一种自加热电池系统

技术领域

本发明涉及电池加热技术领域，具体地，涉及一种自加热电池系统。

背景技术

随着新能源的发展，越来越多的领域采用新能源作为动力。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

但是低温环境下电池的使用会受到一定限制。具体的，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，为了能够正常使用电池，需要在低温环境下为电池进行加热。

动力电池在低温情况下性能、寿命都有衰减，故在低温情况下需要对电池进行加热，现阶段，可通过为电池配备专门的热循环容器，通过间接加热热循环容器中的导热物质，将热量传导到电池上，以实现对电池的加热。但是这种加热方式所花费的时间较长，加热效率较低。相比间接加热(液热)，动力电池内部脉冲加热热效率高，加热功率大，温升速度快，温度均匀。同时利用整车电机回路产生高频脉冲，可以在几乎不增加成本的基础上实现电池加热。

发明内容

为解决上述问题的至少一个方面，本发明提供一种一种自加热电池系统，其特征在于，包括:电池组、电机控制器和电机，所述电机控制器包括并联的第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂，所述第一相桥臂包括第一上桥臂和第一下桥臂，所述第二相桥臂包括第二上桥臂和第二下桥臂，所述第三相桥臂包括第三上桥臂和第三下桥臂，所述电机包括第一定子电感、第二定子电感和第三定子电感，所述第一定子电感的输入端与所述第一上桥臂和所述第一下桥臂的连接点连接，所述第二定子电感与所述第二上桥臂和所述第二下桥臂的连接点连接，所述第三定子电感的输入端与所述第三上桥臂和所述第三下桥臂的连接点连接，所述电池组还包括电池管理单元，所述电池管理单元用于采集所述电池组的状态参数并基于所述状态参数发出加热指令，所述电机控制器接收所述电池管理单元的加热指令，所述电机控制器基于所述加热指令选择第一目标上桥臂、第二目标上桥臂和第三目标下桥臂，并控制所述第一目标上桥臂、第二目标上桥臂和第三目标下桥臂的开关单元按照预设频率接通和断开，使断开各目标桥臂时的电流方向从所述电机流向第三目标下桥臂对应的上桥臂，并经过所述电池组分别流经所述第一目标上桥臂对应的下桥臂和所述第二目标上桥臂对应的下桥臂回到所述电机，其中，所述第一目标上臂桥、所述第二目标上桥臂和所述第三目标下桥臂分别属于不同相桥臂。

优选地，还包括电容，所述电容的两端分别与所述第一开关和所述第二开关连接，且所述电容与所述第一相桥臂、第二相桥臂和所述第三相桥臂并联。

优选地，还包括开关，所述开关与所述电容串联，所述电机控制器与所述开关电连接，所述电机控制器控制所述开关的接通或断开。

优选地，所述电机控制器基于所述加热指令控制所述开关保持断开。

优选地，所述电机控制器基于所述加热指令循环运行第一模式、第二模式和第三模式，所述第一模式的所述第一目标上桥臂、所述第二目标上桥臂和所述第三目标下桥臂分别对应所述第一上桥臂、所述第二上桥臂和所述第三下桥臂，所述第二模式的所述第一目标上桥臂、所述第二目标上桥臂和所述第三目标下桥臂分别对应所述第一上桥臂、所述第三上桥臂和所述第二下桥臂，所述第三模式的所述第一目标上桥臂、所述第二目标上桥臂和所述第三目标下桥臂分别对应所述第一下桥臂、所述第二上桥臂和所述第三上桥臂。

优选地，还包括电池水路循环和电机水路循环，所述电池水路循环包括依次连接的第一入口管道、第一水泵、电池水回路、第一出口管道、第一回路管道，所述电机水路循环包括依次连接的第二入口管道、第二水泵、电机水回路、第二出口管道、第二回路管道，所述第一入口管道、所述第一回路管道与第一支路管道通过三通阀连接，所述第一支路管道、所述第二出口管道和所述第二回路管道通过三通阀连接，所述第二支路管道和所述第二回路管道、第二入口管道通过三通阀连接，所述第一出口管道、所述第一回路管道与第二支路管道通过二位三通阀连接，所述电池控制单元与所述二位三通阀电连接以切换所述第一出口管道连通所述第一回路管道或第一支路管道。

