CN115956332A - 充放电电路、系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例提供一种充放电电路、系统及其控制方法，包括：供电模块，包括至少第一电池组；以及逆变模块，包括M相桥臂，M为大于0的正整数；以及充放电控制模块，包括充放电回路切换桥臂；以及驱动模块，包括M相电机；其中，所述第一电池组、所述M相桥臂以及所述充放电回路切换桥臂并联连接；所述M相桥臂的上下桥臂连接点分别与所述M相电机的M相绕组一一对应连接；所述充放电回路切换桥臂的上下桥臂连接点与所述M相电机连接。通过充放电回路切换桥臂的上下桥臂连接点与所述M相电机连接，从而允许流经M相电机的电流的大小与相位相同，从而避免电机在加热工况下由于定子磁场不均匀产生的噪声。

Description

充放电电路、系统及其控制方法
技术领域
本申请涉及电池技术领域，特别是涉及一种充放电电路、系统及其控制方法。
背景技术
由于具有能量密度高、可循环充电、安全环保等优点，动力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。
但是低温环境下动力电池的使用会受到一定限制。具体地，动力电池在低温环境下的放电容量会严重衰退，以及电池在低温环境下无法充电。因此，为了能够正常使用动力电池，需要在低温环境下为动力电池进行加热。
传统的动力电池加热技术可能会导致在利用电机回路加热动力电池的过程中，电机振动噪声过大的问题。
发明内容
本申请实施例提供了一种充放电电路、系统及其控制方法，能够有效抑制利用电机回路加热电池时电机的振动噪声。
第一方面，提供了一种充放电电路，包括：供电模块、逆变模块、充放电控制模块以及驱动模块；其中，供电模块包括至少第一电池组；逆变模块包括M相桥臂，M为大于0的正整数；以及充放电控制模块包括充放电回路切换桥臂；驱动模块包括M相电机；第一电池组、所述M相桥臂以及所述充放电回路切换桥臂并联连接；所述M相桥臂的上下桥臂连接点分别与所述M相电机的M相绕组一一对应连接；所述充放电回路切换桥臂的上下桥臂连接点与所述M相电机连接。
通过充放电回路切换桥臂的上下桥臂连接点与所述M相电机连接，从而允许流经M相电机的电流的大小与相位相同，从而避免电机在加热工况下由于定子磁场不均匀产生的噪声。
第二方面，提供了一种充放电电路，包括：供电模块、逆变模块、充放电控制模块、驱动模块以及开关单元；其中，供电模块包括至少第一电池组以及第二电池组；逆变模块包括M相桥臂，M为大于0的正整数；充放电控制模块包括充放电回路切换桥臂；以及驱动模块包括M相电机；第一电池组、M相桥臂并联连接，第一电池组的第一端、M相桥臂的上桥臂共线连接；M相桥臂的上下桥臂连接点分别与M相电机的M相绕组一一对应连接；充放电回路切换桥臂的上下桥臂连接点与M相电机连接；第二电池组的第一端与充放电回路切换桥臂的上桥臂共线连接；第二电池组的第二端与第一电池组的第二端、M相桥臂、充放电回路切换桥臂的下桥臂共线连接；开关单元设置于第一电池组的第一端与第二电池组的第一端之间。
通过设置充放电回路切换桥臂能够实现M向电机的输出电流流向的切换，以控制供电单元的充放电过程，使得在利用M相电机的回路为供电模块加热时，能够提升充电电流的大小，提高充电效率。此外，通过充放电回路切换桥臂的上下桥臂连接点与所述M相电机连接，使得M相电机能够产生零序电流，从而避免电机在运转时由于磁场不均匀导致转子发热，进而导致电机退磁。
在一种可能的实现方式中，在M相电机与充放电回路切换桥臂之间设置至少一个外接电感单元。
在一种可能的实现方式中，充放电回路切换桥臂上下桥臂连接点与至少一个外接电感单元的一端连接，至少一个外接电感单元的另一端与M相电机的M相绕组连接点连接。
通过设置外接储能元件，能够有效提高电机绕组等储能元件的阻抗，使得供电模块的充放电电流能够稳定维持较大的水平，从而能够有效提升供电模块的充放电效率，提高电池加热速率。
在一种可能的实现方式中，M相电机为双电机，包括第一M相电机及第二M相电机；其中，第一M相电机的M相绕组连接点与第二M相电机的M相绕组连接点连接。
在一种可能的实现方式中，M相桥臂的上下桥臂连接点分别与第一M相电机的M相绕组一一对应连接。
在一种可能的实现方式中，充放电回路切换桥臂的上下桥臂连接点分别与第二M相电机的M相绕组一一对应连接。
通过将双电机的绕组连接点进行连接，同时控制电机控制器导通切换，控制流入电机与流出电机的电流始终保持同向，使得电机在加热过程中绕组产生的合成磁场降到最低，能够有效降低电机的振动噪声及转子发热问题。
第三方面，提供了一种充放电系统，该系统包括控制模块以及上述的充放电电路；控制模块，用于向充放电电路发送指令以控制供电模块进行充放电。
