CN117162860A - 电池能量处理装置和车辆 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种电池能量处理装置和车辆。装置包括：逆变器、储能元件及控制器；控制器用于：在第一预设状态下，控制逆变器使储能元件与电池进行充电和放电，以实现电池自加热；在第二预设状态下，复用储能元件和逆变器形成电压适配充电模块，且控制逆变器，以对电池充电。这样，在第一预设状态下，利用储能元件实现电池自加热，较好维持电池温度，保障车辆驱动能力，自加热能量损耗小、传热均匀、加热效率高。在第二预设状态下，电池能量处理装置还可复用储能元件和逆变器形成电压适配充电模块，并控制逆变器，以对电池充电。即电池充电和电池自加热共用一套电池能量处理装置，实现电池能量处理装置的多功能复用，节省零部件成本和体积空间。
Description
技术领域
本公开涉及车辆技术领域，具体地，涉及一种电池能量处理装置和车辆。
背景技术
目前，随着电动车辆发展越来越迅速，其应用的场景也是越来越广泛，需要动力电池可以适应各种温度变化的场景。但是电动车辆所装载的动力电池在低温环境下，充放电过程中，性能衰减较严重，导致驱动系统或充电系统在低温环境下能力受到限制，严重降低了用户使用体验度。
为了减小低温环境对动力电池的限制，从而提出了一些动力电池的加热方案。与此同时，动力电池的快充功能也是新能源车的必备功能。
因此，寻求一种兼顾充电和加热两种功能的技术方案，是当前亟待解决的技术问题。
发明内容
为了克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种电池能量处理装置和车辆。
为了实现上述目的，第一方面，本公开提供一种电池能量处理装置，包括：
逆变器、储能元件以及控制器；
其中，所述逆变器，一端用于与电池连接，另一端与所述储能元件连接；
所述储能元件，用于与外部供电设备连接；
所述控制器，与所述逆变器连接，用于：
在第一预设状态下，控制所述逆变器使所述储能元件与所述电池进行充电和放电，以实现所述电池自加热；
在第二预设状态下，复用所述储能元件和所述逆变器形成电压适配充电模块，且控制所述逆变器，以对所述电池进行充电。
可选地，所述逆变器包括N相桥臂，所述储能元件包括N个线圈，N≥2；
其中，所述N相桥臂的第一汇流端连接所述电池的正极，所述N相桥臂的第二汇流端分别与所述电池的负极、所述外部供电设备的负极连接，所述N个线圈的第一端一一对应连接至所述N相桥臂的中点，所述N个线圈的第二端共接形成中性点，所述中性点用于与所述外部供电设备的正极连接。
可选地，所述控制器，用于：
在第一预设状态下，控制所述N相桥臂的至少两相桥臂，使所述N个线圈中与所述至少两相桥臂连接的线圈与所述电池进行充电和放电，以实现所述电池自加热；
在第二预设状态下，复用所述N个线圈中的至少一个线圈和与所述至少一个线圈对应连接的至少一相桥臂形成电压适配充电模块，且控制所述N相桥臂的至少一相桥臂，以对所述电池进行充电。
可选地，所述控制器，还用于检测所述外部供电设备的电压是否小于所述电池的电压；
所述控制器，用于：
在第二预设状态下，响应于检测到所述外部供电设备的电压小于所述电池的电压，复用所述N个线圈中的至少一个线圈和与所述至少一个线圈对应连接的至少一相桥臂形成电压适配充电模块，且控制所述N相桥臂的至少一相桥臂的上桥臂断开、所述至少一相桥臂的下桥臂交替通断，以对所述电池进行升压充电。
可选地，所述控制器，还用于：
在第二预设状态下，响应于检测到所述外部供电设备的电压不小于所述电池的电压，控制所述N相桥臂断开，以对所述电池进行直接充电。
可选地，所述装置还包括：与所述N个线圈一一对应连接的N个第一开关，其中，所述第一开关一端与所述中性点连接。
可选地，所述控制器，用于：
在第一预设状态下，控制所述N个第一开关中、与第一目标线圈对应连接的第一开关闭合，并控制所述N相桥臂的至少两相桥臂，使所述第一目标线圈与所述电池进行充电和放电，以实现所述电池自加热，其中，所述第一目标线圈包括所述N个线圈中、与所述至少两相桥臂连接的线圈；
在第二预设状态下，复用所述N个线圈中的至少一个线圈和与所述至少一个线圈对应连接的至少一相桥臂形成电压适配充电模块，且控制所述N个第一开关中、与所述至少一个线圈对应连接的第一开关闭合，并控制所述N相桥臂的至少一相桥臂，以对所述电池进行充电。
可选地，所述控制器，还用于在第二预设状态下，检测所述N相桥臂中的每一相桥臂是否故障；
所述控制器，用于在所述第二预设状态下，复用第二目标线圈和所述N相桥臂中、未发生故障的桥臂形成电压适配充电模块，且控制所述N个第一开关中、与第三目标线圈对应连接的第一开关断开，并控制所述N个第一开关中、与所述第二目标线圈对应连接的第一开关闭合，并控制所述N相桥臂中、未发生故障的桥臂，以对所述电池进行充电，其中，所述第二目标线圈包括所述N个线圈中、与未发生故障的桥臂连接的线圈，所述第三目标线圈包括所述N个线圈中、与发生故障的桥臂连接的线圈。
可选地，所述储能元件还包括第一电容；
所述第一电容，一端分别与所述中性点、所述外部供电设备的正极连接，另一端分别与所述电池的负极、所述外部供电设备的负极连接。
