CN215793298U - 动力电池的加热装置及动力电池加热系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种动力电池的加热装置及动力电池加热系统，该加热装置包括交流AC/直流DC变换电路、控制器以及低压电池，低压电池可通过AC/DC变换电路连接动力电池，控制器可连接AC/DC变换电路。上述控制器可用于控制动力电池通过AC/DC变换电路向低压电池放电，或者控制低压电池通过AC/DC变换电路对动力电池充电，以对动力电池进行加热。在本申请中，可提高动力电池的加热效率和加热速度，成本低，适用性强。

Description

动力电池的加热装置及动力电池加热系统

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种动力电池的加热装置及动力电池加热系统。

背景技术

随着新能源汽车的快速发展，由于电动汽车具有高效、节能、低噪声、零排放等优点，因此电动汽车已成为未来新能源汽车的发展趋势。通常来说，电动汽车中可包括电机、动力电池组以及其它装置，可通过动力电池组对电机供电以驱动电机工作，由于在低温环境下动力电池组中的电解液黏度上升，从而导致动力电池组无法有效工作，因此动力电池组需要有高效的低温加热措施，以保证动力电池组在安全的温度范围内对电机等负载输出功率。

目前，现有技术中，电动汽车中可包括动力电池组的加热装置，如图1所示，动力电池组的加热装置中可包括正温度系数(positive temperature coefficient，PTC)热敏电阻Rp和可控开关管S,正温度系数电阻Rp和可控开关管S可串联后与电动汽车的母线电容Co并联，且母线电容Co的一端连接动力电池组的正极(可以称为BAT+)，母线电容Co的另一端连接动力电池组的负极(可以称为BAT-)。在电动汽车的电池管理系统(batterymanagement system，BMS)检测到动力电池组的温度较低时，可闭合可控开关管S，以将正温度系数热敏电阻Rp接入电路中进行放热以加热动力电池组。然而该加热装置占用了电动汽车的内部空间，成本高，并且在动力电池组的电池电芯的外部加热会导致能量损失较大且无法实现动力电池组的均匀受热，加热速度慢。

实用新型内容

本申请提供一种动力电池的加热装置及动力电池加热系统，可提高动力电池的加热效率和加热速度，成本低，适用性强。

第一方面，本申请提供了一种动力电池的加热装置，该加热装置可包括交流(direct current，AC)/直流(direct current，DC)变换电路、控制器以及低压电池，其中低压电池可通过AC/DC变换电路连接动力电池，该控制器可连接AC/DC变换电路。这里的低压电池可直接连接或者间接连接AC/DC变换电路，AC/DC变换电路和控制器可以统称为AC/DC变换单元(也可以称为AC/DC变换器)。上述控制器可用于控制动力电池通过AC/DC变换电路向低压电池放电，或者控制低压电池通过AC/DC变换电路对动力电池充电，以对动力电池进行加热，从而可通过动力电池在充放电过程中电池内阻产生的热量来加热动力电池，由于热量直接产生在电池电芯内部，因此动力电池的加热效率更高，实现了动力电池组的均匀受热且节约了能源。在动力电池通过AC/DC变换电路向低压电池放电的过程中，AC/DC变换电路处于第一工作状态；在低压电池通过AC/DC变换电路对动力电池充电的过程中，AC/DC变换电路处于第二工作状态。在本申请提供的加热装置中，可控制AC/DC变换电路来实现动力电池的充电和放电以加热动力电池，可实现动力电池组的均匀受热，从而避免了使用额外加热装置来加热动力电池，成本更低，同时也提高了动力电池的充放电功率，进而提高了动力电池的加热效率，节省了动力电池的加热时间，适用性强。

结合第一方面，在第一种可能的实施方式中，上述AC/DC变换电路可包括功率因数校正(power factor correction，PFC)电路(可以简称为PFC电路)和DC/DC变换电路，功率因数校正电路的交流端可连接低压电池，功率因数校正电路的直流端可通过DC/DC变换电路连接动力电池。其中，功率因数校正电路可包括单相功率因数校正电路、三相功率因数校正电路、交错无桥功率因数校正电路或者其它类型的功率因数校正电路；DC/DC变换电路可包括双有源全桥电路、谐振电路或者其它类型的DC/DC变换电路。可以理解，该控制器可用于控制DC/DC变换电路基于动力电池的输出电压向功率因数校正电路输出第一直流电压，并控制功率因数校正电路对第一直流电压进行降压变换以向低压电池放电，从而可实现动力电池的放电过程。这时，功率因数校正电路可实现降压变换功能。或者，控制器还用于控制功率因数校正电路对低压电池的输出电压进行升压变换以向DC/DC变换电路输出第二直流电压，并控制DC/DC变换电路基于第二直流电压对动力电池充电，从而可实现动力电池的充电过程。这时，功率因数校正电路可实现升压变换功能。在本申请提供的加热装置中，可通过功率因数校正电路和DC/DC变换电路实现对动力电池的充放电过程，提高了动力电池的充放电功率，从而提高了动力电池的加热效率，节省了动力电池的加热时间，适用性更强。

结合第一方面第一种可能的实施方式，在第二种可能的实施方式中，上述功率因数校正电路包括电压变换单元、第一开关、第二开关以及母线电容，这里的电压变换单元可包括至少一个电压变换电路(即一个或者至少两个电压变换电路)。其中，电压变换单元可包括第一直流端、第二直流端、第一交流端和第二交流端，电压变换单元中第一交流端的数量与电压变换电路的数量相同。这里电压变换单元的第一直流端、第一开关的漏极以及母线电容的一端连接后作为功率因数校正电路的第一直流端以连接动力电池的第一输入/输出端，电压变换单元的第二直流端、第二开关的源极以及母线电容的另一端连接后作为功率因数校正电路的第二直流端以连接动力电池的第二输入/输出端，第一开关的源极连接第二开关的漏极，电压变换单元的第一交流端作为功率因数校正电路的第一交流端以连接低压电池的第一输入/输出端，电压变换单元的第二交流端作为功率因数校正电路的第二交流端以连接低压电池的第二输入/输出端。