第四方面，提供了一种充放电控制方法，应用于用电系统，该用电系统包括：控制模块以及充放电电路；充放电电路包括：供电模块、逆变模块、充放电控制模块以及驱动模块，其中，供电模块包括至少第一电池组；逆变模块包括M相桥臂，M为大于0的正整数；充放电控制模块包括充放电回路切换桥臂；以及驱动模块包括M相电机；第一电池组、M相桥臂以及充放电回路切换桥臂并联连接；M相桥臂的上下桥臂连接点分别与M相电机的M相绕组一一对应连接；充放电回路切换桥臂的上下桥臂连接点与M相电机连接；方法包括：响应于所述控制器发送的使能信号，所述M相桥臂的上桥臂导通或下桥臂导通，并且所述充放电回路切换桥臂的上桥臂导通或下桥臂导通，使得形成充电回路或放电回路；反复切换所述充电回路或所述放电回路，以对所述供电模块进行充放电。
第五方面，提供了一种充放电控制方法，应用于用电系统，该用电系统包括：控制模块以及充放电电路；充放电电路包括：供电模块、逆变模块、充放电控制模块、驱动模块以及开关单元；其中，供电模块包括至少第一电池组以及第二电池组；逆变模块包括M相桥臂，M为大于0的正整数；充放电控制模块，包括充放电回路切换桥臂；驱动模块包括M相电机；第一电池组、M相桥臂并联连接，其中第一电池组的第一端、M相桥臂的上桥臂共线连接；M相桥臂的上下桥臂连接点分别与M相电机的M相绕组一一对应连接；充放电回路切换桥臂的上下桥臂连接点与M相电机连接；第二电池组的第一端与充放电回路切换桥臂的上桥臂共线连接；第二电池组的第二端与第一电池组的第二端、M相桥臂、充放电回路切换桥臂的下桥臂共线连接；开关单元设置于第一电池组的第一端与第二电池组的第一端之间；方法包括：响应于控制器发送的使能信号，M相桥臂的上桥臂导通或下桥臂导通，并且充放电回路切换桥臂的上桥臂导通或下桥臂导通，使得形成充电回路及放电回路；通过充电回路及放电回路对第一电池组及第二电池组进行充放电；充放电包括切换第一电池组与第二电池组的充放电状态；其中，充放电状态包括第一电池组充电，同时第二电池组放电，或者所述第一电池组放电，同时所述第二电池组充电。
通过控制模块对M相桥臂的上下桥臂进行控制，能够使得M相电机的绕组电流的相位相同以及大小相同，从而避免电机在运转时由于磁场不均匀产生的噪声以及导致转子发热，进而导致电机退磁。此外，双电池的设置，可以有效的降低电机电感对加热电流大小以及加热电流频率的约束，通过双电池的加热方式，能够及时将储能元件的能量泄放至其中一个电池中，使得电池的加热电流能够按照预设的加热频率维持在一个稳定的加热电流大小，使得电池在不同温度、SOC状态下，通过对加热电流频率的调节，使得加热速率能够大幅度提升。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，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例，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。
图1是传统充放电电路的一种电路图。
图2是本申请一实施例提供的放电电路的示意性框图。
图3是本申请一实施例提供的充放电电路的电路图。
图3a是本申请一实施例提供的充放电电路的电路图。
图3b是本申请一实施例提供的充放电电路的电路图。
图3c是本申请一实施例提供的充放电电路的电路图。
图4是本申请一实施例提供的充放电电路的电路图。
图4a是本申请一实施例提供的充放电电路的电路图。
图4b是本申请一实施例提供的充放电电路的电路图。
图4c是本申请一实施例提供的充放电电路的电路图。
图5是本申请一实施例提供的充放电系统的示意性框图。
图6是本申请一实施例提供的动力电池加热场景下的控制方法流程图。
图7是本申请一实施例提供的充放电控制设备的示意性框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本申请的原理，但不能用来限制本申请的范围，即本申请不限于所描述的实施例。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。“垂直”并不是严格意义上的垂直，而是在误差允许范围之内。“平行”并不是严格意义上的平行，而是在误差允许范围之内。
下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本申请的具体结构进行限定。在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
随着时代的发展，新能源汽车由于其环保性、低嗓音、使用成本低等优点，具有巨大的市场前景且能够有效促进节能减排，有利于社会的发展和进步。
由于动力电池的电化学特性，在低温环境下，动力电池的充放电能力被大大限制，严重影响客户冬季用车体验。因此，为了能够正常使用动力电池，需要在低温环境下为动力电池进行加热。
本申请实施例中的动力电池可以为锂离子电池、锂金属电池、铅酸电池、镍隔电池、镍氢电池、锂硫电池、锂空气电池或者钠离子电池等，在此不做限定。从规模而言，本申请实施例中的电池可以为电芯单体，也可以是电池模组或电池包，在此不做限定。从应用场景而言，电池可应用于汽车、轮船等动力装置内。比如，可以应用于动力汽车内，为动力汽车的电机供电，作为电动汽车的动力源。电池还可为电动汽车中的其他用电器件供电，比如为车内空调、车载播放器等供电。
为了便于描述，以下将以动力电池应用于新能源汽车(动力汽车)作为实施例进行阐述。