本发明的自加热电池系统具有以下有益效果：通过电池管理单元采集电池状态，并基于电池状态发出加热指令，通过电机控制器基于加热指令控制各相桥臂的桥臂开关周期的接通，从而实现利用电机的定子电感对电池组进行放电后的充电，实现利用电池组的内阻加热；另一方面，通过第一支路管道和第二支路管道连接电池水路循环和电机水路循环，利用电池控制单元控制器接通和断开从而实现利用电机水路循环给电池组加热的目的。

附图说明

为了更好地理解本发明的上述及其他目的、特征、优点和功能，可以参考附图中所示的实施方式。附图中相同的附图标记指代相同的部件。本领域技术人员应该理解，附图旨在示意性地阐明本发明的优选实施方式，对本发明的范围没有任何限制作用，图中各个部件并非按比例绘制。

图1示出了根据本发明实施例的自加热电池系统的第一模式电池充电电流方向示意图；

图2示出了根据本发明实施例的自加热电池系统的第二模式电池充电电流方向示意图；

图3示出了根据本发明实施例的自加热电池系统的第三模式电池充电电流方向示意图；

图4示出了根据本发明实施例的自加热电池系统的水路结构示意图。

附图标记：

10、电池；11、第一入口管道；12、第一出口管道；13、第一回路管道；14、第一水泵；20、电机；21、第二入口管道；22、第二出口管道；23、第二回路管道；24、第二水泵；31、第一支路管道；32、第二支路管道；33、三通阀；34、二位三通阀。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。

为了至少部分地解决上述问题以及其他潜在问题中的一个或者多个，本公开的一个实施例提出了一种自加热电池系统，包括:电池组、电机控制器和电机，电机控制器包括并联的第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂，第一相桥臂包括第一上桥臂和第一下桥臂，第二相桥臂包括第二上桥臂和第二下桥臂，第三相桥臂包括第三上桥臂和第三下桥臂，电机包括第一定子电感、第二定子电感和第三定子电感，第一定子电感的输入端与第一上桥臂和第一下桥臂的连接点连接，第二定子电感与第二上桥臂和第二下桥臂的连接点连接，第三定子电感的输入端与第三上桥臂和第三下桥臂的连接点连接，电池组还包括电池管理单元，电池管理单元用于采集电池组的状态参数并基于状态参数发出加热指令，电机控制器接收电池管理单元的加热指令，电机控制器基于加热指令选择第一目标上桥臂、第二目标上桥臂和第三目标下桥臂，并控制第一目标上桥臂、第二目标上桥臂和第三目标下桥臂的开关单元按照预设频率接通和断开，使断开各目标桥臂时的电流方向从电机流向第三目标下桥臂对应的上桥臂，并经过电池组分别流经第一目标上桥臂对应的下桥臂和第二目标上桥臂对应的下桥臂回到电机，其中，第一目标上臂桥、第二目标上桥臂和第三目标下桥臂分别属于不同相桥臂。