可选地，所述控制器，用于：
在第一预设状态下，控制所述N相桥臂的至少一相桥臂，使所述第一电容与所述电池进行充电和放电，以实现所述电池自加热；
在第二预设状态下，复用所述N个线圈中的至少一个线圈和与所述至少一个线圈对应连接的至少一相桥臂形成电压适配充电模块，且控制所述至少一相桥臂，以对所述电池进行充电。
可选地，所述装置还包括：与所述N个线圈一一对应连接的N个第一开关，其中，所述第一开关一端与所述中性点连接；
所述控制器，还用于检测所述N相桥臂中的每一相桥臂是否故障；
所述控制器，用于在所述第一预设状态下，控制所述N个第一开关中、与第三目标线圈对应连接的第一开关断开，并控制所述N个第一开关中、与第二目标线圈对应连接的第一开关闭合，并控制所述N相桥臂中、未发生故障的桥臂，使所述第一电容与所述电池进行充电和放电，以实现所述电池自加热，其中，所述第二目标线圈包括所述N个线圈中、与未发生故障的桥臂连接的线圈，所述第三目标线圈包括所述N个线圈中、与发生故障的桥臂连接的线圈。
可选地，所述装置还包括：
与所述N个线圈一一对应连接的N个第一开关，其中，所述第一开关一端与所述中性点连接；
第二开关，其中，所述第二开关，一端与所述中性点连接，另一端用于与所述外部供电设备的正极连接；
所述储能元件还包括第一电容，其中，所述第一电容，一端分别与所述中性点、所述外部供电设备的正极连接，另一端分别与所述电池的负极、所述外部供电设备的负极连接；
所述控制器，用于：
在第一预设状态下，响应于接收到用于指示对所述电池进行电感式自加热的第一控制指令，控制所述N个第一开关中、与第一目标线圈对应连接的第一开关闭合，控制所述第二开关断开，并控制所述N相桥臂的至少两相桥臂，使所述第一目标线圈与所述电池进行充电和放电，以实现所述电池自加热，其中，所述第一目标线圈包括所述N个线圈中、与所述至少两相桥臂连接的线圈；
在第一预设状态下，响应于接收到用于指示对所述电池进行电容式自加热的第二控制指令，控制所述N个第一开关中、与第二目标线圈对应连接的第一开关闭合，控制所述第二开关闭合，并控制所述N相桥臂的至少一相桥臂，使所述第一电容与所述电池进行充电和放电，以实现所述电池自加热，其中，所述第二目标线圈包括所述N个线圈中、与所述至少一相桥臂连接的线圈。
第二方面，本公开提供一种车辆，包括：
电池；以及
根据本公开第一方面提供的所述电池能量处理装置。
在上述技术方案中，电池能量处理装置包括：逆变器、储能元件以及控制器，其中，逆变器分别与电池、储能元件连接，储能元件与外部供电设备连接；控制器用于：在第一预设状态下，控制逆变器使储能元件与电池进行充电和放电，以实现电池自加热。这样，可以在第一预设状态下，利用储能元件将电池里的电量在电池和储能元件之间来回周转而实现电池充放电，从而实现电池自加热，以较好维持电池温度，提升锂离子电池电解液活性和电化学反应速率，保障电动车辆驱动系统的驱动能力。另外，电池自加热能量损耗小、传热均匀、且加热效率高。此外，在第二预设状态下，上述电池能量处理装置还可以复用储能元件和逆变器形成电压适配充电模块，并控制逆变器，以对电池进行充电。即电池充电和电池自加热共用一套电池能量处理装置，由此实现了电池能量处理装置的多功能复用，节省了零部件成本和体积空间。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是根据一示例性实施例示出的一种电池能量处理装置的结构框图。
图2是根据一示例性实施例示出的一种电池能量处理装置的电路拓扑图。
图3和图4是根据一示例性实施例示出的一种第一预设状态下对电池进行升压充电的工作原理示意图。
图5是根据另一示例性实施例示出的一种电池能量处理装置的电路拓扑图。
图6是根据另一示例性实施例示出的一种电池能量处理装置的电路拓扑图。
图7是根据另一示例性实施例示出的一种电池能量处理装置的电路拓扑图。
图8-图11是根据一示例性实施例示出的一种在第一预设状态下利用图7中所示的电池能量处理装置对电池进行加热的工作原理示意图。
图12是根据另一示例性实施例示出的一种电池能量处理装置的电路拓扑图。
图13是根据另一示例性实施例示出的一种电池能量处理装置的电路拓扑图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
需要说明的是，本公开中所有获取信号、信息或数据的动作都是在遵照所在地国家相应的数据保护法规政策的前提下，并获得由相应装置所有者给予授权的情况下进行的。
图1是根据一示例性实施例示出的一种电池能量处理装置的结构框图。如图1所示，该电池能量处理装置300可以包括：逆变器1、储能元件2以及控制器3。
其中，逆变器1，一端用于与电池100连接，另一端与储能元件2连接；储能元件2，用于与外部供电设备200连接；控制器3，与逆变器1连接，用于：在第一预设状态下，控制逆变器1使储能元件2与电池100进行充电和放电(例如循环充电和放电)，以实现电池100自加热；在第二预设状态下，复用储能元件2和逆变器1形成电压适配充电模块，且控制逆变器1，以对电池100进行充电。其中，外部供电设备200可以例如是充电桩、蓄电池等。
