CN117157799A - 电池加热系统、方法、供电系统和用电装置 - Google Patents

Abstract

一种电池加热系统、方法、供电系统和用电装置，该电池加热系统(100)包括：电压转换单元(110)，分别与电源(200)以及待加热电池(300)电连接，接收所述电源(200)输入的第一电压或所述待加热电池输入的第二电压；控制单元(120)，用于获取所述电压转换单元(110)的充放电频率，根据所述充放电频率确定所述待加热电池的电荷转移阻抗，根据所述电荷转移阻抗计算所述待加热电池的安全幅值电流，根据所述充放电频率和安全幅值电流向所述电压转换单元(110)发送控制信号，使所述电压转换单元(110)根据所述控制信号对所述第一电压或第二电压进行升压或降压处理。

Description

电池加热系统、方法、供电系统和用电装置

电池加 热系统 、 方法、 供电系统和用 电装置 技术 领域 本 申请涉 及电 池领域 ， 具体涉及 一种 电池加热 系统、 方法、 供电系统和 用 电装置。 背景 技术 节 能减排 是汽车 产业 可持续 发展的 关键 ， 电动车辆由于 其节能 环保的 优 势成 为汽 车产业 可持续 发展 的重要 组成部 分。 对于电动 车辆而 言， 电池技术 又是 关乎 其发展 的一项 重要 因素。 随 着电池 的广泛 使用 ， 如何提高电池 性能 已经成 为发展 电池技 术越来 越 亟待 解决 的问题 。 本申请发明 人发现 温度对 电池 性能的 影响特 别严重 ， 特别 在低 温情 况下， 电池的可用容 量会 大幅衰减 ， 会导致低 温条件 下电池 既放不 出 电也充 不进去 点的情 况发 生， 严重限制 了电池 性能 的发挥 。 发 明内容 本 申请实 施例提 出了一 种电 池加热 系统、 方法、 供电系统和用电 装置， 用 以解 决现有 技术中存 在的上述 问题。 一方 面， 本申请实施 例提出 了一种 电池加热 系统， 包括： 电压转换单元， 分别 与电源 以及待加 热电池 电连接 ， 接收所述电源输 入的 第一电压 或所述待 加 热 电池输入 的第二电 压；控制单元 ，用于获取所述 电压转 换单元的 充放电 频率， 根据 所述充 放电频率 确定所 述待加热 电池的 电荷转移 阻抗， 根据所述电荷转 移 阻抗 计算所 述待加 热电池的 安全幅值 电流， 根据所述充放 电频率和 安全幅值 电 流 向所述电 压转换单 元发送 控制信 号， 使所述电压转 换单元 根据所 述控制信 号 对所 述第一 电压或第 二电压进 行升压 或降压处 理。 本 申请上述 实施例通 过根据 电压转换 单元的 充放电 频率和 电荷转移 阻抗确 定安 全幅值 电流， 并根据该 充放电 频率和安 全幅值 电流向 电压转换 单元发送 控 制信 号， 使电压转换 单元根 据控制信 号对该 第一电压 或第二 电压进 行升压或 降 压处 理， 大大提高 了电池的加 热效果 ， 提高了加热效 率。 一些 实施例 中， 包括温度监 测单元 ； 所述温度监测 单元用于 监测所 述待加 热 电池的温 度， 并向所述控 制单元 发送所述 温度； 所述控制单元根 据所述 温度 和所 述电压 转换单元 的充放 电频率， 确定所述待加热 电池的电 荷转移 阻抗。 通过 这种方 式能够适 时对待加 热电池 的状态 进行监控 ， 并对充放电 电压进 行修 正， 使待加热 电池始终处 于最优 的加热效 果， 大大提高 了加热效率 。 一些 实施例 中， 所述控制单 元还用 于根据所 述待加 热电池的 荷电状 态、 所 述 温度和所 述充放 电频率确 定所述待 加热电 池的电荷 转移 阻抗； 所述控制单 元 还 用于根据 所述待加 热电池 的析锂 电位和所 述电荷 转移阻抗 计算所 述待加 热电 池 的安全幅值 电流。 本 申请实施 例通过根 据石墨 负极的平 衡电势 和电荷转 移阻抗 来获取 安全幅 值 电流， 不依赖于厂 商设定 的充电截 止电压 和开路 电压， 能够最大程度反应 待 充 电电池的真 实状态 ，突破了厂商设 定的截 止电压 的限制，大大提 高加热 效率。 一些 实施例 中， 所述控制单 元预先 存储有所 述待加 热电池的 荷电状 态、 温 度 、 充放电频率和安 全幅值 电流映 射表； 所述控制 单元还 用于根据 所述待加 热 电 池的荷电 状态、 所述温度 和所述 充放电频 率查询 所述安全 幅值电 流映射表 ， 确定 所述待加 热电池 在当前状 态下的 安全幅值 电流。 通过 设置待 加热电池 的荷电 状态、 该温度和 该充放 电频率 与安全幅 值电流 映射 表， 能够快速获 取充放 电的安全 幅值电流 ， 提高了加热效 率。 一些 实施例 中， 所述电压转 换单元 用于在第 一时间 内对所述 第一电 压或第 二 电压进行 升压或 降压处理 ， 使所述待加热 电池接 收的充 电电流小 于所述安 全 幅值 电流。 一些 实施例 中， 所述电压转 换单元 用于在第 二时间 内对所述 第一电 压或第 二 电压进行 升压或 降压处理 ， 使所述待加热 电池输 出的放 电电流小 于所述安 全 幅值 电流。 一些 实施例 中， 所述控制单 元还用 于在所述 温度小 于第一预 设阈值 时， 向 所述 电压转 换单元发 送控制信 号；在所述 温度大 于或等于 所述第一 预设阈值 时, 停止 输出所 述控制信 号。 通过 对待加 热电池的 温度进 行实时监 测， 能够及时根 据待加 热电池 的状况 对加 热进程 进行控制 ， 当加热效果不佳时 ， 能够及时终止加热 进程，节省 能源。 一些 实施例 中， 该系统包括 外置加 热源； 所述控制 单元用于 在所述 温度小 于所 述第二 预设阈值 时， 启动所述外 置加热 源对所 述待加热 电池进 行加热 ； 在 所述 温度 大于或等 于第二预 设阈值 时， 关闭所述外 置加热 源， 所述第一预设 阈 值 小于所述 第二预设 阈值。 通 过将快 速加热 模式 与传送 的外置 加热 源进行加 热的 模式进 行结合 ， 提 高 了对待 加热电 池进行 加热 的效果 ， 提高了加热 效率 。 另一 方面， 本申请实施例还提 出了一 种电池 加热方 法， 待加热电池 通过电 压转 换单元 与电源 电连接， 该方法包括： 获取电压 转换单 元的充放 电频率 ； 根 据所 述充放 电频率确 定待加 热电池 的电荷转 移阻抗 ； 根据所述电荷 转移阻抗 计 算所 述待加 热电池 的安全幅 值电流 ； 根据所述安全 幅值电流 和所述 充放电频 率 向所 述电压 转换单 元发送控 制信号 ， 使其根据所述 控制信号 对所述 待加热 电池 输 入的第一 电压或所 述电源输 入的第 二电压进 行调节 。 本 申请上述 实施例通 过根据 电压转换 单元的 充放电 频率和 电荷转移 阻抗确 定安 全幅值 电流， 并根据该 充放电 频率和安 全幅值 电流向 电压转换 单元发送 控 制信 号， 使电压转换 单元根 据控制信 号对该 第一电压 或第二 电压进 行升压 或降 压处 理， 大大提高 了电池的加 热效果 ， 提高了加热效 率。 一些 实施例 中，所述根据 所述充放 电频率确 定待加 热电池 的电荷转 移阻抗, 包括 ： 获取所述待加 热电池 的温度 ， 根据所述温度 和所述 充放电频 率确定所 述 待加 热电池 的电荷转 移阻抗 。 通过 这种方 式能够适 时对待加 热电池 的状态 进行监控 ， 并对充放电 电压进 行修 正， 使待加热 电池始终处 于最优 的加热效 果， 大大提高 了加热效率 。 一些 实施例 中，所述根据 所述充放 电频率确 定待加 热电池 的电荷转 移阻抗, 包括 ： 根据所述待加 热电池 的荷电 状态、 所述温度 和所述 充放电频 率确定所 述 待加 热电池 的电荷转 移阻抗 ； 所述根据电荷 转移阻 抗计算所 述待加 热电池 的安 全 幅值电流 ， 包括： 根据所述待加 热电池的 析锂电位 和所述 电荷转 移阻抗 计算 所述 待加热 电池的安 全幅值 电流。 本 申请实施 例通过根 据石墨 负极的平 衡电势 和电荷转 移阻抗 来获取 安全幅 值 电流， 不依赖于厂 商设定 的充电截 止电压 和开路 电压， 能够最大程度反应 待 充 电电池的真 实状态 ，突破了厂商设 定的截 止电压 的限制，大大提 高加热 效率。 一些 实施例 中， 所述根据电 荷转移 阻抗计算 所述待加 热电池 的安全 幅值电 流 ， 包括： 预先存储有所述 待加热 电池的荷 电状态 、 温度、 充放电频率和安 全 幅值 电流映 射表； 根据所述 待加热 电池的荷 电状态 、 所述温度和所 述充放 电频 率查 询所述 安全幅值 电流映 射表， 确定所述 待加热 电池在 当前状态 下的安全 幅 值 电流。 通过 设置待加 热电池 的荷电 状态、 该温度和 该充放 电频率与 安全幅值 电流 映射 表， 能够快速获 取充放 电的安全 幅值电流 ， 提高了加热效 率。 一些 实施例 中， 所述根据控 制信号对 所述待 加热电 池输入的 第一电压 或所 述 电源输入 的第二 电压进行 调节， 包括： 在第一时间内对所 述第一 电压或 第二 电压 进行升 压或降压 处理， 使所述待加热电 池接收 的充电 电流小于 所述安全 幅 值 电流。 