结合第一方面第二种可能的实施方式，在第三种可能的实施方式中，上述电压变换单元中包括至少两个电压变换电路以及至少两个第一交流端，各电压变换电路的第一直流端连接后作为电压变换单元的第一直流端，各电压变换电路的第二直流端连接后作为电压变换单元的第二直流端，各电压变换电路的第一交流端作为电压变换单元的各第一交流端，其中一个电压变换电路的第一交流端对应电压变换单元的一个第一交流端，各电压变换电路的第二交流端连接后作为电压变换单元的第二交流端。

结合第一方面第三种可能的实施方式，在第四种可能的实施方式中，上述电压变换电路包括第三开关、第四开关、电感以及电容。其中，第三开关的漏极可作为电压变换电路的第一直流端，第四开关的源极可作为电压变换电路的第二直流端，第三开关的源极可连接第四开关的漏极和电感的一端，电感的另一端和电容的一端连接后作为电压变换电路的第一交流端，电容的另一端与第四开关的源极连接后作为电压变换电路的第二交流端。

结合第一方面至第一方面第四种可能的实施方式中任一种，在第五种可能的实施方式中，上述加热装置还包括切换单元，低压电池可通过切换单元连接AC/DC变换电路，该切换单元可连接控制器。上述控制器可用于在动力电池的温度小于预设温度阈值、或者接收到动力电池加热指令(即动力电池需要加热)时，控制切换单元导通以使低压电池连接AC/DC变换电路。在本申请提供的加热装置中，可导通切换单元以通过AC/DC变换电路实现对动力电池的充放电过程。

结合第一方面第三种可能的实施方式或者第一方面第四种可能的实施方式，在第六种可能的实施方式中，上述加热装置还包括切换单元，该切换单元中包括第一继电器和至少两个第二继电器，各电压变换电路的第二交流端连接后通过第一继电器连接低压电池的第二输入/输出端，一个电压变换电路的第一交流端通过一个第二继电器连接低压电池的第一输入/输出端。上述控制器可用于控制第一继电器和至少一个第二继电器导通以使至少一个电压变换电路工作，其中一个第一继电器和一个第二继电器导通对应一个电压变换电路工作。在本申请提供的加热装置中，可通过控制器来控制一个或者多个电压变换电路工作，提高了操作灵活性，适用性更强。

结合第一方面至第一方面第六种可能的实施方式中任一种，在第七种可能的实施方式中，上述控制器可包括控制信号生成单元和控制单元，该控制信号生成单元可用于基于控制参数生成AC/DC变换电路的控制信号(即功率因数校正电路和DC/DC变换电路的控制信号)。其中，上述控制参数可由动力电池的电池参数和/或低压电池的电池参数确定，控制参数可包括开关占空比、开关频率和/或其它参数。该控制单元可用于基于控制信号控制AC/DC变换电路导通，以控制动力电池的加热速度且使AC/DC变换电路的工作电流处于预设电流范围，预设电流范围可以为用户设置的电流范围、或者加热装置所配置的电流范围。在本申请提供的加热装置中，可通过调整控制参数以生成不同的控制信号，以调整动力电池的加热速度和AC/DC变换电路的工作电流，从而使AC/DC变换电路的工作电流处于预设电流范围内，从而避免了损坏动力电池和低压电池，适用性更强。

结合第一方面第七种可能的实施方式，在第八种可能的实施方式中，上述控制器还包括采样单元，该采样单元可用于采集动力电池的电池参数和/或低压电池的电池参数，其中电池参数包括电压和电流中的至少一种。在本申请提供的加热装置中，可通过采样单元所采集的电池参数确定AC/DC变换电路的控制信号，适用性更强。

结合第一方面第七种可能的实施方式，在第九种可能的实施方式中，上述加热装置还包括电池管理系统，电池管理系统可连接控制器，该电池管理系统可用于采集动力电池的电池参数和/或低压电池的电池参数，并向控制器下发动力电池的电池参数和/或低压电池的电池参数,其中电池参数可包括荷电状态、温度以及其它电池参数中的至少一种。在本申请提供的加热装置中，可通过电池管理系统向控制器下发电池参数，以得到AC/DC变换电路的控制信号，适用性更强。

第二方面，本申请提供了一种动力电池加热系统，该动力电池加热系统中包括动力电池、车载充电机(on-board charger，OBC)以及低压电池，低压电池可通过车载充电机连接动力电池，车载充电机中包括如上述第一方面至第一方面第九种可能的实施方式中任一种提供的加热装置中的AC/DC变换电路和控制器。其中，控制器可用于控制动力电池通过AC/DC变换电路向低压电池放电，或者控制低压电池通过AC/DC变换电路对动力电池充电，以对动力电池进行加热。在本申请提供的动力电池加热系统中，可复用车载充电机来快速加热动力电池，可实现动力电池组的均匀受热，避免了使用额外加热装置来加热动力电池，成本更低，同时也提高了动力电池的充放电功率，提高了动力电池的加热速度，适用性强。

结合第二方面，在第一种可能的实施方式中，上述动力电池加热系统还包括切换单元，低压电池通过切换单元连接AC/DC变换电路，该切换单元可连接控制器。上述控制器还用于在动力电池的温度小于预设温度阈值、或者接收到动力电池加热指令(即动力电池需要加热)时，控制切换单元导通以使低压电池连接AC/DC变换电路。在本申请提供的动力电池加热系统中，可导通切换单元以通过AC/DC变换电路实现对动力电池的充放电过程。

结合第二方面或者第二方面第一种可能的实施方式，在第二种可能的实施方式中，上述动力电池加热系统还包括DC/DC变换电路和变换电路控制器，动力电池可通过DC/DC变换电路连接低压电池，变换电路控制器可连接DC/DC变换电路，这里的DC/DC变换电路和变换电路控制器可以统称为DC/DC变换单元(也可以称为DC/DC变换器)。该变换电路控制器可用于控制动力电池通过DC/DC变换电路向低压电池放电，或者控制低压电池通过DC/DC变换电路对动力电池充电，以对动力电池进行加热。在本申请提供的动力电池加热系统中，可降低加热动力电池所需的成本，同时提高了动力电池的加热速度，节省了动力电池的加热时间，适用性强。

