CN115868065B - 加热电池的方法、电池加热系统及用电装置 - Google Patents

加热电池的方法、电池加热系统及用电装置 Download PDF

Info

Publication number
CN115868065B
CN115868065B CN202180036002.4A CN202180036002A CN115868065B CN 115868065 B CN115868065 B CN 115868065B CN 202180036002 A CN202180036002 A CN 202180036002A CN 115868065 B CN115868065 B CN 115868065B
Authority
CN
China
Prior art keywords
battery pack
phase
heating
current
battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202180036002.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115868065A (zh
Inventor
李占良
赵元淼
左希阳
黄孝键
但志敏
颜昱
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Contemporary Amperex Technology Co Ltd
Original Assignee
Contemporary Amperex Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Contemporary Amperex Technology Co Ltd filed Critical Contemporary Amperex Technology Co Ltd
Publication of CN115868065A publication Critical patent/CN115868065A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115868065B publication Critical patent/CN115868065B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/615—Heating or keeping warm
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/24—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries
    • B60L58/27—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries by heating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/63—Control systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/249—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders specially adapted for aircraft or vehicles, e.g. cars or trains
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)

Abstract

本申请涉及一种加热电池组的方法，其中所述电池组经由变流器与感性负载连接，所述方法包括：在接收到加热请求时，控制所述变流器中的开关模块导通和断开，以控制所述电池组与所述感性负载之间的放电和充电；其中在所述电池组的放电阶段，将所述电池组与辅助加热机构并联连接；并且在所述电池组的充电阶段，将所述辅助加热机构与所述电池组断开连接。本申请还涉及电池加热系统和用电装置。

Description

加热电池的方法、电池加热系统及用电装置
技术领域
本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种加热电池的方法、电池加热系统以及用电装置。
背景技术
随着新能源技术的发展，越来越多的领域采用电池作为动力。由于具有能量密度高、可循环充电、安全环保等优点，电池被广泛应用于新能源汽车、消费电子、储能系统等领域中。
但是电池在低温环境下的使用会受到一定限制。具体地，在低温环境下，电池的充放电容量会严重衰减，对电池充放电也会造成在整个生命周期内的寿命衰减，以及对电池充电甚至可能导致电池的不可逆损坏。因此，为了能够正常使用电池，在低温环境下需要对电池进行加热。
发明内容
鉴于上述问题，本申请提出了一种加热电池的方法、电池加热系统以及用电装置，以解决电池在低温环境下使用受限的问题。
为此，本发明的第一方面提供了一种加热电池的方法，其中电池组经由变流器与感性负载连接，该方法包括：
在接收到加热请求时，控制变流器中的开关模块导通和断开，以控制电池组与感性负载之间的放电和充电；
其中在电池组的放电阶段，将电池组与辅助加热机构并联连接；并且
其中在电池组的充电阶段，将辅助加热机构与电池组断开连接。
在本申请的实施方案中，结合了电池内部加热与外部的辅助加热机构加热，进一步提高了加热速度，缩短了加热时间。具体地，在电池的充放电过程中，充电电流和放电电流流经电池的内部电阻产生热量，以对电池内部加热。在电池的放电阶段，通过将电池与辅助加热机构并联来外部加热电池；在电池的充电阶段，不利用辅助加热机构来加热电池。由于流经变流器和感性负载的电流是受限的，所以在电池的放电阶段，电池与辅助加热机构并联，该方案不仅增加了外部加热源，而且增加了流经内部电阻的放电电流，提升了加热效率。此外，在电池的充电阶段，充电的能量来自于感性负载在放电阶段存储的能量；由于相同电压下电池的内部电阻的产热效率远大于外部辅助加热机构的产热效率，所以在电池的充电阶段断开辅助加热机构，以便感性负载的能量全部用于充电，使得加热效率最优。
在一些实施方案中，所述方法包括：
采集与加热电池组相关的电流参数；以及
在与加热电池组相关的电流参数超出预设的期望电流阈值区间时，基于预设的期望电流阈值区间，调整电池组的充放电周期的充电阶段和放电阶段的时长，以使得电流参数回归预设的期望电流阈值区间。
在一些实施方案中，电流参数包括以下项中的一个或多个：电池组的接线端的电流，变流器的直流母线电流，以及变流器的各个相电流。电池组的接线端的电流包括了流经辅助加热机构的电流和变流器的直流母线电流。本领域技术人员应理解，限制电池组的接线端的电流，实际上限制的是电池的充放电电流，以避免电池以过大的电流充放电，对电池造成不可逆的损坏。此外，通过限制变流器的各个相电流，一方面避免相电流超过变流器中的功率器件的电流上限，另一方面防止感性负载的电流进入其电流饱和区域。具体地，在一些实施方案中，在电流参数超过预设的电流阈值时，基于预设的电流阈值，计算得到变流器中的功率器件的驱动信号的期望频率和期望占空比，并且将驱动信号的频率和占空比调整为期望频率和期望占空比，进而调整电池组的各个充电周期的充电阶段和放电阶段的时长。
在一些实施方案中，预设的期望电流阈值区间表征在加热过程中加热电流的允许范围。在一个实施例中，预设的期望电流阈值区间可以是以期望加热电流为中间值的一个电流范围。示例性的，期望加热电流可以是期望的变流器的直流母线电流。
在本申请的优选实施方案中，电池组的充放电周期的充电阶段和放电阶段的时长相等。通过将每个充放电周期各自的充电阶段和放电阶段的时长设置成相等，使得放电阶段存储在感性负载中的能量在充电阶段全部回馈至电池组。在这种实施方案中，将感性负载中的能量全部回馈至电池组，一方面使得电池组的能量消耗最小，另一方面避免了电池组在低温下过度不平衡放电，使得电极电位偏离平衡电极电位，导致电池的极化，进而造成电池的不可逆损坏。本领域技术人员应理解，根据实际的需求和工况，可以采用不同的调制策略来驱动变流器，因此各个充放电周期的充电阶段和放电阶段的时长可以根据需要设置成不相等的值。
