和放电，包括所述电池200向所述第一储能模块103进行放电，第一储能模块103进行储能，或所述电池200 处于充电状态，所述第一储能模块103续流向所述电池进行放电，在本实施例中，电池 可以是一次充电或是一次放电、也可以是一次充电和一次放电、还可以是多次充电和放 电，只要满足电池加热需求即可。

可以理解的是，所述电池可以为新能源汽车用动力电池，该电池包括但不局限于一 个电池组或一个电池单元。电池模块内部包含保险丝等安全器件。

如图2所示，根据本申请的一种实施方式，所述第一储能模块103包括第一电感L1，在电池200有加热需求时，所述控制模块108可以被配置为控制所述第二开关模块102 的第三端C与所述第二开关模块102的第一端连接，所述第一开关模块101断开，实现 电池200向所述电池能量处理装置100放电，所述控制模块108还可以被配置为控制所 述第二开关模块102的第三端C与所述第二开关模块102的第二端连接，实现所述电池 能量处理装置100对所述电池200的充电。

作为一种实施方式，如图2-3所示，所述第二开关模块102设置为单刀双掷开关，其中单刀双掷开关的动端为第三端C。

根据本申请的又一种实施方式，如图7(a)和图7(b)所示，所述第二开关模块包 括第三开关S3和第四开关S4，所述第三开关S3的第一端为所述第二开关模块的第一端 A，所述第四开关S4的第一端为所述第二开关模块的第二端B，所述第三开关S3的第二 端和所述第四开关S4的第二端连接形成所述第二开关模块的第三端C。

综上，在本实施例中，所述第一开关模块和所述第二开关模块的设置，使得电池和所述电池能量处理装置之间可进行循环充电和放电，在所述电池充电和放电的过程中产生的交流电流使所述电池内阻产生热量，电池自发热加热电池，而使得电池温度由内向 外升高，热交换效率高，可以缩短寒冷环境下电池升温时间。

作为一种实施方式，如图3所示，所述电池能量处理装置100还包括：第二相桥臂105，所述第二相桥臂105的第一端和所述第一相桥臂104的第一端连接，所述第二相桥 臂105的第二端和所述第一相桥臂104的第二端连接；所述第一储能模块103包括第一 电感L1和第二电感L2，所述第一电感L1的第一端与所述第二电感L2的第一端连接形成 所述第一储能模块103的第一端，所述第一电感L1的第二端为所述第一储能模块103的 第二端，所述第二电感L2的第二端为所述第一储能模块103的第三端，所述第一储能模 块103的第三端与所述第二相桥臂105的中点连接。

在本实施例中，所述第一相桥臂104和所述第二相桥臂105的控制端分别与所述控制模块连接，所述第一相桥臂104包括上桥臂Q1和下桥臂Q2,所述第二相桥臂105包括 上桥臂Q3和下桥臂Q4，所述上桥臂和下桥臂可以设置为开关模块，所述开关模块的设置 包括但不局限于IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)、SiC(碳化硅)等全控型开 关器件，本实施例对此不做限制。作为一种实施方式，如图8所示，所述开关模块包括 开关和与开关并联的二极管，用于吸收开关动作时产生的尖峰电压，为开关作保护作用。 本实施例中，第一储能模块设置为电感，电池充电和放电阶段仅包括电池放电电感储能 阶段和电池充电电感续流阶段，充放电周期短，提高热交换效率，可以缩短寒冷环境下 电池升温时间。

在本实施例中，所述第一储能模块103设置为2个电感，2个电感分别与两相桥臂连接，所述第一储能模块、第一相桥臂和第二相桥臂的设置使本实施方式具有多种加热模式，包括所述第一电感L1和所述第二电感L2并联布置的第一加热模式，所述第一电感 L1和所述第二电感L2串联布置的第二加热模式。