驱动电机及其控制系统是新能源汽车的核心部件之一，其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标。新能源汽车的电机驱动系统主要由电动机(即电机)、电机控制器(例如，逆变器)、各种检测传感器以及电源等部分构成。电机是应用电磁感应原理运行的旋转电磁机械，用于实现电能向机械能的转换。运行时从电系统吸收电功率，向机械系统输出机械功率。
为了避免在对动力电池加热时增加不必要的成本，可以利用电机回路对动力电池进行加热。
图1示出了传统动力电池加热系统的一种充放电电路图。如图1所示，动力电池加热系统100可以包括供电模块110，与供电模块110连接的逆变模块120以及与逆变模块120连接的驱动模块130。
对于供电模块110，不仅可以采用动力电池本身实现，也可以采用外部供电模块例如充电桩实现。外部供电模块提供的加热能量例如可以是外接直流充电器输出的，或者是外接交流充电器经过整流后输出的，此处不作具体限制。
对于逆变模块120，可以采用各种类型的开关实现。例如，逆变模块120可以由电机驱动系统中的逆变器实现，其中逆变器可以采用绝缘栅双极型功率管(Insulated GateBipolar Transistor，IGBT)的桥臂开关实现。具体地，逆变器的桥臂数量与驱动模块130中的绕组数量相同。例如，驱动模块130包括三相绕组电机，逆变器包括三相桥臂，即包括U相桥臂、V相桥臂和W相桥臂。其中，三相桥臂中每相桥臂均具有上桥臂和下桥臂，其上桥臂和下桥臂各自设置有开关单元，即逆变模块120分别包括U相桥臂中的上桥臂开关121和下桥臂开关122，V相桥臂中的上桥臂开关123和下桥臂开关124，以及W相桥臂中的上桥臂开关125和下桥臂开关126。
对于驱动模块130，可以具体包括：与U相桥臂相连的绕组131，与V相桥臂相连的绕组132以及与W相桥臂相连的绕组133。其中，绕组131的一端与U相桥臂中上桥臂和下桥臂的连接点相连，绕组132的一端与V相桥臂中上桥臂和下桥臂的连接点相连，绕组133的一端与W相桥臂中上桥臂和下桥臂的连接点相连。绕组131的另一端、绕组132的另一端和绕组133另一端共线连接。
需要说明的是，驱动模块130不限于是三相绕组电机，还可以是六相绕组电机等。对应地，逆变模块120可以包括三相桥臂或六相桥臂。
在一些实施例中，可以通过控制逆变模块120中的开关周期性通断来调制电流。例如，通过控制逆变模块120中的目标上桥臂开关和目标下桥臂开关周期性通断来调制电流。在一个示例中，若目标上桥臂开关为上桥臂开关121，则目标下桥臂开关为下桥臂开关124和/或下桥臂开关126。在另一示例中，若目标上桥臂开关为上桥臂开关123，则目标下桥臂开关为下桥臂开关122和/或下桥臂开关126。在另一示例中，若目标上桥臂开关为上桥臂开关125，则目标下桥臂开关为122和/或下桥臂开关124。在另一个示例中，若目标上桥臂开关为上桥臂开关121和/或上桥臂开关123，则目标下桥臂开关为126。在另一示例中，若目标上桥臂开关为上桥臂开关123和/或上桥臂开关125，则目标下桥臂开关为下桥臂开关122。在另一示例中，若目标上桥臂开关为上桥臂开关121和/或上桥臂开关125，则目标下桥臂开关为124。
需要说明的是，周期性地导通和断开每一周期中的目标上桥臂开关和目标下桥臂开关可以相同，也可以不同，在此并不限定。比如，每个周期中均控制上桥臂开关121和下桥臂开关124的导通和断开。又比如，在第一个周期中，控制上桥臂开关121和下桥臂开关124的导通和断开；在第二个周期中，控制上桥臂开关123和下桥臂开关122的导通和断开；在第三个周期中，控制上桥臂开关121、下桥臂开关124和下桥臂开关126的导通和断开，即在不同的周期中，控制的目标上桥臂开关和下桥臂开关可以不同。
由此可见，采用图1所示的充放电电路，目标导通开关包括至少一个上桥臂开关和至少一个下桥臂开关，至少一个上桥臂开关和至少一个下桥臂开关位于不同的桥臂上；因此，在一个周期中无法同时导通所有的上桥臂或下桥臂，故在供电模块、目标上桥臂开关、目标下桥臂开关以及电机绕组之间所形成的不同回路中的电流方向是不同的，从而产生了交流电流。
由于单向绕组的磁动势是空间呈阶梯型分布，随时间按电流的变化规律交变的脉振磁动势。将三个单相绕组的磁动势叠加，即为三相绕组的合成磁场。通常加热过程中流入三相绕组电机的三相绕组中的电流，大小并不完全相等，流过其中两相绕组的电流，相位互差180°，不存在相位差的两相电流大小相等。其会导致流过电机绕组中的电流三相不相互对称，且电流频率高导致动力电池在加热过程中电机振动噪声大的问题。
图2示出了本申请实施例提供的充放电电路200的示意性框图。
如图2所示，充放电电路200包括：供电模块210、逆变模块220、驱动模块230以及充放电回路控制模块240。
供电模块210分别与逆变模块220以及充放电回路控制模块240。
逆变模块220分别与供电模块210以及驱动模块230连接。
驱动模块230分别与逆变模块220以及充放电回路控制模块连接。
充放电控制模块240与供电模块连接。