在本申请的一些实施方案中，感性负载是电机的绕组，并且变流器中的开关模块被设置成周期性地导通和断开，以使得电机不转动。本领域技术人员应理解，在电池组作为电机的驱动能源时，根据实际的应用，电机可以是单相电机也可以是多相电机，电机可以是交流电机也可以是直流电机；具体地，在电机为三相异步电机、三相同步电机或直流无刷电机等情况下，感性负载可以是电机的定子绕组，在电机为直流有刷电机等情况下，感性负载可以是电机的转子绕组。
在本申请的一些实施方案中，电机是三相电机，变流器是具有第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂的三相全桥电路；
其中在电池组的充放电周期的放电阶段，闭合两个或三个开关模块，所闭合的开关模块位于不同的相桥臂，并且闭合至少一个位于上桥臂的开关模块和至少一个位于下桥臂的开关模块；并且
在电池组的充放电周期的充电阶段，断开在放电阶段闭合的开关模块，闭合在放电阶段闭合的开关模块所位于的上桥臂或下桥臂相对的下桥臂或上桥臂的开关模块。
应理解，变流器的相数可以与电机的相数对应，例如，在电机为四相电机时，变流器可以是四相变流器。
在本申请的一些实施方案中，上述方法包括：
获取电池组的状态参数；
获取变流器的温度和电机的温度；
在状态参数、变流器的温度或电机的温度超出对应的参数安全范围时，生成停止加热请求，状态参数包括以下参数中的至少一个：电压、温度、荷电状态和绝缘阻值；以及
响应于停止加热请求，控制变流器的所有开关模块处于断开状态，并且将辅助加热机构与电池组断开连接。
在本申请的一些实施方案中，上述方法包括：
获取安装电池组的车辆的状态信息；
在状态信息指示车辆不处于加热条件时，生成停止加热请求，状态信息包括以下信息中的至少一个：车辆的启动状态、车门状态、碰撞信息、上高压状态、环境温度；以及
响应于停止加热请求，控制变流器的所有开关模块处于断开状态，并且将辅助加热机构与电池组断开连接。
在本申请的一些实施方案中，辅助加热机构是加热膜。在本申请的另一些实施方案中，辅助加热机构是正温度系数(Positive Temperature Coefficient，PTC)加热器，即PTC加热器。
在本申请的一些实施方案中，辅助加热机构与电池组直接并联连接，并且通过辅助加热机构与电池组之间的开关来控制辅助加热机构与电池组的并联连接。在本申请的另一些实施方案中，辅助加热机构通过DC-DC变换器与电池组并联连接，并且通过辅助加热机构与DC-DC变换器之间的开关来控制辅助加热机构与电池组的并联连接。通过DC-DC变换器可以调节辅助加热机构两端的电压，以控制辅助加热机构的加热电流和加热功率。
本申请的第二方面提供了一种电池加热系统，该电池加热系统包括：
变流器，变流器的直流端与电池组的正极和负极连接；
感性负载，与变流器的交流端连接；
辅助加热机构，与电池组并联连接；以及
控制器，控制器分别与变流器和感性负载连接，其中控制器被配置成：
响应于加热请求，控制变流器中的开关模块导通和断开，以控制电池组与感性负载之间的放电和充电；
在电池组的放电阶段，将辅助加热机构与电池组并联连接；并且
在电池组的充电阶段，将辅助加热机构与电池组断开连接。
在本申请的实施方案中，结合了电池内部加热与外部的辅助加热机构加热，进一步提高了加热速度，缩短了加热时间。具体地，在电池的充放电过程中，充电电流和放电电流流经电池的内部电阻产生热量，以对电池内部加热。在电池的放电阶段，通过将电池与辅助加热机构并联来外部加热电池；在电池的充电阶段，不利用辅助加热机构来加热电池。由于流经变流器和感性负载的电流是受限的，所以在电池的放电阶段，电池与辅助加热机构并联，该方案不仅增加了外部加热源，而且增加了流经内部电阻的放电电流，提升了加热效率。此外，在电池的充电阶段，充电的能量来自于感性负载在放电阶段存储的能量；由于相同电压下电池的内部电阻的产热效率远大于外部辅助加热机构的产热效率，所以在电池的充电阶段断开辅助加热机构，以便感性负载的能量全部用于充电，使得加热效率最优。这种实施方案具有较强的移植性，充分利用了原有的辅助加热组件，只需要适配软件而不需要新增新的硬件。
在本申请的一些实施方案中，控制器被配置成：
采集与加热电池组相关的电流参数；并且
在与加热电池组相关的电流参数超出预设的期望电流阈值区间时，基于预设的期望电流阈值区间调整电池组的充放电周期的充电阶段和放电阶段的时长，以使得电流参数回归预设的期望电流阈值区间。
在一些实施方案中，电流参数包括以下项中的一个或多个：电池组的接线端的电流，变流器的直流母线电流，以及变流器的各个相电流。电池组的接线端的电流包括了流经辅助加热机构的电流和变流器的直流母线电流。本领域技术人员应理解，限制电池组的接线端的电流，实际上限制的是电池的充放电电流，以避免电池以过大的电流充放电，对电池造成不可逆的损坏。此外，通过限制变流器的各个相电流，一方面避免相电流超过变流器中的功率器件的电流上限，另一方面防止感性负载的电流进入其电流饱和区域。具体地，在一些实施方案中，在电流参数超过预设的电流阈值时，基于预设的电流阈值，计算得到变流器中的功率器件的驱动信号的期望频率和期望占空比，并且将驱动信号的频率和占空比调整为期望频率和期望占空比，进而调整电池组的各个充电周期的充电阶段和放电阶段的时长。
在一些实施方案中，预设的期望电流阈值区间表征在加热过程中加热电流的允许范围。在一个实施例中，预设的期望电流阈值区间可以是以期望加热电流为中间值的一个电流范围。示例性的，期望加热电流可以是期望的变流器的直流母线电流。
在本申请的优选实施方案中，电池组的充放电周期的充电阶段和放电阶段的时长相等。通过将每个充放电周期各自的充电阶段和放电阶段的时长设置成相等，使得放电阶段存储在感性负载中的能量在充电阶段全部回馈至电池组。在这种实施方案中，将感性负载中的能量全部回馈至电池组，一方面使得电池组的能量消耗最小，另一方面避免了电池组在低温下过度不平衡放电，使得电极电位偏离平衡电极电位，导致电池的极化，进而造成电池的不可逆损坏。本领域技术人员应理解，根据实际的需求和工况，可以采用不同的调制策略来驱动变流器，因此各个充放电周期的充电阶段和放电阶段的时长可以根据需要设置成不相等的值。
在本申请的一些实施方案中，感性负载是电机的绕组，并且控制器被配置成控制变流器中的开关模块周期性地导通和断开，以使得电机不转动。本领域技术人员应理解，在电池组作为电机的驱动能源时，根据实际的应用，电机可以是单相电机也可以是多相电机，电机可以是交流电机也可以是直流电机；具体地，在电机为三相异步电机、三相同步电机或直流无刷电机等情况下，感性负载可以是电机的定子绕组，在电机为直流有刷电机等情况下，感性负载可以是电机的转子绕组。
在本申请的一些实施方案中，电机是三相电机，变流器是具有第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂的三相全桥电路；
其中控制器被配置成：
在电池组的充放电周期的放电阶段，闭合两个或三个开关模块，所闭合的开关模块位于不同的相桥臂，并且闭合至少一个位于上桥臂的开关模块和至少一个位于下桥臂的开关模块；并且
在电池组的充放电周期的充电阶段，断开在放电阶段闭合的开关模块，闭合在放电阶段闭合的开关模块所位于的上桥臂或下桥臂相对的下桥臂或上桥臂的开关模块。
应理解，变流器的相数可以与电机的相数对应，例如，在电机为四相电机时，变流器可以是四相变流器。
在本申请的一些实施方案中，控制器被配置成：
获取电池组的状态参数；
获取变流器的温度和电机的温度；
在状态参数、变流器的温度或电机的温度超出对应的参数安全范围时，生成停止加热请求，状态参数包括以下参数中的至少一个：电压、温度、荷电状态和绝缘阻值；并且
响应于停止加热请求，控制变流器的所有开关模块处于断开状态，并且将辅助加热机构与电池组断开连接。
在本申请的一些实施方案中，控制器被配置成：
获取安装电池组的车辆的状态信息；
在状态信息指示车辆不处于加热条件时，生成停止加热请求，状态信息包括以下信息中的至少一个：车辆的启动状态、车门状态、碰撞信息、上高压状态、环境温度；并且
响应于停止加热请求，控制变流器的所有开关模块处于断开状态，并且将辅助加热机构与电池组断开连接。
在一些实施方案中，辅助加热机构包括加热膜。在另一些实施方案中，辅助加热机构包括PTC加热器。
在本申请的一些实施方案中，辅助加热机构与电池组直接并联连接，并且通过辅助加热机构与电池组之间的开关来控制辅助加热机构与电池组的并联连接。在本申请的另一些实施方案中，辅助加热机构通过DC-DC变换器与电池组并联连接，并且通过辅助加热机构与DC-DC变换器之间的开关来控制辅助加热机构与电池组的并联连接。通过DC-DC变换器可以调节辅助加热机构两端的电压，以控制辅助加热机构的加热电流和加热功率。