可选的，在一些可行的实施方式中，控制器和变换电路控制器可同步控制动力电池充电或者放电，从而可实现动力电池的充放电功率最大，进而提高了动力电池的加热速度。可选的，控制器控制动力电池充电，变换电路控制器控制动力电池放电；或者，变换电路控制器控制动力电池充电，控制器控制动力电池放电，从而可实现动力电池的充电以及放电之间的快速切换，进而提高了动力电池的加热效率。可选的，控制器单独控制动力电池充电或者放电，一段时间后AC/DC变换电路停止工作，变换电路控制器单独控制动力电池充电或者放电；或者，变换电路控制器单独控制动力电池充电或者放电，一段时间后DC/DC变换电路停止工作，控制器单独控制动力电池充电或者放电。换言之，控制器和变换电路控制器可交替单独控制动力电池充电或者放电，从而可满足动力电池在不同工况下的加热需求，同时可以解决车载充电机和DC/DC变换单元(即DC/DC变换电路和变换电路控制器)的散热问题，适用性更强。由此可见，在动力电池加热系统包括车载充电机、DC/DC变换电路以及变换电路控制器的情况下，可提高加热动力电池的灵活性，并且满足了动力电池在不同工况或者应用场景下的加热需求，适用性更强。

在本申请中，可控制AC/DC变换电路来实现动力电池的充电和放电以加热动力电池，从而避免了使用额外加热装置来加热动力电池，成本更低，同时也提高了动力电池的充放电功率，进而提高了动力电池的加热效率，节省了动力电池的加热时间，适用性强。

附图说明

图1是一种动力电池组的加热装置的结构示意图；

图2是本申请提供的动力电池的加热装置的应用场景示意图；

图3是本申请提供的动力电池的加热装置的一结构示意图；

图4是本申请提供的动力电池的加热装置的另一结构示意图；

图5是本申请提供的动力电池的加热装置的另一结构示意图；

图6是本申请提供的动力电池的加热装置的另一结构示意图；

图7是本申请提供的动力电池的加热装置的另一结构示意图；

图8是本申请提供的动力电池的加热装置的另一结构示意图；

图9是本申请提供的动力电池的加热装置的又一结构示意图；

图10是本申请提供的动力电池加热系统的一结构示意图；

图11是本申请提供的动力电池加热系统的另一结构示意图。

具体实施方式

电动汽车可以指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，且符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。通常来说，车载电源可以为电动汽车的电机提供直流电能，电动汽车的电机可以将车载电源提供的直流电能转化为机械能，并通过传动装置或者直接驱动车轮和工作装置以使电动汽车行驶。由于电动汽车会采用动力电池(如铅酸蓄电池或者其它蓄电池)作为车载能源，其容量受到限制，为了尽可能的延长电动汽车的续驶里程，大多数电动汽车的电机都采用了能量回馈技术，即在电动汽车制动时，通过电机控制器将车轮损耗的动能反馈到车载电池中，并使电机处于发电状态以将发出的电能输送到动力电池中以完成能量反馈，从而可以延长电动汽车的续驶里程。本申请提供的动力电池的加热装置适用于电动设备中的动力电池，以驱动电机使电动设备工作，这里的电动设备可以包括但不限于电动汽车、电动游乐设备、以及其它电动设备，具体可根据实际应用场景确定，在此不做限制。

本申请提供的动力电池的加热装置可适配于不同的应用场景，比如，电动汽车应用场景和电动游乐设备应用场景等，本申请将以电动汽车应用场景为例进行说明。请一并参见图2，图2是本申请提供的动力电池的加热装置的应用场景示意图。本申请提供的动力电池的加热装置可包括AC/DC变换电路、控制器以及低压电池，其中低压电池可通过AC/DC变换电路连接动力电池(如电动汽车中的动力电池)，控制器可连接AC/DC变换电路。在电动汽车应用场景下，如图2所示，电动汽车中包括动力电池、电机以及动力电池的加热装置，动力电池可以为电机提供直流电能，这时电机可以将动力电池提供的直流电能转化为机械能，以驱动电动汽车行驶。在动力电池处于低温环境时，由于在低温环境下动力电池中的电解液黏度上升，会导致动力电池无法有效工作，因此需要对动力电池进行加热以使其正常工作，这时动力电池的加热装置中的控制器可控制动力电池通过AC/DC变换电路向低压电池放电，或者控制低压电池通过AC/DC变换电路对动力电池充电，以对动力电池进行加热。此时，动力电池可以为电机提供直流电能，电机可以将动力电池提供的直流电能转化为机械能以驱动电动汽车行驶，从而保证了动力电池在安全的温度范围内向电机输出直流电能，提高了电动汽车行驶的安全性，适用性更强。

下面将结合图3至图11对本申请提供的动力电池的加热装置、动力电池加热系统及其工作原理进行示例说明。

参见图3，图3是本申请提供的动力电池的加热装置的一结构示意图。如图3所示，动力电池的加热装置1中可包括低压电池10、AC/DC变换电路20以及控制器30，其中低压电池10可通过AC/DC变换电路20连接动力电池2，该控制器30可连接AC/DC变换电路20以控制AC/DC变换电路20。其中，低压电池10(也可以称为低压蓄电池)可直接连接或者间接连接AC/DC变换电路20，AC/DC变换电路20和控制器30可以统称为AC/DC变换单元(也可以称为AC/DC变换器)。这里的动力电池2(也可以称为动力电池组)可以指为电动设备提供动力来源的电源，例如，电动设备可以包括电动汽车、电动列车、电动自行车、高尔夫球车或者其它电动设备。上述动力电池2可包括阀口密封式铅酸蓄电池、敞口式管式铅酸蓄电池、磷酸铁锂蓄电池以及其它动力电池。其中，控制器30可控制动力电池2通过AC/DC变换电路20向低压电池10放电，或者控制低压电池10通过AC/DC变换电路20对动力电池2充电，以对动力电池2进行加热。可以理解，在动力电池2通过AC/DC变换电路20向低压电池10放电的过程中，AC/DC变换电路20处于第一工作状态；在低压电池10通过AC/DC变换电路20对动力电池2充电的过程中，AC/DC变换电路20处于第二工作状态。换言之，控制器30可控制AC/DC变换电路20在第一工作状态和第二工作状态之间快速切换，以加热动力电池，从而可实现动力电池的均匀受热，成本更低，同时也提高了动力的加热效率，适用性更强。假设动力电池2为电动汽车中的动力电池，在加热动力电池2之后，动力电池2可以为电动汽车中的电机提供直流电能，电机可以将动力电池2提供的直流电能转化为机械能以驱动电动汽车行驶，适用性更强。