具体地，供电模块包括一个电池组，电池组可以是包括多个电池模块的集合，也可以是包括多个电芯的电池模块。逆变模块220由逆变器实现，包括M相桥臂，M为大于0的正整数；每一项相桥臂包括上桥臂和下桥臂，例如，三相桥臂包括三个上桥臂以及三个下桥臂。驱动模块230包括M相电机；充放电控制模块240包括充放电回路切换桥臂，包括上桥臂与下桥臂。
在一个示例中，第一电池组、M相桥臂以及充放电回路切换桥臂并联连接；M相桥臂的上下桥臂连接点分别与M相电机的M相绕组一一对应连接；充放电回路切换桥臂的上下桥臂连接点与M相电机连接。
为了在充放电电路200中形成充电回路或放电回路，需要导通M相桥臂的上桥臂或下桥臂，以及导通充放电回路切换桥臂的上桥臂或下桥臂。假设，供电模块的上端为正极，下端为负极，当M相桥臂的上桥臂以及充放电回路切换桥臂的下桥臂导通时，形成放电回路，此时电流从供电模块的正极流出，经过M相桥臂的M个上桥臂，再经过M相电机，从充放电回路切换桥臂的下桥臂回到供电模块的负极。当M相桥臂的下桥臂以及充放电回路切换桥臂的上桥臂导通时，形成充电回路，此时电流从供电模块的负极流出，经过M相桥臂的M个下桥臂，再经过M相电机，从充放电回路切换桥臂的上桥臂回到供电模块的正极。
通过周期性切换充电回路以及放电回路，使得电流在供电模块内部流动，从而产生热量为供电模块加热。
在本实施例中，驱动模块230不仅连接逆变模块220，还连接充放电控制模块240，使得流经逆变模块220的电流可以同时从驱动模块230的所有绕组中流入，并从所有绕组的另一端流出，从而使得流经驱动模块230的电流可以是同方向以及同大小的电流，并非方向不同的交流电流。因此，可以有效降低在利用电机回路加热动力电池的过程中，电机振动噪声过大的问题。
下面结合图3、3a、3b以及3c，详细描述本申请实施例提供的充电电路300的电路图。
如图3所示，在充电电路300中，供电模块包括第一电池组350、M相桥臂、M相电机以及充放电回路切换桥臂341。第一电池组350、M相桥臂以及充放电回路切换桥臂341并联连接；M相桥臂的上下桥臂连接点分别与M相电机的M相绕组一一对应连接；充放电回路切换桥臂的上下桥臂连接点与M相电机连接。
具体地，M相桥臂为三相桥臂，包括桥臂331、桥臂332以及桥臂333；M相电机为三相绕组电机，包括多个绕组，即分别为绕组311、绕组312以及绕组313。第一电池组350、桥臂331、桥臂332、桥臂333以及桥臂341并联连接。桥臂331的上桥臂3311与下桥臂3312的连接点与绕组311的一端相连，桥臂332的上桥臂3321与下桥臂3322的连接点与绕组312的一端相连，桥臂333的上桥臂3331与下桥臂3332的连接点与绕组313的一端相连，绕组311的另一端，绕组312的另一端、绕组313的另一端以及外接电感321的另一端共同连接，在充放电回路切换桥臂341的上桥臂3411和下桥臂3412的连接点与绕组311、312、313的共同连接点连接。
如图3所示，第一电池组350、上桥臂3311～3331、绕组311～313以及充放电回路切换桥臂341的下桥臂3412共同形成放电回路；放电电流从第一电池组350的正极流出，经过桥臂331的上桥臂3321、桥臂332的上桥臂3321以及桥臂333的上桥臂3331进入绕组311、312以及313，并由充放电回路切换桥臂341的下桥臂3412回到第一电池组350的负极。
另一方面，第一电池组350、下桥臂3312～3332、绕组311～313以及充放电回路切换桥臂341的上桥臂3411共同形成充电回路(图中未示出)。充电电流从第一电池组350的负极流出，经过桥臂331的下桥臂3312、桥臂332的下桥臂3322以及桥臂333的下桥臂3332进入绕组311、312以及313，并由充放电回路切换桥臂341的上桥臂3411回到第一电池组350的正极。
在图3所示的实施例中，通过将电机绕组的连接点与充放电回路切换桥臂的连接点进行连接，从而在充电或放电时允许电流能够同时从所有绕组流入，而无需再经过任意一相绕组流出，由于三相绕组通入或流出的电流始终是大小相等，相位差为零，使得三相空间对称的绕组合成的定子磁场接近为零，从而使得在利用第一电机回路加热动力电池时由于定子磁场与转子磁场相互作用产生的振动噪声得到有效地抑制。
在一个示例中，在M相电机与充放电回路切换桥臂之间设置至少一个外接电感单元。具体地，充放电回路切换桥臂上下桥臂连接点与至少一个外接电感单元的一端连接，所述至少一个外接电感单元的另一端与所述M相电机的M相绕组连接点连接。
如图3a所示，在充放电电路300中，供电模块包括第一电池组350、M相桥臂、M相电机以及充放电回路切换桥臂341。第一电池组350、M相桥臂以及充放电回路切换桥臂341并联连接；M相桥臂的上下桥臂连接点分别与M相电机的M相绕组一一对应连接；充放电回路切换桥臂的上下桥臂连接点与M相电机连接。