一些 实施例 中， 所述根据控 制信号对 所述待 加热电 池输入的 第一电压 或所 述 电源输入 的第二 电压进行 调节， 包括： 在第二时间内对所 述第一 电压或 第二 电压 进行升 压或降压 处理， 使所述待加热电 池输出 的放电 电流小于 所述安全 幅 值 电流。 一些 实施例 中， 所述方法进 一步包括 ： 当所述温度 小于第一 预设阈值 时， 对所 述待加 热电池输 入的第 一电压 或所述电 源输入 的第二 电压进行 调节； 在所 述温 度大于 或等于所 述第一 预设阈值 时， 停止对所 述待加热 电池输 入的第一 电 压或 所述电 源输入的 第二电压 进行调 节。 通过 对待加 热电池的 温度进 行实时监 测， 能够及时根 据待加 热电池 的状况 对加 热进程进 行控制 ， 当加热效果不佳时 ，能够及时终 止加热 进程，节省 能源。 一些 实施例 中， 所述方法进 一步包括 ： 当所述温度 小于所述 第二预 设阈值 时 ， 启动外置加热 源对所述待 加热 电池进行 加热； 当所述温度大于 或等于 第二 预设 阈值时 ， 关闭外置加热 源， 所述第一预设 阈值小 于所述 第二预设 阈值。 通 过将快 速加热 模式 与传送 的外置 加热 源进行加 热的模 式进 行结合 ， 提 高 了对待 加热电 池进行 加热 的效果 ， 提高了加热 效率 。 本 申请实 施例的 另一 方面， 还提出 了一种供 电系 统， 包括上述 实施例 中 提 出的电 池加热 系统， 该电池 加热 系统用 于对待 加热电 池进行 加热 ， 该待加 热 电池用 于提供 电源。 本 申请实 施例的 另一方 面，还提 出了一 种用电 装置 ，包括上述供 电 系统， 该供 电系 统用于 提供电 源。 上述 说明仅是 本发明 技术方 案的概述 ， 为了能够更 清楚了解 本发明 的技术 手段 ，而可依照说 明书的 内容予以 实施，并且为 了让本发 明的上述 和其它 目的、 特征 和优点 能够更明 显易懂， 以下特举本发明 的具体 实施方式 。 附 图说明 此 处所说 明的附 图用 来提供 对本申 请的进 一步理 解， 构成本申 请的一 部 分 ， 本申请的示意 性实 施例及 其说明 用于解 释本 申请， 并不构成 对本 申请的 不 当限定 。 在附图中 ： 图 1示出 了本申请 实施例 提出 的一种 用电装 置示 意图； 图 2示出 了本申请 实施例 提出 的用电 装置的 加热 系统示 意图 ； 图 3示出 了本申请 实施例 提出 的电池 加热 系统示 意图； 图 4示出 了本申请 实施例 提出 的电池 内阻等效 电路示意 图； 图 5示出了本 申请实 施例提 出的 电池内 部阻抗 和充放 电频 率关 系示意 图; 图 6示出 了本申请 实施例 提出 的电池 温度和 安全 电流关 系示意 图； 图 7示出 了本申请 实施例 提出 的电池 加热 系统正 向充放 电示意 图； 图 8示出 了本申请 实施例 提出 的电池 加热 系统逆 向充放 电示意 图； 图 9示出 了本申请 实施例 提出 的低压 电池加 热拓 扑结构 图； 图 10示出了本 申请实 施例提 出的 高压电 池和低 压电 池加热 拓扑结 构图 ； 图 11示 出了本 申请实 施例提 出的 OBC、 高压电池和 低压 电池加 热拓扑 结构 图； 图 12示出 了本申请 实施 例提出 的 OBC 和低压 电池加 热拓扑 结构 图； 图 13示出了本 申请实 施例提 出的 电池加 热系统 和外 置热源 拓扑结 构图 ； 图 14示出 了本申请 实施 例提出 的电池 加热 方法流程 示意 图。 具体 实施方 式 为 使本申 请实施 例的 目的、 技术方案 和优 点更加 清楚， 下面将结合本 申 请 实施例 中的附 图， 对本申请实施 例中 的技术 方案进 行清 楚地描 述， 显然， 所描 述的 实施例 是本 申请一部 分实 施例， 而不是全部的 实施例 。 基于本申请 中 的实施 例， 本领域普通 技术人 员在 没有作 出创造 性劳动 前提 下所获 得的所 有其 他实 施例， 都属于本申请 保护 的范围 。 除 非另有 定义， 本申请所 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 ； 本申请中在 申请的说 明书 中所使 用 的术语 只是为 了描述 具体 的实施例 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。 本申请的 说明 书和权 利要求 书或 上述 附图中 的术语 “第一 " 、 “第二 " 等是用于区别 不同对 象， 而不是 用 于描述 特定顺 序或主 次关 系。 在 本申请 中提及“ 实施例 ” 意味着， 结合实施 例描述 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 例中。在 说明书 中的 各个位 置出现 该短 语并 不一定 均是指 相同 的实施例 ， 也不是与其 它实施 例互 斥的独 立的或 备选 的实 施例。 本领域技术人 员显式 地和 隐式地 理解的 是， 本申请所 描述的 实施 例可 以与其 它实施 例相结 合。 在 本申请 的描述 中， 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” 、 “附接” 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， 可以是两个元 件内部 的连通 。 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 。 本 申请 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 ： 存在 A, 同时存在 A和 B, 存在 B 这三种情况 。 另外， 本申请中字 符 "/” ， 一般表示前后 关联对 象是 一种 “或" 的关系。 本 申请中 出现的 “多个 "指的 是两个 以上 （包括两个 ） ， 同理， “多组 " 指 的是两 组以上 （包括两组） ， “多片 " 指的是两片 以上 （包括两片） 。 本 申请中 ， 电池单体可 以包括 锂离子 二次 电池、 锂离子一次 电池、 锂硫 电 池、 钠锂离子 电池、 钠离子 电池或 镁离子 电池 等， 本申请实 施例对 此并不 限 定。 电池单体 可呈 圆柱体 、 扁平体、 长方体或 其它形 状等， 本申请实施例 对 此也不 限定。 电池单体一般 按封装 的方 式分成 三种 ： 柱形电池单体 、 方体 方 形电池 单体和 软包 电池单 体， 本申请实 施例对 此也 不限定 。 目前， 随着技术 的发展 ， 动力电池 的应用 越来越 广泛。 动力电池不仅 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。 随着动力 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 申请发 明人 注意到 ， 现有的采用 电池技 术作为 动力 源的用 电装置 ， 比 如 ： 电动汽车等 ， 电池可以用 来为 用电装置 提供 动力， 也可以为低压 系统进 行供 电， 比如： 对仪表盘、 车灯以及 雷达设 备等 。 目前大部分 电池都 采用锂 离 子电池 进行电 能的存 储。 本申请 发明人 发现， 由于锂离子电 池主要 依靠锂 离 子在正 极和 负极之间 移动 实现化 学能和 电能的 转化 ， 在低温条件下 ， 锂离 子 在电解 液中的 移动性 能会 大大减 弱， 因此， 锂离子电 池的性 能受温 度的影 响非 常大 ， 特别是在低 温情况 下， 电池的可用容 量大幅 衰减， 导致低温条件 下 的锂 电池既 放不出 电也充不 进电， 且电池倍 率性能严 重衰减 ， 大大限制了锂 电 池性 能的发 挥。 此外， 在低温充电条 件下 ， 由于电池活性低 ， 非常容易出现 析 锂反 应， 导致电池发 生内短 路， 造成严重的 安全风 险。 因此在低温 条件下 ， 需 要先 将锂电 池加热到 适宜的温 度再使 用。 目前为 了保证锂 离子 电池的 性能， 通常通过 外置加 热源 的方式 对电 池进 行 加热， 比如： 通过加热膜 加热或 PTC水热 的方式 进行加 热， 加热膜 或 PTC 水 热都是 与电池 表面接 触传 热， 其主要优 点是加 热结构 简单 ， 技术成熟。 但 这 种方式 需要额 外设置 加热 装置， 而且也需 要额外 为加 热装置 提供电 源或 热 源 ， 结构比较复 杂， 成本比较 高。 同时通过 外置加 热源 的方式 ， 温度升高的 速 率比较 低， 一般在 0.2~0.6°C/min, 电芯间加热不 均匀， 电芯内外温 差大； 同 时， 由于外置 加热源 采用热 传导 的方式 进行加 热， 热量很容 易被耗 散， 能 量 利用率 比较低 。 