本申请的第三方面提供了一种用电装置，所述用电装置包括：电池组；以及根据本申请的上述第二方面所述的电池加热系统。电池组可以用作上述装置的电源，也可以用作上述装置的能量存储单元。上述装置可以但不限于是移动设备(例如手机、笔记本电脑等)、电动车辆(例如纯电动车、混合动力电动车、插电式混合动力电动车、电动自行车、电动踏板车、电动高尔夫球车、电动卡车等)、电气列车、船舶及卫星、储能系统等。上述装置可以根据其使用需求来选择电池。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施方案，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据附图获得其他的附图。在附图中：
图1例示了根据本申请的一个实施方案的加热电池组的方法的流程图；
图2例示了根据本申请的一个实施方案的加热电池组的方法的流程图；
图3例示了根据本申请的一个实施方案的控制辅助加热机构与电池组的连接的方法的流程图；
图4例示了根据本申请的一个实施方案的电池加热系统的结构示意图；
图5例示了根据本申请的另一个实施方案的电池组加热系统的结构示意图；
图6例示了根据本申请的一个实施方案的加热电池组的方法中的预设直轴电流的波形的示意图；
图7例示了根据本申请的一个实施方案的电池组加热系统的控制模块的结构图；
图8例示了根据本申请的一个实施方案的电池组加热系统中的坐标变换的示意图；以及
图9例示了根据本申请的一个实施方案的用电装置的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请的实施方案进行详细的描述。以下实施方案仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方案的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
在本申请的实施方案的描述中，技术术语“第一”和“第二”等仅用于区别不同对象，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、特定顺序或主次关系。
在本文中提及“实施方案”意味着，结合实施方案描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施方案中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施方案，也不是与其它实施方案互斥的独立的或备选的实施方案。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施方案可以与其它实施方案相结合。
在本申请的实施方案的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本申请的实施方案的描述中，术语“多个”指的是两个以上(包括两个)，除非另有明确具体的限定。在本申请的实施方案的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，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。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的实施方案中的具体含义。
如果在本说明书或权利要求中按顺序陈述步骤，这未必意味着实施方案或方面限于所陈述的顺序。相反，可以想象还以不同的顺序或者彼此并行地执行所述步骤，除非一个步骤建立在另一步骤上，这绝对需要建立的步骤随后执行(然而这将在个体情况下会变得清晰起来)。因此，所陈述的顺序可以是优选的实施方案。
目前，电池不仅被应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，而且还被广泛应用于电动自行车、电动摩托车、电动汽车等电动交通工具，以及军事装备和航空航天等多个领域。随着电池应用领域的不断扩大，其市场的需求量也在不断地扩增。
本发明人研究发现，采用加热膜加热的升温速率较低，同时成本较高；采用PTC加热器加热的升温速率比采用加热膜加热的升温速率更高，但是其导热介质在极低温度下黏度增加，加热效果大大降低；采用电激发加热的升温速率很快，电池温度从-30℃跃升到10℃仅需15分钟左右，但是受限于诸如电池充放电电流、流过所采用的变换电路和激励元件的电流等参数。然而，15分钟的等待时间可能对于使用者仍太长，使用者希望在低温环境下尽可能快地使用由电池供电的用电设备。
为了提高温升速率，本发明人想到结合使用电激发内部加热方式与外部加热方式。在此基础上，本发明人经过深入研究发现，以锂电池为例，在相同的电压下，采用加热膜加热的升温速率一般在0.2～0.4℃/min，采用PTC加热器加热的升温速率一般在0.3～0.6℃/min，采用电激发内部加热的升温速率一般在2℃/min；由此可见，电激发内部加热的产热效率是外部加热(PTC加热器/加热膜)的3倍以上。
基于以上发现，为了使电激发内部加热方式与外部加热方式结合使用的加热效率最优，发明人设计了一种加热电池组的方法，通过在电池的放电阶段将外部辅助加热机构与电池并联，并且在电池的充电阶段将外部辅助加热机构与电池断开连接，使得在电池的放电阶段产生更大的放电电流并增加外部加热源，并且在电池的充电阶段使得能量全部用于内部加热，充分利用能量，使加热效率最优化。
图1例示了根据本申请的一个实施方案的加热电池组的方法100的流程图。如图1所示，在步骤102，检测是否接收到加热请求。如果接收到加热请求，则进入步骤104，否则重复步骤102。加热请求可以根据电池组的电压、温度和/或荷电状态等生成；例如，当电压大于预设电压阈值、荷电状态(State Of Charge，SOC)大于预设SOC阈值且温度低于预设温度阈值时，生成加热请求。
响应于加热请求，在步骤104，控制连接在电池组和感性负载之间的变流器中的开关模块导通和断开，以控制电池组与感性负载之间的放电和充电。
响应于对变流器中的开关模块导通和断开的控制命令，在步骤106，判断电池组是否处于放电阶段。如果电池组处于放电阶段，则将辅助加热机构与电池组并联连接，步骤108。如果电池组不处于放电阶段，则将辅助加热机构与电池组断开连接，步骤110。
在本申请的实施方案中，结合了电池内部加热与外部的辅助加热机构加热，进一步提高了加热速度，缩短了加热时间。具体地，在电池的充放电过程中，充电电流和放电电流流经电池的内部电阻产生热量，以对电池内部加热。在电池的放电阶段通过将电池与辅助加热机构并联来外部加热电池；在电池的充电阶段，不利用辅助加热机构来加热加热。由于流经变流器和感性负载的电流是受限的，所以在电池的放电阶段，电池与辅助加热机构并联，该方案不仅增加了外部加热源，而且增加了流经内部电阻的放电电流，提升了加热效率。此外，在电池的充电阶段，充电的能量来自于感性负载在放电阶段存储的能量；由于相同电压下电池的内部电阻的产热效率远大于外部辅助加热机构的产热效率，所以在电池的充电阶段断开辅助加热机构，以便感性负载的能量全部用于充电，使得加热效率最优。
在本申请的一些实施方案中，在生成加热请求前，需要确定是否满足电池加热条件。具体地，需要确认车辆的电机的当前工作状态、电池是否发生故障、三相交流电机是否发生故障、电机控制器是否发生故障以及导热回路是否发生故障，若电机的当前工作状态为非驱动状态，且电池、三相交流电机、电机控制器以及导热回路均没发生故障，则表明此时可以对电池进行加热；若电机的当前工作状态为驱动状态，或者电池、三相交流电机、电机控制器以及导热回路任意一个发生故障，则表明此时可以不对电池进行加热。
在本申请的一些实施方案中，通过获取档位信息和电机转速信息，并根据档位信息和电机转速信息获取电机的当前工作状态，使得在之后根据电机的工作状态判断电池组是否满足加热条件时，可以根据档位信息和电机转速信息进行判断，在任意一个条件不满足时便无法对电池组加热，防止车辆在正常行驶状态下对电池组加热，进而影响车辆性能。
图2例示了根据本申请的一个实施方案的加热电池组的方法200的流程图。如图2所示，在步骤202，检测是否接收到加热请求。如果接收到加热请求，则进入步骤204，否则重复步骤202。如上所述，加热请求可以根据电池组的电压、温度和/或荷电状态等生成；例如，当电压大于预设电压阈值、SOC大于预设SOC阈值且温度低于预设温度阈值时，生成加热请求。