在一些可行的实施方式中，上述动力电池的加热装置1还可以包括电池管理系统(图中未示出)，且电池管理系统可连接控制器30，该电池管理系统可采集动力电池2的温度，并在动力电池2的温度小于预设温度阈值时向控制器30下发动力电池加热指令，这时，控制器30可接收电池管理系统下发的动力电池加热指令，并通过AC/DC变换电路20对动力电池2进行加热。这里的预设温度阈值可以为动力电池2出厂时所配置的温度值，或者为用户针对动力电池2所设置的温度值。可选的，电池管理系统也可以采集动力电池2的温度，并向控制器30下发动力电池2的温度，这时，控制器30可接收电池管理系统下发的动力电池2的温度，并在检测到动力电池2的温度小于预设温度阈值时，通过AC/DC变换电路20对动力电池2进行加热，具体可根据实际应用场景确定，在此不作限制。

在一些可行的实施方式中，该电池管理系统在采集动力电池2的电池参数和/或低压电池10的电池参数之后，可向控制器30下发动力电池2的电池参数和/或低压电池10的电池参数,其中电池参数可包括荷电状态、温度以及其它电池参数中的至少一种。这里动力电池2的电池参数和/或低压电池10的电池参数可用于确定控制参数(如开关占空比和/或开关频率)，动力电池2的电池参数和/或低压电池10的电池参数可包括动力电池2的电池参数、低压电池10的电池参数、或者动力电池2的电池参数和低压电池10的电池参数。上述控制器30可包括控制信号生成单元(图中未示出)和控制单元(图中未示出)，该控制信号生成单元和控制单元可以集成在控制器30中的控制芯片或者控制板上。例如，控制信号生成单元和控制单元可以为集成在控制芯片或者控制板上具有不同功能的软件代码。本申请可以将控制器中具有生成AC/DC变换电路的控制信号的功能的一个或多个功能单元统称为控制信号生成单元，本申请也可以将控制器中具有控制AC/DC变换电路导通的功能的一个或多个功能单元统称为控制单元。其中，该控制信号生成单元可基于控制参数生成AC/DC变换电路20的控制信号，例如，在控制器30连接AC/DC变换电路20中的各开关时，该控制信号可以为AC/DC变换电路20中各开关的脉冲宽度调制(pulse width modulation，PWM)信号，可以简称为PWM信号，该控制信号中的1表示开关导通，控制信号中的0表示开关截止。该控制单元可基于控制信号控制AC/DC变换电路20中的各开关导通，以控制动力电池2的加热速度且使AC/DC变换电路20的工作电流处于预设电流范围内，从而可避免损坏动力电池和低压电池，适用性更强。

在一些可行的实施方式中，上述控制器30可包括采样单元(图中未示出)、控制信号生成单元以及控制单元，该采样单元可采集动力电池2的电池参数和/或低压电池10的电池参数，该电池参数可包括电压和电流中的至少一种。这里动力电池2的电池参数和/或低压电池10的电池参数可用于确定控制参数(如开关占空比和/或开关频率)。该控制信号生成单元可基于控制参数生成AC/DC变换电路20的控制信号，该控制单元可基于控制信号控制AC/DC变换电路20导通，以控制动力电池2的加热速度且使AC/DC变换电路20的工作电流处于预设电流范围内。可以理解，控制器30可以调整控制参数以生成不同的控制信号，以调整AC/DC变换电路20的工作电流、以及AC/DC变换电路20在第一工作状态和第二工作状态之间进行切换的切换频率，从而可调整动力电池的加热速度，同时可将AC/DC变换电路的工作电流限制在预设电流范围内，从而避免了损坏动力电池和低压电池，适用性更强。

在一些可行的实施方式中，上述AC/DC变换电路20可包括两级电路，即功率因数校正电路(可以简称为PFC电路)和DC/DC变换电路，请一并参见图4，图4是本申请提供的动力电池的加热装置的另一结构示意图。如图4所示，如图3所示的AC/DC变换电路20可包括功率因数校正电路201和DC/DC变换电路202，该功率因数校正电路201的交流端(也可以称为交流端口或者AC端口)可连接低压电池10，功率因数校正电路201的直流端(也可以称为直流端口或者DC端口)可通过DC/DC变换电路202连接动力电池2。可以理解，控制器30可控制DC/DC变换电路202基于动力电池2的输出电压向功率因数校正电路201输出第一直流电压，并控制功率因数校正电路201对第一直流电压进行降压变换以向低压电池10放电，以实现动力电池2的放电过程。可选的，控制器30还可以控制功率因数校正电路201对低压电池10的输出电压进行升压变换以向DC/DC变换电路202输出第二直流电压，并控制DC/DC变换电路202基于第二直流电压对动力电池2充电，以实现动力电池2的充电过程。由此可见，控制器30可控制功率因数校正电路201和DC/DC变换电路202来实现动力电池2充电过程或者放电过程以加热动力电池2，从而提高了动力电池的加热效率，节省了动力电池的加热时间，适用性更强。

在一些可行的实施方式中，上述功率因数校正电路201可包括单相功率因数校正电路、三相功率因数校正电路、交错无桥功率因数校正电路或者其它类型的功率因数校正电路。请一并参见图5，图5是本申请提供的动力电池的加热装置的另一结构示意图。如图5所示，如图4所示的功率因数校正电路201中包括第一开关Q1、第二开关Q2、母线电容CO以及电压变换单元2011，电压变换单元2011中包括第一直流端、第二直流端、第一交流端和第二交流端。本申请可以将功率因数校正电路中具有电压变换功能(如升压变换功能或降压变换功能)的一个或者多个功能单元统称为电压变换单元。其中，电压变换单元2011的第一直流端、第一开关Q1的漏极以及母线电容CO的一端连接后作为功率因数校正电路201的第一直流端以连接动力电池2的第一输入/输出端，电压变换单元2011的第二直流端、第二开关Q2的源极以及母线电容CO的另一端连接后作为功率因数校正电路201的第二直流端以连接动力电池2的第二输入/输出端，第一开关Q1的源极连接第二开关Q2的漏极，电压变换单元2011的第一交流端可作为功率因数校正电路201的第一交流端以连接低压电池10的第一输入/输出端，电压变换单元2011的第二交流端可作为功率因数校正电路201的第二交流端以连接低压电池10的第二输入/输出端。