具体地，M相桥臂为三相桥臂，包括桥臂331、桥臂332以及桥臂333；M相电机为三相绕组电机，包括多相绕组，即分别为绕组311、绕组312以及绕组313。第一电池组350、桥臂331、桥臂332、桥臂333以及桥臂341并联连接。桥臂331的上桥臂3311与下桥臂3312的连接点与绕组311的一端相连，桥臂332的上桥臂3321与下桥臂3322的连接点与绕组312的一端相连，桥臂333的上桥臂3331与下桥臂3332的连接点与绕组313的一端相连，绕组311的另一端，绕组312的另一端、绕组313的另一端的连接点与外接电感单元321的另一端连接，充放电回路切换桥臂341的上桥臂3411和下桥臂3412的连接点与绕组311、312、313的连接点连接。
可选地，外接电感单元321可以是导线。另外，本申请实施例对外接电感单元的数量也可以不作限定。
可选地，M相电机也可以是六相绕组电机，相应地，M相绕组可以是六相绕组电机中的全部绕组。
可选地，M相桥臂可以是三相桥臂，也可以是六相桥臂。
在3a所示的实施例中，通过在电机与充放电回路切换桥臂之间设置外接电感单元，可以增加电感量，有利于降低加热过程中电流的纹波，从而能够有效提高充放电的电流，提高充放电效率。
图3b和图3c示出了本申请实施例提供的充放电电路300的电路图。
在一个示例中，M相电机为双电机，包括第一M相电机及第二M相电机；第一M相电机的M相绕组连接点与第二M相电机的M相绕组连接点连接。具体地，第一M相电机及第二M相电机均为三相绕组电机，第一M相电机包括绕组311、绕组312以及绕组313；第二M相电机包括绕组321、绕组322以及绕组323。绕组311、312、313的共同连接点与绕组321、322、323的共同连接点连接。
M相桥臂的上下桥臂连接点分别与第一M相电机的M相绕组一一对应连接。具体地，M相桥臂包括桥臂331、桥臂332以及桥臂333。具体地，桥臂331的上桥臂3311与下桥臂3312的连接点与绕组311的一端相连，桥臂332的上桥臂3321与下桥臂3322的连接点与绕组312的一端相连，桥臂333的上桥臂3331与下桥臂3332的连接点与绕组313的一端相连。
充放电回路切换桥臂的上下桥臂连接点分别与第二M相电机的M相绕组一一对应连接。具体地，充放电回路切换桥臂包括桥臂341、桥臂342以及桥臂343。桥臂341的上桥臂3411和下桥臂3412的连接点与绕组321的一端相连，桥臂342的上桥臂3421与下桥臂3422的连接点与绕组322的一端相连，桥臂343的上桥臂3431与下桥臂3432的连接点与绕组323的一端相连，绕组311的另一端，绕组312的另一端、绕组313的另一端、绕组321的另一端、绕组322的另一端以及绕组323的另一端的共同连接点连接。
如图3b所示，供电模块350、上桥臂3311、3321、3331、绕组311～313、绕组321～323以及下桥臂3412、3422、3432共同形成放电回路。如图3c所示，供电模块350、下桥臂3312、3322、3332、绕组311～313、绕组321～323以及上桥臂3411、3421、3431共同形成充电回路。其中，在控制模块(图中未示出)的控制下，充电回路和放电回路周期性地交替导通。
在图3b和图3c所示的实施例中，通过控制流入绕组311～313的电流的大小相等且相位相同，从而在利用电机回路加热动力电池的过程中，能够有效抑制第一电机的振动噪声。类似地，通过控制流出绕组321～323的电流的大小相等且相位相同，从而在利用电机回路加热动力电池的过程中，能够有效抑制第二电机的振动噪声。
图4示出了本申请实施例提供的充放电电路300的示意性框图。
如图4所示，充放电电路400包括：供电模块410、逆变模块420、驱动模块430以及充放电回路控制模块440。
具体地，供电模块410包括第一电池组4101以及第二电池组4102。开关单元(图中未示出，虚线表示连接关系可变)的开闭改变第一电池组4101与第二电池组4102之间的连接关系。具体地，当开关单元闭合时，第一电池组4101与第二电池组4102并联连接；断开时第一电池组4101与第二电池组4102串联连接。电池组可以是包括多个电池模块的集合，也可以是包括多个电芯的电池模块。逆变模块420可以由逆变器实现，包括M相桥臂，M为大于0的正整数；每一项相桥臂包括上桥臂和下桥臂，例如，三相桥臂包括三个上桥臂以及三个下桥臂。驱动模块430包括M相电机；例如，M相电机为三相绕组电机，具有三相绕组。充放电控制模块440包括充放电回路切换桥臂，包括上桥臂与下桥臂。
在一个示例中，如图4a所示，第一电池组4101与M相桥臂并联连接，其中第一电池组4101的第一端、M相桥臂的上桥臂共线连接；M相桥臂的上下桥臂连接点分别与M相电机的M相绕组一一对应连接；充放电回路切换桥臂的上下桥臂连接点与M相电机连接；第二电池组4102的第一端与充放电回路切换桥臂的上桥臂共线连接；第二电池组4102的第二端与第一电池组4101的第二端、M相桥臂、充放电回路切换桥臂的下桥臂共线连接；开关单元设置于第一电池组的第一端与第二电池组的第一端之间。
具体地，M相桥臂为三相桥臂，包括桥臂431、桥臂432以及桥臂433；M相电机为三相绕组电机，包括三相绕组，即分别为绕组411、绕组412以及绕组413。充放电回路切换桥臂421。