响应于加热请求，在步骤204，控制连接在电池组和感性负载之间的变流器中的开关模块周期性地导通和断开，以控制电池组与感性负载之间周期性地放电和充电。
随后，在步骤206，采集与加热电池组相关的电流参数。
在步骤208，判断所采集的与加热电池组相关的电流参数是否超出预设的期望电流阈值区间；如果所采集的电流参数超出预设的期望电流阈值区间，则基于预设的期望电流阈值区间，调整电池组的充放电周期的充电阶段和放电阶段的时长，具体地，通过调整变流器的开关模块的开关频率来调节充电阶段和放电阶段的时长，步骤210。
在本申请的一些实施方案中，感性负载是电机的绕组，并且在步骤204中控制变流器中的开关模块周期性地导通和断开将使得电机不转动。本领域技术人员应理解，在电池组作为电机的驱动能源时，根据实际的应用，电机可以是单相电机也可以是多相电机，电机可以是交流电机也可以是直流电机；具体地，在电机为三相交流异步电机、三相交流同步电机或直流无刷电机等情况下，感性负载可以是电机的定子绕组；在电机为直流有刷电机等情况下，感性负载可以是电机的转子绕组。
在本申请的一些实施方案中，电机是三相交流电机，变流器是具有第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂的三相全桥电路；
其中在电池组的充放电周期的放电阶段，闭合两个或三个开关模块，所闭合的开关模块位于不同的相桥臂，并且闭合至少一个位于上桥臂的开关模块和至少一个位于下桥臂的开关模块；并且
在电池组的充放电周期的充电阶段，断开在放电阶段闭合的开关模块，闭合在放电阶段闭合的开关模块所位于的上桥臂或下桥臂相对的下桥臂或上桥臂的开关模块。
在电机为三相交流电机的实施方案中，可以获取驱动三相交流电机的预设的直轴电流id和预设的交轴电流iq；其中预设的直轴电流id可以被设置成期望的变流器的直流母线电流，并且预设的交轴电流iq可以被设置成使得三相交流电机输出的转矩值在目标范围内。具体地，预设的直轴电流id的方向可以在加热过程中呈周期性变化，预设的交轴电流iq可以使得三相交流电机输出的转矩值很小，即该转矩无法使得车辆移动、也不会对车辆传动机构零部件造成损伤，仅提供一个较小的输出力矩完成车辆传动机构的齿轮间预紧力即可，预设的交轴电流iq可以经过多次实验得到。
在三相交流电机的实施方案中，在获取到预设的直轴电流id和预设的交轴电流iq后，便可以控制三相变流器中开关模块的通断状态，即控制三相变流器中开关模块的通断时间，使得电池组的内阻根据预设的直轴电流id产生热量，并且在加热过程中可以根据预设的直轴电流id和预设的交轴电流iq控制三相变流器对三相交流电机的相电流进行调节。
具体的，如图6所示，加热过程包括多个充放电周期，每个充放电周期包括一个预设放电时长t1、一个预设充电时长t2与两个预设切换时长t3、t4，预设的直轴电流id在预设放电时长t1内方向为正且幅值不变，预设的直轴电流id在预设充电时长t2内方向为负且幅值不变，预设的直轴电流id在第一个预设切换时长t3内方向由正变化为负，且幅值变化，预设的直轴电流id在第二个预设切换时长t4内方向由负变化为正，且幅值变化；其中，预设放电时长t1与预设充电时长t2相等，第一预设切换时长t3与第二预设切换时长t4相等，且预设加热时长大于预设切换时长。通过将每个充放电周期各自的充电阶段和放电阶段的时长设置成相等，使得放电阶段存储在感性负载中的能量在充电阶段全部回馈至电池组。在这种实施方案中，将感性负载中的能量全部回馈至电池组，一方面使得电池组的能量消耗最小，另一方面避免了电池组在低温下过度不平衡放电使电极电位偏离平衡电极电位，导致电池的极化，进而造成电池的不可逆损坏。
如果在步骤208中判断得出，所采集的电流参数未超出预设的期望电流阈值区间，则不调整变流器的开关模块的开关频率，进入步骤212。
在步骤212中，获取电池组的状态参数、变流器的温度、电机的温度，并且获取车辆的状态信息；其中电池组的状态参数包括以下参数中的至少一个：电压、温度、荷电状态和绝缘阻值；车辆的状态信息包括以下信息中的至少一个：车辆的启动状态、车门状态、碰撞信息、上高压状态、环境温度。
然后，在步骤214，根据所获取的电池组的状态参数、变流器的温度、电机的温度和车辆的状态信息，判断是否达到停止加热条件；具体地，判断电池组的状态参数、变流器的温度或电机的温度是否超出对应的参数安全范围，以及判断车辆的状态信息是否指示车辆不处于加热条件。
如果达到停止加热条件，则生成停止加热请求，停止加热，步骤216；具体地，控制变流器的所有开关模块处于断开状态，并且将辅助加热机构与电池组断开连接。如果未达到停止加热条件，则返回步骤204。
本领域技术人员应理解，在不影响后续步骤的情况下，可以以与所描述的顺序不同的顺序执行步骤206-214，并且这些步骤也可能同时执行。
图3例示了根据本申请的一个实施方案的控制辅助加热机构与电池组连接的方法300的流程图。如图3所示，在步骤302，接收到加热请求。响应于加热请求，在步骤304，生成变流器开关驱动信号。然后，在步骤306，根据开关开关驱动信号，判断电池组是否处于放电阶段。
在电池组处于放电阶段时，将辅助加热机构与电池组并联连接，步骤310。在电池组不处于放电阶段时，将辅助加热机构与电池组断开连接，步骤312。在本申请的一些实施方案中，参考图6中所例示的预设的直轴电流id的波形，在预设放电时长t1，将辅助加热机构与电池组并联连接，在预设充电时长t2，将辅助加热机构与电池组断开连接。
图4例示了根据本发明的一个实施方案的电池加热系统的结构示意图。电池加热系统包括：变流器P2，变流器P2的直流端与电池组P1的正极和负极连接；感性负载L1、L2和L3，与变流器P2的交流端连接；辅助加热机构Ra，与电池组P1并联连接；以及控制器P4，分别与变流器P2和电机绕组L1、L2和L3连接，其中控制器P4被配置成：响应于加热请求，控制变流器P2中的开关模块周期性地导通和断开，以控制电池组P1与电机绕组L1、L2和L3之间周期性地放电和充电；在电池组P1的放电阶段，将辅助加热机构Ra的与电池组P1并联连接；以及在电池组P1的充电阶段，将辅助加热机构Ra与电池组P1断开连接。在该实施方案中的辅助加热机构Ra可以为加热膜，也可以是PTC加热器。在电池组P1的放电阶段，控制器P4将开关K3和K4闭合，将辅助加热机构Ra与电池组P1并联连接；以及在电池组P1的充电阶段，控制器P4将开关K3和/或K4断开，将加热膜与电池组P1断开连接。在此实施方案中例示了两个开关K3和K4，应理解，这两个开关可以用一个开关替代。在本申请的一个实施例中，参考图6中所例示的预设的直轴电流id的波形，在第一个预设切换时长t3开始时，将开关K3和K4闭合，在第二个预设切换时长t4开始时，将开关K3和/或K4断开。
在图4的实施方案中，电机P3是三相交流电机，并且变流器P2是三相全桥电路。应理解，图4仅是一个示例性的实施方案，根据实际的应用需求，电机P3可以是单相电机、两相电机、四相电机或更多相的电机，相应地变流器P2可以是单相电路、两相电路、四相电路或更多相的电路。
在本申请的一些实施方案中，控制器P4包括电池管理系统P41、整车控制器P43和电机控制器P42。电池管理系统P41用于获取电池组P1的状态参数，如果电池组P1的状态参数满足预设加热条件，则向整车控制器P43发送加热请求；如果在电池组P1加热时获取的电池组P1的状态参数异常，则向整车控制器P43发送停止加热请求。在本申请的一些实施方案中，电池组P1的状态参数包括以下参数中的至少一个：电压、温度、SOC和绝缘阻值。应理解，电池组P1的状态参数还可以是表征电池组P1状态的其他参数，包括但不限于，电池组P1的电流、健康状态(State Of Health,SOH)、放电功率、内阻等。
在本申请的一些实施方案中，如果电池管理系统P41判定电池组P1的温度大于等于预期温度阈值，则将表征电池组温度正常、无需对其加热的信息上报至整车控制器P43，以供整车控制器P43根据该信息向电池管理系统P41下发用于指示电池管理系统P41高压上电的上电指令。
在本申请的一些实施例中，若电池组P1的状态参数包括电池组P1的荷电状态，预设加热条件包括电池组P1的荷电状态高于荷电状态阈值。荷电状态阈值表征本次加热预计消耗的荷电状态。其中，荷电状态阈值可以根据工作场景和工作需求设定，包括但不限于，预期加热温度、当前温度、电池组自加热性能等。如果电池组P1的荷电状态高于荷电状态阈值，则表示电池组P1当前的电量足以提供进入加热模式所需的电量，如果电池组P1的荷电状态小于低于荷电状态阈值，则表示无法为本次加热的提供足够电量。