上述的循环充电和放电指的是充电和放电以一定频率切换多次，通过电池循环充电和放电，可以使得电池产生热量，从而实现电池的自加热。
在本公开中，第一预设状态指的是电池自加热状态，第二预设状态指的是电池充电状态。
在上述技术方案中，电池能量处理装置包括：逆变器、储能元件以及控制器，其中，逆变器分别与电池、储能元件连接，储能元件与外部供电设备连接；控制器用于：在第一预设状态下，控制逆变器使储能元件与电池进行充电和放电，以实现电池自加热。这样，可以在第一预设状态下，利用储能元件将电池里的电量在电池和储能元件之间来回周转而实现电池充放电，从而实现电池自加热，以较好维持电池温度，提升锂离子电池电解液活性和电化学反应速率，保障电动车辆驱动系统的驱动能力。另外，电池自加热能量损耗小、传热均匀、且加热效率高。此外，在第二预设状态下，上述电池能量处理装置还可以复用储能元件和逆变器形成电压适配充电模块，并控制逆变器，以对电池进行充电。即电池充电和电池自加热共用一套电池能量处理装置，由此实现了电池能量处理装置的多功能复用，节省了零部件成本和体积空间。
如图2所示，逆变器1包括N相桥臂B，储能元件2包括N个线圈KM，N≥2。其中，N相桥臂B的第一汇流端连接电池100的正极，N相桥臂B的第二汇流端分别与电池100的负极、外部供电设备200的负极连接，N个线圈KM的第一端一一对应连接至N相桥臂B的中点，N个线圈KM的第二端共接形成中性点，中性点用于与外部供电设备200的正极连接。
此时，控制器3，用于：在第一预设状态下，控制N相桥臂B的至少两相桥臂，使N个线圈KM中与至少两相桥臂连接的线圈与电池100进行充电和放电，以实现电池100自加热；在第二预设状态下，复用N个线圈KM中的至少一个线圈和与至少一个线圈对应连接的至少一相桥臂形成电压适配充电模块，且控制与上述至少一个线圈对应连接的至少一相桥臂，以对电池100进行充电。
优选地，控制器3，用于在第一预设状态下，控制N相桥臂B使N个线圈KM与电池100进行充电和放电，以实现电池100自加热，这样，N相桥臂和N个线圈同时工作，可以最大程度地提升加热功率，从而提升电池自加热效果。
控制器3，用于在第二预设状态下，复用N个线圈KM和N相桥臂B形成电压适配充电模块，且控制N相桥臂B，以对电池100进行充电。这样，N相桥臂和N个线圈同时工作，可以最大程度地提升充电功率，从而提升电池充电效率。
虽然图2是以N＝2为例进行图示的，但是本领域技术人员应当理解的是，图2的桥臂数量和线圈数量仅是示例。
在第一预设状态下，利用图2中的电池能量处理装置300对电池100进行加热的具体过程如下：利用N个线圈KM作为限流缓冲装置，控制N相桥臂B的导通方式，同时调节导通的桥臂的占空比来控制电池回路电流，使电池内阻发热从而带动电池100温度升高，实现电池100的可控升温。
在第二预设状态下，控制N相桥臂B的至少一相桥臂，以对电池100进行充电，其中，可以对电池100进行升压充电，也可以是直接充电，可以根据电池100的电压与外部供电设备200的电压大小来确定采用哪种充电方式。
具体来说，上述控制器3，还用于检测外部供电设备200的电压是否小于电池100的电压；此时，控制器3可以用于：在第二预设状态下，响应于检测到外部供电设备200的电压小于电池100的电压，复用N个线圈KM中的至少一个线圈和与至少一个线圈对应连接的至少一相桥臂形成电压适配充电模块，且控制与上述至少一个线圈对应连接的至少一相桥臂的上桥臂断开、至少一相桥臂的下桥臂交替通断，以对电池100进行升压充电；在第二预设状态下，响应于检测到外部供电设备200的电压不小于电池100的电压，控制N相桥臂B断开，以对电池100进行直接充电。这样，可以根据外部供电设备200的电压与电池100的电压的大小情况，自动进行电压适配充电，这样，无论是高压外部供电设备，还是低压外部供电设备，均可以通过该电池能量处理装置300来实现高压电池的充电，而无需额外配置升压设备。
下面结合图3和图4详细描述第一预设状态下对电池100进行升压充电的工作原理。
在图3中，控制器3控制N相桥臂B的所有上桥臂断开，控制N相桥臂B的至少一相下桥臂导通，则，电流从外部供电设备200的正极流出，依次流过N个线圈KM中与导通的下桥臂相连接的线圈、N相桥臂B的导通的下桥臂后回到外部供电设备200的负极。这样，就能给N个线圈KM中与导通的下桥臂相连接的线圈充电。另外，通过控制下桥臂的导通数量以及导通占空比，能够控制充电电流的大小，进而控制充电功率的大小。
在一个示例中，假设N相桥臂B包括2个桥臂b1和b2，N个线圈KM包括2个线圈H1和H2，其中，线圈H1的一端与桥臂b1的中点连接，线圈H2的一端与桥臂b2的中点连接。然后，控制器3控制桥臂b1和b2的所有上桥臂断开，控制桥臂b1和b2的所有下桥臂导通，则外部供电设备200的正极、N个线圈KM(即线圈H1和H2)、N相桥臂B的所有下桥臂(即桥臂b1和b2的下桥臂)、外部供电设备200的负极构成一个给N个线圈KM充电的回路。