当需要利用电机对供电模块进行加热时，断开开关单元，此时第一电池组4101与第二电池组4102串联。通过控制M相桥臂的上桥臂或下桥臂，以及充放电回路切换桥臂的上桥臂与下桥臂，可以实现第一电池组4101与4102的充放电控制。假设，在第一周期，第一电池组4101充电，第二电池组4102放电。此时，第二电池组4102的放电电流从其正极流出，经过桥臂431～433的上桥臂4311、4321、4331，进入绕组411～413，在经过充电回路切换桥臂421的上桥臂4211进入第一电池组4101的正极，并从第一电池组4101的负极流出，最后回到第二电池组4102的负极。
如图4b所示，在第二周期，第一电池组4101放电，第二电池组4102充电。此时，第一电池组的放电电流从其正极流出，经过充电回路切换桥臂421的上桥臂4211进入进入绕组411～413，再桥臂431～433的上桥臂4311、4321、4331进入第二电池组4102的正极，并从第二电池组4102的负极流出，最后回到第一电池组4101的负极。
在本实施例中，通过双电池组的设计，可以有效的降低电机电感对加热电流大小以及加热电流频率的约束，通过双电池的加热方式，能够及时将储能元件的能量泄放至其中一个电池中，使得电池的加热电流能够按照预设的加热频率维持在一个稳定的加热电流大小，使得电池在不同温度、SOC状态下，通过对加热电流频率的调节，使得加热速率能够大幅度提升。
图4c示出了充放电电路400的另一实施方式，即M电机为双电机时的电路拓扑。
具体地，如图4c所示，M相电机为双电机，包括第一M相电机及第二M相电机；第一M相电机的M相绕组连接点与第二M相电机的M相绕组连接点连接。具体地，第一M相电机及第二M相电机均为三相绕组电机，第一M相电机包括绕组411、绕组412以及绕组413；第二M相电机包括绕组441、绕组442以及绕组443。绕组411、412、413的共同连接点与绕组441、442、443的共同连接点连接。
M相桥臂的上下桥臂连接点分别与第一M相电机的M相绕组一一对应连接。具体地，M相桥臂包括桥臂431、桥臂432以及桥臂433。具体地，桥臂431的上桥臂4311与下桥臂4312的连接点与绕组411的一端相连，桥臂432的上桥臂4321与下桥臂4322的连接点与绕组412的一端相连，桥臂433的上桥臂4331与下桥臂4332的连接点与绕组413的一端相连。
充放电回路切换桥臂的上下桥臂连接点分别与第二M相电机的M相绕组一一对应连接。具体地，充放电回路切换桥臂包括桥臂421、桥臂422以及桥臂423。桥臂421的上桥臂4211和下桥臂4212的连接点与绕组441的一端相连，桥臂422的上桥臂4221与下桥臂4222的连接点与绕组442的一端相连，桥臂423的上桥臂4231与下桥臂4232的连接点与绕组443的一端相连，绕组441的另一端，绕组442的另一端、绕组443的另一端、绕组411的另一端、绕组412的另一端以及绕组413的另一端的共同连接点连接。
在图4c的实施例中，通过控制流入绕组411～413的电流的大小相等且相位相同，从而在利用电机回路加热动力电池的过程中，能够有效抑制第一电机的振动噪声。类似地，通过控制流出绕组4411～443的电流的大小相等且相位相同，从而在利用电机回路加热动力电池的过程中，能够有效抑制第二电机的振动噪声。
图5示出了本申请实施例提供的充放电系统500的示意性框图。
如图5所示，充放电系统500包括供电模块510、逆变模块520、控制模块530、驱动模块540以及充放电控制模块550。控制模块530用于控制供电模块510、逆变模块520、驱动模块540以及充放电控制模块550组成的充放电电路。其中，供电模块510、逆变模块520、驱动模块540以及充放电控制模块550组成的电路可以等同于上述实施例中的充放电电路200或400。
在一个示例中，控制模块530可以包括整车控制器或车辆控制器(Vehiclecontrol unit，VCU)和/或电机控制器。
在一个示例中，供电模块510为动力电池。
在利用充放电系统500为供电模块进行加热时，控制器向逆变模块520以及充放电控制模块550发送使能信号，以控制所述充放电电路(例如：充放电电路200或400)中的逆变模块以及充放电控制模块，以形成充电回路或放电回路。
当充放电电路为充放电电路200时，响应于控制器发送的使能信号，其M相桥臂的上桥臂导通或下桥臂导通，并且充放电回路切换桥臂的上桥臂导通或下桥臂导通，使得形成充电回路或放电回路；反复切换充电回路或所述放电回路，以对供电模块进行充放电，从而利用电流经过供电模块内部时产生的热量为其进行加热。
当充放电电路为充放电电路400时，则响应于控制器发送的使能信号，其M相桥臂的上桥臂导通或下桥臂导通，并且充放电回路切换桥臂的上桥臂导通或下桥臂导通，使得形成充电回路或放电回路；通过充电回路或放电回路对第一电池组或第二电池组进行充放电，充放电包括切换第一电池组与第二电池组的充放电状态；其中，充放电状态包括第一电池组充电，同时第二电池组放电；或者第一电池组放电，同时所述第二电池组充电。