基 于上述 考虑 ， 为了解决现有 技术 中存在 的对电 池进行 加热 时， 加热效 率 低， 结构复杂 的问题 ， 本申请实施 例提 出一种 电池加 热系统 和方 法， 通过 利 用电池 自身在 充放电 时会产 生热 量的原 理， 利用电池 在低温 条件 下， 内阻 较 大， 容易发热 的特性 ， 在电池组之 间进行 频繁 的充放 电， 使不同的 电池组 之 间互为 负载， 通过控制 单元控 制电压 转换 单元对 不同 电池组 的输入 和输 出 电压 进行 周期性 调节， 使整个 电池回 路产生 高频 的交流 电， 该交流电 通过低 温 电池时 ， 利用电池 在低温 条件 下形成 的高 阻抗直接 从电 池内部 进行 发热。 达 到对电 池快速 进行加 热的 目的， 通过这种 方式使 电池利 用 自身产生 的热量 直接 发热 ， 不需要额外 增加加 热装 置， 能量利用 率高 ， 加热速度快 。 本 申请实 施例公 开的 电池加 热系统 、 方法和供电 系统可 以应用 于电池 管 理 系统中 ， 作为电池管 理系统 的一部 分， 该电池管 理系 统可以 应用但 不限 用 于 车辆、 船舶或 飞行器 等用电 装置 中， 有利于快速 对电 池进行 加热 ， 提高电 池 的性能 。 本 申请 实施例 提供 一种使 用包 含本 申请实 施例 提出 的电池 加热 系统 的 电 池作为 电源的 用电装 置， 用电装置可以 为但不 限于手 机、 平板、 笔记本电 脑 、 电动玩具 、 电动工具、 电瓶车、 电动汽 车、 轮船、 航天器 等等。 其中， 电动 玩具 可以包 括固定 式或移 动式 的电动 玩具， 例如， 游戏机、 电动汽车玩 具 、 电动轮船玩 具和电 动飞机 玩具等 等， 航天器 可以包 括飞机 、 火箭、 航天 飞机 和宇 宙飞船 等等。 以 下实施 例为 了方便 说明 ， 以本申请一 实施例 以用 电装置 为车 辆 1000 为例 进行 说明。 请 参照图 1, 图 1为本 申请实 施例提 供的 车辆的 结构示 意图。 车辆可以 为燃 油汽 车、 燃气汽车 或新能 源汽 车， 新能源汽 车可以 是纯电 动汽 车、 混合 动 力汽车 或增程 式汽车 等。 车辆的内部设 置有电 池 2000, 电池 2000可以设 置在 车辆 的底部 或头部 或尾部 。 电池 2000可以 用于为 车辆供 电， 例如， 电 池 2000 可以作 为车辆 的操作 电源 。 车辆还包括 电池管 理系统 1000 和马达 3000, 电池管理 系统 1000用来 控制电 池 2000为马达 3000供电 ， 例如， 用 于 车辆的 启动、 导航和行驶 时的工作 用电 需求。 在 本申请 一些实 施例 中， 电池 2000不仅可 以作 为车辆 的操作 电源 ， 还 可 以作为 车辆的 驱动电 源， 代替或部 分地代 替燃油 或天 然气为 车辆提 供驱动 动 力。 本 申请实 施例所 提到 的电池 2000是 指包括 一个 或多个 电池单 体以提 供 更 高的电 压和容 量的 单一的 物理模 块。 例如， 本申请中所 提到 的电池 2000 可 以包括 电池模 块或电 池包 等。 电池单体 可以是 多个， 多个电池单体 之间可 串联 或并 联或混 联， 混联是指 多个 电池单体 中既 有串联 又有并 联。 多个电池 单体 之间 可直接 串联或 并联 或混联 在一起 ， 再将多个电 池单体 构成的 整体容 纳 于箱体 内； 当然， 也可以是 多个电 池单体 先串联 或并联 或混 联组成 电池模 块形 式的 电池， 多个电池模块 再串联 或并联 或混 联形成 一个整 体， 并容纳于 箱体 内。 电池 2000还可以 包括其他 结构 ， 例如， 该电池 2000还可 以包括 汇 流部 件， 用于实现多个 电池单 体之 间的电 连接。 其中， 每个电池单体 可以为 锂 离子二 次电池 、锂离子一 次电池 、锂硫电池 、钠锂离子 电池 或镁离 子电池 ， 但 不局限 于此。 电池单体可 呈圆柱 体、 扁平体、 长方体或其 它形状 等。 电 池管理 系统 1000是 指对电 池进行 管理的 系统 ， 是电池中的 核心 ， 电 池 管理系 统通过 对电压 、 电流、 温度以及 SOC等参数 采集和 计算 ， 进而控制 电 池的充 放电过 程， 实现对电 池的保 护， 提升电 池综合 性能的 管理 系统， 是 连接 车载 动力电 池和电 动汽 车的重 要纽带 。 本申请实施例 提出 的电池 加热 系 统 100为电 池管理 系统 1000的一个 组成部 分， 如图 2所示， 为本申请提 出 的 电池加 热系统 100的应 用结构 示意图 。 在用电装置 中， 通常包括 高压电 池 500 和低压 电池 700,高压电池 500经过 电压转 换单元 降压后 对低压 电池 700 进行 充电 ， 与低压电池 700 —起为整 车低压 系统 进行供 电， 低压电池 700主 要 为用电 装置的 低压 负载，如 ：仪表、灯光 和雷达 等提供 电源 ，低压电池 700 直接 与低 压负载 600进行 连接。 本 申请实 施例提 出的 电池加 热系统 100包括控 制单元 120和电压 转换 单 元 110,该电压转 换单元 110在正 常工作 状态下 ，负责对电压 进行 转换处 理； 当 需要对 电池进 行加热 时， 电压转换 单元 110在控制 单元 120的控制 下， 对 电 池进行 升压或 降压处 理， 对待加 热电池 300进行 快速加 热。 具 体的， 本申请实施例 提出 的电池 加热 系统 100, 如图 3所示， 包括电 压转 换单 元 110和控 制单 元 120,该 电压转换 单元 110分别与电源 200以及待 加热 电池 300电连接， 接收该电 源 200输入 的第一电 压或该待 加热电 池 300输 入的 第二电压 。 该控制单元 120用于获取 该电压 转换单元 110的充放 电频率 ， 并根 据该充放 电频率 确定该待 加热电 池 300的 电荷转移 阻抗， 根据该电荷 转移 阻抗 计算该待 加热电 池 300的安全幅值 电流， 根据该充 放电频率 和安全 幅值电 流 向该电压 转换单元 110发送控 制信号 ， 使该电压转换单 元 110根据该控制 信 号对 该第一 电压或 第二电压进 行升压 或降压处 理。 如 图 3所示， 为本申请实施例 提出的 电池加热 系统 100结构示意 图， 控制 单 元 120与该电 压转换单 元 110电连接， 用于对电压 转换单元 110进行控 制。 电压 转换单 元 110两端分 别与电源 200和待加热 电池 300连接，用于对电源 200 输 出的电压 进行转换 ， 或者， 用于对待加热 电池 300输出 的电压进 行转换 。 其 中， 该电源 200为向待 加热电 池 300提供 输入的载 体， 可以为用电 装置 自身已经装 配的高压 电池 500, 也可以为额外配置 的低压 电池 700, 还可以为外 置 的电源等 ， 其目的是为待加 热电池 300提供电压 输入。 待加 热电池 300为用 电装置 自身配置的 需要进行 加热的 电池， 其可以为 低 压 电池 700, 也可以为高 压电池 500 o 该待加热电池 300通常为锂 电池， 该待加 热 电池 300在较低的 温度下， 电池的可用容量会 大幅衰 减， 电池既放不 出电也 充不 进去电 ， 电池倍率性能 严重衰 减。 而且， 该电池会在低 温充电 条件下 ， 容 易 出现析锂 反应， 会导致电 池发生 内部短路 ， 造成严重的安 全风险 。 由于锂离 子 电池在充 电过程 中， 锂离子会从 正极脱嵌 ， 并嵌入到负极 。 但是， 在某些情 况下 ， 比如： 在低温情况下 进行充 电时， 会造成从 正极脱嵌 的锂离 子无法嵌 入 负极 ， 锂离子只能析 出在 负极表面 ， 这种现象称为析 锂反应 。 当锂电池发生 析 锂反 应时， 会导致电池发生 内短路， 造成严重的安全风 险。 在本 申请实施 例中为 了在低温 条件下对 待加热 电池 300进行加热 ， 通过对 待加 热电池 300进行周期 性的充 放电， 结合待加 热电池 300在低温条 件下阻抗 比较 高的特 点，使待加热 电池的 自身产生 热量进行 自加热 。在对待加热 电池 300 进行 频繁的 充放电 的过程中 ， 充放电电流越 大， 充放电频率 越高， 待加热电池 300 在充放电过程 中产生 的热量 越多， 升温的速 度就越 快。 但是由于在低 温条 件下 ， 对锂电池进行 充放电 时， 容易发生析 锂反应 的问题 ， 因此， 在对锂电池 进行 充放电 时， 需要综合考 虑充放 电频率 、 安全幅值电流与 加热效 率之间 的平 衡 关系， 在能够快速 对待加热 电池 300进行加 热的同时 ， 又要避免在加 热过程 中 ， 待加热电池 300发生析锂反应 。 如 图 4所示 ， 示出了锂离子 电池的 电池内阻等 效电路 示意图 ， 锂离子电池 的等 效电路 由三部分 组成， 包括： Zl, Z2和 Z3, 其中： Z1为电池内部集流 体、 活性 物质和 电解液等 的欧姆 阻抗成分 ； Z2为固体电解质 相界面 （ SEI）膜对应的 阻 抗成分 ， 包括。皿和氏政； Z3 为活性物质 固液相界 面处的 电荷转移 阻抗， 包 括 0 /和七。 其 中 0玫， 0/属于 常相位 角原件 ( Constant Phase Element, CPE ) , 常相 位 角原件 由 CPE系数 Q和 CPE指数 n描述， 其阻抗表达 式为：