然后，在图4中，控制器3控制N相桥臂B的所有下桥臂断开，则，电流从外部供电设备200的正极流出，依次流过N个线圈KM、N相桥臂B的所有上桥臂中的续流二极管、电池100正极、电池100的负极后回到外部供电设备200的负极。这样，就能够将外部供电设备200、以及N个线圈KM的能量均转移给电池100，实现N个线圈KM和外部供电设备200同时向电池100充电，即实现电池100的升压充电。
仍然以上面的示例为例。由于在上面的示例中是将桥臂b1和b2的的所有下桥臂导通，所以现在应当将N相桥臂B的所有下桥臂(即桥臂b1和b2的所有上桥臂)断开，则外部供电设备200的正极、N个线圈KM(即线圈H1和H2)、N相桥臂B的所有上桥臂(即桥臂b1和b2的上桥臂)中的续流二极管、电池100、外部供电设备200的负极构成一个将N个线圈KM中的能量和外部供电设备接收到的能量转移给电池100的回路，即由N个线圈KM和外部供电设备200向电池100充电。
因此，通过控制N相桥臂B的至少一相桥臂的上桥臂断开、至少一相桥臂的下桥臂交替通断，使得图3和图4的状态循环工作，完成了电池100的升压充电。
下面结合图4详细描述第一预设状态下对电池100进行直接充电的工作原理。
在外部供电设备200的电压不小于电池100的电压的情况下，不需要对外部供电设备进行升压充电，此时，如图4所示，控制器3可以控制N相桥臂B的所有下桥臂断开，则，电流从外部供电设备200的正极流出，依次流过N个线圈KM、N相桥臂B的所有上桥臂中的续流二极管、电池100正极、电池100的负极后回到外部供电设备200的负极。这样，就能够将外部供电设备200的能量均转移给电池100，实现外部供电设备200向电池100充电，即实现电池100的直接充电。
在一种实施例中，N个线圈KM为电机绕组(例如驱动电机的电机绕组)，N相桥臂B为桥臂变换器。也即，车辆上的现有电机绕组和桥臂变换器被复用了，使得能够根据需要而实现不同的功能，例如：在电池需要自加热或者充电时，N个线圈KM和N相桥臂B能够被应用于本公开中描述的各种自加热流程中；在需要驱动车辆时，N个线圈KM和N相桥臂B能够被切换成通过控制桥臂B使与电机绕组对应的电机输出功率，进而驱动车辆。这样，就能够通过复用车辆电机绕组和桥臂变换器，来根据需要实现不同的功能，而且还节省了车辆成本。
另外，如图5所示，上述电池能量处理装置300还可以包括第二电容C2，其中，该第二电容C2，一端分别与电池100的正极、N相桥臂B的第一汇流端连接，另一端分别与电池100的负极、N相桥臂B的第二汇流端连接。其中，该第二电容C2具有稳压作用，从而可以避免电池能量处理装置300与电池100或者外部供电设备200导通瞬间产生的尖峰对能量处理装置300中各部件的影响。
此外，上述电池能量处理装置300还可以包括：第三开关K3和第四开关K4(图中均未示出)。其中，第三开关K3，一端与上述中性点连接，另一端用于与外部供电设备200的正极连接；第四开关K4，一端与电池100的负极连接连接，另一端用于与外部供电设备200的负极连接。
此时，控制器3，用于：在第一预设状态下，控制第三开关K3、第四开关K4均断开，并控制N相桥臂B的至少两相桥臂，使N个线圈KM中与至少两相桥臂连接的线圈与电池100进行充电和放电，以实现电池100自加热；在第二预设状态下，控制第三开关K3、第四开关K4均闭合，并控制N相桥臂B的至少一相桥臂，以对电池100进行充电。
如图6所示，上述电池能量处理装置300还包括：与N个线圈KM一一对应连接的N个第一开关K1，其中，第一开关K1一端与中性点连接。
此时，上述控制器3，用于：在第一预设状态下，控制N个第一开关K1中、与第一目标线圈对应连接的第一开关K1闭合，并控制N相桥臂B的至少两相桥臂，使第一目标线圈与电池100进行充电和放电，以实现电池100自加热，其中，第一目标线圈包括N个线圈KM中、与至少两相桥臂连接的线圈；在第二预设状态下，复用N个线圈KM中的至少一个线圈和与至少一个线圈对应连接的至少一相桥臂形成电压适配充电模块，且控制N个第一开关K1中、与上述至少一个线圈对应连接的第一开关K1闭合，并控制与上述至少一个线圈对应连接的至少一相桥臂，以对电池100进行充电。
另外，针对图6中所示的电池能量处理装置300，上述控制器3，还可以用于在第二预设状态下，检测N相桥臂B中的每一相桥臂是否故障；此时，控制器3，用于在第二预设状态下，复用第二目标线圈和N相桥臂中、未发生故障的桥臂形成电压适配充电模块，且控制N个第一开关K1中、与第三目标线圈对应连接的第一开关K1断开，并控制N个第一开关K1中、与第二目标线圈对应连接的第一开关K1闭合，并控制N相桥臂B中、未发生故障的桥臂，以对电池100进行充电，其中，第二目标线圈包括N个线圈KM中、与未发生故障的桥臂连接的线圈，第三目标线圈包括N个线圈KM中、与发生故障的桥臂连接的线圈。这样，如果N相桥臂B的某相桥臂出现了故障，可以通过与其对应连接的第一开关K1将该故障桥臂断开，以关闭该相桥臂的通道，利用功能正常的其他相桥臂组成的通道来完成电池的充电，从而提升电池能量处理装置300的冗余容错性能。
如图7所示，上述储能元件2还包括第一电容C1，其中，第一电容C1，一端分别与中性点、外部供电设备200的正极连接，另一端分别与电池100的负极、外部供电设备200的负极连接。