如图3所示，在本实施例中，所述电池能量处理装置还包括：第二储能模块106，所述第二储能模块106的第一端与所述第一相桥臂104的第一端连接，所述第二储能模块 106的第二端与所述第一相桥臂104的第二端连接；第三储能模块107，所述第三储能模 块107的第一端与所述第一储能模块103的第一端连接，所述第三储能模块107的第二 端与所述电池200的负极连接，所述第二储能模块106和第三储能模块107设置为电容 或电感，本实施例以设置为电容为例进行描述，所述第二储能模块106为电容C2，所述 第三储能模块为电容C1。本实施例中，通过设置电容C1和电容C2,可以在电池能量处理 装置100对所述电池200进行加热前，控制模块108控制所述第一开关模块、第一相桥 臂和第二相桥臂，使所述电池200对所述电容C1和电容C2进行预充电，电容C1与电容C2完成预充，具有一定的初始电压，从而在上电时保护电路中的电子器件免受脉冲电压 的破坏。

在本实施例中，所述第一开关模块101包括：第一开关S1，所述第一开关S1的第一端为所述第一开关模块101的第一端，所述第一开关S1的第二端为所述第一开关模块101的第二端；串联连接的第一电阻R1和第二开关S2，所述第一电阻R1的第一端与所述第 一开关S1的第一端连接，所述第一电阻R1的第二端与所述第二开关S2的第一端连接， 所述第二开关S2的第二端与所述第一开关S1的第二端连接。此处的开关S1和S2可以 为接触器，也可以为作用相同的开关器件。

根据本申请的一个实施例，如图6所示，所述控制模块108被配置为在所述装置进入加热模式之前，控制所述第一开关模块101、所述第一相桥臂104和所述第二相桥臂 105，使所述电池200对所述第二储能模块106和所述第三储能模块107进行预充电。由 于电池在加热过程中由于开关模块的通断状态不断切换，导致电流不断发生变化，该变 化电流持续通过电池，由于压降的存在，会导致产生纹波电压，第二储能模块106和所 述第三储能模块107预充电后能够平滑母线电压，使电路中的纹波电流较小，从而显著 提升了电池能量处理装置的电磁兼容性能。

具体而言，在所述电池200对电容C1进行预充电时，所述控制模块108被配置为控制开关S2、第一相桥臂104的上桥臂Q1和所述第二相桥臂105的上桥臂Q3导通，控制 开关S1、第二开关模块102、第一相桥臂104的下桥臂Q2和所述第二相桥臂105的下桥 臂Q4关断，电流从所述电池200的负极流出，流经电阻R1、开关S2后分别流经Q1、Q3、 第一电感L1、第二电感L2、流经C1后流回电池负极，实现对电容C1的预充电；在给电 容C1预充电时，也可以仅控制一相桥臂导通。在对电容C2进行预充电时，所述控制模 块被配置为控制开关S2导通，S1断开，电流从所述电池200的负极流出，流经电阻R1、 开关S2和电容C2后实现对所述电容C2的预充电。所述电阻R1和S2的设置用于对电容 进行预充电，实现预充电时的电路保护。在本实施例中，预充时间由电容的容量、第一 电阻R1的阻值以及预充策略决定。

根据本申请的一个实施例，电容预充电完成后所述控制模块108被配置为控制所述 电池能量处理装置进入电池加热模式，如图4(a)、图4(b)、5(a)和图5(b)所示。

具体而言，所述控制模块108被配置为根据电池加热需求和电池荷电状态SOC控制所述装置进入第一加热模式和/或第二加热模式，其中，在所述第一加热模式，所述第一 电感和所述第二电感并联，在所述第二加热模式，所述第一电感和所述第二电感串联。 在本实施例中，由于电池能量处理装置中的电感的不同连接方式，导致电路中的电感值 发生变化，电路中电流会发生变化，导致不同的加热效果，控制模块可以根据电池加热 需求和电池SOC控制所述电池能量处理装置在加热期间仅进入第一加热模式或者第二加 热模式中的一个，也可以在加热期间的不同时间分别进入第一加热模式和第二加热模式， 即加热期间可将第一加热模式和第二加热模式进行组合使用，所述第一加热模式为高效 模式，由于两个电感并联与电路中，形成两路加热电流，此时加热速率快，SOC损耗较大 所述第二加热模式为经济模式，由于两个电感串联在电路中，相当于一个电感，SOC损耗 较小，所述第一加热模式比所述第二加热模式的加热速度快，根据电池SOC和用于加热 需求对加热模式进行选择，实现加热模式的多样化和个性化设置。其中，电池加热需求 可以是用户，如车主通过APP远程设置，加热需要可以包括用车时间及出行信息等。

作为一种实施方式，如图9所示，所述控制模块108被配置为根据电池加热需求和电池荷电状态控制所述装置进入第一加热模式和/或第二加热模式包括：

S91,确定电池加热需求包括确定电池的当前温度、目标加热温度和可用加热时长；

其中，电池的当前温度可根据设置的温度传感器检测获取，目标加热温度为电池工 作正常的温度，可以是预先设置在装置内部的，控制模块108直接调取即可；可用加热时长为当前时间点和预设用电设备启动时间的差值，所述预设用电设备以车辆为例，则 可用加热时长为当前时间到用户使用车辆的时间长短。

S92，获取电池当前荷电状态；

在本实施例中，以车辆为例，电池当前荷电状态SOC可以从电池管理器获取。

S93，计算所述目标加热温度和当前温度的温度差；

所述温度差可用目标加热温度减去从传感器获得的电池当前的温度值获得。

S94，将所述温度差、所述可用加热时长及所述电池当前荷电状态与预设温差阈值、 预设加热时长及预设荷电状态进行比较，根据比较结果控制所述装置进入第一加热模式 和/或第二加热模式。

在本实施例中，预设温差阈值、预设加热时长及预设荷电状态是装置预设的参数，例如预设温差阈值可为10℃；预设加热时长为基于当前温度差可查表获得的最优加热时长，可用加热时长小于预设加热时长时，表明加热时间不足，用户较紧急用车；预设荷 电状态SOC可为20％，可以为用户根据自己的车辆的电池情况和使用习惯自行设定，当前 电池SOC比预设的SOC大，表明电池当前的SOC较大，当前电池SOC比预设的SOC小， 表明电池当前的SOC较小，电池SOC较大时，电池电量充足，加热可选择高效模式，保 证正常用车，当电池SOC较小时，表征电池电量不足，加热可能会造成电池过放，影响 电池的使用寿命，可能需要选择经济模式；当温度差大于预设温差阈值，表明电池当前 温度极低，可根据电池的SOC值选择经济模式或高效模式进行加热。

作为一种实施方式，当电池SOC值较大，加热时间不足，优先选择第一加热模式，即高效模式；当电池SOC值较小，加热时间充足，优先选择第二加热模式，加热时间不 足，则优先选择第一加热模式。本实施方式中，电池能量处理装置设置有两种加热模式， 使控制模块可根据用户用车情况、加热紧急度和电池SOC进行自动选择，丰富了加热模 式，使其更多样化。

作为一种实施方式，用户可通过APP远程控制选择进入第一加热模式和/或第二加热 模式，控制模块接收用户的模式选择并进行相应的控制。

在本实施例中，控制模块108可以根据比较结果控制所述电池能量处理装置在加热 期间仅进入第一加热模式或者第二加热模式中的一个；也可以在加热期间的不同时间分 别进入第一加热模式和第二加热模式，即加热期间可将第一加热模式和第二加热模式进 行组合使用。

如图3所示，在所述第一加热模式，所述电池200、所述第一开关模块102、所述第二开关模块102、所述第一储能模块103、所述第一相桥臂104及所述第二相桥臂105形 成第一加热回路。具体而言，所述第一加热回路的工作过程包括电池放电阶段和电池充 电阶段。

如图3和图4(a)所示，在所述电池放电阶段，所述控制模块108被配置为控制所 述第一开关模块101、所述第一相桥臂104的上桥臂Q1及所述第二相桥臂105的上桥臂 Q3关断，所述第二开关模块102的第一端A和第三端C连接，所述第一相桥臂104的下 桥臂Q2及所述第二相桥臂105的下桥臂Q4导通，电流从所述电池200的正极流出，经 过所述第二开关模块102的第一端A和第三端C后分别流经所述第一电感L1和所述第一 相桥臂104的下桥臂，以及所述第二电感L2和所述第二相桥臂105的下桥臂，流回电池 负极；

如图3和图4(b)所示，在所述电池充电阶段，所述控制模块108被配置为控制所 述第一相桥臂104的下桥臂Q2及所述第二相桥臂105的下桥臂Q4关断，所述第二开关 模块的第二端B和第三端C连接，所述第一开关模块101、所述第一相桥臂104的上桥臂 Q1及所述第二相桥臂105的上桥臂Q3导通，电流从所述第一电感L1和所述第二电感L2 流出后分别流经所述第一相桥臂104和所述第二相桥臂105的上桥臂、所述电池200、所 述第二开关模块的第二端B及所述第二开关模块的第三端C流回所述第一电感L1和所述 第二电感L2。在电池充电阶段，所述第一开关模块中的第一开关S1导通。

在本实施例的第一加热模式中，第一电感L1和第二电感L2并联设置，通过控制第二开关模块的第三端与所述第一端和第二端选择性导通实现电池的充电和放电，实现对电池的加热，且在电池放电阶段是两相桥臂的下桥臂导通，在电池充电阶段是两相桥臂 的上桥臂，加热周期中桥臂的上下桥臂交替导通，使用较为平均，不会造成某相桥臂中 的某个元件过度使用，影响元件的使用寿命。

如图3、图5(a)和图5(b)所示，在本实施例中，在所述第二加热模式，所述控 制模块108被配置为控制所述第一开关模块101导通，控制所述第二开关模块102关断， 所述电池200、所述第一开关模块101、所述第一相桥臂104、所述第一电感L1、所述第 二电感L2及所述第二相桥臂105形成第二加热回路，所述第二加热回路的工作过程包括 电池充电阶段和电池放电阶段；

如图5(a)所示，在所述电池放电阶段，所述控制模块被配置为控制所述第一相桥臂的上桥臂Q1和所述第二相桥臂的下桥臂Q4导通，所述第一相桥臂的下桥臂Q2和第二 相桥臂的上桥臂Q3关断，电流从所述电池的正极流出经过所述第一开关模块、所述第一 相桥臂的上桥Q1、所述第一电感L1、所述第二电感L2和所述第二相桥臂的下桥臂Q4流 回所述电池的负极；

如图5(b)所示，在所述电池充电阶段，所述控制模块被配置为控制所述第一相桥臂的下桥臂Q2和所述第二相桥臂的上桥臂3Q导通，所述第一相桥臂的上桥臂Q1和第二 相桥臂的下桥臂Q4关断，电流从所述第一电感L1流出经过所述第二电感L2、所述第二 相桥臂的上桥臂Q3、所述第一开关模块、所述电池和所述第一相桥臂的下桥臂流回所述 第一电感L1。

在本实施例的第二加热模式中，所述第一开关模块中的第一开关S1始终导通,第二 开关模块始终关断，控制模块仅控制第一相桥臂和第二相桥臂的上下桥臂交替导通，避免桥臂过热造成的元件老化影响寿命，并且在第二加热模式中，开关损耗小，加热电路 的损耗小，加热的经济性好。

如图3和图11所示，在本申请的一个实施例中，所述电池200为车载电池，所述第一电感L1和所述第二电感L2为车辆的电压变换器50中的电感，所述第一相桥臂104和 所述第二相桥臂105为所述电压变换器50中的桥臂，所述第二储能模块106为母线电容 C2。在本实施例中，电池能量处理装置的第一储能模块、第一相桥臂、第二相桥臂和第 二储能模块复用车辆的电压变换器50和母线电容C，充分利用车辆原有的结构实现了电 池加热的功能，成本低，便于车辆中电池加热功能的实现。其中，在本实施方式中，电 压变换器50用于车辆的升压驱动，本装置集升压和电池加热功能于一体，形成了电池自 加热与电池升压驱动的一体化电路，电路的集成度高。

本申请实施例还提供一种车辆1000，如图10所示，所述车辆设置有本申请第一方面 实施例所述的电池能量处理装置100。可以理解，本申请实施例的车辆的结构以及功能描 述可参见前述实施例的电池能量处理装置100的结构以及功能描述，在此不再赘述。

根据本申请提供的另一个车辆的实施例，参见图11，图11示出了根据申请实施例的 车辆的电路图，所述车辆还包括：

动力电池200；

电动机M；

第一转换装置40，所述第一转换装置40的直流侧与所述电池能量处理装置10连接， 所述第一转换装置40的交流侧与所述电动机M连接。

在一些实施例中，所述第一转换装置40可以是逆变器。

所述车辆还包括：

发电机G；

第二转换装置30，所述第二变换装置30的直流侧与所述电池能量处理装置连接，所 述第二转换装置30的交流侧与所述发电机G连接。

在一些实施例中，所述第二转换装置30可以是整流器。

所述车辆还包括：电池200，根据本申请的一种实施方式，所述的电池能量处理装置 可以集成在电池内部。

根据本申请的又一种实施方式，所述电池能量处理装置位于电池和电动机/发电机之 间，但整个电池加热过程电动机/发电机不参与加热工作。

根据本申请实施例的车辆，通过电池与第一储能模块之间的循环充电和放电，电池 内阻发热产生热量，电池温度由内至外升高，提高了加热效率，缩短加热时间。并且， 电池能量处理装置复用车辆原有的电压变换器的元件，成本低，并且实现加热和升压功 能的集成，集成度高。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”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”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括 至少一个该特征。

在本申请中，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申请中的具体含义。

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 者特点包含于本申请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 表述不必须针对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 点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况 下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示 例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性 的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请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)

1.一种电池能量处理装置，其特征在于，所述装置包括：

第一开关模块，所述第一开关模块的第一端与电池的正极连接；

第二开关模块，所述第二开关模块的第一端与电池的正极连接，所述第二开关模块的第二端与电池的负极连接；

第一储能模块，所述第一储能模块的第一端与所述第二开关模块的第三端连接；

第一相桥臂，所述第一相桥臂的中点与所述第一储能模块的第二端连接，所述第一相桥臂的第一端与所述第一开关模块的第二端连接，所述第一相桥臂的第二端与电池的负极连接；

控制模块，所述控制模块被配置为控制所述第一开关模块、第二开关模块和第一相桥臂，使所述电池与所述第一储能模块进行循环充电和放电，以实现对所述电池的加热，其中，所述第二开关模块的第三端可选择性的与所述第二开关模块的第一端和第二端连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第二相桥臂，所述第二相桥臂的第一端和所述第一相桥臂的第一端连接，所述第二相桥臂的第二端和所述第一相桥臂的第二端连接；

所述第一储能模块包括第一电感和第二电感，所述第一电感的第一端与所述第二电感的第一端连接形成所述第一储能模块的第一端，所述第一电感的第二端为所述第一储能模块的第二端，所述第二电感的第二端为所述第一储能模块的第三端，所述第一储能模块的第三端与所述第二相桥臂的中点连接。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第二储能模块，所述第二储能模块的第一端与所述第一相桥臂的第一端连接，所述第二储能模块的第二端与所述第一相桥臂的第二端连接；

第三储能模块，所述第三储能模块的第一端与所述第一储能模块的第一端连接，所述第三储能模块的第二端与所述电池的负极连接。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一开关模块包括：

第一开关，所述第一开关的第一端为所述第一开关模块的第一端，所述第一开关的第二端为所述第一开关模块的第二端；

串联连接的第一电阻和第二开关，所述第一电阻的第一端与所述第一开关的第一端连接，所述第一电阻的第二端与所述第二开关的第一端连接，所述第二开关的第二端与所述第一开关的第二端连接。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述控制模块被配置为根据电池加热需求和电池荷电状态控制所述装置进入第一加热模式和/或第二加热模式，其中，在所述第一加热模式，所述第一电感和所述第二电感并联，在所述第二加热模式，所述第一电感和所述第二电感串联。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，在所述第一加热模式，所述电池、所述第一开关模块、所述第二开关模块、所述第一储能模块、所述第一相桥臂及所述第二相桥臂形成第一加热回路；所述第一加热回路的工作过程包括电池放电阶段和电池充电阶段；

在所述电池放电阶段，所述控制模块被配置为控制所述第一开关模块、所述第一相桥臂的上桥臂及所述第二相桥臂的上桥臂关断，所述第二开关模块的第一端和第三端连接，所述第一相桥臂的下桥臂及所述第二相桥臂的下桥臂导通，电流从所述电池的正极流出，经过所述第二开关模块的第一端和第三端后分别流经所述第一电感和所述第一相桥臂的下桥臂，以及所述第二电感和所述第二相桥臂的下桥臂，流回电池负极；

在所述电池充电阶段，所述控制模块被配置为控制所述第一相桥臂的下桥臂及所述第二相桥臂的下桥臂关断，所述第二开关模块的第二端和第三端连接，所述第一开关模块、所述第一相桥臂的上桥臂及所述第二相桥臂的上桥臂导通，电流从所述第一电感和所述第二电感流出后分别流经所述第一相桥臂和所述第二相桥臂的上桥臂、所述电池、所述第二开关模块的第二端及所述第二开关模块的第三端流回所述第一电感和所述第二电感。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，在所述第二加热模式，所述控制模块被配置为控制所述第一开关模块导通，控制所述第二开关模块关断，所述电池、所述第一开关模块、所述第一相桥臂、所述第一电感、所述第二电感及所述第二相桥臂形成第二加热回路，所述第二加热回路的工作过程包括电池充电阶段和电池放电阶段；

在所述电池放电阶段，所述控制模块被配置为控制所述第一相桥臂的上桥臂和所述第二相桥臂的下桥臂导通，所述第一相桥臂的下桥臂和第二相桥臂的上桥臂关断，电流从所述电池的正极流出经过所述第一开关模块、所述第一相桥臂的上桥臂、所述第一电感、所述第二电感和所述第二相桥臂的下桥臂流回所述电池的负极；

在所述电池充电阶段，所述控制模块被配置为控制所述第一相桥臂的下桥臂和所述第二相桥臂的上桥臂导通，所述第一相桥臂的上桥臂和第二相桥臂的下桥臂关断，电流从所述第一电感流出经过所述第二电感、所述第二相桥臂的上桥臂、所述第一开关模块、所述电池和所述第一相桥臂的下桥臂流回所述第一电感。

8.根据权利要求5-7任一项所述的装置，其特征在于，所述控制模块被配置为根据电池加热需求和电池荷电状态控制所述装置进入第一加热模式和/或第二加热模式包括：

确定电池加热需求包括确定电池的当前温度、目标加热温度和可用加热时长；

获取电池当前荷电状态；

计算所述目标加热温度和当前温度的温度差；

将所述温度差、所述可用加热时长及所述电池当前荷电状态与预设温差阈值、预设加热时长及预设荷电状态进行比较，根据比较结果控制所述装置进入第一加热模式和/或第二加热模式。

9.根据权利要求5-7任一项所述的装置，其特征在于，所述控制模块被配置为在所述装置进入加热模式之前，控制所述第一开关模块、所述第一相桥臂和所述第二相桥臂，使所述电池对所述第二储能模块和所述第三储能模块进行预充电。

10.根据权利要求2-7任一项所述的装置，其特征在于，所述电池为车载电池，所述第一电感和所述第二电感为车辆的电压变换器中的电感，所述第一相桥臂和所述第二相桥臂为所述电压变换器中的桥臂，所述第二储能模块为母线电容。

11.根据权利要求1-7任一项所述的装置，其特征在于，所述第二开关模块为单刀双掷开关，其中单刀双掷开关的动端为第三端；或，

所述第二开关模块包括第三开关和第四开关，所述第三开关的第一端为所述第二开关模块的第一端，所述第四开关的第一端为所述第二开关模块的第二端，所述第三开关的第二端和所述第四开关的第二端连接形成所述第二开关模块的第三端。

12.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括权利要求1至11任意一项所述的电池能量处理装置。

Images