在一些可行的实施方式中，在动力电池2通过AC/DC变换电路20向低压电池10放电的过程中，低压电池10的第一输入/输出端可作为低压电池10的输入端，低压电池10的第二输入/输出端可作为低压电池10的输出端，动力电池2的第一输入/输出端可作为动力电池2的输出端，动力电池2的第二输入/输出端可作为动力电池2的输入端。在低压电池10通过AC/DC变换电路20对动力电池2充电的过程中，低压电池10的第一输入/输出端可作为低压电池10的输出端，低压电池10的第二输入/输出端可作为低压电池10的输入端，动力电池2的第一输入/输出端可作为动力电池2的输入端，动力电池2的第二输入/输出端可作为动力电池2的输出端。

在一些可行的实施方式中，电压变换单元2011中包括至少一个电压变换电路(即一个或者至少两个电压变换电路)以及至少两个第一交流端，且电压变换单元2011中第一交流端的数量与电压变换电路的数量相同。例如，如图5所示，电压变换单元2011中包括电压变换电路20110a至电压变换电路20110n，且电压变换电路20110a至电压变换电路20110n之间相互独立，电压变换电路20110a至电压变换电路20110n中各电压变换电路的第一直流端连接后作为电压变换单元2011的第一直流端，电压变换电路20110a至电压变换电路20110n中各电压变换电路的第二直流端连接后作为电压变换单元2011的第二直流端，电压变换电路20110a至电压变换电路20110n中各电压变换电路的第一交流端作为电压变换单元2011的各第一交流端，电压变换电路20110a至电压变换电路20110n中各电压变换电路的第二交流端连接后作为电压变换单元2011的第二交流端。其中，一个电压变换电路的第一交流端对应电压变换单元2011的一个第一交流端，例如，电压变换电路20110a的第一交流端对应电压变换单元2011的一个第一交流端，……，电压变换电路20110n的第一交流端对应电压变换单元2011的另一个第一交流端。

在一些可行的实施方式中，上述电压变换电路20110a至电压变换电路20110n中的一个电压变换电路可包括第三开关、第四开关、电感以及电容，其中，第三开关的漏极可作为电压变换电路的第一直流端，第四开关的源极可作为电压变换电路的第二直流端，第三开关的源极可连接第四开关的漏极和电感的一端，电感的另一端和电容的一端连接后作为电压变换电路的第一交流端，电容的另一端与第四开关的源极连接后作为电压变换电路的第二交流端。为方便描述，下面将以一个电压变换电路或者至少两个电压变换电路为例进行说明，请一并参见图6，图6是本申请提供的动力电池的加热装置的另一结构示意图。如图6中的6a所示，如图4所示的电压变换单元2011中包括一个电压变换电路(如电压变换电路20110a)，该电压变换电路20110a中包括开关Q3、开关Q4、电感L1以及电容C1，开关Q3为电压变换电路20110a中的第三开关，开关Q4为电压变换电路20110a中的第四开关，电感L1为电压变换电路20110a中的电感，电容C1为电压变换电路20110a中的电容。其中，开关Q3的漏极可作为电压变换电路20110a的第一直流端以连接第一开关Q1的漏极和母线电容CO的一端，开关Q4的源极可作为电压变换电路20110a的第二直流端以连接第二开关Q2的源极以及母线电容CO的另一端，开关Q3的源极可连接开关Q4的漏极和电感L1的一端，电感L1的另一端和电容C1的一端连接后作为电压变换电路20110a的第一交流端(即功率因数校正电路201的第一交流端)，以连接低压电池10的第一输入/输出端，电容C1的另一端与开关Q4的源极连接后作为电压变换电路20110a的第二交流端(即功率因数校正电路201的第二交流端)，以连接低压电池10的第二输入/输出端。

在一些可行的实施方式中，如图6中的6b所示，如图4所示的功率因数校正电路201中包括至少两个电压变换电路(如3个或者其它数量的电压变换电路)，为方便描述，下面将以3个电压变换电路为例进行说明，以下不在赘述。例如，3个电压变换电路可包括电压变换电路20110a(图中未示出)、电压变换电路20110b(图中未示出)以及电压变换电路20110n(图中未示出)。这里的电压变换电路20110a中包括开关Q3、开关Q4、电感L1以及电容C1,开关Q3为电压变换电路20110a中的第三开关，开关Q4为电压变换电路20110a中的第四开关，电感L1为电压变换电路20110a中的电感，电容C1为电压变换电路20110a中的电容。其中，开关Q3的漏极可作为电压变换电路20110a的第一直流端以连接第一开关Q1的漏极和母线电容CO的一端，开关Q4的源极可作为电压变换电路20110a的第二直流端以连接第二开关Q2的源极以及母线电容CO的另一端，开关Q3的源极可连接开关Q4的漏极和电感L1的一端，电感L1的另一端和电容C1的一端连接后作为电压变换电路20110a的第一交流端(即功率因数校正电路201的一个第一交流端(如交流端1))，以并联至低压电池10的第一输入/输出端，电容C1的另一端与开关Q4的源极连接后作为电压变换电路20110a的第二交流端(即功率因数校正电路201的第二交流端(如交流端4))，以连接低压电池10的第二输入/输出端。

在一些可行的实施方式中，如图6中的6b所示，电压变换电路20110b中包括开关Q5、开关Q6、电感L2以及电容C2,开关Q5为电压变换电路20110b中的第三开关，开关Q6为电压变换电路20110b中的第四开关，电感L2为电压变换电路20110b中的电感，电容C2为电压变换电路20110b中的电容。其中，开关Q5的漏极可作为电压变换电路20110b的第一直流端以连接第一开关Q1的漏极和母线电容CO的一端，开关Q6的源极可作为电压变换电路20110b的第二直流端以连接第二开关Q2的源极以及母线电容CO的另一端，开关Q5的源极可连接开关Q6的漏极和电感L2的一端，电感L2的另一端和电容C2的一端连接后作为电压变换电路20110b的第一交流端(即功率因数校正电路201的一个第一交流端(如交流端2))，以并联至低压电池10的第一输入/输出端，电容C2的另一端与开关Q6的源极连接后作为电压变换电路20110b的第二交流端(即功率因数校正电路201的交流端4)，以连接低压电池10的第二输入/输出端。