具体地，如图1至图3所示，电机控制器的第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂并联在电池组的两端。第一相桥臂包括串联的第一上桥臂S1和第一下桥臂S2，第一上桥臂S1包括二极管和桥臂开关，桥臂开关的两端分别连接在二极管的正极和负极，二极管的负极与电池组的正极连接；第一下桥臂S2包括二极管和桥臂开关，桥臂开关的两端分别连接在二极管的正极和负极，二极管的正极与电池组的负极连接，第一上桥臂S1的二极管正极与第一下桥臂S2的二极管负极连接。第二相桥臂包括第二上桥臂S3和第二下桥臂S4，第二上桥臂S3包括二极管和桥臂开关，桥臂开关的两端分别连接在二极管的正极和负极，二极管的负极与电池组的正极连接；第二下桥臂S4包括二极管和桥臂开关，桥臂开关的两端分别连接在二极管的正极和负极，二极管的正极与电池组的负极连接，第二上桥臂S3的二极管正极与第二下桥臂S4的二极管负极连接。第三相桥臂包括第三上桥臂S5和第三下桥臂S6，第三上桥臂S5包括二极管和桥臂开关，桥臂开关的两端分别连接在二极管的正极和负极，二极管的负极与电池组的正极连接；第三下桥臂S6包括二极管和桥臂开关，桥臂开关的两端分别连接在二极管的正极和负极，二极管的正极与电池组的负极连接，第三上桥臂S5的二极管正极与第三下桥臂S6的二极管负极连接。电机包括第一定子电感L1、第二定子电感L2和第三定子电感L3，第一定子电感L1的第一端连接在第一上桥臂S1和第一下桥臂S2的连接点，第二定子电感L2的第一端连接在第二上桥臂S3和第二下桥臂S4的连接点，第三定子电感L3的第一端连接在第三上桥臂S5和第三下桥臂S6的连接点，第一定子电感L1的第二端、第二定子电感L2的第二端和第三定子电感L3的第三端连接。

电池组的电池管理单元可以采用任意的车载电池管理系统，电池管理单元获取电池组的状态参数，电池组的状态参数包括温度、电压和电流等，电池管理单元可以根据任意设定的参数阈值发出加热指令。例如，当温度低于设定的阈值时，电池管理单元发出加热指令，加热指令包括控制阈值对应的加热模式对电池组加热，电机控制器接收电池管理单元发送的加热指令，并根据加热指令控制加热模式对应的桥臂开关按照设定的周期进行接通和断开。具体地，在第一上桥臂S1、第二上桥臂S3和第三上桥臂S5中选择第一目标上桥臂和第二目标上桥臂，并在第一下桥臂S2、第二下桥臂S4和第三下桥臂S6中选择第三目标下桥臂，且第三目标下桥臂与第一目标上桥臂和第二目标上桥臂分别属于不同相桥臂。电机控制器在加热模式下控制第一目标上桥臂、第二目标上桥臂和第三目标下桥臂的桥臂开关周期性的同步接通或断开，同时控制其他的桥臂开关维持断开状态。

在第一目标上桥臂、第二目标上桥臂和第三目标下桥臂同步接通时电池放电，在第一目标上桥臂、第二目标上桥臂和第三目标下桥臂同步断开时电池充电，充电电流的方向为从定子电感流向第三目标下桥臂串联的上桥臂二极管，然后经过电池组，并分别从第一目标上桥臂和第二目标上桥臂串联的下桥臂二极管流向电机的定子电感。

在一些实施例中，还包括电容，电容的两端分别与第一开关和第二开关连接，且电容与第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂并联。具体地，电容C的两端分别连接电池组的正极和负极，通过电容C避免电压过充。

在一些实施例中，还包括开关，开关与电容串联，电机控制器与开关电连接，电机控制器控制开关的接通或断开。具体地，开关K1与电容C串联，在加热模式下，电机控制器基于加热指令控制开关保持断开。

在一些实施例中，电机控制器基于加热指令循环运行第一模式、第二模式和第三模式，第一模式的第一目标上桥臂、第二目标上桥臂和第三目标下桥臂分别对应第一上桥臂、第二上桥臂和第三下桥臂，第二模式的第一目标上桥臂、第二目标上桥臂和第三目标下桥臂分别对应第一上桥臂、第三上桥臂和第二下桥臂，第三模式的第一目标上桥臂、第二目标上桥臂和第三目标下桥臂分别对应第二上桥臂、第三上桥臂和第一下桥臂。