此时，上述控制器3，用于：在第一预设状态下，控制N相桥臂B的至少一相桥臂，使第一电容C1与电池100进行充电和放电，以实现电池100自加热；在第二预设状态下，复用N个线圈KM中的至少一个线圈和与至少一个线圈对应连接的至少一相桥臂形成电压适配充电模块，且控制与上述至少一个线圈对应连接的至少一相桥臂，以对电池100进行充电。
下面结合图8至图11详细描述在第一预设状态下利用图7中的N相桥臂B、N个线圈KM、第一电容C1对电池100进行加热的过程。
首先，如图8所示，在第一过程中，控制器3可以控制N相桥臂B的所有下桥臂断开，并控制N相桥臂B的至少一个上桥臂导通，此时，电流从电池100的正极流出，流经导通的上桥臂、与导通的上桥臂连接的线圈和第一电容C1，最后回到电池100的负极。在该过程中，电池100为向外放电状态，第一电容C1接收与导通的上桥臂连接的线圈的能量，电压不断增大，实现储能。
接下来，如图9所示，在第二过程中，控制器3可以控制N相桥臂B的所有上桥臂断开，并控制N相桥臂B的下桥臂中、与存在续流电流的线圈连接的下桥臂导通，此时，电流从存在续流电流的线圈流出，流经第一电容C1和导通的下桥臂，最后回到存在续流电流的线圈。在该过程中，由于线圈的续流作用，第一电容C1继续接收线圈的能量，电压不断增大。
如图10所示，在第三过程中，随着第一电容C1两端的电压不断增大，第一电容C1会自动从接收线圈KM的能量变换为向线圈KM释放能量，此时，电流从第一电容C1流出，流经与导通的下桥臂连接的线圈、导通的下桥臂，最后回到第一电容C1。在该过程中，第一电容C1两端的电压不断减小。
之后，如图11所示，在第四过程中，控制器3可以控制N相桥臂B的所有下桥臂断开，控制N相桥臂B的至少一个上桥臂导通，此时，电流从第一电容C1流出，流经与导通的上桥臂连接的线圈、导通的上桥臂、电池100的正极和电池100的负极，最后回到第一电容C1。在该过程中，电池100为充电状态。
随着第一电容C1两端的电压不断降低，第一电容C1和与导通的上桥臂连接的线圈由向电池100释放能量切换到接收电池100的能量，此时，电流流向又回到第一过程中所述的流向，电池100开始向外放电。
上述四个过程不断循环，使第一电容C1与电池100之间能够快速进行循环式充/放电。由于电池内阻的存在，产生大量的热使得电池快速升温，提高电池加热效率。
如图12所示，上述装置还包括：与N个线圈KM一一对应连接的N个第一开关K1，其中，第一开关K1一端与中性点连接，此时，上述控制器3，还可以用于检测N相桥臂B中的每一相桥臂是否故障；此时，控制器3，可以用于在第一预设状态下，控制N个第一开关K1中、与第三目标线圈对应连接的第一开关K1断开，并控制N个第一开关K1中、与第二目标线圈对应连接的第一开关K1闭合，并控制N相桥臂B中、未发生故障的桥臂，使第一电容C1与电池100进行充电和放电，以实现电池100自加热，其中，第二目标线圈包括N个线圈KM中、与未发生故障的桥臂连接的线圈，第三目标线圈包括N个线圈KM中、与发生故障的桥臂连接的线圈。
这样，如果N相桥臂B的某相桥臂出现了故障，可以通过与其对应连接的第一开关K1将该故障桥臂断开，以关闭该相桥臂的通道，利用功能正常的其他相桥臂组成的通道来完成电池自加热，从而提升电池能量处理装置300的冗余容错性能。
如图13所示，上述电池能量处理装置300还可以包括：与N个线圈(KM)一一对应连接的N个第一开关K1，其中，第一开关K1一端与所述中性点连接；第二开关K2，其中，第二开关K2，一端与中性点连接，另一端用于与外部供电设备200的正极连接；储能元件2还包括第一电容C1，其中，第一电容C1，一端分别与中性点、外部供电设备200的正极连接，另一端分别与电池100的负极、外部供电设备200的负极连接。
此时，控制器3，用于：在第一预设状态下，响应于接收到用于指示对电池100进行电感式自加热的第一控制指令，控制N个第一开关K1中、与第一目标线圈对应连接的第一开关K1闭合，控制第二开关K2断开，并控制N相桥臂B的至少两相桥臂，使第一目标线圈与电池100进行充电和放电，以实现电池100自加热，其中，第一目标线圈包括N个线圈KM中、与至少两相桥臂连接的线圈；在第一预设状态下，响应于接收到用于指示对电池100进行电容式自加热的第二控制指令，控制N个第一开关K1中、与第二目标线圈对应连接的第一开关K1闭合，控制第二开关K2闭合，并控制N相桥臂B的至少一相桥臂，使第一电容C1与电池100进行充电和放电，以实现电池100自加热，其中，第二目标线圈包括N个线圈KM中、与至少一相桥臂连接的线圈。
这样，电池加热包括两种方式，即电感式自加热方式和电容式自加热方式，这样，用户根据自身的需要选择合适的电池加热方式，提升了用户体验。
虽然图3-图13中是以N＝2为例进行图示的，但是本领域技术人员应当理解的是，上述各图中的桥臂数量和线圈数量仅是示例。
本公开还提供一种电池能量处理方法，该方法包括：
在第一预设状态下，控制逆变器使储能元件与电池进行充电和放电，以实现电池自加热；
在第二预设状态下，复用储能元件和逆变器形成电压适配充电模块，且控制逆变器，以对电池进行充电。
其中，逆变器，一端用于与电池连接，另一端与储能元件连接；
储能元件，用于与外部供电设备连接。