Z 1 _ 1

^CPE ( ia)}ⁿO / n

W 凹 E (cos 其 中， Q为 CPE系数， n为 CPE指数， j为虚数单 位。 则该 锂离子 电池的等 效电路 的电阻的 实部表 达式如下 ： 其 中， QSEI与 ⁿSEi分别为 Z2部分的常相位 角原件 的 CPE指数 与 CPE系数, Q_dl与 n_dl分别为 Z3部分常相位 角原件的 CPE指数和 CPE系数；馅为等 效电路 中 Z1 部分的 欧姆阻抗 ， 任政为 SEI膜内阻， 人仃为电荷转移阻抗。 ⑦表示 电池充放 电 的角频率 ， j表示阻抗的虚部 。 需要指出的是上 述各个 参数都对 温度敏感 ， 需 要 在不同温 度下进 行标定 ， 上述各个参数都 可以通 过锂 离子电池 的电化学 图谱 ( EIS )进行拟合得到。 由上 可以看 出， 锂离子电池的 阻抗实部 ZRE和频率相关， 如图 5所示， 为对 上 述锂电池 内阻的 计算进行 简化后 的锂电 池电化学 图谱分析 示意 图， 示出了锂 离 子电池在 不同充放 电频率 下的 阻抗。 其中， 横轴表示电 池的实部 阻抗， 纵轴 表 示电池 的虚部阻 抗， 电化学图谱 可以分 为电荷转 移区和 物质转移 区， 电荷转 移 区和物质 转移区之 间为混 合区域 。 在 电荷转移 区内， 电池的充放电频 率越高 ， 电池在充放电 过程中仅 发生电 荷 转移， 并没有发 生物质扩 散， 即不会发生 析锂反 应； 在极高的频 率区域 内， 电 池表现为 纯电阻特 性， 其阻抗可 以表示为 Z=Ro。 在物质转移区域内 ， 充放电 频 率较低 ，电荷转移和物质 转移均 有发生 ，即电池在该 区域内会发 生析锂 反应， 物质 转移 区域内的 充放电频 率低于 电荷转移 区域的充 放电频 率。在混合 区域内， 锂 离子电池 从电荷转 移向物 质转移过 渡， 在此区间 内， 既会发生电 荷转移 ， 也 会发 生物质 转移。 因此， 由上可知， 为了避免在充放 电过程 中发生 析锂反应 ， 充放 电的频 率应该尽 可能的 较高。 其中， 上述高低 频的数值 没有统 一标准 ， 一 般 的经验划 分为： 高频范围为 lKHz-lOKHz; 中低频范 围为 O.OOlHz-lKHz。 需要 说 明的是， 上述频率范围不 是固定 不变的 ， 其会受到电池温 度以及 电池状 态的 影响 而变化 。 需要 说明的是 ， 虽然从理论 上说， 在电荷转 移区域 ， 充放电频率越 高， 待 充 电电池越 不容易发 生析锂 反应， 充放电频率最好设 置在较 高的频 率上， 才能 够最 有效的 保证电池 的充放 电性能 。 但是， 在实际中， 由于电池的 充放电控 制 需要 通过电压 转换单 元 110进行控制， 而电压转换单元 110在充电过 程和放 电 过程 之间需要 通过开 关进行 切换， 而开关切换所 占用的时长 使得更 快速的切 换 充放 电变得 非常困难 。 因此， 电压转换单元 110的切换 频率成 为制约提 高充放 电频 率的关键 因素 ， 因此，在本申请中，为了减少 电池加 热系统 100的复杂度 ， 提 高充放电 效率， 本申请发 明人提 出直接采用 电压转换 单元 110的最大 切换频 率作 为该电 池加热 系统 100中的充 放电频 率。 如上 所述的 ， 在对锂离子电 池进行充 放电时 ， 需要综合考虑 充放电 频率、 安全 幅值电 流与加热 效率之 间的平衡 关系， 在能够快速 对待加 热电池 300进行 充 电的同时 ， 又要避免待加热 电池 300发生析锂 反应。 当充放电频率确 定后， 需要 根据该 充放电频 率确定该 电池加 热系统 100在特定 温度条件 下的安全 幅值 电流 。 继续 参考图 4示出的电 池内阻等 效电路 示意图，若要 避免 锂离子 电池的 负 极 发生析 锂反应 ， 则需要满足 负极颗粒 表面 固液相 电势差 大于析 锂反 应的平 衡 电势， 即： 其 中， 饱和 S 为固 液两侧 负极颗 粒表 面的电 势， "球为平 衡电势 ， 通 常被 认为是 0V。 析锂 反应发 生时， 锂离子需要 得到 电子还原 为锂金属 ， 通常认为析锂 反应 初始 发生在石 墨颗粒 表面， 即固体电解质相界 面 SEI膜内部， SEI膜内部的嵌锂 反应 过电势 为： 其 中， "心为石墨负极 在特定 电池荷 电状态 soc下的平衡 电势。 根据 锂离子 电池阻抗 图谱的推 导过程 ， 通过 Butler-Volmer方程的线性化, SEI膜内部 的嵌锂 反应过 电势可以 近似为 ： 其 中， 么为法拉 第电流 ， 阳为电 荷转移 阻抗， 在充电时 ， 么为负， 即对 应石 墨负极 的等效电 路为： i_ctR_ct =一站； 其中 乌为 电荷转移 阻抗人甲两端的 电压，即图 4所示 的电池 内阻等效 电路中, Z3 部分两 端的 电压。 由 于石墨 负极在特 定电池荷 电状态 SOC下的平 衡电势 为 u_{e l} , 因此为了避 免 负极表面发 生析锂 反应， 电荷转移阻抗％ 两 端的电压 岭需 要满足 ： 匕 斗 」 （1） ; 在 图 4所示的 电池内阻 等效电路 中， Z3部分的 综合阻抗 与充放 电频率的 关 系为 ：