在一些可行的实施方式中，如图6中的6b所示，电压变换电路20110n中包括开关Q7、开关Q8、电感L3以及电容C3,开关Q7为电压变换电路20110n中的第三开关，开关Q8为电压变换电路20110n中的第四开关，电感L3为电压变换电路20110n中的电感，电容C3为电压变换电路20110n中的电容。其中，开关Q7的漏极可作为电压变换电路20110n的第一直流端以连接第一开关Q1的漏极和母线电容CO的一端，开关Q8的源极可作为电压变换电路20110n的第二直流端以连接第二开关Q2的源极以及母线电容CO的另一端,开关Q7的源极可连接开关Q8的漏极和电感L3的一端，电感L3的另一端和电容C3的一端连接后作为电压变换电路20110n的第一交流端(即功率因数校正电路201的一个第一交流端(如交流端3))，以并联至低压电池10的第一输入/输出端，电容C3的另一端与开关Q8的源极连接后作为电压变换电路20110n的第二交流端(即功率因数校正电路201的交流端4)，以连接低压电池10的第二输入/输出端。这里功率因数校正电路201的交流端1、交流端2、交流端3以及交流端4可以统称为功率因数校正电路201的交流端(也可以称为AC端口)。

在一些可行的实施方式中，在动力电池2通过AC/DC变换电路20向低压电池10放电的过程中，AC/DC变换电路20处于第一工作状态，这时功率因数校正电路201可实现降压变换功能(也可以称为buck功能)，即上述电压变换电路20110a至电压变换电路20110n均为降压变换电路。以电压变换电路20110a为例进行说明，在电压变换电路20110a为降压变换电路时，开关Q3为主开关管，开关Q4为续流管，电感L1为滤波电感，电容C1为输出滤波电容。可选的，在低压电池10通过AC/DC变换电路20对动力电池2充电的过程中，AC/DC变换电路20处于第二工作状态，这时功率因数校正电路201可实现升压变换功能(也可以称为boost功能)，即表明了上述电压变换电路20110a至电压变换电路20110n均为升压变换电路。以电压变换电路20110a为例进行说明，在电压变换电路20110a为升压变换电路时，开关Q3为续流管，开关Q4为主开关管，电感L1为储能电感。

在一些可行的实施方式中，请参见图7，图7是本申请提供的动力电池的加热装置的另一结构示意图。如图7所示，如图3所示的动力电池的加热装置1还包括切换单元40，低压电池10可通过切换单元40连接AC/DC变换电路20，该切换单元40可连接控制器30，控制器30可在动力电池2的温度小于预设温度阈值、或者接收到动力电池加热指令(即动力电池2需要加热)时，控制切换单元40导通以使低压电池10连接AC/DC变换电路20，以实现对动力电池2进行加热。这里的切换单元40中包括继电器和/或其它器件，具体可根据实际应用场景确定，在此不作限制。

在一些可行的实施方式中，上述切换单元40可包括第一继电器和至少两个第二继电器，电压变换电路20110a至电压变换电路20110n中各电压变换电路的第二交流端连接后通过第一继电器连接低压电池10的第二输入/输出端，电压变换电路20110a至电压变换电路20110n中一个电压变换电路的第一交流端通过一个第二继电器连接低压电池10的第一输入/输出端，换言之，电压变换电路20110a至电压变换电路20110n中各电压变换电路的第一交流端可通过各第二继电器并联至低压电池10的第一输入/输出端。上述控制器30可控制第一继电器和至少一个第二继电器导通以使至少一个电压变换电路工作，一个第一继电器和一个第二继电器对应一个电压变换电路。

请一并参见图8，图8是本申请提供的动力电池的加热装置的另一结构示意图。如图8所示，如图6中的6b所示的动力电池的加热装置1还包括切换单元40，切换单元40中包括第一继电器(如第一继电器S4)和至少两个第二继电器(如第二继电器S1至第二继电器S3)。其中，电压变换电路20110a(图中未示出)的第一交流端可通过第二继电器S1并联于低压电池10的第一输入/输出端，电压变换电路20110b(图中未示出)的第一交流端可通过第二继电器S2并联于低压电池10的第一输入/输出端，电压变换电路20110n(图中未示出)的第一交流端可通过第二继电器S3并联于低压电池10的第一输入/输出端，电压变换电路20110a、电压变换电路20110b以及电压变换电路20110n中各电压变换电路的第二交流端连接后通过第一继电器S4连接低压电池10的第二输入/输出端。其中，控制器30可控制第一继电器S4、以及第二继电器S1至第二继电器S3中至少一个第二继电器导通，以使电压变换电路20110a、电压变换电路20110b以及电压变换电路20110n中至少一个电压变换电路工作。例如，控制器30可控制第一继电器S4、第二继电器S1至第二继电器S3同时导通，以使电压变换电路20110a、上述电压变换电路20110b以及电压变换电路20110n同时工作，以实现动力电池2的最大加热功率。或者，控制器30可控制第一继电器S4、第二继电器S1至第二继电器S3中的一个第二继电器(如第二继电器S1)导通，以使电压变换电路20110a工作。或者，控制器30可控制第一继电器S4、第二继电器S1至第二继电器S3中的两个第二继电器(如第二继电器S2和第二继电器S3)导通，以使上述电压变换电路20110b以及电压变换电路20110n同时工作，从而可实现动力电池2的不同加热需求，适用性更强。