在一个示例中，控制模块用于：确定动力电池的荷电状态SOC。荷电状态(State OfCharge，SOC)是指电池在一定的放电倍率下，剩余电量与相同条件下额定容量的比值。SOC是电池管理系统的重要参数之一，也是整个汽车的充放电控制策略和电池均衡工作的依据。但是由于锂电池本身结构的复杂性，其荷电状态不能通过直接测量得到，仅能根据电池的某些外部特性，如电池的内阻、温度、电流等相关参数，利用相关的特性曲线或计算公式完成对SOC的估算工作。
在一个示例中，控制模块还用于：接收电池管理系统BMS发送的加热请求，加热请求用于指示动力电池满足加热条件。
在一个示例中，通过接收电池管理系统(Battery Management System，BMS)发送的加热请求，使得控制模块能够及时为动力电池进行加热，避免影响车辆等动力装置的使用。
在一个示例中，控制模块还用于：在动力电池的温度达到预设温度或动力电池的温升异常的情况下，向逆变模块以及充放电控制模块发送加热停止信号，充电回路或放电回路断开，从而停止为动力电池加热。
在一个示例中，当整车控制器接收到BMS发送的加热请求时，整车控制器可以向电机控制器发送控制信号，控制信号用于指示对动力电池加热，即控制信号用于指示电机控制器向逆变模块及充放电控制模块发送使能信号，使得在充电电路中形成充电回路或放电回路。
本实施例的系统通过控制模块实现对逆变模块以及充放电控制模块的控制，能够根据车辆的状态决定何时进行充放电，以确保电池的能够以便对动力电池进行加热；并且通过控制充放电电流的大小相等且相位相同，从而有效抑制电机的振动噪声。
上文详细描述了本申请实施例的充放电系统，下面将结合图6详细描述本申请实施例的充放电的控制方法。装置实施例所描述的技术特征适用于以下方法实施例。
如图6所示，控制方法包括：
S601，BMS采集电池包的温度、SOC、电压信号以及电流信号等电池参数。
S602，BMS根据电池各项参数判断是否满足加热条件，若满足则根据SOC状态发送相应的加热请求至VCU，例如，向VCU发送加热到预设温度时的所需的电功率。
S603，BMS或VCU判断电池SOC是否大于第一阈值。
S604，若SOC大于第一阈值，则利用流经电机回路的交流电流所产生的热量为动力电池加热。
S605，若SOC小于或等于第一阈值，则利用流经电机回路的直流电流所产生的热量为动力电池加热。
在604之后，VCU读取第一电机的当前工作状态。
例如，若第一电机处于驱动状态(即工作状态)下，则VCU发送驱动信号至电机控制器。此时，电机控制器向逆变模块以及充放电控制模块发送使能信号，控制逆变模块的M相桥臂的上桥臂或下桥臂导通，以及充放电控制模块的充放电回路切换桥臂的上桥臂或下桥臂导通。
在一个示例中，电机控制器周期性发送使能信号，从而控制不同相关桥臂的导通，进而实现充电回路与放电回路的切换，实现动力电池电流的逆变控制。
S606，BMS判断电池组温度有无异常，若有则发送温升异常信息至VCU，VCU转发温升异常信息至电机控制器，停止加热。
S607，若S606判断温升无异常，则BMS判断电池组温度是否达到要求，若达到要求，则VCU转发停止加热信息至电机控制器，停止加热；否则，重复S601～S606。
本申请实施例可应用于对温度较低的动力电池进行加热的场景中。比如，可以应用于通过对动力电池加热，使动力电池的温度上升，达到电池组可正常使用的温度的具体场景中。具体地，在本申请实施例中，当电池荷电状态(State Of Charge，SOC)大于第一阈值时，可以将流经回路的电流调制为交流电流，利用交流电流通过动力电池内阻发热，从而对动力电池进行加热，能够提高加热效率；当电池SOC小于等于第一阈值时，即在电池电量不足时，利用直流电流在绕组产生热量对动力电池加热，能够降低电量消耗，提高了动力电池加热系统的灵活性。
图7示出了本申请实施例的充放电系统的控制电路700的示意性框图。如图9所示，控制电路700包括处理器710，可选地，控制电路700还包括存储器s20，其中，存储器720用于存储指令，处理器710用于读取指令并基于指令执行前述本申请各种实施例的方法。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种充放电电路，其特征在于，包括：
供电模块，包括至少第一电池组；以及
逆变模块，包括M相桥臂，M为大于0的正整数；以及
充放电控制模块，包括充放电回路切换桥臂；以及
驱动模块，包括M相电机；
其中，所述第一电池组、所述M相桥臂以及所述充放电回路切换桥臂并联连接；
所述M相桥臂的上下桥臂连接点分别与所述M相电机的M相绕组一一对应连接；
所述充放电回路切换桥臂的上下桥臂连接点与所述M相电机连接。
2.根据权利要求1所述的充放电电路，其特征在于，在M相电机与所述充放电回路切换桥臂之间设置至少一个外接电感单元。
3.根据权利要求2所述的充放电电路，其特征在于，所述充放电回路切换桥臂的上下桥臂连接点与所述M相电机连接包括：
所述充放电回路切换桥臂上下桥臂连接点与所述至少一个外接电感单元的一端连接，所述至少一个外接电感单元的另二端与所述M相电机的M相绕组连接点连接。
4.根据权利要求1所述的充放电电路，其特征在于，所述M相电机为双电机，包括第一M相电机及第二M相电机；其中，所述第一M相电机的M相绕组连接点与所述第二M相电机的M相绕组连接点连接。