电机控制器P42用于监测电机P3是否处于非工作状态，并向整车控制器P43发送电机P3的工作状态信息；以及用于响应控制信号，控制变流器P2的开关模块周期性地导通和断开，以加热电池组P1。
在本申请的一些实施例中，电机P3处于非工作状态，表征电机P3当前未处于将电能转换为机械能的工作过程中。在一些实施例中，电机P3处于非工作状态，也可以说是电机P3处于停机状态。在一些实施例中，如果电机控制器P42判定电机P3处于工作状态，则向整车控制器P43上报电机P3处于工作状态的信息，以供整车控制器P43停止控制电池组加热系统对电池组P1加热。
整车控制器P43用于监测安装电池组P1的车辆的状态信息，以及用于响应加热请求、电机工作状态信息和停止加热请求，并向电机控制器P42发送控制信号。
在本申请的一些实施例中，在对电池组加热系统进行控制之前，还需要确认电池组加热系统的控制系统P4的各控制器件是否处于正常工作状态。该过程中，整车控制器P43，还用于如果检测到车辆启动信号，判断整车控制器P43的状态、电池管理系统P41的状态和电机控制器P42的状态是否为正常工作状态。
在一些实施方案中，变流器P2中的开关模块P21、P22、P23、P24、P25、P26根据电机控制器P42生成的驱动信号导通和断开。特别地，在电池组P1的充放电周期的放电阶段，闭合这些开关模块中的两个或三个开关模块，所闭合的开关模块位于不同的相桥臂，并且闭合至少一个位于上桥臂的开关模块和至少一个位于下桥臂的开关模块；换言之，可能闭合P21、P24、P26，闭合P22、P23、P26，闭合P22、P24、P25，闭合P21、P23、P26，闭合P21、P24、P25，或者闭合P22、P23、P25。在电池组P1的充放电周期的充电阶段，断开在放电阶段闭合的开关模块，闭合在放电阶段闭合的开关模块所位于的上桥臂或下桥臂相对的下桥臂或上桥臂的开关模块。
变流器P2中的各个开关模块可以包括绝缘栅双极型晶体管(Insulated GateBipolar Transistor，IGBT)芯片、IGBT模块、金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)等功率开关器件中的一种或多种。在此对开关模块中各个IGBT器件和MOSFET器件等的组合方式及连接方式并不限定。对上述功率开关器件的材料类型也不做限定，比如，可采用碳化硅(即SiC)或其他材料制得的功率开关器件。值得一提的是，上述功率开关器件具有二极管，例如反并联的二极管。具体可以为寄生二极管或特意设置的二极管。二极管的材料类型也不做限定，比如，可采用硅(即Si)、碳化硅或其他材料制得的二极管。
图5例示了根据本发明的另一个实施方案的电池加热系统的结构示意图。在图5中，辅助加热机构可以为PTC加热器，也可以为加热膜。在PTC加热器的实施方案中，PTC加热器通过DC-DC变换器P5与电池组P1并联连接。在一些实施方案中，开关K3和K4保持常闭状态，在电池组P1的放电阶段，控制器P4将开关K7闭合，将PTC加热器与电池组P1并联连接；以及在电池组P1的充电阶段，控制器P4将开关K7断开，将PTC加热器与电池组P1断开连接。通过DC-DC变换器P5可以调节PTC加热器两端的电压，以控制PTC加热器的加热电流和加热功率。通过提高加热电流，可以提高加热功率，使得PTC加热器的加热功率不受限于电池组P1两端的电压。
在图4和图5中示出的实施方案中，通过控制开关模块P21、P22、P23、P24、P25、P26的导通和断开，尤其是开通关断时间与开关频率，使得电机控制器P42根据预设的直轴电流id和预设的交轴电流iq控制三相变流器P2对三相交流电机P3的相电流进行调节。在电机控制器P42控制三相变流器P2对三相交流电机P3的相电流调节过程中，预设的直轴电流id的方向呈周期性变化，如前面参考图6所描述的。在本申请的实施方案中，在电机控制器P42控制三相变流器P2对三相交流电机P3的相电流调节过程中，控制预设的直轴电流id呈在预设放电时长t1和预设充电时长t2内，电流幅值不变，而方向呈正向与反向交替变化，如此将使得三相变流器P2中同一相的功率开关器件上下桥臂开关次数均匀，器件寿命均衡。
此外，在电机控制器P42控制三相变流器P2对三相交流电机P3的相电流调节过程中，预设的交轴电流iq为一个幅值恒定的交轴电流，且该幅值是经过大量实验得到的、可使得电机轴输出转矩值较小的电磁转矩，并且该电磁转矩无法使得车辆移动，也不会对车辆传动机构零部件造成损伤，其仅提供一个较小的输出力矩以完成车辆传动机构的齿轮间隙啮合或预紧力即可。
在本申请的一些实施方案中，控制器P4在根据预设直轴电流id以及预设交轴电流iq控制三相变流器P2对三相交流电机P3的相电流进行调节时，需要在对电池组加热前，电机控制器P42获取三相交流电机P3的当前三相电流值与电机转子位置角度信息，并根据电机转子位置角度信息将当前三相电流值变换为直轴电流与交轴电流，进而在加热过程中根据直轴电流、交轴电流、预设直轴电流以及预设交轴电流控制三相变流器P2对三相交流电机P3的相电流进行调节。
在本申请的一个实施方案中，如图7所示，控制器P4还包括前馈解耦单元P423、坐标变换单元P424、开关信号获取单元P425，前馈解耦单元P423与坐标变换单元P424连接，坐标变换单元P424与开关信号获取单元P425以及三相交流电机P3连接，开关信号获取单元P425与电机控制器P42连接，电机控制器P422与三相交流电机P3连接。具体地，控制器P4在获取到直轴电流与交轴电流后，将直轴电流和交轴电流分别与预设直轴电流id和预设交轴电流iq进行比较，使得根据预设直轴电流id和预设交轴电流iq对直轴电流和交轴电流进行调整，进而使得根据预设直轴电流id和预设交轴电流iq控制三相变流器P2。当根据预设直轴电流id和预设交轴电流iq对直轴电流和交轴电流进行调整后，该调整结果输出至前馈解耦单元P423，前馈解耦单元P423对比较结果进行解耦后获取直轴电压Ud与交轴电压Uq，坐标变换单元P424对直轴电压Ud与交轴电压Uq进行坐标变换以获取第一电压Uα和第二电压Uβ，开关信号获取单元135根据第一电压Uα与第二电压Uβ获取开关信号，电机控制器P42根据开关信号控制三相变流器P2对三相交流电机P3的相电流进行调节。在这种实施方式中，通过根据预设直轴电流id和预设交轴电流iq对获取的直轴电流和交轴电流进行调整，以获取相应的调整结果，并将该调整结果进行一系列变化后得到三相变流器P2的开关信号，使得电机控制器P42根据该开关信号控制三相变流器P2对三相交流电机P3的相电流进行调节，实现了三相交流电机闭环控制的控制，以及加热功率的调节，增强了电池加热过程中的有效性，减小对电机等零部件的损耗。
在本申请的一个实施方案中，控制器P4根据电机转子位置角度信息和前馈解耦单元当前三相电流值获取直轴交流与交轴电流的具体过程为：
在对电池加热前，控制器P4获取到三相交流电机P3的当前三相电流值与电机转子位置角度信息后，坐标变换单元P424将当前三相电流值由自然坐标系变换到静止坐标系，并根据电机转子位置角度信息将静止坐标系下的当前三相交流值变换为同步旋转坐标系下的直轴电流与交轴电流(如图8所示)。
在这种实施方案中，通过将当前三相电流值由自然坐标系变换到静止坐标系，并根据电机转子位置角度信息将静止坐标系下的当前三相交流值变换为同步旋转坐标系下的直轴电流与交轴电流，使得控制器P4在根据获取的直轴电流与交轴电流控制三相变流器P2对三相交流电机P3的相电流进行调节时，可以基于同一坐标系下的标准，提高了调节过程中的准确性。
如图7所示，在获取到三相交流电机P3的当前三相电流值和电机转子位置角度信息后，坐标变换单元P424通过clark变换将自然坐标系ABC下的变量变换到静止坐标系α-β下的变量，之后再通过park变换将静止坐标系α-β下的变量变换到同步旋转坐标系d-q下的变量，并且在整个坐标变换中遵循幅值不变条件，变换矩阵前加入变换系数2/3。
具体地，在坐标变换单元P424将自然坐标系ABC下的变量变换到静止坐标系α-β下的变量时，其根据变换矩阵对自然坐标系ABC下的变量进行变换，而坐标变换单元P424在将静止坐标系α-β下的变量变换到同步旋转坐标系d-q下的变量时，其根据变换矩阵/>对静止坐标系α-β下的变量进行变换，然后将两个变换相乘，便可得到自然坐标系ABC到同步旋转坐标系d-q的变换矩阵式中θ为三相交流电机P3的转子直轴与三相交流电机P3的A相绕组间夹角(电机转子位置角度信息)，经过变换矩阵T3s/2r后可以将自然坐标系ABC下的三相电流变换为交直轴电流，直轴电流为励磁电流，交轴电流为转矩电流，即仅交轴电流和电机轴端输出转矩相关，因此在加热过程中，控制交轴电流便可以控制电机轴端转矩的输出。