在一些可行的实施方式中，上述DC/DC变换电路202可包括双有源全桥电路、谐振电路(如LLC谐振电路或者CLLC谐振电路)或者其它类型的DC/DC变换电路。请参见图9，图9是本申请提供的动力电池的加热装置的又一结构示意图。如图9所示，如图8所示的DC/DC变换电路202中包括开关Q9至开关Q16、滤波电容Cr1和滤波电容Cr2、电感Lr1和电感Lr2、变压器T1以及电容C4，开关Q9的源极连接开关Q10的漏极和滤波电容Cr1的一端，开关Q9的漏极可连接开关Q11的漏极、开关Q13的漏极、开关Q15的漏极以及电容C4的一端，开关Q10的源极连接开关Q12的源极、开关Q14的源极、开关Q16的源极以及电容C4的另一端，开关Q11的源极连接开关Q12的漏极以及变压器T1的原边，滤波电容Cr1的另一端通过电感Lr1连接变压器T1的原边，变压器T1的副边可通过电感Lr2连接滤波电容Cr2的一端，开关Q13的源极连接开关Q14的漏极和滤波电容Cr2的另一端，开关Q15的源极连接开关Q16的漏极以及变压器T1的副边，且电容C4的两端可作为DC/DC变换电路202的第二直流端以并联动力电池2。其中，DC/DC变换单元202可以为LLC谐振电路，上述滤波电容Cr1、电感Lr1以及变压器T1可组成LLC谐振网络，从而可实现在宽负载范围内变压器(如变压器T1)原边的开关(如开关Q9至开关Q12)的零电压开通，动力电池的加热效率更高，适用性更强。这时，控制器30可通过功率因数校正电路201和DC/DC变换电路202控制动力电池2充电或者放电以加热动力电池2，从而提高了动力电池的加热效率，节省了动力电池的加热时间，适用性更强。

在一些可行的实施方式中，如图9所示，在动力电池2的放电过程中，控制器30可控制DC/DC变换电路202对动力电池2的输出电压进行直流变换(也可以称为直流转直流变换)以向功率因数校正电路201输出第一直流电压(如V_bus)，其中第一直流电压与母线电容C0两端的电压相同，这时DC/DC变换电路202的输入侧为动力电池侧，DC/DC变换电路202的输出侧为母线电容侧。进一步地，控制器30可控制功率因数校正电路201对第一直流电压进行降压变换得到输出电压(如V_LVDC)以向低压电池10放电，这时功率因数校正电路201的输入侧为母线电容侧，功率因数校正电路201的输出侧为低压电池侧。在动力电池2的充电过程中，控制器30可控制功率因数校正电路201对低压电池10的输出电压进行升压变换以向DC/DC变换电路202输出第二直流电压(如V_bus，即母线电容C0两端的电压)，这时功率因数校正电路201的输入侧为低压电池侧，功率因数校正电路201的输出侧为母线电容侧。进一步地，控制器30可控制DC/DC变换电路202对第二直流电压进行直流变换得到输出电压(如V_HVDC，即动力电池充电电压)以对动力电池2充电，这时DC/DC变换电路202的输入侧为母线电容侧，DC/DC变换电路202的输出侧为动力电池侧，从而可实现对动力电池进行加热，从而提高了动力电池的加热效率，适用性更强。

请参见图10，图10是本申请提供的动力电池加热系统的一结构示意图。如图10所示，动力电池加热系统1中包括低压电池10、车载充电机20以及动力电池30，低压电池10可通过车载充电机20连接动力电池30。其中，车载充电机20中包括AC/DC变换电路201(如上述图3至图9所示的AC/DC变换电路20)和控制器202(如上述图3至图9所示的控制器30)，控制器202可连接AC/DC变换电路201。其中，控制器202可控制动力电池30通过AC/DC变换电路201向低压电池10放电，或者控制低压电池10通过AC/DC变换电路201对动力电池30充电，以对动力电池30进行加热，从而可通过复用车载充电机对动力电池进行加热，成本更低，同时也提高了动力电池的加热效率，节省了动力电池的加热时间。

在一些可行的实施方式中，参见图11，图11是本申请提供的动力电池加热系统的另一结构示意图。如图11所示，如图10所示的动力电池加热系统1还包括切换单元40，低压电池10可通过切换单元40连接AC/DC变换电路201，切换单元40可连接控制器202，控制器202可在动力电池30的温度小于预设温度阈值、或者接收到动力电池加热指令时，控制切换单元40导通以使低压电池10连接AC/DC变换电路201。可选的，上述动力电池加热系统1还包括DC/DC变换电路50和变换电路控制器60，动力电池30可通过DC/DC变换电路50连接低压电池10，变换电路控制器60可连接DC/DC变换电路50。这里的DC/DC变换电路50和变换电路控制器60可以统称为DC/DC变换单元(也可以称为DC/DC变换器)。该变换电路控制器60可控制动力电池30通过DC/DC变换电路50向低压电池10放电，或者控制低压电池10通过DC/DC变换电路50对动力电池30充电，以对动力电池30进行加热。这时，控制器202和变换电路控制器60可同步控制动力电池30充电或者放电，提供给动力电池更大的充电电流和放电电流，从而使动力电池的充放电功率最大，提高了动力电池的加热速度。

可选的，在一些可行的实施方式中，控制器202可对动力电池30充电，变换电路控制器60可控制动力电池30放电；或者，变换电路控制器60可对动力电池30充电，控制器202可控制动力电池30放电，从而可实现动力电池充电和放电之间的快速切换，进一步提高了动力电池的加热效率。可选的，控制器202可单独控制动力电池30充电或者放电，一段时间后AC/DC变换电路201可停止工作(如AC/DC变换电路201关断)，这时变换电路控制器60可单独控制动力电池30充电或者放电；或者，变换电路控制器60单独控制动力电池30充电或者放电，一段时间后DC/DC变换电路50停止工作(如DC/DC变换电路50关断)，这时AC/DC变换电路201可单独控制动力电池30充电或者放电。换言之，AC/DC变换电路201和变换电路控制器60可交替单独控制动力电池30充电或者放电，从而可满足动力电池在不同工况下的加热需求，同时解决了车载充电机和DC/DC变换单元(即DC/DC变换电路50和变换电路控制器60)的散热问题，适用性更强。由此可见，在动力电池加热系统1同时包括车载充电机20、DC/DC变换电路50以及变换电路控制器60的情况下，可提高加热动力电池的灵活性，并且满足了动力电池在不同工况或者应用场景下的加热需求，适用性更强。

具体实现中，本申请提供的AC/DC变换电路和控制器所执行的更多操作可参见上述图3至图9所示的动力电池的加热装置及其工作原理中AC/DC变换电路和控制器所执行的实现方式，在此不再赘述。

在本申请中，可控制AC/DC变换电路来实现动力电池的充电和放电以加热动力电池，从而避免了使用额外加热装置来加热动力电池，成本更低，同时也提高了动力电池的充放电功率，进而提高了动力电池的加热效率，节省了动力电池的加热时间，适用性强。