_Z ^Rct

3一（加 严0 凡+1 ； 当向 锂离子 电池施加 交流电激 励时， Z3两端 的电压幅值 为： 其中 ， 怀 3〔为电池内阻等效电路中的 Z3部分的 阻抗值， 与频率有关； 么为 施加 的交流 电电流的 幅值。 由上 述公式 （1）和 （2）得到 ， 锂离子电池在 交流电激 励下 ， 不发生析锂 的条 件为 : 妇 z’l s ； 即为 了避免发 生析锂反 应， 在特定电池 荷电状 态 SOC T , Z3部分两端的 电 压幅值始 终小于石 墨负极 的平衡 电势。 由上可知 ， 本申请实施例 中， 采用电池转 换单元 的最大 切换频率 作为该 电 池加热 系统 100中的充放电 频率的情 况下， 在该充放 电频率 下， 由图 5可知， Z3部分 的电阻等 于锂电 池电荷转 移阻抗 人 cr， 即： 通过上述 过程， 确定了对待 加热 电池 300进行充放 电的充放 电频率 ， 并根 据充放 电频率确 定电荷转 移阻抗 ， 然后根据电荷 转移阻 抗确定 出充放电 的安全 幅值电 流。需要指出的 是，上述电荷 转移阻抗 以及相应 的安全 幅值电 流与温度 、 电池的荷 电状态 SOC密切相 关， 并不是一成 不变的 ， 会随着温度的 改变而不 断 的变化 。 特定温度以及特 定荷电状 态 SOC下的电荷 转移阻抗 以及其对 应的安 全 幅值电 流可以通 过待充 电电池的 电化学 图谱 EIS进行查询得 到，可以通过预 先将 该电化 学图谱 EIS设置在控制单 元 120中， 由控制单元 120在特定条件 下， 通 过查询得 到， 具体的查询 方式， 在这里不 再赘述 。 在现有技 术中， 针对待加热电池 300, 电池生产厂商在 电池出厂 时， 会设 定充电截 止电压 Umax， 根据充电截止电压设 置不同 的充电电 流， 截止电压会 有 不同的 充电容量 。 该充电截止 电压一般 会是一个 比较保 守的值 ， 而且一般适用 的电流过 小， 造成电池加 热效率 过低， 大大减弱 了加热效 果。 而在本 申请实施 例中， 通过根据锂电池 石墨 负极的平衡 电势 u_{e l}和电荷转 移阻抗& 确 定安全 幅值电流 ， 不依赖于设定的 充电截止 电压和开 路电压 ， 能够 最大程度 反应待 充电电 池的真 实状态， 突破了厂商设定 的截止 电压的限 制， 大 大提高 了加热效 率。 如图 6所示 ， 示出了在本实 施例提 出的方案 的作用下 ， 待 加热 电池 300能够在短 时间 内进行快速 的升温 ， 安全幅值电流也 逐渐变 大， 极 大 的提高了对 待加热 电池 300的加热效果 。 控制 单元 120在确定完对 待加热 电池 300进行充放电 的频率 以及安全 幅值 电流 后，根据该 充放电频 率和安 全幅值电 流向电压 转换单 元 110发送控 制信号, 使 电压转换 单元 110根据控制 信号对 电源和待加 热电池 的第一 电压或第 二电压 进行 升压或 降压处理 。 将充放电频 率作为最 大的充 放电频率 ， 将安全幅值 电流 作 为最大充 放电电流 。 控制 单元 120根据该充 放电频 率和安全 幅值电 流在第一 时间内 向电压转 换 单 元 110发送控 制信号 ， 使电源 200输出的 第一电压 高于待加 热电池 300的第 二 电压， 从而对待充 电电池进 行正向 充电。 在第二时 间内， 控制单元 120向电 压转 换单元 110发送控 制信号 ， 使电源 200的第 一电压低 于该待加 热电池 300 的 第二电压 ，从而使待加 热电池 300处于放电状 态。在第一时 间和第二 时间内 ， 对 第一电压 的升压 或者第一 电压的 降压处理 时， 需要使第一 电压和 第二电压 之 间 的电压差 保持在一 定范围 内， 以便使待加 热电池 300在充电状 态下的 最大充 放 电电流小 于确定的 安全幅值 电流。 因此 ， 由上可知， 本申请实施 例通过控 制单元 120根据 电压转 换单元 110 的 充放电频 率和电荷 转移阻 抗确定安 全幅值 电流， 并根据该充放电 频率和安 全 幅值 电流向 电压转换 单元 110发送控制信 号， 使电压转换 单元 110根据控制 信 号对 该第一 电压或 第二电压 进行升压 或降压 处理， 大大提高了对电 池的加 热效 果 ， 提高了加热效率 。 一些 实施例 中， 该电池加热 系统 100还包括温 度监测单 元 130, 温度监测 单元 130用于监 测该待加 热电池 300的温度 ， 并向控制单元 120发送该温度 ， 该控 制单元 120根据该温 度和该 电压转换 单元 110的充放电 频率， 确定该待加 热 电池 300的电荷 转移阻 抗。 如 图 7所示 ， 本申请实施例提 出的电池 加热系 统 100还包括 温度监 测单元 130, 该温度监测单元 130与待加热 电池 300相连接， 用于对待加热 电池 300的 温度 进行监 测， 并将监测到的温 度信息发 送给控 制单元 120, 以便控制单元 120 根据 待加热 电池的温 度信息来 对电压 转换单元 110的充 放电频率 和充放 电电流 进行 控制。 该温 度监测单 元 130可以为温度 传感器 ， 该温度传感器 可以包括 热电偶 、 负温 度系数 温度传感 器或红外 传感器 等， 通常设置在 该待加热 电池 300的周围 或者 表面， 以便对待加热电池 300的 温度进行 准确的监 测。 温度监测单 元 130 周期 性的获取 该待加 热电池 300的温度信 息，将该温度信 息发送给控 制单元 120, 该控 制单元 120周期性的 根据温度 信息、 待加热 电池 300的荷 电状态 SOC以及 电压 转换单元 110的充 放电频 率， 确定安全幅值 电流， 根据该安 全幅值 电流， 对 电源 200和待加 热电池 300的充放 电电压进行 调整 。 通过 这种方 式能够实 时的对待 加热电 池 300的状 态进行监 控， 并对充放 电 电压 进行修正 ， 使待加热电池 300始终 处于最优 的加热 效果， 大大提高了加热 效率 。 一些 实施例 中， 该控制单元 120还用于根 据该待加 热电池 300的荷电 状态 SOC 、 温度和充放电频 率确定该 待加热 电池 300 的电荷转移 阻抗； 该控制单元 120 还用于 根据该待 加热 电池 300的析锂电 位和该 电荷转移 阻抗计算 该待加 热 电池 300的安全 幅值电流 。 该控 制单元 120预先获取 待加热 电池 300的荷电状态 ， 其中， 该荷电状态 SOC 的获取 可以通 过多种方 式，一种是在 电池出厂 时，厂家会对 SOC进行标 定， 标 明特定温度 和电压 下，该电池 的荷电状 态 SOCo还可 以通过安 时积分进 行 SOC 的计 算， 即电池管理 系统记 录电池 流过的 电流， 然后通过使 用时间 ， 计算当前 的 SOC。 也可以采用将以上 两种方 法相结合 的方式进 行 SOC的获取。 当然， 还 有其 他 SOC获取 方式， 在这里不再赘述 。 该控 制单元 120获取该待加 热电池 300的荷电状 态 SOC后， 根据该温度监 测单 元 130获取的温度信 息以及 充放电频 率， 通过该待加 热电池 300的电化 学 图谱 EIS, 确定待加热电池 300的电荷转移 阻抗砖 。 该控 制单元 120还获取该 待加热 电池 300的析锂电位 ， 其中该析锂电 位为 待加 热电池 300的石墨 负极在特 定荷电状 态 SOC下的平衡 电势 Uq 为了避免 石墨 负极表 面发生析 锂反应 ， 电荷转移阻抗 7?仃两端的电压马需要满足 ： 匕 斗 」 ； 在 图 4所示的 电池内阻 等效电路 中， Z3部分的 综合阻抗 与充放 电频率的 关 系为 ： _Z ^Rct

3一（加 严0 凡+1 ； 当给 锂离子 电池施加 交流电激 励时， Z3两端 的电压幅值 为： 其中 ， 怀 3〔为电池内阻等效电路中的 Z3部分的 阻抗值， 与频率有关； 妇为 施加 的交流 电电流的 幅值。 锂 离子电池在 交流电 激励下 ， 不发生析锂的条 件为： 即锂 离子电池 石墨负极 等效电 路中， 在特定电池 荷电状 态 SOC T , Z3部分 两端 的电压 幅值始终 小于石墨 负极的平 衡电势 。 本 申请实施 例中， 采用电池 转换单元 的最大 切换频 率作为该 电池加 热系统 100 中的充放 电频率 ， 在该充放电频 率下， 由图 5可知， Z3部分的 电阻等于锂 电池 电荷转移 阻抗 R_CT , 即： 通过 根据石 墨负极的 平衡电 势和电荷 转移阻 抗来获取 安全幅 值电流 ， 不依 赖于 设定的 充电截止 电压和 开路电压 ， 能够最大程度 反应带 充电电 池的真 实状 态 ，突破了厂商设 定的截止 电压的 限制，大大提 高了对待加 热电池 的加热 效率。 一些 实施例 中， 为了提高电池 加热效 率， 该控制单元 120预先存 储有该待 加热 电池 300的荷电状 态、 温度、 充放电频率和 安全幅 值电流 映射表； 该控制 单元 120还用于 根据该待 加热 电池 300的荷 电状态 、 该温度和该充放 电频率 查 询该 安全幅值 电流映 射表， 确定该待加 热电池 300在 当前状态下 的安全 幅值电 流 。 根据 待加热 电池 300的电化 学图谱 EIS, 电池的在特定的温度 、 充放电频率 以及 荷电状 态下， 其安全幅值 电流是 确定的 ， 因此， 控制单元 120可以预 先存 储该待加 热电池 300的荷 电状态 、 温度、 充放电频率和安全 幅值电 流映射表 ， 在加热过 程中 ， 实时根据获取的待 加热 电池 300的荷电状 态和温度 ， 确定对应 的安全 幅值电流 。 如表 1所示， 为待加热电池 300的荷电状 态、 温度、 充放电 频率和安 全幅值 电流映射 表的示 意表格 。 表 1 在对待加 热电池 300进行加 热的过 程中， 当充放电频率、 温度和荷 电状态 确定的情 况下， 可以通过查询该 映射表 ， 及时获取安全幅 值电流 。 由表 1可知， 在特定频率 XHZ和温度 条件下 ， SOC越低， 允许的安 全幅值 电流越 高，加热效果越 好。在特定 的频率 XHZ和 SOC条件 下，随着温度 的升高 ， 允许的 安全幅值 电流也 越高， 当达到一定的温度 条件时 ， 允许的安全 幅值电流 保持稳 定。 一些实施 例中， 该电压转换单元 110用于在 第一时 间内对该 第一电压 或第 二电压进 行升压 或降压处 理， 使该待加热 电池 300接收的充 电电流 小于该安 全 幅值电 流。 该电压转换单 元 110还用于在 第二时间 内对该 第一电压 或第二 电压 进行升压 或降压 处理， 使该待加 热电池 300输出的放 电电 流小于该 安全幅值 电 流。 如 7和图 8所示， 示出了电 压转换单 元 110在控制单元 120的控制下 ， 通 过电源 200对待加 热电池 300进行加热 的拓扑结 构图， 其中控制 单元 120与电 压转换 单元 110之间可以通过 CAN 总线或 其他总 线进行通 信。 图 7示出 了在第一 时间内 ， 由电源 200进行放 电， 对待加热电 池 300进行 正 向充电的 工作模式 示意图 。在初始条件 下，控制单 元 120根据待 加热电池 300 的荷 电状态 SOC首 先确定 电压转换 单元 110的充放电频 率 K1和安 全幅值 电流 Il o 此时， 电源 200放电， 待加热电池 300充电， 电源 200的输出电压 为 Ua, 待加 热电池 300的电压为 Ub, 电压转换单元 110对电源 200输出 的电压 Ua进 行升 压， Ua经过 电压转换 单元 110后升压为 Ual , 则 11= (Ual-Ub) /R, 其中 R 为该 电池加 热系统 100的等效 阻值。 其中， Ual需要 控制单 元根据安 全幅值 电流 II进行确定， 以保证待加热电 池 300的充电 电流小于 安全幅值 电流， 在对 待加 热电池 300进行充电的 同时，还能保证 待加热 电池 300不会发 生析锂反 应。 图 8示出了在 第二时 间内， 电压转换单 元 110在控制单元 120的控制下 ， 由待 加热电 池 300进行 放电， 对电源 200进行充 电的工作 模式示意 图。 与图 7 的正 向放电 相比， 图 8为逆向放电， 两者的方向相反。 待加热电池 300的输出 电压 为 Ub, 电源 200的电压为 Ua, 控制单元 120控制电压转换 单元 110对 Ua 进行 降压处 理， Ua经电 压转换单 元 110降压后为 Ua2, 11= (Ub-Ua2) /R, 其 中 R为该电 池加热 系统 100的等效阻值。 该待加热电池 300输出的放 电电流小 于该 安全幅值 电流。 上述 正向充 电和逆向 放电的转 换周期 为充放 电频率 K1 , 即待加热电池 300 和 电源 200 —半时间处于 充电状 态， 一半时间处 于放电状 态， 在充电和放 电之 间切 换。 根据电阻的 发热公 式：