根据三相交流电机P3的电机轴端的输出转矩计算公式 可以看出，交轴电流iq等于零时电机轴端无转矩输出，然而由于在实际使用中若要控制交轴电流为零，即不产生电机的电磁转矩，则必须准确获取电机的零位，而受限于电机零位标定方法准确性与信号采集精度等因素，若电机的零位不准确，则控制算法无法控制交轴电流恒为零，进而导致交轴电流值会在零附近波动，使得整车产生抖动，抖动的强度在不同工况下也会不同，若此时车上有驾乘人员，则会产生不良的驾乘感受，为了消除该弊端，本申请实时控制预设交轴电流iq的幅值为一恒定的合适值，该值无法使得车辆有移动或振动的趋势与感受，也不会对车辆传动机构造成潜在损伤，仅仅使得电机轴输出一个较小幅值的转矩，处于传动机构机械强度可接受的范围内，如此将产生一个类似预紧力的效果，消除传动机构间的啮合间隙，可以确保驾乘人员的良好感受，也可以确保车辆正常实现电池组的加热；其中，Te表示电机轴端输出转矩，p表示电机极对数，/>表示电机永磁体磁链，Ld表示直轴电感，Lq表示交轴电感，id表示直轴电流，iq表示交轴电流。
此外，为了防止三相变流器P2的同一相桥臂功率开关的开关次数不均从而引起器件寿命不均的问题，本申请的实施方案提供的电池加热系统在对三相交流电机P3的相电流进行调节时，提供一个方向周期性变化的预设直轴电流，该预设直轴电流在一个周期内，前半个周期电流方向为正，而后半个周期内电流方向为负，从而使得三相变流器P2中同一相的功率开关器件上下桥臂开关次数均匀，器件寿命均衡。
进一步地，在对采集的变量进行坐标变换以获取到直轴电流和交轴电流后，便可将该直轴电流和交轴电流分别与预设直轴电流iq和预设交轴电流id进行比较，并将比较结果反馈给前馈解耦单元P423，前馈解耦单元P423通过前馈补偿的方式对变量进行完全解耦，解耦完成后获取到的直轴电压Ud和交轴电压Uq被再次传输至坐标变换单元P424，通过反park变换矩阵得到静止坐标系中电压变量Uα与Uβ，随后Uα与Uβ被传输至开关信号获取单元P424，开关信号获取单元P424通过空间矢量脉宽调制算法(SVPWM)得到控制三相变流器P2的六路开关信号，电机控制器P42通过该六路开关信号控制三相变流器P2中的功率开关器件进行开关动作，以此控制流经三相交流电机P3的三相电流值大小。
在本申请的实施方案中，在电池组P1的加热过程期间，由于任何一个器件在温度过高的情况下均会发生损坏，因此需要实时监测三相交流电机P3和三相变流器P2中功率器件的温度，若检测到三相变流器P2或者三相交流电机P3中任何一个的温度超过温度阈值，则将预设直轴电流id的电流幅值减小或者将预设直轴电流id置零。因此，使得流经三相交流电机P3的三相绕组的相电流值也会减小或为0，如此使得电机P3的发热功率降低，进而使得三相变流器P2中的功率单元温度与三相交流电机P3的三相绕组温度降低，从而在保证加热效果的同时也不会对整车零部件造成损坏。
在本申请的一些实施方案中，电池管理系统P41实时监测电池组P1的温度，若电池组P1的温度达到指定加热温度，则停止向动力电池加热；此时，需要减小直轴电流。通过这样的设置，有效防止电池组P1过热而导致防止电池组P1发生损坏，提高了电池组P1的使用寿命。
图9是作为一个示例的装置。该装置为纯电动车、混合动力电动车、或插电式混合动力电动车等。作为另一个示例的装置可以是手机、平板电脑、笔记本电脑等。作为另一个示例的装置可以是电气列车、船舶及卫星、储能系统等。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (17)

1.一种加热电池组的方法，其特征在于，所述电池组经由变流器与感性负载连接，所述方法包括：
在接收到加热请求时，控制所述变流器中的开关模块导通和断开，以控制所述电池组与所述感性负载之间的放电和充电；
其中在所述电池组的放电阶段，将所述电池组与辅助加热机构并联连接；并且
其中在所述电池组的充电阶段，将所述辅助加热机构与所述电池组断开连接；
获取所述电池组的状态参数；
所述感性负载是电机的绕组，获取所述变流器的温度和所述电机的温度；
在所述状态参数、所述变流器的温度或所述电机的温度超出对应的参数安全范围时，生成停止加热请求，所述状态参数包括以下参数中的至少一个：电压、温度、荷电状态和绝缘阻值；以及
响应于所述停止加热请求，控制所述变流器的所有开关模块处于断开状态，并且将所述辅助加热机构与所述电池组断开连接。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
采集与加热所述电池组相关的电流参数；以及
在与加热所述电池组相关的电流参数超出预设的期望电流阈值区间时，基于所述预设的期望电流阈值区间，调整所述电池组的充放电周期的所述充电阶段和所述放电阶段的时长，以使得所述电流参数回归所述预设的期望电流阈值区间。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述电池组的充放电周期的所述充电阶段和所述放电阶段的时长相等。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述变流器中的开关模块被设置成周期性地导通和断开，以使得所述电机不转动。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述电机是三相电机，所述变流器是具有第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂的三相全桥电路；
其中在所述电池组的充放电周期的所述放电阶段，闭合两个或三个开关模块，所闭合的开关模块位于不同的相桥臂，并且闭合至少一个位于上桥臂的开关模块和至少一个位于下桥臂的开关模块；并且
在所述电池组的充放电周期的所述充电阶段，断开在所述放电阶段闭合的开关模块，闭合在所述放电阶段闭合的开关模块所位于的上桥臂或下桥臂相对的下桥臂或上桥臂的开关模块。
6.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
获取安装所述电池组的车辆的状态信息；
在所述状态信息指示所述车辆不处于加热条件时，生成停止加热请求，所述状态信息包括以下信息中的至少一个：车辆的启动状态、车门状态、碰撞信息、上高压状态、环境温度；以及
响应于所述停止加热请求，控制所述变流器的所有开关模块处于断开状态，并且将所述辅助加热机构与所述电池组断开连接。
7.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述辅助加热机构包括加热膜。
8.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述辅助加热机构包括PTC加热器。
9.一种电池加热系统，其特征在于，所述电池加热系统包括：
变流器，所述变流器的直流端与电池组的正极和负极连接；
感性负载，与所述变流器的交流端连接；
辅助加热机构，与所述电池组并联连接；以及
控制器，所述控制器分别与所述变流器和所述感性负载连接，其中所述控制器被配置成：
响应于加热请求，控制所述变流器中的开关模块导通和断开，以控制所述电池组与所述感性负载之间的放电和充电；
在所述电池组的放电阶段，将所述辅助加热机构与所述电池组并联连接；并且
在所述电池组的充电阶段，将所述辅助加热机构与所述电池组断开连接；
所述感性负载是电机的绕组，所述控制器被配置成：
获取所述电池组的状态参数；
获取所述变流器的温度和所述电机的温度；
在所述状态参数、所述变流器的温度或所述电机的温度超出对应的参数安全范围时，生成停止加热请求，所述状态参数包括以下参数中的至少一个：电压、温度、荷电状态和绝缘阻值；并且
响应于所述停止加热请求，控制所述变流器的所有开关模块处于断开状态，并且将所述辅助加热机构与所述电池组断开连接。
10.根据权利要求9所述的电池加热系统，其特征在于，所述控制器被配置成：
采集与加热所述电池组相关的电流参数；并且
在与加热所述电池组相关的电流参数超出预设的期望电流阈值区间时，基于所述预设的期望电流阈值区间调整所述电池组的充放电周期的所述充电阶段和所述放电阶段的时长，以使得所述电流参数回归所述预设的期望电流阈值区间。