5.根据权利要求4所述的充放电电路，其特征在于，所述M相桥臂的上下桥臂连接点分别与所述M相电机的M相绕组一一对应连接包括：
所述M相桥臂的上下桥臂连接点分别与所述第一M相电机的M相绕组一一对应连接。
6.根据权利要求4所述的充放电电路，其特征在于，所述充放电回路切换桥臂的上下桥臂连接点与所述M相电机连接包括：
所述充放电回路切换桥臂的上下桥臂连接点分别与所述第二M相电机的M相绕组一一对应连接。
7.一种充放电电路，其特征在于，包括：
供电模块，包括至少第一电池组以及第二电池组；以及
逆变模块，包括M相桥臂，M为大于0的正整数；以及
充放电控制模块，包括充放电回路切换桥臂；以及
驱动模块，包括M相电机；以及
开关单元；
其中，所述第一电池组、所述M相桥臂并联连接，其中所述第一电池组的第一端、所述M相桥臂的上桥臂共线连接；
所述M相桥臂的上下桥臂连接点分别与所述M相电机的M相绕组一一对应连接；
所述充放电回路切换桥臂的上下桥臂连接点与所述M相电机连接；
所述第二电池组的第一端与所述充放电回路切换桥臂的上桥臂共线连接；所述第二电池组的第二端与所述第一电池组的第二端、所述M相桥臂、所述充放电回路切换桥臂的下桥臂共线连接；
所述开关单元设置于所述第一电池组的第一端与所述第二电池组的第一端之间。
8.根据权利要求7所述的充放电电路，其特征在于，包括：在M相电机与所述充放电回路切换桥臂之间设置至少一个外接电感单元。
9.根据权利要求8所述的充放电电路，其特征在于，所述充放电回路切换桥臂的上下桥臂连接点与所述M相电机连接包括：
所述充放电回路切换桥臂上下桥臂连接点与所述至少一个外接电感单元的一端连接，所述至少一个外接电感单元的另一端与所述M相电机的M相绕组连接点连接。
10.根据权利要求1所述的充放电电路，其特征在于，所述M相电机为双电机，包括第一M相电机及第二M相电机；其中，所述第一M相电机的M相绕组连接点与所述第二M相电机的M相绕组连接点连接。
11.根据权利要求10所述的充放电电路，其特征在于，所述M相桥臂的上下桥臂连接点分别与所述M相电机的M相绕组一一对应连接包括：
所述M相桥臂的上下桥臂连接点分别与所述第一M相电机的M相绕组一一对应连接。
12.根据权利要求10所述的充放电电路，其特征在于，所述充放电回路切换桥臂的上下桥臂连接点与所述M相电机连接包括：
所述充放电回路切换桥臂的上下桥臂连接点分别与所述第二M相电机的M相绕组一一对应连接。
13.一种充放电系统，其特征在于，所述系统包括控制模块以及权利要求1至12任意一项所述的充放电电路；所述控制模块，用于向所述充放电电路发送指令以控制供电模块进行充放电。
14.一种充放电控制方法，应用于用电系统，所述用电系统包括：控制模块以及充放电电路；所述充放电电路包括：
供电模块、逆变模块、充放电控制模块以及驱动模块，其中，所述供电模块包括至少第一电池组；所述逆变模块包括M相桥臂，M为大于0的正整数；所述充放电控制模块包括充放电回路切换桥臂；以及驱动模块包括M相电机；
所述第一电池组、所述M相桥臂以及所述充放电回路切换桥臂并联连接；所述M相桥臂的上下桥臂连接点分别与所述M相电机的M相绕组一一对应连接；所述充放电回路切换桥臂的上下桥臂连接点与所述M相电机连接；
所述方法包括：
响应于所述控制器发送的使能信号，所述M相桥臂的上桥臂导通或下桥臂导通，并且所述充放电回路切换桥臂的上桥臂导通或下桥臂导通，使得形成充电回路或放电回路；反复切换所述充电回路或所述放电回路，以对所述供电模块进行充放电。
15.一种充放电控制方法，应用于用电系统，所述用电系统包括：控制模块以及充放电电路；所述充放电电路包括：
供电模块、逆变模块、充放电控制模块、驱动模块以及开关单元；其中，所述供电模块包括至少第一电池组以及第二电池组；所述逆变模块包括M相桥臂，M为大于0的正整数；充放电控制模块，包括充放电回路切换桥臂；驱动模块包括M相电机；
所述第一电池组、所述M相桥臂并联连接，其中所述第一电池组的第一端、所述M相桥臂的上桥臂共线连接；所述M相桥臂的上下桥臂连接点分别与所述M相电机的M相绕组一一对应连接；所述充放电回路切换桥臂的上下桥臂连接点与所述M相电机连接；所述第二电池组的第一端与所述充放电回路切换桥臂的上桥臂通过共线连接；所述第二电池组的第二端与所述第一电池组的第二端、所述M相桥臂、所述充放电回路切换桥臂的下桥臂共线连接；所述开关单元设置于所述第一电池的第一端与所述第二电池组的第一端之间；
所述方法包括：
响应于所述控制器发送的使能信号，所述M相桥臂的上桥臂导通或下桥臂导通，并且所述充放电回路切换桥臂的上桥臂导通或下桥臂导通，使得形成充电回路或放电回路；通过所述充电回路或放电回路对所述第一电池组或第二电池组进行充放电，所述充放电包括切换第一电池组与第二电池组的充放电状态；其中，所述充放电状态包括所述第一电池组充电，同时所述第二电池组放电；或者所述第一电池组放电，同时所述第二电池组充电。
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