CN114050330A - 电池系统及供电系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种电池系统及供电系统，电池系统包括电池包和电池管理系统，该电池管理系统包括采样控制单元、DC/DC变换单元及储能单元。在电池包需要加热时，采样控制单元可基于电池包的电池参数、以及DC/DC变换单元的电压和电流限流值，在连续的至少一个第一周期中各第一周期内控制电池包通过DC/DC变换单元向储能单元放电，在连续的至少一个第二周期中各第二周期内控制储能单元通过DC/DC变换单元对电池包充电，并在连续的至少一个第一周期和连续的至少一个第二周期内控制电池包的平均充放电电流值小于或者等于充放电限流值。基于本申请，可对电池包进行均匀加热，提高了加热效率和加热速度，系统结构简单，适用性强。

Description

电池系统及供电系统
技术领域
本申请涉及电子电力技术领域，尤其涉及一种电池系统及供电系统。
背景技术
随着锂离子电池的快速发展，锂离子电池可广泛应用于电池储能领域和电动汽车等领域。然而，在低温环境使用锂离子电池(可以简称为锂电池)时，会降低其放电容量，并且此时对锂电池充电会在锂电池的隔膜处形成锂枝晶，增加电池热失控的风险。因此，如何在低温环境下对锂电池充放电尤为重要。
本申请的发明人在研究和实践过程中发现，在现有技术中，可在电池模组内部设置加热膜或加热器(如正温度系数(positive temperature coefficient，PTC)加热器)等装置，通过加热膜或PTC加热器对电池加热以使电池的温度升高，并对电池充电以降低电池热失控的风险。然而，通过加热膜或PTC加热器对电池进行加热会导致传热不均匀，加热效率低，而且需要增加加热膜或PTC加热器等外部器件，会增大电池模组的体积，使得电池模组的结构复杂性升高，适用性差。
发明内容
本申请提供了一种电池系统及供电系统，可对电池包进行均匀加热，从而提高了加热效率和加热速度，系统结构简单，适用性强。
第一方面，本申请提供了一种电池系统，该电池系统中包括电池包和电池管理系统，该电池管理系统可连接电池包，其中电池管理系统可包括采样控制单元、直流(directcurrent，DC)/DC变换单元以及储能单元，该DC/DC变换单元与储能单元并联。这里的电池包和电池管理系统可构成电池模组，可应用于通信领域和动力汽车等多种电池使用领域。其中，电池包可包括但不限于锂离子电池、钠离子电池等多种电池，DC/DC变换单元的电路拓扑可包括但不限于双向DC/DC左半桥电路、双向DC/DC右半桥电路以及双向DC/DC H桥电路。在电池包需要加热的情况下，上述采样控制单元可用于基于电池包的电池参数、以及DC/DC变换单元的电压和电流限流值，在连续的至少一个第一周期中各第一周期内控制电池包通过DC/DC变换单元向储能单元放电，在连续的至少一个第二周期中各第二周期内控制储能单元通过DC/DC变换单元对电池包充电，并在连续的至少一个第一周期和连续的至少一个第二周期内控制电池包的平均充放电电流值小于或者等于充放电限流值。其中，第一周期的时长、第一周期的数量、第二周期的时长以及第二周期的数量由电池参数、以及DC/DC变换单元的电压和电流限流值确定，上述充放电限流值可由电池参数(如电池电压和电池温度)确定。这里连续的至少一个第一周期可早于或者晚于连续的至少一个第二周期，具体可根据实际应用场景确定，在此不作限制。
可以理解，上述平均充放电电流值可用于指示电池包在连续的至少一个第一周期内的放电电荷量、与电池包在连续的至少一个第二周期内的充电电荷量之间的差值大小，上述充放电限流值可以包括充电限流值(即最大充电电流)或者放电限流值(即最大放电电流)。在平均充放电电流值等于0(即充放电限流值为0，放电电荷量等于充电电荷量)的情况下，可实现对电池包进行加热(即电池包处于加热工作状态)。在平均充放电电流值小于或者等于充电限流值(即放电电荷量小于充电电荷量)的情况下，可实现在加热电池包的同时对电池包充电(即电池包处于加热充电工作状态)。在平均充放电电流值小于或者等于放电限流值(即放电电荷量大于充电电荷量)的情况下，可实现在加热电池包的同时控制电池包放电(即电池包处于加热放电工作状态)。
在本申请中，可在连续的至少一个第一周期以及连续的至少一个第二周期内对电池包快速充放电，从而对电池包进行脉冲加热，避免了产生析锂现象，从而降低了电池短路风险；利用电池包的焦耳热效应对电池包由内至外自加热，从而实现对电池包的均匀加热，提高了加热效率，系统结构简单，成本低；其次，可在加热电池包的同时对电池包充电、或者在加热电池包的同时控制电池包放电，从而提高了电池包在低温环境下的充电速率和备电能力；最后，可在电池包处于安全状态(即平均充放电电流值小于或者等于充放电限流值)的情况下尽最大能力对电池包快速充放电，从而保证了能量最大化利用，能量利用率更高，安全性更高，适用性强。
可选的，假设上述第一周期的数量和第二周期的数量均大于或者等于2，在电池包需要加热的情况下，上述采样控制单元可用于基于电池包的电池参数、以及DC/DC变换单元的电压和电流限流值，在连续的至少两个第一周期中各第一周期内控制电池包通过DC/DC变换单元向储能单元放电，在连续的至少两个第二周期中各第二周期内控制储能单元通过DC/DC变换单元对电池包充电，并在连续的至少两个第一周期和连续的至少两个第二周期内控制电池包的平均充放电电流值小于或者等于充放电限流值。可以理解，在第一周期的数量和第二周期的数量均大于或者等于2的情况下，可在对电池包进行均匀加热的同时进一步提高电池包的加热速度，加热效率更高。
结合第一方面，在第一种可能的实施方式中，上述电池包的电池参数中包括但不限于电池电压和电池温度。上述电池系统还包括温度检测器和电压检测器，其中，温度检测器和电压检测器可分别与采样控制单元建立通信以传输温度数据(如电池温度)和电压数据(如电池电压)。可选的，该采样控制单元中可集成上述温度检测器和电压检测器，温度检测器和电压检测器的具体位置可根据实际应用场景确定。其中，温度检测器可用于采集电池包的电池温度；上述电压检测器可用于采集电池包的电池电压。进一步地，上述采样控制单元可用于基于电池电压获得电池包的第一充放电限流值，基于电池温度获得电池包的第二充放电限流值，并基于第一充放电限流值和第二充放电限流值中的较小值得到上述充放电限流值。其中，第一充放电限流值包括第一充电限流值或者第一放电限流值，第二充放电限流值包括第二充电限流值或者第二放电限流值，充放电限流值包括充电限流值或者放电限流值。上述采样控制单元可用于将第一充电限流值和第二充电限流值中的较小值作为上述充电限流值，或者将第一放电限流值和第二放电限流值中的较小值作为上述放电限流值。在本申请提供的电池系统中，可基于电池电压和电池温度间接确定电池包的充放电限流值，从而可在电池包处于安全状态(即平均充放电电流值小于或者等于充放电限流值)的情况下尽最大能力对电池包快速充放电，从而保证了能量最大化利用，能量利用率更高，安全性更高，适用性更强。
结合第一方面或者第一方面第一种可能的实施方式，在第二种可能的实施方式中，在DC/DC变换单元包括至少一个DC/DC变换电路，且各DC/DC变换电路并联后连接电池包时，上述采样控制单元可用于基于电池参数、以及DC/DC变换单元的电压和电流限流值，获得各DC/DC变换电路中的多个开关中各开关的开关占空比和开关频率。进一步地，上述采样控制单元还用于基于各DC/DC变换电路中的各开关的开关占空比和开关频率，在各第一周期内控制电池包通过各DC/DC变换电路向储能单元放电，在各第二周期内控制储能单元通过各DC/DC变换电路对电池包充电，并在连续的至少一个第一周期和连续的至少一个第二周期内控制电池包的平均充放电电流值小于或者等于充放电限流值。在本申请提供的电池系统中，可通过各DC/DC变换电路中的各开关的开关占空比和开关频率控制各开关导通或者关断，从而通过脉冲电流(即充电电流和放电电流)的叠加实现在连续的至少一个第一周期以及连续的至少一个第二周期内对电池包快速充放电的目的，提高了电池包的加热效率和加热速度、以及电池包在低温环境下的充电速率和备电能力，并且保证了能量最大化利用，安全性更高，适用性强。
结合第一方面第二种可能的实施方式，在第三种可能的实施方式中，在DC/DC变换电路的电路拓扑为双向DC/DC左半桥电路的情况下，DC/DC变换电路包括第一开关、第二开关以及第一电感，储能单元包括电容，其中第一开关和第二开关可串联后与电池包并联，且第一开关和第二开关的串联连接端可通过第一电感连接电容的一端，第二开关和电池包的并联连接端连接电容的另一端。这里的第一开关和第二开关互补导通，即第一开关导通时第二开关关断，或者第一开关关断时第二开关导通。其中，各开关的发波方式可以为三角波，各开关的发波方式还可包括但不限于方波、梯形波、正弦波、或者以上波形的组合。可选的，该储能单元还包括外部电源，且该外部电源与电容并联，具体可根据实际应用场景确定，在此不作限制。可以理解，上述采样控制单元可基于各DC/DC变换电路的第一开关和第二开关中各开关的开关占空比和开关频率，控制各DC/DC变换电路中的各开关导通或者关断，从而实现在连续的至少一个第一周期以及连续的至少一个第二周期内对电池包快速充放电的目的，进而提高了电池包的加热效率和加热速度，能量利用率高。
结合第一方面第三种可能的实施方式，在第四种可能的实施方式中，上述第一周期中包括第一放电时间段和晚于第一放电时间段的第二放电时间段。在电池包的放电过程中，上述采样控制单元可用于基于各开关的开关占空比和开关频率在第一放电时间段内控制第二开关关断且控制第一开关导通，并在第二放电时间段内控制第一开关关断且控制第二开关导通，从而实现电池包快速放电。可以理解，在电池包的放电过程中，各DC/DC变换电路中的第一开关和第二开关的具体控制方式可参见以上描述，从而实现在连续的各第一周期内控制电池包通过各DC/DC变换电路向储能单元快速放电。
结合第一方面第三种可能的实施方式，在第五种可能的实施方式中，上述第二周期中包括第一充电时间段和晚于第一充电时间段的第二充电时间段。在电池包的充电过程中，上述采样控制单元可用于基于各开关的开关占空比和开关频率在第一充电时间段内控制第一开关关断且控制第二开关导通，并在第二充电时间段内控制第二开关关断且控制第一开关导通，从而实现电池包快速充电。可以理解，在电池包的充电过程中，各DC/DC变换电路中的第一开关和第二开关的具体控制方式可参见以上描述，从而实现在连续的各第二周期内控制储能单元通过各DC/DC变换电路对电池包快速充电。
结合第一方面第二种可能的实施方式，在第六种可能的实施方式中，在上述DC/DC变换电路的电路拓扑为双向DC/DC右半桥电路的情况下，该DC/DC变换电路包括第三开关、第四开关以及第二电感，该储能单元中包括电容，其中第三开关和第四开关串联后与电容并联，电池包的一端可通过第二电感连接第三开关和第四开关的串联连接点，且电池包的另一端可连接第四开关和电容的并联连接端。这里的第三开关和第四开关互补导通，即第三开关导通时第四开关关断，或者第三开关关断时第四开关导通。其中，各开关的发波方式可以为三角波，各开关的发波方式还可包括但不限于方波、梯形波、正弦波、或者以上波形的组合。可以理解，上述采样控制单元可基于各DC/DC变换电路的第三开关和第四开关中各开关的开关占空比和开关频率，控制各DC/DC变换电路中的各开关导通或者关断，从而实现在连续的至少一个第一周期以及连续的至少一个第二周期内对电池包快速充放电的目的，进而提高了电池包的加热效率和加热速度，能量利用率高。
结合第一方面第六种可能的实施方式，在第七种可能的实施方式中，上述第一周期中包括第一放电时间段和晚于第一放电时间段的第二放电时间段。在电池包的放电过程中，上述采样控制单元可用于基于各开关的开关占空比和开关频率在第一放电时间段内控制第三开关关断且控制第四开关导通，并在第二放电时间段内控制第四开关关断且控制第三开关导通，从而实现电池包快速放电。可以理解，在电池包的放电过程中，各DC/DC变换电路中的第三开关和第四开关的具体控制方式可参见以上描述，从而实现在连续的各第一周期内控制电池包通过各DC/DC变换电路向储能单元快速放电。
结合第一方面第六种可能的实施方式，在第八种可能的实施方式中，上述第二周期中包括第一充电时间段和晚于第一充电时间段的第二充电时间段。在电池包的充电过程中，上述采样控制单元可用于基于各开关的开关占空比和开关频率在第一充电时间段内控制第四开关关断且控制第三开关导通，并在第二充电时间段内控制第三开关关断且控制第四开关导通，从而实现电池包快速充电。可以理解，在电池包的充电过程中，各DC/DC变换电路中的第三开关和第四开关的具体控制方式可参见以上描述，从而实现在连续的各第二周期内控制储能单元通过各DC/DC变换电路对电池包快速充电。
结合第一方面第二种可能的实施方式，在第九种可能的实施方式中，在上述DC/DC变换电路的电路拓扑为双向DC/DC H桥电路的情况下，上述DC/DC变换电路包括第五开关、第六开关、第七开关、第八开关以及第三电感，储能单元包括电容，其中第五开关和第六开关可串联后与电池包并联，第七开关和第八开关可串联后与电容并联，且第五开关和第六开关的串联连接点可通过第三电感连接第七开关和第八开关的串联连接点。这里的第五开关和第六开关互补导通，即第五开关导通时第六开关关断，或者第五开关关断时第六开关导通。这里的第七开关和第八开关互补导通，即第七开关导通时第八开关关断，或者第七开关关断时第八开关导通。其中，各开关的发波方式可以为不规则的梯形波，各开关的发波方式还可包括但不限于方波、三角波、梯形波、正弦波、或者以上波形的组合。可以理解，上述采样控制单元可基于各DC/DC变换电路的第五开关、第六开关、第七开关和第八开关中各开关的开关占空比和开关频率，控制各DC/DC变换电路中的各开关导通或者关断，从而实现在连续的至少一个第一周期以及连续的至少一个第二周期内对电池包快速充放电的目的，进而提高了电池包的加热效率和加热速度，能量利用率高。
结合第一方面第九种可能的实施方式，在第十种可能的实施方式中，上述第一周期包括第一放电时间段、第二放电时间段以及第三放电时间段，其中第一放电时间段早于第二放电时间段，且第二放电时间段早于第三放电时间段。在电池包的放电过程中，上述采样控制单元，可用于基于各开关的开关占空比和开关频率在第一放电时间段内控制第六开关和第七开关关断、控制第五开关和第八开关导通，在第二放电时间段内控制第六开关和第八开关关断、控制第五开关和第七开关导通，并在第三放电时间段内控制第五开关和第八开关关断、控制第六开关和第七开关导通，从而实现电池包快速放电。可以理解，在电池包的放电过程中，各DC/DC变换电路中的第五开关至第八开关的具体控制方式可参见以上描述，从而实现在连续的各第一周期内控制电池包通过各DC/DC变换电路向储能单元快速放电。
结合第一方面第九种可能的实施方式，在第十一种可能的实施方式中，上述第二周期包括第一充电时间段、第二充电时间段以及第三充电时间段，其中第一充电时间段早于第二充电时间段，且第二充电时间段早于第三充电时间段。在电池包的充电过程中，上述采样控制单元，可用于基于各开关的开关占空比和开关频率在第一充电时间段内控制第五开关和第八开关关断、控制第六开关和第七开关导通，在第二充电时间段内控制第六开关和第八开关关断、控制第五开关和第七开关导通，并在第三充电时间段内控制第六开关和第七开关关断、控制第五开关和第八开关导通，从而实现电池包快速充电。可以理解，在电池包的充电过程中，各DC/DC变换电路中的第五开关至第八开关的具体控制方式可参见以上描述，从而实现在连续的各第二周期内控制储能单元通过各DC/DC变换电路对电池包快速充电。
第二方面，本申请提供了一种供电系统，该供电系统包括DC/DC变换模块以及至少一个上述第一方面至第一方面第十一种可能的实施方式中任一种提供的电池系统，各电池系统可并联后连接DC/DC变换模块。在本申请中，在低温环境下电池系统依然可以正常工作，从而提高了系统供电效率，适用性强。
结合第二方面，在第一种可能的实施方式中，上述供电系统还包括供电模块以及与该供电模块连接的功率变换模块。
结合第二方面第一种可能的实施方式，在第二种可能的实施方式中，在光储混合供电应用场景下，供电模块包括光伏阵列，该功率变换模块可以为DC/DC变换模块。
结合第二方面第一种可能的实施方式，在第三种可能的实施方式中，在风储混合供电应用场景下，供电模块包括发电机，该功率变换模块可以为交流(alternatingcurrent，AC)/DC变换模块。
结合第二方面第一种可能的实施方式至第二方面第三种可能的实施方式中任一种，在第四种可能的实施方式中，上述供电系统还包括直流母线和DC/AC变换模块，其中，DC/DC变换模块和功率变换模块可分别通过直流母线连接DC/AC变换模块的输入端，DC/AC变换模块的输出端可连接交流负载或者交流电网。可选的，上述供电系统还可包括并离网接线盒，DC/AC变换模块的输出端可通过并联网接线盒连接交流负载或者交流电网。本申请提供的供电系统中的各功能模块之间的具体连接方式可根据实际应用场景确定，在此不做限制。
在本申请中，可在连续的至少一个第一周期以及连续的至少一个第二周期内对电池包快速充放电，从而对电池包进行脉冲加热，避免了产生析锂现象，从而降低了电池短路风险；利用电池包的焦耳热效应对电池包由内至外自加热，从而实现对电池包的均匀加热，提高了加热效率，加热速度更快，系统结构简单，成本低，适用性强。
附图说明
图1是本申请提供的电池系统的应用场景示意图；
图2是本申请提供的电池系统的一结构示意图；
图3是本申请提供的电池系统的另一结构示意图；
图4是本申请提供的电池系统的另一结构示意图；
图5是本申请提供的电池系统的一放电电流流向示意图；
图6是本申请提供的电池系统的一充电电流流向示意图；
图7是本申请提供的电池系统的一电感电流波形示意图；
图8是本申请提供的电池系统的另一结构示意图；
图9是本申请提供的电池系统的另一充电电流流向示意图；
图10是本申请提供的电池系统的另一放电电流流向示意图；
图11是本申请提供的电池系统的又一结构示意图；
图12是本申请提供的电池系统的又一放电电流流向示意图；
图13是本申请提供的电池系统的又一充电电流流向示意图；
图14是本申请提供的电池系统的另一电感电流波形示意图；
图15是本申请提供的供电系统的一结构示意图；
图16是本申请提供的供电系统的另一结构示意图；
图17是本申请提供的供电系统的又一结构示意图。
具体实施方式
本申请提供的电池系统适用于新能源智能微网领域、输配电领域或者新能源领域(如光伏并网领域或者风力并网领域)、光储发电领域(如对用电设备(如冰箱、空调)或者电网供电)，或者风储发电领域，或者大功率变换器领域(如将直流电转换为大功率的高压交流电)等多种应用领域，具体可根据实际应用场景确定，在此不做限制。本申请提供的电池系统可适配于不同的应用场景，比如，光储供电应用场景、风储供电应用场景、储能供电应用场景或者其它应用场景，下面将以储能供电应用场景为例进行说明，以下不再赘述。
请一并参见图1，图1是本申请提供的电池系统的应用场景示意图。在储能供电应用场景下，如图1所示，供电系统中包括电池系统和DC/AC变换器，其中，电池系统中包括电池包和电池管理系统，该电池包可通过电池管理系统连接DC/AC变换器。在供电系统对负载供电的过程中，电池管理系统可将电池包提供的直流电压转换为目标直流电压，并向DC/AC变换器输出目标直流电压。这时，DC/AC变换器可将电池管理系统输入的目标直流电压转换为交流电压，并基于该交流电压对电网和用电设备供电。在图1所示的应用场景中，在上述电池系统处于低温环境时，由于电池包的温度过低会降低其放电容量，在对电池包充电时会导致其隔膜处形成锂枝晶，进而导致电池包热失控以使供电系统无法正常工作，因此在低温环境下对电池包进行充放电尤为重要。这时，电池管理系统可通过内部电路实现对电池包进行快速充放电，从而加热电池包以使电池包正常工作，从而避免电池包热失控，并且提高了电池包的加热效率，进一步提升了供电系统的供电效率，适用性更强。
下面将结合图2至图17对本申请提供的电池系统、供电系统及其工作原理进行示例说明。
请参见图2，图2是本申请提供的电池系统的一结构示意图。如图2所示，该电池系统1中包括电池包10(也可以称为电芯包)和电池管理系统20，该电池管理系统20可连接电池包10以对其进行充放电控制，电池包10可包括但不限于锂离子电池、钠离子电池等多种二次电池。这里的电池包10和电池管理系统20可构成电池模组，可应用于通信领域(如通信储能电池)和动力汽车(如动力电池)等多种电池使用领域。其中，电池管理系统20可包括采样控制单元201、DC/DC变换单元202以及储能单元203，且该DC/DC变换单元202可与储能单元203并联。这里的电池管理系统20可以为集成有采样控制单元201、DC/DC变换单元202以及储能单元203的单板，本申请可以将电池管理系统中用于采集数据和控制DC/DC变换单元的一个或者多个功能模块统称为采样控制单元，例如控制器(micro controller unit，可以简称为MCU)。上述采样控制单元201可通过温度监测器实时采集电池包10的电池温度，并在电池温度大于预设温度阈值时确定电池包10无需加热。这里的预设温度阈值可以为电池包需要加热、加热充电或者加热放电时的预设电池温度，该预设温度阈值可以由电池包10的电芯材料和电池包10所处的工作状态(如充放电状态或者离线状态)决定。这时，采样控制单元201可控制DC/DC变换单元202中的同步开关管关断，或者减小DC/DC变换单元202中的负电流，或者提高DC/DC变换单元202中开关的开关频率，从而可减小充电/放电工况下的开关损耗，适用性更强。反之，采样控制单元201在检测到电池包10的电池温度小于预设温度阈值时，则确定电池包10需要加热。
在一些可行的实施方式中，在电池包10需要加热的情况下，上述采样控制单元201可基于电池包10的电池参数、以及DC/DC变换单元202的电压和电流限流值(即硬件参数)，在连续的至少一个第一周期中各第一周期内控制电池包10通过DC/DC变换单元202向储能单元203放电，在连续的至少一个第二周期中各第二周期内控制储能单元203通过DC/DC变换单元202对电池包10充电，并在连续的至少一个第一周期和连续的至少一个第二周期内控制电池包10的平均充放电电流值(也可以称为交流脉冲电流有效值)小于或者等于电池包10的充放电限流值，从而实现对电池包10进行快速充放电以加热电池包10。这里连续的至少一个第一周期可早于或者晚于连续的至少一个第二周期，具体可根据实际应用场景确定，在此不作限制。其中，第一周期的时长、第一周期的数量、第二周期的时长以及第二周期的数量可以由电池参数、以及DC/DC变换单元202的电压和电流限流值确定。这里的电流限流值可以理解为DC/DC变换单元202所能承受的最大电流，该最大电流是指在不影响DC/DC变换单元202安全状态下所能承受的电流的一个极限值，可由DC/DC变换单元202的具体电路拓扑决定。上述电池参数可包括但不限于电池电压、电池温度以及电池包10加热所需的电流(即电池包10的加热需求能力)，该电池电压与DC/DC变换单元202的电压之间的差值、DC/DC变换单元202中的电感对应的电感量以及其它参数也可决定第一周期的数量和时长、以及第二周期的数量和时长。
可以理解，上述采样控制单元201可在连续的至少一个第一周期以及连续的至少一个第二周期内对电池包10快速充放电，从而对电池包10进行脉冲加热，避免了产生析锂现象，从而降低了电池短路风险；利用电池包10的焦耳热效应对电池包10由内至外自加热，从而实现对电池包10的均匀加热，提高了加热效率，加热速度更快，系统结构简单，成本更低。另外，上述采样控制单元201可在电池包10处于安全状态(即平均充放电电流值小于或者等于充放电限流值)的情况下尽最大能力对电池包10快速充放电，从而保证了能量最大化利用，能量利用率更高，安全性更高，适用性强。
在一些可行的实施方式中，上述平均充放电电流值可用于指示电池包10在连续的至少一个第一周期内的放电电荷量、与电池包10在连续的至少一个第二周期内的充电电荷量之间的差值大小，上述电池包10的充放电限流值可由电池包10的电池参数(如电池温度和电池电压)确定，且该充放电限流值可以包括充电限流值(即最大充电电流)或者放电限流值(即最大放电电流)。在电池包10需要加热的情况下，上述采样控制单元201可基于电池包10的电池参数、以及DC/DC变换单元202的电压和电流限流值，控制平均充放电电流值等于0(即充放电限流值为0，放电电荷量等于充电电荷量)，从而可实现对电池包10进行加热(即电池包10处于加热工作状态)。在上述电池系统1连接电源、且电池包10需要加热的情况下，上述采样控制单元201可基于电池包10的电池参数、以及DC/DC变换单元202的电压和电流限流值，控制平均充放电电流值小于或者等于充电限流值(即放电电荷量小于充电电荷量)，从而可实现在加热电池包10的同时对电池包10充电(即电池包10处于加热充电工作状态)。在上述电池系统1连接负载、且电池包10需要加热的情况下，上述采样控制单元201可基于电池包10的电池参数、以及DC/DC变换单元202的电压和电流限流值，控制平均充放电电流值小于或者等于放电限流值(即放电电荷量大于充电电荷量)，从而可实现在加热电池包10的同时控制电池包10放电(即电池包10处于加热放电工作状态)。
可以理解，上述采样控制单元201可加热电池包10、或者在加热电池包10的同时对电池包10充电、或者在加热电池包10的同时控制电池包10放电，从而提高了电池包在低温环境下的充电速率和备电能力，降低了系统应用成本；另外，还可在电池包10处于安全状态的情况下尽最大能力对电池包10快速充放电，从而保证了能量最大化利用，能量利用率更高，安全性更高，适用性强。
可选的，在一些可行的实施方式中，假设上述第一周期的数量和第二周期的数量均大于或者等于2，在电池包10需要加热的情况下，上述采样控制单元201可基于电池包10的电池参数、以及DC/DC变换单元202的电压和电流限流值(即硬件参数)，在连续的至少两个第一周期中各第一周期内控制电池包10通过DC/DC变换单元202向储能单元203放电，在连续的至少两个第二周期中各第二周期内控制储能单元203通过DC/DC变换单元202对电池包10充电，并在连续的至少两个第一周期和连续的至少两个第二周期内控制电池包10的平均充放电电流值小于或者等于充放电限流值。可以理解，上述采样控制单元201可在连续的至少两个第一周期和连续的至少两个第二周期内对电池包10快速充放电，从而可实现对电池包10进行均匀加热的同时进一步提高电池包10的加热速度，加热效率更高；另外，可控制电池包10的平均充放电电流值小于或者等于上述充放电限流值，从而保证了能量最大化利用，能量利用率更高，安全性更高。
在一些可行的实施方式中，上述电池包10的电池参数可包括电池电压和电池温度。上述电池系统1还可包括温度检测器(图中未示出)和电压检测器(图中未示出)，其中，温度检测器和电压检测器可分别与采样控制单元201建立通信以传输温度数据(如电池温度)和电压数据(如电池电压)。可选的，该采样控制单元201也可直接集成温度检测器和电压检测器，温度检测器和电压检测器的具体位置可根据实际应用场景确定。其中，温度检测器可实时采集电池包10的电池温度，电压检测器可实时采集电池包10的电池电压。在采集到电池温度和电池电压之后，上述采样控制单元201可基于电池电压获得电池包10的第一充放电限流值，基于电池温度获得电池包10的第二充放电限流值，并基于第一充放电限流值和第二充放电限流值中的较小值得到上述电池包10的充放电限流值。可选的，由于不同类型的电池包10的电芯材料配比有所差异，因此会存在电池参数不包括电池电压的情况，这时采样控制单元201可通过温度检测器实时采集电池包10的电池温度，基于该电池温度获得电池包10的第一充放电限流值，并将该第一充放电限流值作为上述电池包10的充放电限流值。
例如，采样控制单元201可基于电池电压从预存数据库中获得第一充放电限流值，并基于电池温度从该预存数据库中获得第二充放电限流值，进而将两者中的较小值(即较小充放电限流值)作为上述电池包10的充放电限流值。这里的预存数据库中存储有电池电压和第一充放电限流值之间的对应关系、以及电池温度和第二充放电限流值之间的对应关系。其中，第一充放电限流值可包括第一充电限流值或者第一放电限流值，第二充放电限流值可包括第二充电限流值或者第二放电限流值，充放电限流值包括充电限流值或者放电限流值。上述采样控制单元201可将第一充电限流值和第二充电限流值中的较小值作为上述充电限流值，或者将第一放电限流值和第二放电限流值中的较小值作为上述放电限流值。可以理解，上述采样控制单元201可基于电池电压和电池温度间接确定电池包10的充放电限流值(如充电限流值或者放电限流值)，从而可在电池包10处于安全状态的情况下尽最大能力对电池包10快速充放电，从而保证了能量最大化利用，能量利用率更高，安全性更高，适用性更强。
在一些可行的实施方式中，上述DC/DC变换单元202可包括至少一个DC/DC变换电路(即一个或者多个DC/DC变换电路)，请一并参见图3，图3是本申请提供的电池系统的另一结构示意图。如图3所示，上述图2所示的DC/DC变换单元202包括DC/DC变换电路2021至DC/DC变换电路202n，且DC/DC变换电路2021至DC/DC变换电路202n的第一输入/输出端并联后连接电池包10，DC/DC变换电路2021至DC/DC变换电路202n的第二输入/输出端并联后连接储能单元203。可选的，DC/DC变换单元202还可包括开关电路、AD/DC变换电路以及相应的辅助驱动电路，具体可根据实际应用场景确定，在此不作限制。在电池包10的放电过程中，DC/DC变换电路2021至DC/DC变换电路202n的第一输入/输出端可作为输入端，第二输入/输出端可作为输出端；在电池包10的充电过程中，DC/DC变换电路2021至DC/DC变换电路202n的第一输入/输出端可作为输出端，第二输入/输出端可作为输入端。这里的DC/DC变换电路2021至DC/DC变换电路202n的电路拓扑可包括但不限于双向DC/DC左半桥电路、双向DC/DC右半桥电路、双向DC/DC H桥电路或者以上电路拓扑的组合，具体可根据实际应用场景确定，在此不作限制。
在一些可行的实施方式中，在电池包10需要加热的情况下，上述采样控制单元201可基于电池参数、以及DC/DC变换单元202的电压和电流限流值，获得DC/DC变换电路2021至DC/DC变换电路202n中各DC/DC变换电路中的多个开关中各开关的开关占空比和开关频率，其中开关频率可以理解为脉冲宽度调制(pulse width modulation，PWM)载波频率。这里的多个开关可以包括但不限于可以为绝缘栅双极性晶体管(insulated gate bipolartransistor，可以简称为IGBT)，或者金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，可以简称为MOSFET)。可选的，采样控制单元201也可以基于电池参数、以及DC/DC变换单元202的电压和电流限流值获得各开关的发波方式和发波系数，具体可根据实际应用场景确定，在此不作限制。这里的发波方式可包括但不限于方波、三角波、梯形波(或者不规则的梯形波)、正弦波、或者以上波形的组合，该发波系数可包括电池包10的放电周期的时长、放电周期的重复次数、充电周期的时长(可表示为N1，N1大于或者等于1)以及充电周期的重复次数(可表示为N2，N2大于或者等于1)。
进一步地，上述采样控制单元201还可基于各DC/DC变换电路中的各开关的开关占空比和开关频率，在连续的N1个第一周期(即放电周期)中各第一周期内控制电池包10通过各DC/DC变换电路向储能单元203放电，在连续的N2个第二周期(即充电周期)中各第二周期内控制储能单元203通过各DC/DC变换电路对电池包10充电，并在连续的N1个第一周期和连续的N2个第二周期内控制电池包10的平均充放电电流值小于或者等于电池包10的充放电限流值，从而可控制各DC/DC变换电路的开关频率和相位同步，实现电池包10的充电电流的同步叠加、以及放电电流的同步叠加，进而提高了加热效率和加热速度。这里的N1、N2、第一周期的时长以及第二周期的时长可由上述发波系数确定。可选的，在单个DC/DC变换电路的硬件功率不足的情况下，上述DC/DC变换单元202可包括并联的至少两个DC/DC变换电路，这时，上述采样控制单元201可通过并联的至少两个DC/DC变换电路中的各开关的开关占空比和开关频率控制各开关导通或者关断，从而通过脉冲电流(即充电电流和放电电流)的叠加实现在连续的至少一个第一周期以及连续的至少一个第二周期内对电池包快速充放电的目的，进而可通过对电池参数、DC/DC变换单元202的电压和电流限流值、以及自加热功率的闭环控制实现电池包10在低温环境下的自加热，提高了电池包10的加热效率和加热速度。
在一些可行的实施方式中，为方便描述，下面将以DC/DC变换单元202包括一个DC/DC变换电路(如DC/DC变换电路2021)为例进行说明，以下不再赘述。在DC/DC变换电路2021的电路拓扑为双向DC/DC左半桥电路的情况下，请一并参见图4，图4是本申请提供的电池系统的另一结构示意图。如图4所示，上述图3所示的DC/DC变换电路2021中包括第一开关Q1、第二开关Q2以及第一电感L1，上述图3所示的储能单元203包括电容C0，其中第一开关Q1和第二开关Q2可串联后与电池包10并联，且第一开关Q1和第二开关Q2的串联连接端可通过第一电感L1连接电容C0的一端，第二开关Q2和电池包10的并联连接端连接电容C0的另一端。这里的第一开关Q1和第二开关Q2互补导通，即第一开关Q1导通时第二开关Q2关断，或者第一开关Q1关断时第二开关Q2导通。可选的，该储能单元203还包括外部电源(图中未示出)，电容C0的两端可作为输入/输出端以连接外部电源，在电池包10充电的过程中，储能单元203中的输入/输出端可作为输入端；在电池包10放电的过程中，储能单元203中的输入/输出端可作为输出端。
可选的，在一些可行的实施方式中，如图4所示，上述电池管理系统20还可包括串联的电容C1和开关K，在电池包10需要加热的情况下开关K断开，在电池包10无需加热的情况下开关K闭合以对负载供电。在电池包10的加热过程中，上述采样控制单元201可基于第一开关Q1和第二开关Q2中各开关的开关占空比和开关频率控制各开关导通或者关断，从而实现在连续的N1个第一周期以及连续的N2个第二周期内对电池包10快速充放电的目的；另外，在电池包10快速充放电的过程中，可控制电池包10的平均充放电电流值小于或者等于充放电限流值，从而可实现对电池包10进行加热、加热充电或者加热放电，并且保证了能量最大化利用，能量利用率更高，安全性更高。其中，各开关的发波方式可以为三角波，可选的，各开关的发波方式还可包括但不限于方波、梯形波、正弦波、或者以上波形的组合，具体可根据实际应用场景确定，在此不作限制。
在一些可行的实施方式中，假设连续的N1个第一周期早于连续的N2个第二周期，在电池包10的放电过程中，请一并参见图5，图5是本申请提供的电池系统的一放电电流流向示意图。在第一周期中包括第一放电时间段和晚于第一放电时间段的第二放电时间段的情况下，如图5中的5a所示，上述采样控制单元201可基于各开关的开关占空比和开关频率在第1个第一周期的第一放电时间段内控制第二开关Q2关断且控制第一开关Q1导通，从而在电池包10降压(buck)向输入/输出端放电的同时，对第一电感L1储能(即第一电感L1的电流增加)直至第一电感L1的电流达到预设电流值或者第一放电时间段结束。这里的预设电流值可由上述电池参数、DC/DC变换单元201的电压和电流限流值以及第一电感L1的电感量决定。在第一电感L1储能之后，如图5中的5b所示，上述采样控制单元201可在第1个第一周期的第二放电时间段内控制第一开关Q1关断且控制第二开关Q2导通，从而可通过第一电感L1续流对电容C0充电直至第一电感L1的电流下降到0，从而可在第1个第一周期内控制电池包10通过DC/DC变换电路2021向储能单元203放电。需要说明的是，采样控制单元201在第2个第一周期至第N1个第一周期内控制电池包10放电的具体实现方式可参见上述第1个第一周期内控制电池包10放电的具体实现方式，以下不再赘述。
在一些可行的实施方式中，在电池包10的充电过程中，请一并参见图6，图6是本申请提供的电池系统的一充电电流流向示意图。在上述第二周期中包括第一充电时间段和晚于第一充电时间段的第二充电时间段的情况下，如图6中的6a所示，上述采样控制单元201可基于第一开关Q1和第二开关Q2中各开关的开关占空比和开关频率，在第1个第二周期的第一充电时间段内控制第一开关Q1关断且控制第二开关Q2导通，从而实现储能单元203通过第二开关Q2充电并对第一电感L1储能(这时第一电感L1的电流负向增加)，直至第一电感L1的电流达到预设电流值或者第一充电时间段结束。在第一电感L1储能之后，如图6中的6b所示，上述采样控制单元201可基于各开关的开关占空比和开关频率在第1个第二周期的第二充电时间段内控制第二开关Q2关断且控制第一开关Q1导通，从而通过储能单元203和第一电感L1续流对电池包10充电，从而可在第1个第二周期内控制储能单元203通过DC/DC变换电路2021对电池包10充电。需要说明的是，采样控制单元201在第2个第二周期至第N2个第二周期内控制电池包10充电的具体实现方式可参见上述第1个第二周期内控制电池包10充电的具体实现方式，以下不再赘述。
由此可见，上述采样控制单元201可对第一开关Q1和第二开关Q2进行除死区时间外的互补控制，实现了开关纹波电流在电池包10的连续的N1个第一周期和连续的N2个第二周期内流进流出以对电池包10快速充放电，由于时间间隔极短且频率较高，锂离子不会在电池SEI膜累积，因此可避免发生析锂现象，减小电池包10的短路风险。另外，上述采样控制单元201在控制电池包10快速充放电的过程中，会在储能单元203与电池包10之间生成交替反复的脉冲电流，通过电池包10的内部阻抗产生的焦耳热及自身化学能产生的热量对电池包10进行均匀加热，可有效减少由于电池内部温度梯度造成的容量衰降问题，加热效率更高，加热速度更快。
在一些可行的实施方式中，在上述电池包10处于不同工作状态(如加热工作状态、加热充电工作状态或者加热放电工作状态)的情况下，第一电感L1的电流波形示意图请一并参见图7，图7是本申请提供的电池系统的一电感电流波形示意图。为方便描述，下面将以第一周期为(t1+t2)、第二周期为(t3+t4)为例进行说明，以下不再赘述。在电池包10处于加热工作状态的情况下，第一电感L1的电流波形如图7中的7a所示，第一电感L1在N1*(t1+t2)内的电流波形与第一电感L1在N2*(t3+t4)内的电流波形对称，可以得到第一电感L1在N1*(t1+t2)内的电流波形对应的面积减去第一电感L1在N2*(t3+t4)内的电流波形对应的面积等于平均充放电电流值I00、且I00＝0，换言之，电池包10在一个完整周期(即N1*(t1+t2)+N2*(t3+t4))内的平均充放电电流值I00为0，从而实现加热电池包10。在电池包10处于加热充电工作状态的情况下，第一电感L1的电流波形如图7中的7b所示，第一电感L1在N2*(t3+t4)内的电流波形对应的面积减去第一电感L1在N1*(t1+t2)内的电流波形对应的面积等于平均充放电电流值I10，且I10小于或者等于充电限流值(即最大充电电流)，换言之，电池包10在一个完整周期(即N1*(t1+t2)+N2*(t3+t4))内的平均充放电电流值I10小于或者等于充电限流值，从而可实现在加热电池包10的同时以平均充放电电流值I10对电池包10充电。
在电池包10处于加热放电工作状态的情况下，第一电感L1的电流波形如图7中的7c所示，第一电感L1在N1*(t1+t2)内的电流波形对应的面积减去第一电感L1在N2*(t3+t4)内的电流波形对应的面积等于平均充放电电流值I20，且I20小于或者等于放电限流值(即最大放电电流)，换言之，电池包10在一个完整周期(即N1*(t1+t2)+N2*(t3+t4))内的平均充放电电流值I20小于或者等于放电限流值，从而可实现在加热电池包10的同时以平均充放电电流值I20向外放电。可以理解，上述采样控制单元201可实现对电池包10进行加热、加热充电或者加热放电，满足了客户充放电容量和时效性使用需求，另外，还可在电池包10处于安全状态的情况下尽最大能力对电池包10快速充放电，从而保证了能量最大化利用，能量利用率更高，安全性更高，适用性更强。
在一些可行的实施方式中，在上述DC/DC变换电路2021的电路拓扑为双向DC/DC右半桥电路的情况下，请一并参见图8，图8是本申请提供的电池系统的另一结构示意图。如图8所示，上述图3所示的DC/DC变换电路2021中包括第三开关Q3、第四开关Q4以及第二电感L2，上述图3所示的储能单元203包括电容C0，其中，第三开关Q3和第四开关Q4可串联后与电容C0并联，电池包10的一端可通过第二电感L2连接第三开关Q3和第四开关Q4的串联连接点，且电池包10的另一端可连接第四开关Q4和电容C0的并联连接端。这里的第三开关Q3和第四开关Q4互补导通，即第三开关Q3导通时第四开关Q4关断，或者第三开关Q3关断时第四开关Q4导通。可选的，该储能单元203还包括外部电源(图中未示出)，电容C0的两端可作为输入/输出端以连接外部电源，在电池包10充电的过程中，储能单元203中的输入/输出端可作为输入端；在电池包10放电的过程中，储能单元203中的输入/输出端可作为输出端。可选的，上述电池管理系统20还可包括串联的电容C1和开关K，在电池包10需要加热的情况下开关K断开，在电池包10无需加热的情况下开关K闭合以对负载供电。
在一些可行的实施方式中，在电池包10的加热过程中，上述采样控制单元201可基于第三开关Q3和第四开关Q4中各开关的开关占空比和开关频率控制各开关导通或者关断，从而实现在连续的N1个第一周期以及连续的N2个第二周期内对电池包10快速充放电的目的；另外，在电池包10快速充放电的过程中，可控制电池包10的平均充放电电流值小于或者等于充放电限流值，从而可实现对电池包10进行加热、加热充电或者加热放电，并且保证了能量最大化利用，能量利用率更高，安全性更高。其中，各开关的发波方式可以为三角波，可选的，各开关的发波方式还可包括但不限于方波、梯形波、正弦波、或者以上波形的组合，具体可根据实际应用场景确定，在此不作限制。
在一些可行的实施方式中，假设连续的N2个第二周期早于连续的N1个第一周期，在电池包10的充电过程中，请一并参见图9，图9是本申请提供的电池系统的另一充电电流流向示意图。在上述第二周期中包括第一充电时间段和晚于第一充电时间段的第二充电时间段的情况下，如图9中的9a所示，上述采样控制单元201可基于各开关的开关占空比和开关频率在第1个第二周期的第一充电时间段内控制第四开关Q4关断且控制第三开关Q3导通，从而可实现电容C0和输入/输出端所连接的外部电源对电池包10降压充电、并对第二电感L2储能(即第二电感L2的电流增加)，直至第二电感L2的电流达到预设电流值或者第一充电时间段结束(这时第二电感L2的电流最大)。这里的预设电流值可由上述电池参数、DC/DC变换单元201的电压和电流限流值以及第二电感L2的电感量决定。在第二电感L2储能之后，如图9中的9b所示，上述采样控制单元201可在第1个第二周期的第二充电时间段内控制第三开关Q3关断且控制第四开关Q4导通，从而通过第二电感L2续流对电池包10充电直至第二电感L2的电流下降到0，从而可在第1个第二周期内控制储能单元203通过DC/DC变换电路2021对电池包10充电。需要说明的是，采样控制单元201在第2个第二周期至第N2个第二周期内控制电池包10充电的具体实现方式可参见上述第1个第二周期内控制电池包10充电的具体实现方式，以下不再赘述。
在一些可行的实施方式中，在电池包10的放电过程中，请一并参见图10，图10是本申请提供的电池系统的另一放电电流流向示意图。在第一周期中包括第一放电时间段和晚于第一放电时间段的第二放电时间段的情况下，如图10中的10a所示，上述采样控制单元201可基于第三开关Q3和第四开关Q4中各开关的开关占空比和开关频率在第1个第一周期的第一放电时间段内控制第三开关Q3关断且控制第四开关Q4导通，可实现电池包10通过第四开关Q4升压(boost)对外放电并对第二电感L2储能(这时第二电感L2的电流负向增加)，直至第二电感L2的电流达到预设电流值或者第一放电时间段结束。在第二电感L2储能之后，如图10中的10b所示，上述采样控制单元201可基于各开关的开关占空比和开关频率在第1个第一周期的第二放电时间段内控制第四开关Q4关断且控制第三开关Q3导通，从而实现电池包10和第二电感L2通过第三开关Q3向电容C0和/或输入/输出端所连接的外部电源放电，直至第二电感L2的电流下降到0，从而可在第1个第一周期内控制电池包10通过DC/DC变换电路2021向储能单元203放电。需要说明的是，采样控制单元201在第2个第一周期至第N1个第一周期内控制电池包10放电的具体实现方式可参见上述第1个第一周期内控制电池包10放电的具体实现方式，以下不再赘述。可以理解，上述采样控制单元201可对第三开关Q3和第四开关Q4进行除死区时间外的互补控制，会在储能单元203与电池包10之间生成交替反复的脉冲电流，从而可通过电池包10的内部阻抗产生热以实现对电池包10的自加热功能，进一步提高了电池包10的加热效率和加热速度；另外，还可对电池包10进行加热充电或者加热放电，从而提高了电池包10在低温环境下的充电速率和备电能力，适用性更强。
在一些可行的实施方式中，在上述DC/DC变换电路2021的电路拓扑为双向DC/DC H桥电路的情况下，请一并参见图11，图11是本申请提供的电池系统的又一结构示意图。如图11所示，上述图3所示的DC/DC变换电路2021中包括第五开关Q5、第六开关Q6、第七开关Q7、第八开关Q8以及第三电感L3，上述图3所示的储能单元203包括电容C0，其中第五开关Q5和第六开关Q6可串联后与电池包10并联，第七开关Q7和第八开关Q8可串联后与电容C0并联，且第五开关Q5和第六开关Q6的串联连接点可通过第三电感L3连接第七开关Q7和第八开关Q8的串联连接点。这里的第五开关Q5和第六开关Q6互补导通，即第五开关Q5导通时第六开关Q6关断，或者第五开关Q5关断时第六开关Q6导通；上述第七开关Q7和第八开关Q8互补导通，即第七开关Q7导通时第八开关Q8关断，或者第七开关Q7关断时第八开关Q8导通。可选的，该储能单元203还包括外部电源(图中未示出)，电容C0的两端可作为输入/输出端以连接外部电源，在电池包10充电的过程中，储能单元203中的输入/输出端可作为输入端；在电池包10放电的过程中，储能单元203中的输入/输出端可作为输出端。可选的，上述电池管理系统20还可包括串联的电容C1和开关K，在电池包10需要加热的情况下开关K断开，在电池包10无需加热的情况下开关K闭合以对负载供电。
在一些可行的实施方式中，上述采样控制单元201可基于第五开关Q5至第八开关Q8中各开关的开关占空比和开关频率控制各开关导通或者关断，从而实现在连续的N1个第一周期以及连续的N2个第二周期内对电池包10快速充放电的目的；另外，在电池包10快速充放电的过程中，可控制电池包10的平均充放电电流值小于或者等于充放电限流值，从而可实现对电池包10进行加热、加热充电或者加热放电，并且保证了能量最大化利用，能量利用率更高，安全性更高。其中，第五开关Q5至第八开关Q8中各开关的发波方式可以为不规则的梯形波，另外，各开关的发波方式还可包括但不限于方波、三角波、梯形波、正弦波、或者以上波形的组合，在此不做限制。可以理解，上述采样控制单元201可对第五开关Q5和第六开关Q6、或者第七开关Q7和第八开关Q8进行除死区时间外的互补控制，实现了开关纹波电流在电池包10的连续的N1个第一周期和连续的N2个第二周期内流进流出以对电池包10快速充放电，进而提高了电池包10的加热效率和加热速度，能量利用率高；另外，还可对电池包10进行加热充电或者加热放电，从而提高了电池包10在低温环境下的充电速率和备电能力，适用性更强。
在一些可行的实施方式中，假设连续的N1个第一周期早于连续的N2个第二周期，在电池包10的放电过程中，请一并参见图12，图12是本申请提供的电池系统的又一放电电流流向示意图。在上述第一周期包括第一放电时间段、第二放电时间段以及第三放电时间段，其中第一放电时间段早于第二放电时间段，且第二放电时间段早于第三放电时间段的情况下，如图12中的12a所示，上述采样控制单元201可基于第五开关Q5至第八开关Q8中各开关的开关占空比和开关频率，在第1个第一周期的第一放电时间段内控制第六开关Q6和第七开关Q7关断，并控制第五开关Q5和第八开关Q8导通，从而实现电池包10对外放电以对第三电感L3储能。在第三电感L3储能之后，如图12中的12b所示，上述采样控制单元201可基于各开关的开关占空比和开关频率在第1个第一周期的第二放电时间段内控制第六开关Q6和第八开关Q8关断，并控制第五开关Q5和第七开关Q7导通，从而可实现电池包10和第三电感L3对电容C0和/或输入/输出端所连接的外部电源放电。进一步地，如图12中的12c所示，上述采样控制单元201可基于各开关的开关占空比和开关频率在第1个第一周期的第三放电时间段内控制第五开关Q5和第八开关Q8关断，并控制第六开关Q6和第七开关Q7导通，从而通过第三电感L3续流向电容C0和/或输入/输出端所连接的外部电源放电，直至第一电感L1的电流下降到0，从而可实现在第1个第一周期内控制电池包10通过DC/DC变换电路2021向储能单元203放电。需要说明的是，采样控制单元201在第2个第一周期至第N1个第一周期内控制电池包10放电的具体实现方式可参见上述第1个第一周期内控制电池包10放电的具体实现方式，以下不再赘述。
在一些可行的实施方式中，在电池包10的充电过程中，请一并参见图13，图13是本申请提供的电池系统的又一充电电流流向示意图。在上述第二周期包括第一充电时间段、第二充电时间段以及第三充电时间段，其中第一充电时间段早于第二充电时间段，且第二充电时间段早于第三充电时间段的情况下，如图13中的13a所示，上述采样控制单元201可基于第五开关Q5至第八开关Q8中各开关的开关占空比和开关频率，在第1个第二周期的第一充电时间段内控制第五开关Q5和第八开关Q8关断，并控制第六开关Q6和第七开关Q7导通，从而可实现电容C0和/或输入/输出端所连接的外部电源对第三电感L3储能。在第三电感L3储能之后，如图13中的13b所示，上述采样控制单元201可基于各开关的开关占空比和开关频率在第1个第二周期的第二充电时间段内控制第六开关Q6和第八开关Q8关断，并控制第五开关Q5和第七开关Q7导通，电容C0和/或输入/输出端所连接的外部电源、以及第三电感L3可对电池包10充电。进一步地，如图13中的13c所示，上述采样控制单元201可基于各开关的开关占空比和开关频率并在第1个第二周期的第三充电时间段内控制第六开关Q6和第七开关Q7关断，并控制第五开关Q5和第八开关Q8导通，从而使第三电感L3的电流通过第五开关Q5和第七开关Q7续流给电池包10充电，从而可实现在第1个第二周期内控制储能单元203通过DC/DC变换电路2021对电池包10充电。需要说明的是，采样控制单元201在第2个第二周期至第N2个第二周期内控制电池包10充电的具体实现方式可参见上述第1个第二周期内控制电池包10充电的具体实现方式，以下不再赘述。
可以理解，上述采样控制单元201可对第五开关Q5和第六开关Q6、或者第七开关Q7和第八开关Q8进行除死区时间外的互补控制，从而在储能单元203与电池包10之间生成交替反复的脉冲电流，提高了电池包10的加热效率和加热速度；另外，还可通过控制在一个完整开关周期(即连续的N1个第一周期和连续的N2个第二周期)内流进或流出电池包10的电荷总量，实现对电池包10进行加热、加热充电或者加热放电，从而提高了电池包10在低温环境下的充电速率和备电能力，适用性更强。
在一些可行的实施方式中，在电池包10处于不同工作状态(如加热工作状态、加热充电工作状态或者加热放电工作状态)的情况下，第三电感L3的电流波形请一并参见图14，图14是本申请提供的电池系统的另一电感电流波形示意图。为方便描述，下面将以第一周期为(t5+t6+t7)、第二周期为(t8+t9+t0)为例进行说明，以下不再赘述。在电池包10处于加热工作状态的情况下，第三电感L3的电流波形如图14中的14a所示，第三电感L3在N1*(t5+t6+t7)内的电流波形与第三电感L3在N2*(t8+t9+t0)内的电流波形对称，可以得到第三电感L3在N1*(t5+t6+t7)内的电流波形对应的面积减去第三电感L3在N2*(t8+t9+t0)内的电流波形对应的面积等于平均充放电电流值I00、且I00＝0，换言之，电池包10在一个完整周期(即N1*(t5+t6+t7)+N2*(t8+t9+t0))内的平均充放电电流值I00为0，从而实现加热电池包10。在电池包10处于加热充电工作状态的情况下，第三电感L3的电流波形如图14中的14b所示，第三电感L3在N2*(t8+t9+t0)内的电流波形对应的面积减去第三电感L3在N1*(t5+t6+t7)内的电流波形对应的面积等于平均充放电电流值I10，且I10小于或者等于充电限流值(即最大充电电流)，换言之，电池包10在一个完整周期(即N1*(t5+t6+t7)+N2*(t8+t9+t0))内的平均充放电电流值I10小于或者等于充电限流值，从而可实现在加热电池包10的同时以平均充放电电流值I10对电池包10充电。
在电池包10处于加热放电工作状态的情况下，第三电感L3的电流波形如图14中的14c所示，第三电感L3在N1*(t5+t6+t7)内的电流波形对应的面积减去第三电感L3在N2*(t8+t9+t0)内的电流波形对应的面积等于平均充放电电流值I20，且I20小于或者等于放电限流值(即最大放电电流)，换言之，电池包10在一个完整周期(即N1*(t5+t6+t7)+N2*(t8+t9+t0))内的平均充放电电流值I20小于或者等于放电限流值，从而可实现在加热电池包10的同时以平均充放电电流值I20向外放电。可以理解，由于ΔI＝ΔV*t/L，其中ΔI可以表示第三电感L3的最大电流与上述平均充放电电流值(如I00、I10或者I20)之间的差值，ΔV可表示电感压差，t表示时间，L可表示电感量(即表征第三电感L3产生磁通并存储磁场的能力的参数)，因此在L和ΔV固定的情况下，采样控制单元201需要增加时间t以降低各开关的开关频率，从而使平均充放电电流值(如I00、I10或者I20)小于或者等于上述充放电限流值，进而可实现对电池包10进行加热、加热充电或者加热放电，满足了客户充放电容量和时效性使用需求，另外，可在电池包10处于安全状态的情况下尽最大能力对电池包10快速充放电，从而保证了能量最大化利用，能量利用率更高，安全性更高，适用性更强。
在一些可行的实施方式中，在上述DC/DC变换单元202包括多个DC/DC变换电路(如上述DC/DC变换电路2021至DC/DC变换电路202n)时，DC/DC变换电路2021至DC/DC变换电路202n的电路拓扑可以相同，也可以不同，具体可根据实际应用场景确定，在此不作限制。例如，在DC/DC变换电路2021至DC/DC变换电路202n的电路拓扑为上述图4所示的双向DC/DC左半桥电路时，DC/DC变换电路2022(图中未示出)至DC/DC变换电路202n的具体工作原理可参见图5至图7中DC/DC变换电路2021的具体工作原理，以下不再赘述。在DC/DC变换电路2021至DC/DC变换电路202n的电路拓扑为上述图8所示的双向DC/DC右半桥电路时，DC/DC变换电路2022至DC/DC变换电路202n的具体工作原理可参见图9和图10中DC/DC变换电路2021的具体工作原理，以下不再赘述。在DC/DC变换电路2021至DC/DC变换电路202n的电路拓扑为上述图11所示的双向DC/DC H桥电路时，DC/DC变换电路2022至DC/DC变换电路202n的具体工作原理可参见图12至图14中DC/DC变换电路2021的具体工作原理，以下不再赘述。在DC/DC变换电路2021至DC/DC变换电路202n的电路拓扑包括双向DC/DC左半桥电路、双向DC/DC右半桥电路、以及双向DC/DC H桥电路中的至少两种电路拓扑时，DC/DC变换电路2021至DC/DC变换电路202n的具体工作原理可参见图4至图14中DC/DC变换电路2021的具体工作原理，以下不再赘述。可以理解，上述采样控制单元201可通过控制各DC/DC变换电路中的各开关导通或者关断以实现其电流方向基本一致，从而叠加各DC/DC变换电路的电流以增大电池包10的脉冲电流(即充电电流和放电电流)，加热速度更快，进一步提高了电池包10的加热效率，适用性更强。
进一步地，请参见图15，图15是本申请提供的供电系统的一结构示意图。如图15所示，供电系统3包括至少一个电池系统(即一个或者多个电池系统，如电池系统30a至电池系统30n)以及DC/DC变换模块31，其中，电池系统30a至电池系统30n中各电池系统可并联后连接DC/DC变换模块31的输入端，DC/DC变换模块31的输出端可连接直流负载。可选的，上述供电系统还可包括发电组件(图中未示出)，该发电组件可产生电能并将电能储存在电池系统30a至电池系统30n内，以使电池系统30a至电池系统30n正常供电。这里的发电组件30可包括但不限于太阳能发电组件、风能发电组件、氢能发电组件或者油机发电组件，具体可根据实际应用场景确定，在此不作限制。在电池系统30a至电池系统30n处于低温环境下且正常工作时，DC/DC变换模块31可将电池系统30a至电池系统30n提供的直流电能转换为目标直流电能，并基于该目标直流电能对直流负载供电，从而提高了在低温环境下的供电效率。
在一些可行的实施方式中，请一并参见图16，图16是本申请提供的供电系统的另一结构示意图。如图16所示，上述图15所示的供电系统3还可以包括供电模块32和功率变换模块33，其中，供电模块32可连接功率变换模块33的输入端，功率变换模块33的输出端可连接直流负载。在光储混合供电应用场景下，供电模块32可包括光伏阵列，该功率变换模块31可以为DC/DC变换模块，这里的光伏阵列可由多个光伏组串串并联组成。在风储混合供电应用场景下，供电模块32可包括发电机，该功率变换模块31可以为AC/DC变换模块。在电池系统30a至电池系统30n处于低温环境下且正常工作时，DC/DC变换模块31可基于电池系统30a至电池系统30n提供的直流电能对直流负载供电，功率变换模块33可基于光伏阵列提供的直流电能或者发电机提供的交流电能对直流负载供电，进一步提高了在低温环境下的供电效率。
在一些可行的实施方式中，请一并参见图17，图17是本申请提供的供电系统的又一结构示意图。如图17所示，上述图16所示的供电系统3还包括直流母线34和DC/AC变换模块35，其中，DC/DC变换模块31和功率变换模块33可分别通过直流母线34连接DC/AC变换模块35的输入端，DC/AC变换模块35的输出端可连接交流负载或者交流电网。可选的，上述供电系统3还可以包括并离网接线盒(图中未示出)，上述DC/AC变换模块35的输出端可通过并联网接线盒连接交流负载或者交流电网。在电池系统30a至电池系统30n处于低温环境下且正常工作时，DC/AC变换模块35可将DC/DC变换模块31输入的直流电能和功率变换模块33输入的直流电能转换为交流电能，并基于该交流电能对交流负载或者交流电网供电，从而提高了供电系统的供电效率。需要说明的是，本申请提供的供电系统中的各功能模块之间的具体连接方式可根据实际应用场景确定，在此不做限制。
具体实现中，本申请提供的供电系统中的电池系统所执行的更多操作可参见图2至图14所示的电池系统及其工作原理中所执行的实现方式，在此不再赘述。
在本申请中，可在连续的至少一个第一周期以及连续的至少一个第二周期内对电池包快速充放电，从而对电池包进行脉冲加热，避免了产生析锂现象，从而降低了电池短路风险；利用电池包的焦耳热效应对电池包由内至外自加热，从而实现对电池包的均匀加热，提高了加热效率，加热速度更快，系统结构简单，成本低，适用性强。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (17)

1.一种电池系统，其特征在于，所述电池系统包括电池包和电池管理系统，所述电池管理系统连接所述电池包，所述电池管理系统包括采样控制单元、直流DC/DC变换单元以及储能单元，所述DC/DC变换单元与所述储能单元并联；
所述采样控制单元，用于基于所述电池包的电池参数、以及所述DC/DC变换单元的电压和电流限流值，在连续的至少一个第一周期中各第一周期内控制所述电池包通过所述DC/DC变换单元向所述储能单元放电，在连续的至少一个第二周期中各第二周期内控制所述储能单元通过所述DC/DC变换单元对所述电池包充电，并在所述连续的至少一个第一周期和所述连续的至少一个第二周期内控制所述电池包的平均充放电电流值小于或者等于充放电限流值。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电池包的电池参数包括电池电压和电池温度；
所述采样控制单元，用于基于所述电池电压获得所述电池包的第一充放电限流值，基于所述电池温度获得所述电池包的第二充放电限流值，并基于所述第一充放电限流值和所述第二充放电限流值中的较小值得到所述充放电限流值。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述DC/DC变换单元包括至少一个DC/DC变换电路，各DC/DC变换电路并联；
所述采样控制单元，用于基于所述电池参数、以及所述DC/DC变换单元的电压和电流限流值，获得所述各DC/DC变换电路中的多个开关中各开关的开关占空比和开关频率；
所述采样控制单元，还用于基于所述各DC/DC变换电路中的各开关的开关占空比和开关频率，在所述各第一周期内控制所述电池包通过所述各DC/DC变换电路向所述储能单元放电，在所述各第二周期内控制所述储能单元通过所述各DC/DC变换电路对所述电池包充电。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述DC/DC变换电路包括第一开关、第二开关以及第一电感，所述储能单元包括电容，所述第一开关和所述第二开关串联后与所述电池包并联，所述第一开关和所述第二开关的串联连接端通过所述第一电感连接所述电容的一端，所述第二开关和所述电池包的并联连接端连接所述电容的另一端。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第一周期包括第一放电时间段和晚于所述第一放电时间段的第二放电时间段；
所述采样控制单元，用于基于所述各开关的开关占空比和开关频率在所述第一放电时间段内控制所述第二开关关断且控制所述第一开关导通，并在所述第二放电时间段内控制所述第一开关关断且控制所述第二开关导通。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第二周期包括第一充电时间段和晚于所述第一充电时间段的第二充电时间段；
所述采样控制单元，用于基于所述各开关的开关占空比和开关频率在所述第一充电时间段内控制所述第一开关关断且控制所述第二开关导通，并在所述第二充电时间段内控制所述第二开关关断且控制所述第一开关导通。
7.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述DC/DC变换电路包括第三开关、第四开关以及第二电感，所述储能单元包括电容，所述第三开关和所述第四开关串联后与所述电容并联，所述电池包的一端通过所述第二电感连接所述第三开关和所述第四开关的串联连接点，所述电池包的另一端连接所述第四开关和所述电容的并联连接端。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第一周期包括第一放电时间段和晚于所述第一放电时间段的第二放电时间段；
所述采样控制单元，用于基于所述各开关的开关占空比和开关频率在所述第一放电时间段内控制所述第三开关关断且控制所述第四开关导通，并在所述第二放电时间段内控制所述第四开关关断且控制所述第三开关导通。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第二周期包括第一充电时间段和晚于所述第一充电时间段的第二充电时间段；
所述采样控制单元，用于基于所述各开关的开关占空比和开关频率在所述第一充电时间段内控制所述第四开关关断且控制所述第三开关导通，并在所述第二充电时间段内控制所述第三开关关断且控制所述第四开关导通。
10.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述DC/DC变换电路包括第五开关、第六开关、第七开关、第八开关以及第三电感，所述储能单元包括电容，所述第五开关和所述第六开关串联后与所述电池包并联，所述第七开关和所述第八开关串联后与所述电容并联，所述第五开关和所述第六开关的串联连接点通过所述第三电感连接所述第七开关和所述第八开关的串联连接点。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述第一周期包括第一放电时间段、第二放电时间段以及第三放电时间段，所述第一放电时间段早于所述第二放电时间段，且所述第二放电时间段早于所述第三放电时间段；
所述采样控制单元，用于基于所述各开关的开关占空比和开关频率在所述第一放电时间段内控制所述第六开关和所述第七开关关断、控制所述第五开关和所述第八开关导通，在所述第二放电时间段内控制所述第六开关和所述第八开关关断、控制所述第五开关和所述第七开关导通，并在所述第三放电时间段内控制所述第五开关和所述第八开关关断、控制所述第六开关和所述第七开关导通。
12.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述第二周期包括第一充电时间段、第二充电时间段以及第三充电时间段，所述第一充电时间段早于所述第二充电时间段，且所述第二充电时间段早于所述第三充电时间段；
所述采样控制单元，用于基于所述各开关的开关占空比和开关频率在所述第一充电时间段内控制所述第五开关和所述第八开关关断、控制所述第六开关和所述第七开关导通，在所述第二充电时间段内控制所述第六开关和所述第八开关关断、控制所述第五开关和所述第七开关导通，并在所述第三充电时间段内控制所述第六开关和所述第七开关关断、控制所述第五开关和所述第八开关导通。
13.一种供电系统，其特征在于，所述供电系统包括DC/DC变换模块以及至少一个如权利要求1至12任一项所述的电池系统，各电池系统并联后连接DC/DC变换模块。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述供电系统还包括供电模块以及与所述供电模块连接的功率变换模块。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述供电模块包括光伏阵列，所述功率变换模块为DC/DC变换模块。
16.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述供电模块包括发电机，所述功率变换模块为交流AC/DC变换模块。
17.根据权利要求14-16任一项所述的系统，其特征在于，所述供电系统还包括直流母线和DC/AC变换模块，所述DC/DC变换模块和所述功率变换模块分别通过所述直流母线连接DC/AC变换模块的输入端，所述DC/AC变换模块的输出端连接交流负载或者交流电网。
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