P = I²Rt； 可知 ， 电流越大， 产热效果越 好。 由于控制单 元 120会随着电池 充放电 的 进行 ， 不停的调整安 全幅值 电流， 因此， 随着充放电的进行 ， 对电池的加 热效 果会 越来越好 。 本 申请实施 例提出的 电池加 热方法应 用于各 种用电 装置中 ， 比如： 电动汽 车等 ， 由于用电装置 通常会 包含高压 电池 500和低压 电池 700, 高压电池 500 一般 用于为 用电装置 提供动 力， 低压电池 700一般用于 为用电装 置的低压 设备 提供 电源 200。 为了对待加热电池 300进行 加热， 可以采用 多种方式 作为电 源 200 为待加 热电池 300提供 加热电 源， 为了便于说 明， 以下以电动车 为例进行 说 明。 如 图 9所示， 用电装置中 包括高压 电池 500、 第一电压转换单元 111、 第一 低压 电池 301和低压 负载 600, 其中该高压电池 500一方面 用于为用 电装置提 供动 力， 另一方面， 还通过第一电压转 换单元 111为第一 低压电池 301进行充 电 ， 第一低压电池 301为低压 负载 600提供 电源。 为了对第一 低压电 池 301进 行快 速加热 ， 在该用电装置 中， 设置有第二 低压电 池 302、 第二电压转换单元 112. 控制单元 120和温度监测 单元 130_o 在正 常工作情 况下， 高压电池 500通过第 一电压转 换单元 111为第一 低压 电池 301进行充 电， 第一低压 电池 301为低压负载 600提供电 源 200。 当温度 监测 单元 130监测到第一 低压 电池 301温度 低于一定 阈值时 ， 此时， 第一低压 电池 301的性能 受到比较 大的影响 ，需要首先对 其进行 加热，则该控 制单元 120 向该 第二电压 转换单 元 112发送控制信号 ， 控制该第二 电压转换单 元 112按照 确定 的充放 电频率和 安全幅值 电流， 使第一低 压电池 301和第 二低压 电池 302 不停 的充放 电，使第一低 压电池 301的温度逐 渐升高 ，实现对第一低 压电池 301 的快 速加热 。 图 10中示出了另 外一种 电池加热 拓扑图 ， 包括高压电池 500、 第一电压转 换单 元 111、 第一低压电池 301、 低压负载 600、 控制单元 120和温度监测单 元 130, 该控制单元 120与第一电压转 换单元 111连接， 用于控制第一 电压转 换单 元 111对第一低 压电池 301进行加热 。 在该拓扑结构 中， 电池加热系统 100与 用 电装置的 高压电池 500共用 一个电压 转换单元 ， 通过对原有 的电压转换 单元 进行 改造， 使其能够 进行实现 高压电 池和低压 电池之 间的高频 交互。 在正 常工作状 态下， 高压电池 500为用 电装置提 供动力 ， 同时， 通过第一 电压 转换单元 111为第一低 压电池 301充电，第一低压 电池 301为低压负载 600 提供 电源。当温度监 测单元 130监测到第一低 压电池 301温度低于一 定阈值 时， 此 时， 第一低压电池 301的性 能受到 比较大的影 响， 需要首先对 其进行加 热， 则该 控制单元 120向该 第一电压 转换单元 111发送控 制信号 ， 控制该第一电压 转换 单元 111按照确定 的充放电 频率和安 全幅值 电流， 使第一低压 电池 301和 高压 电池 500之间不停 的充放 电， 使第一低压电 池 301的温度 逐渐升 高， 实现 对第 一低压 电池 301的快速加 热。 通过这种方 式， 使高压电池和 低压电 池共用 一个 电压转换 单元 ， 简化了结构， 降低了用 电装置的 复杂度。 图 11中示出了另 外一种 电池加热拓 扑图 ，将用电装置的 电池加热 系统 100、 高压 电池 500以及车载充 电系统 OBC ( On Board Charger ) 集成在一起。 如图 11 所示 ， 车载充电系统 OBC 包括交流 插座 803、 补偿单元 801、 交直流电压转换 单元 802和第一 电压转换 单元 111。 在图 11中， 高压电池 500、 车载充电系统 OBC 以及该电 池加热 系统共用 一个第一 电压转换 单元 lllo 需要对第一 低压电 池 301进行加热 时， 可以将高压 电池 500或者车 载充电 系统 OBC作为电源 为第 一低 压电池 301提供加热 电源。 当通 过车载 充电系统 OBC为第 一低压 电池 301进行加 热时， 在正常工 作状 态 下， 高压电池 500通过第一电 压转换单 元 111为第一低压 电池 301充电， 第 一低 压电池 301为低压 负载 600提供电源。 当温度监测单元 130监测到第 一低 压 电池 301温度低于一 定阈值时 ， 此时， 第一低压电池 301的性能受 到比较 大 的影 响， 需要首先对 其加热 ， 将车载充电系统 OBC与第 一电压转 换单元 111连 接 ， 该控制单元 120向该第一 电压转换单 元 111发送控制信 号， 控制该第一 电 压转 换单元 111按照 确定的充 放电频 率和安全 幅值电 流， 使第一低压 电池 301 和车 载充电 系统 OBC之间不停 的充放 电，使第一低压 电池 301的温度 逐渐升 高， 实现 对第一低 压电池 301的快速 加热。 通过这种方式， 使用车载 充电系统 OBC 为低 压电池 进行加热 ， 而且车载充 电系统 OBC、 高压电池和低压 电池共 用一个 电压 转换单 元， 简化了结构 ， 降低了用电装置 的复杂度 。 图 12中示出了 另外一种 电池加热 拓扑图 ， 将用电装置的电 池加热 系统 100 与车 载充电 系统 OBC集成在 一起。 如图 12所示， 高压电池 500通过第一 电压 转换 单元 111为第一低压电池 301充电。该车载充电 系统 OBC包括 交流插座 803、 补偿 单元 801.交直流电压转换 单元 802和第二电压 转换单 元 112。在图 12中， 车载 充电系 统 OBC和 加热 系统共用一 个第二 电压转换 单元 112, 可以将车载充 电 系统 OBC作 为电源 为第一低 压电池 301提供加热 电源， 该控制单元 120与第 二 电压转换 单元 112连接。 在正 常工作状 态下， 高压电池 500通过第 一电压 转换单元 111为第一 低压 电池 301充电， 第一低压电池 301为低压负载 600提供 电源。 当温度监测 单元 130 监测 到第一低 压电池 301温度 低于一定 阈值时 ， 此时， 第一低压电池 301 的性 能受到 比较大的 影响， 需要首先 对其加热 ， 该控制单元 120向该第 二电压 转换 单元 112发送控制信 号， 控制该第二 电压转 换单元 112按照确定 的充放 电 频率 和安全 幅值电流 ， 使第一低压电 池 301和车载 充电系统 OBC系统 之间不停 的充 放电， 使第一低 压电池 301的温度逐 渐升高 ， 实现对第一低压 电池 301的 快速 加热。 通过这种方式， 使用车载 充电系统 OBC为低 压电池 进行加热 ， 而且 车载 充电系 统 OBC和低 压电池 共用一个 电压转换 单元 ， 简化了结构， 降低了用 电装 置的复 杂度。 一些 实施例 中， 该控制单元 120还用于 在该温度 小于第 一预设 阈值时， 向 该 电压转换 单元发送 控制信 号； 在该温度大 于或等 于该第一 预设阈 值时， 停止 输 出该控制信 号。 该温 度监测单 元 130对温度进行监 测， 当该待加热电池 300的温度大 于或 者等 于第一预 设阈值 时， 则说明该待 加热电池 300的温 度已经 能够保证 该电池 正常 工作， 则该控制单元 120停止输出控 制信号 ， 停止对待加热 电池 300进行 加热 。 当然 ， 由于锂电池的 内阻在 温度较低 时， 内阻会变得比较 大， 在低温情况 下通 过这种 方式对待 加热电 池进行加 热， 加热效果 比较明显 。 当锂电池温度 达 到一 定阈值 后， 电池的内阻 已经大 幅降低 ， 此时， 再通过该电池加 热系统对 其 进行 加热，效果 将大大降 低， 因此，此时控制单元 120可以停止 输出控 制信号 ， 停止 对待加 热电池 300进行加热 。 通过 对待加热 电池 300的温度进行 实时监测 ，能够及时根据 待加热 电池 300 的状 况对加 热进程进 行控制 ， 当加热效果不 佳时， 能够及时终止加 热进程 ， 节 省 能源。 一些 实施例 中， 该电池加热系统 100包括外置 加热源 400, 该控制单元 120 用于 在温度 小于该第 二预设 阈值时，启动该外 置加热 源 400对该待加 热电池 300 进行 加热； 在该温度大于或 等于第二 预设 阈值时， 关闭该外置加热 源 400, 该 第一 预设阈值 小于该 第二预设 阈值。 如 图 12所示， 该电池加热 系统 100还包括外置加 热源 400, 该外置加热源 400 包括加 热膜 加热或 PTC水热 ， 加热膜或 PTC水热都 是与电 池表 面接触传 热 ， 其主要优点 是加热 结构简 单， 技术成 熟。 本申请实施 例结 合锂电 池的特 点 ， 将两种加热 方式结 合起 来。 当 温度低 于第一 预设 阈值时 ， 控制单元 120控制电压 转换单 元对待 加热 电 池 300进行 加热 的同时 ， 也启动外置加 热源 400对待加 热电池 300进行加 热 。 当温度大于 或等于 第一预 设阈值 时， 由于电池的内 阻已经 大幅 降低， 通 过 频繁充 放电的 方式进 行加 热的效 果已经 大大 降低， 此时， 电池加热 系统停 止 对电池 进行加 热， 但是， 由于待加 热电池 300的温度 还未 达到预 设的 第二 阈值 ， 则此时， 该外置加 热源 400继续对 待加 热电池 300进行加 热， 直至该 待加 热电 池 300的温 度达 到预设 的第二 阈值 ， 此时， 待加热电池 300的温度 已 经满足 正常的 使用， 则可以关闭 外置加 热源 400。 本 申请 实施例 通过 将电池 的 自加热模 式与 传统 的外 置加热 源进 行加 热 的模 式进 行结合 ， 提高了对 待加 热电池 进行加 热的 效果， 提高了加热 效率。 综 上所述 ， 本申请实 施例提 出的 电池加 热系统 ， 通过控制单 元根据 电压 转换 单元的 充放电频 率和电 荷转移 阻抗确定 安全幅值 电流， 并根据该充放 电频 率和 安全幅 值电流 向电压转 换单元 发送控制 信号， 使电压转 换单元 根据控制 信 号对 该第一 电压或第 二电压进 行升压 或降压处 理， 大大提高了电池 的加热 效果, 提 高了加热 效率。 本 申请实 施例的 另一 方面， 还提供 了一种 电池加 热方法 ， 应用于上述 实 施例 中提 出的电 池加热 系统 ， 具体如图 14 所示。 本申请实 施例提 出的 电池 加热 方法， 包括： 步骤 1401 : 获取电压转换单元的 充放电频 率； 步骤 1402: 根据该充放 电频率确 定待加热 电池 300的电荷转移 阻抗； 步骤 1403 : 根据该电荷转移阻 抗计算该 待加热 电池 300的安全幅 值电流; 步骤 1404: 根据该安全幅 值电流和 该充放 电频率 向该电压转 换单元 发送控 制信 号，使其根据该 控制信 号对该待 加热电 池 300输入的 第一电压 或该电源 200 输入 的第二 电压进行 调节。 其 中， 待加热电池通 过电压 转换单 元与电源 电连接 ， 该电源为多种 形式， 可 以为用电 装置中 的高压电 池、 低压电池， 也可以为通过 车载充电 系统进行 电 压转 换后提供 的电源 。 本 申请上述 实施例通 过根据 电压转换 单元的 充放电 频率和 电荷转移 阻抗确 定安 全幅值 电流， 并根据该 充放电 频率和安 全幅值 电流向 电压转换 单元发送 控 制信 号， 使电压转换 单元根 据控制信 号对该 第一电压 或第二 电压进 行升压或 降 压处 理， 大大提高 了电池的加 热效果 ， 提高了加热效 率。 在一 些实施例 中， 根据该充 放电频率 确定待 加热电 池的电荷 转移阻抗 ， 包 括 ： 获取该待加热 电池的温 度， 根据该温度 和该充放 电频率 确定该待 加热 电池 的 电荷转移 阻抗。 通过 这种方 式能够适 时对待加 热电池 的状态 进行监控 ， 并对充放电 电压进 行修 正， 使待加热 电池始终处 于最优 的加热效 果， 大大提高 了加热效率 。 在一 些实施 例中， 该根据该 充放电频 率确定 待加热 电池的电 荷转移 阻抗， 包括 ： 根据该待加 热电池的 荷电状 态、 该温度和该 充放电频 率确定 该待加 热电 池 的电荷转 移阻抗 ； 该根据电荷转 移阻抗计 算该待 加热电 池的安全 幅值电 流， 包括 ： 根据该待加 热电池的 析锂电位 和该 电荷转移 阻抗计算 该待加 热电池 的安 全 幅值电流 。 本 申请实施 例通过根 据石墨 负极的平 衡电势 和电荷转 移阻抗 来获取 安全幅 值 电流， 不依赖于厂 商设定 的充电截 止电压 和开路 电压， 能够最大程度反应 待 充 电电池的真 实状态 ，突破了厂商设 定的截 止电压 的限制，大大提 高加热 效率。 在一 些实施例 中，该根据 电荷转移 阻抗计 算该待加 热电池 的安全幅 值电流 ， 包括 ： 预先存储有该 待加热 电池的荷 电状态 、 温度、 充放电频率和 安全幅值 电 流 映射表 ； 根据该待加热电 池的荷 电状态、 该温度和该充放 电频率 查询该安 全 幅值 电流映 射表， 确定该待加 热电池 在当前状 态下的 安全幅值 电流。 通过 设置待 加热电池 的荷电 状态、 该温度和 该充放 电频率 与安全幅 值电流 映射 表， 能够快速获 取充放 电的安全 幅值电流 ， 提高了加热效 率。 在一 些实施 例中， 该根据控 制信号对 该待加 热电池 输入的 第一电压 或该电 源输 入的第 二电压进 行调节 ， 包括： 在第一时间内 对该第一 电压或 第二电压 进 行升 压或降压 处理， 使该待加热电池 接收的 充电电流 小于该安 全幅值 电流。 在一 些实施 例中， 该根据控 制信号对 该待加 热电池 输入的 第一电压 或该电 源输 入的第 二电压进 行调节 ， 包括： 在第二时间内 对该第一 电压或 第二电压 进 行升 压或降压 处理， 使该待加热电池 输出的放 电电流 小于该安 全幅值 电流。 在一 些实施 例中， 该方法进 一步包括 ： 当该温度小 于第一预 设阈值 时， 对 该待 加热电 池输入 的第一电 压或该 电源输入 的第二 电压进行 调节 ； 在该温度大 于或 等于该 第一预设 阈值时 ， 停止对该待加 热电池 输入的 第一电压 或该电 源输 入 的第二电压 进行调 节。 上述 方式通 过对待加 热电池 的温度进 行实时 监测， 能够及时根据待加 热电 池 的状况对 加热进程 进行控 制， 当加热效果 不佳时 ， 能够及时终止 加热进程 ， 节省 能源。 在一 些实施例 中， 该方法进 一步包括 ： 当该温度小 于该第二 预设阈值 时， 启动 外置加 热源对该 待加热 电池进行 加热 ； 当该温度大于或 等于第 二预设 阈值 时 ， 关闭外置加热源 ， 该第一预设阈 值小于该 第二预设 阈值。 本 申请 实施例 通过 将快速 加热 模式 与传送 的外 置加 热源进 行加 热的模 式进 行结 合， 提高了对 待加 热电池 进行加 热的效 果， 提高了 加热效 率。 本 申请实 施例的 另一 方面， 还提出 了一种供 电系 统， 包括上述 实施例 中 提 出的电 池加热 系统， 该电池 加热 系统用 于对待 加热电 池进行 加热 ， 该待加 热 电池用 于提供 电源。 本 申请实 施例的 另一 方面，还提 出了一 种用电 装置 ，包括上述 供电 系统， 该供 电系 统用于 提供电 源。 该用电装 置可 以为但 不限于 手机 、 平板、 笔记本 电脑 、 电动玩具、 电动工具 、 电瓶车、 电动汽车、 轮船、航 天器等 等。其 中， 电动 玩具 可以包 括固定 式或移 动式 的电动 玩具， 例如， 游戏机、 电动汽车玩 具 、 电动轮船玩 具和电 动飞机 玩具等 等， 航天器 可以包 括飞机 、 火箭、 航天 飞机 和宇 宙飞船 等等。 最 后应说 明的是 ： 以上实施例 仅用 以说明 本申请 的技术 方案 ， 而非对其 限 制； 尽管参照前 述实 施例对 本申请 进行 了详细 的说明 ， 本领域的普 通技术 人 员应当 理解： 其依然 可以对 前述各 实施例 所记 载的技 术方案 进行修 改， 或 者对 其中 部分技 术特征 进行 等同替 换， 但这些修 改或者 替换， 并不使相应技 术 方案的 本质脱 离本 申请各 实施例 技术方 案的精 神和 范围。

Claims (1)

1. 26 权利要 求书

   1.一种 电池加热 系统， 其特征在于， 包括： 电压 转换单 元， 分别与电源 以及待加 热电池 电连接 ， 接收所述电源 输入的 第一 电压或 所述待加 热电池输 入的第 二电压 ； 控制 单元， 用于获取所述电 压转换单 元的充 放电频 率， 根据所述充 放电频 率确 定所述待 加热 电池的电 荷转移 阻抗， 根据所述 电荷转移 阻抗计 算所述待 加 热 电池的安 全幅值 电流， 根据所述 充放电频 率和安 全幅值 电流向所 述电压转 换 单元 发送控 制信号 ， 使所述电压转换 单元根 据所述控 制信号 对所述 第一电压 或 第二 电压进 行升压或 降压处理 。

   2.根据 权利要求 1所述的 电池加热 系统，其特征在 于，包括温度 监测单 元； 所述 温度监 测单元 用于监测 所述待加 热电池 的温度 ， 并向所述控制 单元发 送所 述温度 ； 所述 控制单 元根据所 述温度 和所述 电压转换 单元的 充放电频 率， 确定所述 待加 热电池 的电荷转 移阻抗 。

   3.根据 权利要求 2所述 的电池加 热系统 ， 其特征在于， 所述控制单元还 用 于根 据所述 待加热 电池的荷 电状态 、 所述温度和所 述充放 电频率确 定所述待 加 热 电池的电荷 转移阻 抗； 所述 控制单 元还用于 根据所 述待加 热电池的 析锂电位 和所述 电荷转移 阻抗 计算 所述待加 热电池 的安全 幅值电流 。

   4.根据 权利要求 2所述 的电池加 热系统 ， 其特征在于， 所述控制单元预 先 存储 有所述待 加热电 池的荷 电状态、温度、充放 电频率和 安全幅值 电流映 射表； 所述 控制单 元还用于 根据所 述待加 热电池的 荷电状 态、 所述温度和 所述充 放 电频率查 询所述安 全幅值 电流映射 表， 确定所述待 加热电 池在当 前状态下 的 安全 幅值电 流。

   5.根据 权利要求 1-4任一 项所述 的电池加 热系统， 其特征在于， 所述电压 转换 单元用 于在第一 时间 内对所述 第一电压 或第二 电压进行 升压或 降压处理 ， 使所 述待加 热电池接 收的充 电电流小 于所述安 全幅值 电流。

   6.根据 权利要求 1-4任一 项所述 的电池电 热系统， 其特征在于， 所述电压 转换 单元用 于在第二 时间内 对所述 第一电压 或第二 电压进行 升压或 降压处理, 使所 述待加 热电池输 出的放 电电流小 于所述安 全幅值 电流。

   7.根据权 利要求 2-4任一 项所述的 电池加 热系统， 其特征在于， 所述控制 单元 还用于 在所述温 度小于 第一预设 阈值时 ， 向所述电压转 换单元 发送控制 信 号 ； 在所述温度大于 或等于所 述第一 预设阈值 时， 停止输出所 述控制信 号。

   8.根据权 利要求 7所述的 电池加热 系统， 其特征在 于， 包括外置加 热源； 所述 控制单 元用于在 所述温 度小于所 述第二 预设阈值 时， 启动所述 外置加 热源 对所述待 加热 电池进行 加热； 在所述温 度大于 或等于 第二预设 阈值时 ， 关 闭所 述外置加 热源， 所述第一预设阈值 小于所 述第二预 设阈值 。

   9.一种 电池加 热方法， 待加热电池通过 电压转 换单元 与电源电 连接， 其特 征在 于， 包括： 获取 电压转换 单元的 充放电频 率； 根据 所述充放 电频率确 定待加 热电池的 电荷转移 阻抗 ； 根据 所述电荷 转移阻抗 计算所 述待加 热电池的 安全幅值 电流； 根据 所述安 全幅值电 流和所 述充放 电频率向 所述电压 转换单 元发送控 制信 号， 使其根据所述控 制信号 对所述待 加热电 池输入 的第一 电压或所 述电源输 入 的 第二电压进 行调节 。

   10. 根据权 利要求 9所述的 电池加热 方法， 其特征在于 ， 所述根据所述充 放 电频率确 定待加热 电池的 电荷转移 阻抗， 包括： 获取 所述待加 热电池 的温度 ， 根据所述温度 和所述 充放电频 率确定所 述待 加热 电池的 电荷转移 阻抗。

   11. 根据权 利要求 10所述 的电池加 热方法 ， 其特征在于， 所述根据 所述 充放 电频率确 定待加 热电池的 电荷转移 阻抗， 包括： 根据 所述待加 热电池 的荷电 状态、 所述温度 和所述 充放电频 率确定所 述待 加热 电池的 电荷转移 阻抗； 所述 根据电荷 转移阻抗 计算所 述待加 热电池的 安全幅值 电流， 包括： 根据 所述待加 热电池 的析锂 电位和所 述电荷 转移阻抗 计算所 述待加 热电池 的安 全幅值 电流。

   12. 根据权 利要求 10所述 的电池加 热方法 ， 其特征在于， 所述根据 电荷 转移 阻抗计 算所述待 加热电 池的安全 幅值电流 ， 包括： 预先 存储有 所述待加 热电池 的荷电状 态、 温度、 充放电频率 和安全 幅值电 流 映射表； 根据 所述待加 热电池 的荷电 状态、 所述温度 和所述 充放电频 率查询 所述安 全幅 值电流 映射表， 确定所述待加热 电池在 当前状态 下的安全 幅值电流 。

   13. 根据权 利要求 9-12任一 项所述的 电池加 热方法， 其特征在于， 所述 根据 控制信 号对所述 待加热 电池输 入的第一 电压或 所述电 源输入的 第二电压 进 行调 节， 包括： 在第 一时间 内对所述 第一电 压或第二 电压进 行升压 或降压处 理， 使所述待 加热 电池接 收的充电 电流小 于所述安 全幅值 电流。

   14. 根据权 利要求 9-12任一 项所述的 电池加 热方法， 其特征在于， 所述 根据 控制信 号对所述 待加热 电池输 入的第一 电压或 所述电 源输入的 第二电压 进 行调 节， 包括： 在第 二时间 内对所述 第一电 压或第二 电压进 行升压 或降压处 理， 使所述待 加热 电池输 出的放电 电流小 于所述安 全幅值 电流。

   15. 根据权 利要求 9-12任一 项所述的 电池加 热方法， 其特征在于， 所述 方 法进一步 包括： 当所 述温度 小于第一 预设阈 值时， 对所述待 加热电 池输入的 第一电压 或所 述 电源输入 的第二电 压进行调 节；在所述 温度大于 或等于 所述第一 预设阈值 时， 停止 对所述待 加热电 池输入 的第一电 压或所述 电源输 入的第二 电压进行 调节。

   16. 根据权 利要求 15所述 的电池加 热方法 ， 其特征在于， 所述方法 进一 步 包括： 当所 述温度 小于所述 第二预 设阈值 时， 启动外置加 热源对所 述待加 热电池 进行 加热； 当所述温度大于 或等于 第二预设 阈值时 ， 关闭外置加热 源， 所述第 一预 设阈值 小于所述 第二预设 阈值。

   17. 一种供 电系统 ， 其特征在于， 包括如权 利要求 1-8任一项所述的 电池 加热 系统； 29 所述 电池加热 系统用 于对待加 热电池进 行加热 ； 所述待 加热 电池用于提 供电源 。

   18. 一种 用电装置 ， 其特征在于， 包括如权利要求 17所述的 供电系 统, 所述 供电系 统用于提供 电源。