通过上述技术方案，可以在第一预设状态下，利用储能元件将电池里的电量在电池和储能元件之间来回周转而实现电池充放电，从而实现电池自加热，以较好维持电池温度，提升锂离子电池电解液活性和电化学反应速率，保障电动车辆驱动系统的驱动能力。另外，电池自加热能量损耗小、传热均匀、且加热效率高。此外，在第二预设状态下，上述电池能量处理装置还可以复用储能元件和逆变器形成电压适配充电模块，且控制逆变器，以对电池进行充电。即电池充电和电池自加热共用一套电池能量处理装置，由此实现了电池能量处理装置的多功能复用，节省了零部件成本和体积空间。
可选地，逆变器包括N相桥臂，储能元件包括N个线圈，N≥2；
其中，N相桥臂的第一汇流端连接电池的正极，N相桥臂的第二汇流端分别与电池的负极、外部供电设备的负极连接，N个线圈的第一端一一对应连接至N相桥臂的中点，N个线圈的第二端共接形成中性点，中性点用于与外部供电设备的正极连接；
控制逆变器使储能元件与电池进行充电和放电，包括：
控制N相桥臂的至少两相桥臂，使N个线圈中与至少两相桥臂连接的线圈与电池进行充电和放电；
复用储能元件和逆变器形成电压适配充电模块，且控制逆变器，以对电池进行充电，包括：
复用N个线圈中的至少一个线圈和与至少一个线圈对应连接的至少一相桥臂形成电压适配充电模块，且控制与至少一个线圈对应连接的至少一相桥臂，以对电池进行充电。
可选地，上述方法还包括：
检测外部供电设备的电压是否小于电池的电压；
复用N个线圈中的至少一个线圈和与至少一个线圈对应连接的至少一相桥臂形成电压适配充电模块，且控制与至少一个线圈对应连接的至少一相桥臂，以对电池进行充电，包括：
响应于检测到外部供电设备的电压小于电池的电压，复用N个线圈中的至少一个线圈和与至少一个线圈对应连接的至少一相桥臂形成电压适配充电模块，且控制与至少一个线圈对应连接的至少一相桥臂的上桥臂断开、至少一相桥臂的下桥臂交替通断，以对电池进行升压充电。
可选地，复用N个线圈中的至少一个线圈和与至少一个线圈对应连接的至少一相桥臂形成电压适配充电模块，且控制与至少一个线圈对应连接的至少一相桥臂，以对电池进行充电，还包括：
响应于检测到外部供电设备的电压不小于电池的电压，控制N相桥臂断开，以对电池进行直接充电。
可选地，N个线圈一一对应连接有N个第一开关，其中，第一开关一端与中性点连接；
控制N相桥臂的至少两相桥臂，使N个线圈中与至少两相桥臂连接的线圈与电池进行充电和放电，包括：
控制N个第一开关中、与第一目标线圈对应连接的第一开关闭合，并控制N相桥臂的至少两相桥臂，使第一目标线圈与电池进行充电和放电，其中，第一目标线圈包括N个线圈中、与至少两相桥臂连接的线圈；
复用N个线圈中的至少一个线圈和与至少一个线圈对应连接的至少一相桥臂形成电压适配充电模块，且控制与至少一个线圈对应连接的至少一相桥臂，以对电池进行充电，包括：
复用N个线圈中的至少一个线圈和与至少一个线圈对应连接的至少一相桥臂形成电压适配充电模块，且控制N个第一开关中、与至少一个线圈对应连接的的第一开关闭合，并控制与至少一个线圈对应连接的至少一相桥臂，以对电池进行充电。
可选地，N个线圈一一对应连接有N个第一开关，其中，第一开关一端与中性点连接；
上述方法还包括：
在第二预设状态下，检测N相桥臂中的每一相桥臂是否故障；
复用N个线圈中的至少一个线圈和与至少一个线圈对应连接的至少一相桥臂形成电压适配充电模块，且控制与至少一个线圈对应连接的至少一相桥臂，以对电池进行充电，包括：
复用第二目标线圈和N相桥臂中、未发生故障的桥臂形成电压适配充电模块，且控制N个第一开关中、与第三目标线圈对应连接的第一开关断开，并控制N个第一开关中、与第二目标线圈对应连接的第一开关闭合，并控制N相桥臂中、未发生故障的桥臂，以对电池进行充电，其中，第二目标线圈包括N个线圈中、与未发生故障的桥臂连接的线圈，第三目标线圈包括N个线圈中、与发生故障的桥臂连接的线圈。
可选地，储能元件还包括第一电容，其中，第一电容，一端分别与中性点、外部供电设备的正极连接，另一端分别与电池的负极、外部供电设备的负极连接；
控制逆变器使储能元件与电池进行充电和放电，包括：
控制N相桥臂的至少一相桥臂，使第一电容与电池进行充电和放电；
复用储能元件和逆变器形成电压适配充电模块，且控制逆变器，以对电池进行充电，包括：
复用N个线圈中的至少一个线圈和与至少一个线圈对应连接的至少一相桥臂形成电压适配充电模块，且控制与上述至少一个线圈对应连接的至少一相桥臂，以对电池进行充电。
可选地，N个线圈一一对应连接有N个第一开关，其中，第一开关一端与中性点连接；
储能元件还包括第一电容，其中，第一电容，一端分别与中性点、外部供电设备的正极连接，另一端分别与电池的负极、外部供电设备的负极连接；
上述方法还包括：
检测N相桥臂中的每一相桥臂是否故障；
控制逆变器使储能元件与电池进行充电和放电，包括：
控制N个第一开关中、与第三目标线圈对应连接的第一开关断开，并控制N个第一开关中、与第二目标线圈对应连接的第一开关闭合，并控制N相桥臂中、未发生故障的桥臂，使第一电容与电池进行充电和放电，以实现电池自加热，其中，第二目标线圈包括N个线圈中、与未发生故障的桥臂连接的线圈，第三目标线圈包括N个线圈中、与发生故障的桥臂连接的线圈。
可选地，N个线圈一一对应连接有N个第一开关，其中，第一开关一端与中性点连接；
储能元件还包括第一电容，其中，第一电容，一端分别与中性点、外部供电设备的正极连接，另一端分别与电池的负极、外部供电设备的负极连接；
控制逆变器使储能元件与电池进行充电和放电，包括：
响应于接收到用于指示对电池进行电感式自加热的第一控制指令，控制N个第一开关中、与第一目标线圈对应连接的第一开关闭合，控制第二开关断开，并控制N相桥臂的至少两相桥臂，使第一目标线圈与电池进行充电和放电，其中，第一目标线圈包括N个线圈中、与至少两相桥臂连接的线圈，第二开关，一端与中性点连接，另一端用于与外部供电设备的正极连接；
响应于接收到用于指示对电池进行电容式自加热的第二控制指令，控制N个第一开关中、与第二目标线圈对应连接的第一开关闭合，控制第二开关闭合，并控制N相桥臂的至少一相桥臂，使第一电容与电池进行充电和放电，其中，第二目标线圈包括N个线圈中、与至少一相桥臂连接的线圈。
根据本公开实施例的电池能量处理方法中各个步骤的具体实现方式已经在根据本公开实施例的电池能量处理装置中进行了详细描述，此处不再赘述。
此外，本公开还提供一种车辆，包括电池及本公开提供的上述电池能量处理装置。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。
Claims (13)
1.一种电池能量处理装置，其特征在于，包括：
逆变器(1)、储能元件(2)以及控制器(3)；
其中，所述逆变器(1)，一端用于与电池(100)连接，另一端与所述储能元件(2)连接；
所述储能元件(2)，用于与外部供电设备(200)连接；
所述控制器(3)，与所述逆变器(1)连接，用于：
在第一预设状态下，控制所述逆变器(1)使所述储能元件(2)与所述电池(100)进行充电和放电，以实现所述电池(100)自加热；
在第二预设状态下，复用所述储能元件(2)和所述逆变器(1)形成电压适配充电模块，且控制所述逆变器(1)，以对所述电池(100)进行充电。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述逆变器(1)包括N相桥臂(B)，所述储能元件(2)包括N个线圈(KM)，N≥2；
其中，所述N相桥臂(B)的第一汇流端连接所述电池(100)的正极，所述N相桥臂(B)的第二汇流端分别与所述电池(100)的负极、所述外部供电设备(200)的负极连接，所述N个线圈(KM)的第一端一一对应连接至所述N相桥臂(B)的中点，所述N个线圈(KM)的第二端共接形成中性点，所述中性点用于与所述外部供电设备(200)的正极连接。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述控制器(3)，用于：
在第一预设状态下，控制所述N相桥臂(B)的至少两相桥臂，使所述N个线圈(KM)中与所述至少两相桥臂连接的线圈与所述电池(100)进行充电和放电，以实现所述电池(100)自加热；
在第二预设状态下，复用所述N个线圈(KM)中的至少一个线圈和与所述至少一个线圈对应连接的至少一相桥臂形成电压适配充电模块，且控制所述至少一相桥臂，以对所述电池(100)进行充电。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述控制器(3)，还用于检测所述外部供电设备(200)的电压是否小于所述电池(100)的电压；
所述控制器(3)，用于：
在第二预设状态下，响应于检测到所述外部供电设备(200)的电压小于所述电池(100)的电压，复用所述N个线圈(KM)中的至少一个线圈和与所述至少一个线圈对应连接的至少一相桥臂形成电压适配充电模块，且控制所述至少一相桥臂的上桥臂断开、所述至少一相桥臂的下桥臂交替通断，以对所述电池(100)进行升压充电。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述控制器(3)，还用于：
在第二预设状态下，响应于检测到所述外部供电设备(200)的电压不小于所述电池(100)的电压，控制所述N相桥臂(B)断开，以对所述电池(100)进行直接充电。
6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：与所述N个线圈(KM)一一对应连接的N个第一开关(K1)，其中，所述第一开关(K1)一端与所述中性点连接。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制器(3)，用于：
在第一预设状态下，控制所述N个第一开关(K1)中、与第一目标线圈对应连接的第一开关(K1)闭合，并控制所述N相桥臂(B)的至少两相桥臂，使所述第一目标线圈与所述电池(100)进行充电和放电，以实现所述电池(100)自加热，其中，所述第一目标线圈包括所述N个线圈(KM)中、与所述至少两相桥臂连接的线圈；
在第二预设状态下，复用所述N个线圈(KM)中的至少一个线圈和与所述至少一个线圈对应连接的至少一相桥臂形成电压适配充电模块，且控制所述N个第一开关(K1)中、与所述至少一个线圈对应连接的第一开关(K1)闭合，控制所述至少一相桥臂，以对所述电池(100)进行充电。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制器(3)，还用于在第二预设状态下，检测所述N相桥臂(B)中的每一相桥臂是否故障；
所述控制器(3)，用于在所述第二预设状态下，复用第二目标线圈和所述N相桥臂(B)中、未发生故障的桥臂形成电压适配充电模块，且控制所述N个第一开关(K1)中、与第三目标线圈对应连接的第一开关(K1)断开，并控制所述N个第一开关(K1)中、与所述第二目标线圈对应连接的第一开关(K1)闭合，并控制所述N相桥臂(B)中、未发生故障的桥臂，以对所述电池(100)进行充电，其中，所述第二目标线圈包括所述N个线圈(KM)中、与未发生故障的桥臂连接的线圈，所述第三目标线圈包括所述N个线圈(KM)中、与发生故障的桥臂连接的线圈。
9.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述储能元件(2)还包括第一电容(C1)；
所述第一电容(C1)，一端分别与所述中性点、所述外部供电设备(200)的正极连接，另一端分别与所述电池(100)的负极、所述外部供电设备(200)的负极连接。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述控制器(3)，用于：
在第一预设状态下，控制所述N相桥臂(B)的至少一相桥臂，使所述第一电容(C1)与所述电池(100)进行充电和放电，以实现所述电池(100)自加热；
在第二预设状态下，复用所述N个线圈(KM)中的至少一个线圈和与所述至少一个线圈对应连接的至少一相桥臂形成电压适配充电模块，且控制所述至少一相桥臂，以对所述电池(100)进行充电。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：与所述N个线圈(KM)一一对应连接的N个第一开关(K1)，其中，所述第一开关(K1)一端与所述中性点连接；
所述控制器(3)，还用于检测所述N相桥臂(B)中的每一相桥臂是否故障；
所述控制器(3)，用于在所述第一预设状态下，控制所述N个第一开关(K1)中、与第三目标线圈对应连接的第一开关(K1)断开，并控制所述N个第一开关(K1)中、与第二目标线圈对应连接的第一开关(K1)闭合，并控制所述N相桥臂(B)中、未发生故障的桥臂，使所述第一电容(C1)与所述电池(100)进行充电和放电，以实现所述电池(100)自加热，其中，所述第二目标线圈包括所述N个线圈(KM)中、与未发生故障的桥臂连接的线圈，所述第三目标线圈包括所述N个线圈(KM)中、与发生故障的桥臂连接的线圈。
12.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
与所述N个线圈(KM)一一对应连接的N个第一开关(K1)，其中，所述第一开关(K1)一端与所述中性点连接；
第二开关(K2)，其中，所述第二开关(K2)，一端与所述中性点连接，另一端用于与所述外部供电设备(200)的正极连接；
所述储能元件(2)还包括第一电容(C1)，其中，所述第一电容(C1)，一端分别与所述中性点、所述外部供电设备(200)的正极连接，另一端分别与所述电池(100)的负极、所述外部供电设备(200)的负极连接；
所述控制器(3)，用于：
在第一预设状态下，响应于接收到用于指示对所述电池(100)进行电感式自加热的第一控制指令，控制所述N个第一开关(K1)中、与第一目标线圈对应连接的第一开关(K1)闭合，控制所述第二开关(K2)断开，并控制所述N相桥臂(B)的至少两相桥臂，使所述第一目标线圈与所述电池(100)进行充电和放电，以实现所述电池(100)自加热，其中，所述第一目标线圈包括所述N个线圈(KM)中、与所述至少两相桥臂连接的线圈；
在第一预设状态下，响应于接收到用于指示对所述电池(100)进行电容式自加热的第二控制指令，控制所述N个第一开关(K1)中、与第二目标线圈对应连接的第一开关(K1)闭合，控制所述第二开关(K2)闭合，并控制所述N相桥臂(B)的至少一相桥臂，使所述第一电容(C1)与所述电池(100)进行充电和放电，以实现所述电池(100)自加热，其中，所述第二目标线圈包括所述N个线圈(KM)中、与所述至少一相桥臂连接的线圈。
13.一种车辆，其特征在于，包括：
电池；以及
根据权利要求1-12中任一项所述的电池能量处理装置。
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2023
- 2023-04-03 WO PCT/CN2023/086032 patent/WO2023226597A1/zh unknown
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| WO2023226597A1 (zh) | 2023-11-30 |
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