具体地，在第一模式时，电机控制器控制第一上桥臂S1、第二上桥臂S3和第三下桥臂S6的桥臂开关同时接通或断开。接通桥臂开关时电池组E放电，电流由电池组E正极流经并联的第一上桥臂S1的桥臂开关和第一定子电感L1，第二上桥臂S2的桥臂开关和第二定子电感L2，从第三定子电感L3和第三下桥臂S6的桥臂开关回到电池组E的负极。如图1所示，断开桥臂开关时电池组E充电，电流分别从第一定子电感L1和第二定子电感L2流向第三定子电感L3，并从第三定子电感L3流向第三上桥臂S5的桥臂开关，流经电池组E后，分别从第一下桥臂S2的桥臂开关流向第一定子电感L1，从第二下桥臂S4的桥臂开关流向第二定子电感L2。

第二模式时，电机控制器控制第一上桥臂S1、第三上桥臂S5和第二下桥臂S4的桥臂开关同时接通或断开。接通桥臂开关时电池组E放电，电流由电池组E正极流经并联的第一上桥臂S1的桥臂开关和第一定子电感L1，第三上桥臂S5的桥臂开关和第三定子电感L3，从第二定子电感L2和第二下桥臂S4的桥臂开关回到电池组E的负极。如图2所示，断开桥臂开关时电池组E充电，电流分别从第一定子电感L1和第三定子电感L3流向第二定子电感L2，并从第二定子电感L2流向第二上桥臂S3的桥臂开关，流经电池组E后，分别从第一下桥臂S2的桥臂开关流向第一定子电感L1，从第三下桥臂S6的桥臂开关流向第三定子电感L3。

第三模式时，电机控制器控制第二上桥臂S3、第三上桥臂S5和第一下桥臂S2的桥臂开关同时接通或断开。接通桥臂开关时电池组E放电，电流由电池组E正极流经并联的第二上桥臂S3的桥臂开关和第二定子电感L2，第三上桥臂S5的桥臂开关和第三定子电感L3，从第一定子电感L1和第一下桥臂S2的桥臂开关回到电池组E的负极。如图3所示，断开桥臂开关时电池组E充电，电流分别从第二定子电感L2和第三定子电感L3流向第一定子电感L1，并从第一定子电感L1流向第一上桥臂S1的桥臂开关，流经电池组E后，从第二下桥臂S4的桥臂开关流向第二定子电感L2，分别从第三下桥臂S6的桥臂开关流向第三定子电感L3。

在一些实施例中，还包括电池水路循环和电机水路循环，电池水路循环包括依次连接的第一入口管道、第一水泵、电池水回路、第一出口管道、第一回路管道，电机水路循环包括依次连接的第二入口管道、第二水泵、电机水回路、第二出口管道、第二回路管道，第一入口管道、第一回路管道与第一支路管道通过三通阀连接，第一支路管道、第二出口管道和第二回路管道通过三通阀连接，第二支路管道和第二回路管道、第二入口管道通过三通阀连接，第一出口管道、第一回路管道与第二支路管道通过二位三通阀连接，电池控制单元与二位三通阀电连接以切换第一出口管道连通第一回路管道或第一支路管道。

如图4所示，电池水路循环的第一水泵14设置在第一入口管道11上，第一水泵14用于提供电池水路循环的驱动力，电池管理单元控制二位三通阀使第一出口管道12与第一回路管道13和第二支路管道32择一的连通。电池控制单元在给电池组加热状态下，控制二位三通阀34以接通第一出口管道12和第二支路管道32，并断开第一出口管道12和第一回路管道13的连通，使电池组10的水路加热循环组成为通过设置在第二入口管道21的第二水泵24驱动水流，经过电机20、第二出口管道22在通过一三通阀33后，一路经第二回路管道23通过另一三通阀33流向第一入口管道21，一路经第一支路管道31通过又一三通阀33、第一入口管道11、电池组10、第一出口管道12、第二支路管道32流向第二入口管道21。从而实现利用电机水路循环的热量对电池组10进行加热。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文。