11.根据权利要求10所述的电池加热系统，其特征在于，所述电池组的充放电周期的所述充电阶段和所述放电阶段的时长相等。
12.根据权利要求9至11中的任一项所述的电池加热系统，其特征在于，所述控制器被配置成控制所述变流器中的开关模块周期性地导通和断开，以使得所述电机不转动。
13.根据权利要求12所述的电池加热系统，其特征在于，所述电机是三相电机，所述变流器是具有第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂的三相全桥电路；
其中所述控制器被配置成：
在所述电池组的充放电周期的所述放电阶段，闭合两个或三个开关模块，所闭合的开关模块位于不同的相桥臂，并且闭合至少一个位于上桥臂的开关模块和至少一个位于下桥臂的开关模块；并且
在所述电池组的充放电周期的所述充电阶段，断开在所述放电阶段闭合的开关模块，闭合在所述放电阶段闭合的开关模块所位于的上桥臂或下桥臂相对的下桥臂或上桥臂的开关模块。
14.根据权利要求9-11中的任一项所述的电池加热系统，其特征在于，所述控制器被配置成：
获取安装所述电池组的车辆的状态信息；
在所述状态信息指示所述车辆不处于加热条件时，生成停止加热请求，所述状态信息包括以下信息中的至少一个：车辆的启动状态、车门状态、碰撞信息、上高压状态、环境温度；并且
响应于所述停止加热请求，控制所述变流器的所有开关模块处于断开状态，并且将所述辅助加热机构与所述电池组断开连接。
15.根据权利要求9-11中的任一项所述的电池加热系统，其特征在于，所述辅助加热机构包括加热膜。
16.根据权利要求9-11中的任一项所述的电池加热系统，其特征在于，所述辅助加热机构包括PTC加热器。
17.一种用电装置，所述用电装置包括：
电池组；以及
根据权利要求9-16中的任一项所述的电池加热系统。
CN202180036002.4A 2021-08-31 2021-08-31 加热电池的方法、电池加热系统及用电装置 Active CN115868065B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CN2021/115586 WO2023028817A1 (zh) 2021-08-31 2021-08-31 加热电池的方法、电池加热系统及用电装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115868065A CN115868065A (zh) 2023-03-28
CN115868065B true CN115868065B (zh) 2024-02-20

Family

ID=85289032

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202180036002.4A Active CN115868065B (zh) 2021-08-31 2021-08-31 加热电池的方法、电池加热系统及用电装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230062270A1 (zh)
JP (1) JP2023542564A (zh)
KR (1) KR20230035505A (zh)
CN (1) CN115868065B (zh)
WO (1) WO2023028817A1 (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111347935B (zh) * 2018-12-21 2021-10-22 比亚迪股份有限公司 一种车辆及其动力电池加热装置与方法
US11929475B2 (en) 2022-06-23 2024-03-12 GM Global Technology Operations LLC Battery heating during vehicle operation and/or during vehicle charging
CN116315301B (zh) * 2023-05-16 2023-08-18 惠州市乐亿通科技有限公司 储能系统电池加热管理方法和装置
CN116505139B (zh) * 2023-06-30 2024-03-29 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池加热控制方法、装置、电子设备及电池加热电路
CN117013145B (zh) * 2023-09-12 2024-01-30 比亚迪股份有限公司 电池包自加热方法、电池包、用电装置及车辆
CN117352910A (zh) * 2023-12-05 2024-01-05 深圳市德兰明海新能源股份有限公司 电池系统、加热方法、装置、计算机设备和存储介质

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008125199A (ja) * 2006-11-09 2008-05-29 Sanyo Electric Co Ltd パック電池の制御方法
JP2016052158A (ja) * 2014-08-29 2016-04-11 スズキ株式会社 バッテリパックの放電装置
CN106450586A (zh) * 2016-07-25 2017-02-22 北京理工大学 一种基于lc谐振和ptc电阻带进行加热的电源系统及车辆
CN107666026A (zh) * 2016-07-28 2018-02-06 杭州波谱莱新能源科技有限公司 一种电动车锂离子动力电池组加热装置和方法
CN110015202A (zh) * 2019-03-28 2019-07-16 清华大学 电动汽车电池加热方法
CN110970965A (zh) * 2019-06-24 2020-04-07 宁德时代新能源科技股份有限公司 开关控制装置及方法、电机控制器和电池组加热控制系统
CN110970690A (zh) * 2018-12-29 2020-04-07 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池加热系统及其控制方法
CN110962631A (zh) * 2018-12-29 2020-04-07 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池加热系统及其控制方法
CN110962692A (zh) * 2019-06-24 2020-04-07 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池组加热系统及其控制方法
CN111347925A (zh) * 2018-12-21 2020-06-30 比亚迪股份有限公司 一种车辆、电机控制电路、动力电池充电方法与加热方法
CN111660875A (zh) * 2020-06-04 2020-09-15 比亚迪股份有限公司 车辆、能量转换装置及其控制方法
CN112601297A (zh) * 2020-12-15 2021-04-02 北京理工大学 一种用于动力电池的复合交流加热装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016200663A1 (de) * 2016-01-20 2017-07-20 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Regeln der Zwischenkreisspannung eines Hybrid- oder Elektro-Fahrzeugs nach Abtrennen der Hochvoltbatterie
CN108682909B (zh) * 2018-05-22 2021-06-08 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池组系统及其控制方法、管理设备
CN209479443U (zh) * 2018-12-29 2019-10-11 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种电池加热系统
US20210126302A1 (en) * 2019-10-25 2021-04-29 Joel Hooper Battery module with integrated heater