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以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种动力电池的加热装置，其特征在于，所述加热装置包括交流AC/直流DC变换电路、控制器以及低压电池，所述低压电池通过所述AC/DC变换电路连接动力电池，所述控制器连接所述AC/DC变换电路；

所述控制器用于控制所述动力电池通过所述AC/DC变换电路向所述低压电池放电，或者控制所述低压电池通过所述AC/DC变换电路对所述动力电池充电，以对所述动力电池进行加热。

2.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述AC/DC变换电路包括功率因数校正电路和DC/DC变换电路，所述功率因数校正电路的交流端连接所述低压电池，所述功率因数校正电路的直流端通过所述DC/DC变换电路连接所述动力电池；

所述控制器用于控制所述DC/DC变换电路基于所述动力电池的输出电压向所述功率因数校正电路输出第一直流电压，并控制所述功率因数校正电路对所述第一直流电压进行降压变换以向所述低压电池放电；或者

所述控制器用于控制所述功率因数校正电路对所述低压电池的输出电压进行升压变换以向所述DC/DC变换电路输出第二直流电压，并控制所述DC/DC变换电路基于所述第二直流电压对所述动力电池充电。

3.根据权利要求2所述的加热装置，其特征在于，所述功率因数校正电路包括电压变换单元、第一开关、第二开关以及母线电容；

其中，所述电压变换单元包括第一直流端、第二直流端、第一交流端和第二交流端，所述电压变换单元的第一直流端、所述第一开关的漏极以及所述母线电容的一端连接后作为所述功率因数校正电路的第一直流端以连接所述动力电池的第一输入/输出端，所述电压变换单元的第二直流端、所述第二开关的源极以及所述母线电容的另一端连接后作为所述功率因数校正电路的第二直流端以连接所述动力电池的第二输入/输出端，所述第一开关的源极连接所述第二开关的漏极，所述电压变换单元的第一交流端作为所述功率因数校正电路的第一交流端以连接所述低压电池的第一输入/输出端，所述电压变换单元的第二交流端作为所述功率因数校正电路的第二交流端以连接所述低压电池的第二输入/输出端。

4.根据权利要求3所述的加热装置，其特征在于，所述电压变换单元包括至少两个电压变换电路以及至少两个第一交流端，其中，各电压变换电路的第一直流端连接后作为所述电压变换单元的第一直流端，所述各电压变换电路的第二直流端连接后作为所述电压变换单元的第二直流端，所述各电压变换电路的第一交流端作为所述电压变换单元的各第一交流端，其中一个电压变换电路的第一交流端对应所述电压变换单元的一个第一交流端，所述各电压变换电路的第二交流端连接后作为所述电压变换单元的第二交流端。

5.根据权利要求4所述的加热装置，其特征在于，所述电压变换电路包括第三开关、第四开关、电感以及电容；

其中，所述第三开关的漏极作为所述电压变换电路的第一直流端，所述第四开关的源极作为所述电压变换电路的第二直流端，所述第三开关的源极连接所述第四开关的漏极和所述电感的一端，所述电感的另一端和所述电容的一端连接后作为所述电压变换电路的第一交流端，所述电容的另一端与所述第四开关的源极连接后作为所述电压变换电路的第二交流端。

6.根据权利要求1-5任一项所述的加热装置，其特征在于，所述加热装置还包括切换单元，所述低压电池通过所述切换单元连接所述AC/DC变换电路，所述切换单元连接所述控制器；

所述控制器用于在所述动力电池的温度小于预设温度阈值、或者接收到动力电池加热指令时，控制所述切换单元导通以使所述低压电池连接所述AC/DC变换电路。

7.根据权利要求4或5所述的加热装置，其特征在于，所述加热装置还包括切换单元，所述切换单元包括第一继电器和至少两个第二继电器，所述各电压变换电路的第二交流端连接后通过所述第一继电器连接所述低压电池的所述第二输入/输出端，一个电压变换电路的第一交流端通过一个第二继电器连接所述低压电池的所述第一输入/输出端；

所述控制器用于控制所述第一继电器和至少一个所述第二继电器导通以使至少一个所述电压变换电路工作。

8.根据权利要求1-7任一项所述的加热装置，其特征在于，所述控制器包括控制信号生成单元和控制单元；

所述控制信号生成单元用于基于控制参数生成所述AC/DC变换电路的控制信号，其中，所述控制参数由所述动力电池的电池参数和/或所述低压电池的电池参数确定，所述控制参数包括开关占空比和/或开关频率；

所述控制单元用于基于所述控制信号控制所述AC/DC变换电路导通，以控制所述动力电池的加热速度且使所述AC/DC变换电路的工作电流处于预设电流范围。

9.根据权利要求8所述的加热装置，其特征在于，所述控制器还包括采样单元；

所述采样单元用于采集所述动力电池的电池参数和/或所述低压电池的电池参数；

其中，所述电池参数包括电压和电流中的至少一种。

10.根据权利要求8所述的加热装置，其特征在于，所述加热装置还包括电池管理系统，所述电池管理系统连接所述控制器；

所述电池管理系统用于采集所述动力电池的电池参数和/或所述低压电池的电池参数，并向所述控制器下发所述动力电池的电池参数和/或所述低压电池的电池参数；

其中，所述电池参数包括荷电状态和温度中的至少一种。

11.一种动力电池加热系统，其特征在于，所述动力电池加热系统包括动力电池、车载充电机以及低压电池，所述低压电池通过所述车载充电机连接所述动力电池，所述车载充电机包括如权利要求1-10任一项所述的加热装置中的AC/DC变换电路和控制器。

12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述动力电池加热系统还包括切换单元，所述低压电池通过所述切换单元连接所述AC/DC变换电路，所述切换单元连接所述控制器；

所述控制器用于在所述动力电池的温度小于预设温度阈值、或者接收到动力电池加热指令时，控制所述切换单元导通以使所述低压电池连接所述AC/DC变换电路。

13.根据权利要求11或12所述的系统，其特征在于，所述动力电池加热系统还包括DC/DC变换电路和变换电路控制器，所述动力电池通过所述DC/DC变换电路连接所述低压电池，所述变换电路控制器连接所述DC/DC变换电路；

所述变换电路控制器用于控制所述动力电池通过所述DC/DC变换电路向所述低压电池放电，或者控制所述低压电池通过所述DC/DC变换电路对所述动力电池充电，以对所述动力电池进行加热。

Images