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008125199A (ja) * 2006-11-09 2008-05-29 Sanyo Electric Co Ltd パック電池の制御方法
JP2016052158A (ja) * 2014-08-29 2016-04-11 スズキ株式会社 バッテリパックの放電装置
CN106450586A (zh) * 2016-07-25 2017-02-22 北京理工大学 一种基于lc谐振和ptc电阻带进行加热的电源系统及车辆
CN107666026A (zh) * 2016-07-28 2018-02-06 杭州波谱莱新能源科技有限公司 一种电动车锂离子动力电池组加热装置和方法
CN111347925A (zh) * 2018-12-21 2020-06-30 比亚迪股份有限公司 一种车辆、电机控制电路、动力电池充电方法与加热方法
CN110970690A (zh) * 2018-12-29 2020-04-07 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池加热系统及其控制方法
CN110962631A (zh) * 2018-12-29 2020-04-07 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池加热系统及其控制方法
CN110015202A (zh) * 2019-03-28 2019-07-16 清华大学 电动汽车电池加热方法
CN110970965A (zh) * 2019-06-24 2020-04-07 宁德时代新能源科技股份有限公司 开关控制装置及方法、电机控制器和电池组加热控制系统
CN110962692A (zh) * 2019-06-24 2020-04-07 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池组加热系统及其控制方法
CN112373351A (zh) * 2019-06-24 2021-02-19 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池组加热方法
CN111660875A (zh) * 2020-06-04 2020-09-15 比亚迪股份有限公司 车辆、能量转换装置及其控制方法
CN112601297A (zh) * 2020-12-15 2021-04-02 北京理工大学 一种用于动力电池的复合交流加热装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230035505A (ko) 2023-03-14
CN115868065A (zh) 2023-03-28
EP4169767A1 (en) 2023-04-26
JP2023542564A (ja) 2023-10-11
WO2023028817A1 (zh) 2023-03-09
US20230062270A1 (en) 2023-03-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN115868065B (zh) 加热电池的方法、电池加热系统及用电装置
US11876197B2 (en) Vehicle and power battery heating apparatus and method thereof
Perreault et al. Automotive power generation and control
US20220085746A1 (en) Electric motor driving apparatus, control method, vehicle, and readable storage medium
US8143824B2 (en) Regenerating braking system including synchronous motor with field excitation and control method thereof
US20230097060A1 (en) Energy conversion device and vehicle
US20090289497A1 (en) Power Supply System, Vehicle with the Same, Temperature Increase Control Method for Power Storage Device and Computer-Readable Recording Medium Bearing Program Causing Computer to Execute Temperature Increase Control of Power Storage Device
US20160280076A1 (en) Power Conversion Device
US8593101B2 (en) Power converting device with reduced switching loss
US20130033232A1 (en) Storage battery device
US10875418B2 (en) Charge control apparatus and system
KR20030020270A (ko) 동력 출력장치 및 이것을 탑재하는 차량, 동력 출력장치의제어방법 및 기억매체 및 프로그램, 구동장치 및 이것을탑재하는 차량, 구동장치의 제어방법 및 기억매체 및프로그램
WO2007041948A2 (fr) Systeme de commande multiplicateur de demarrage et de generation et procede d'utilisation de ce systeme et vehicule dynamique hybride a deplacement electrique utilisant ce systeme et ce procede
US20220355674A1 (en) Energy conversion apparatus and vehicle
CN101341649A (zh) 交流发电机
Negahdari et al. Efficiency enhancement of multiphase electric drives at light-load operation considering both converter and stator copper losses
KR20190119780A (ko) 차량용 인버터 시스템 및 그 제어방법
CN115917836B (zh) 充放电电路、系统及其控制方法
US20240001777A1 (en) Electric drive system, powertrain, heating method, and electric vehicle
CN103166220A (zh) 一种离网式斯特林供电系统结构及控制方法
US20240056013A1 (en) Controller for drive motor and related device thereof
US20240001776A1 (en) Motor control unit, power train, control method, and electric vehicle
US10651740B1 (en) Buck-boost converter for an electric drive
Wang et al. Control of a cascaded permanent magnet switched reluctance generator for automobile generation application
US11418143B2 (en) Control method and apparatus, power system, and electric vehicle

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant