1.本发明涉及车辆电池技术领域，具体涉及车辆电池自加热系统及方法。
背景技术：
2.锂离子电池是电动汽车的重要组成部分，但锂离子电池的性能易受到温度的影响，特别在低温环境下锂离子电池的性能将发生明显的衰退。为解决低温环境下锂离子电池性能衰退问题，电动汽车上配置有锂电池加热系统。
3.相关技术中，锂电池加热系统可通过ptc(positive temperature coefficient，正的温度系数)热敏电阻加热或热泵加热方式实现，从而提高锂离子电池工作的环境温度。对于热敏电阻加热方式，其存在加热效率低的问题，通过锂离子电池为热敏电阻供电，消耗大量的锂离子电池电量，严重影响电动汽车续航；对于热泵加热方式，其存在结构复杂、实施成本高的问题，而且在低温环境下加热效率较低。
技术实现要素：
4.有鉴于此，本发明能够提供一种车辆电池自加热系统及方法，以解决相关技术存在的加热效率低等问题。
5.第一方面，本发明提供了一种车辆电池自加热系统，该系统包括：
6.车辆电池，具有第一端和第二端；
7.第一开关器件组，包括第一功率开关和第二功率开关；第一功率开关的第一源漏极连接第一端，第一功率开关的第二源漏极连接第二功率开关的第三源漏极，第二功率开关的第四源漏极连接第二端；
8.第二开关器件组，包括第三功率开关和第四功率开关；第三功率开关的第五源漏极连接第一端，第三功率开关的第六源漏极连接第四功率开关的第七源漏极，第四功率开关的第八源漏极连接第二端；
9.控制器；第一功率开关的第一栅极、第二功率开关的第二栅极、第三功率开关的第三栅极及第四功率开关的第四栅极分别与控制器连接；
10.电机，具有第一侧和第二侧；第二源漏极和第三源漏极分别用于连接第一侧，第六源漏极和第七源漏极分别用于连接第二侧；
11.谐振电容，具有第三端和第四端；其中，第三端连接电机的第二侧，第六源漏极和第七源漏极分别连接第四端；
12.开关；开关与谐振电容并联。
13.本发明车辆电池自加热系统中的电机等效为电感，该电感一端与车辆电池之间设置有第一开关器件组，且该电感另一端与车辆电池之间设置有第二开关器件组，通过控制器对第一开关器件组中第一功率开关和第二功率开关以及对第二开关器件组中的第三功率开关和第四功率开关进行通断控制，从而在车辆电池与电感之间形成电池放电电流和电池充电电流，在电流流经车辆电池内阻的过程中产生热量，从而实现电池自加热的目的。本
发明通过谐振电容与电机的等效电感串联而形成的lc振荡电路方案，该方案能够通过lc振荡电路形成更大的加热电流，具有加热损耗更小和加热效率更高等优点。本发明能够通过控制开关处于闭合状态或者断开状态下，采用不同的电池加热模式为车辆电池加热，从而采用不同的加热电流为车辆电池加热，该方式不仅有助于调节电池自加热电流的目的，而且还有助于保证电池的安全性。相比于热敏电阻加热方式，本发明无需设置独立的热敏电阻，而是能通过电池内阻放热的方式为电池自身加热，能量转换效率更高，加热效率更高；相比于热泵加热方式，本发明提供的自加热方案极大地降低了低温环境对电池加热过程的影响，在低温环境下仍能够对电池进行高功率加热，而且整体结构更为精简，实施成本更低。因此，本发明具有电池自加热效率高、能量利用率高及成本低等优点。
14.在一种可选的实施方式中，电机为三相四线电机，第一侧包括a相、b相及c相，第二侧为三相四线电机的中线；
15.第一功率开关包括并联设置的第一子开关、第二子开关及第三子开关，第二功率开关包括并联设置的第四子开关、第五子开关及第六子开关；
16.其中，第一子开关的第二源漏极和第四子开关的第三源漏极分别连接a相，第二子开关的第二源漏极和第五子开关的第三源漏极分别连接b相，第三子开关的第二源漏极和第六子开关的第三源漏极分别连接c相。
17.基于上述连接方式，本发明实现了将三相四线电机的三个桥臂并联连接之后使用，避免了加热车辆电池时产生转矩的问题，三相四线电机的等效电感的工况更稳定，以进一步提高车辆电池的加热效率。
18.在一种可选的实施方式中，该系统还包括：
19.冷却液循环管路，包括第一管路、第二管路及第三管路，冷却液循环管路中填充有循环流动的冷却液；第一管路设置于电机的旁侧，第二管路设置于谐振电容的旁侧，第三管路设置于电池的旁侧。
20.本发明还能够将电机和谐振电容产生的热量进行回收，以及将回收的热量传递给车辆电池，进一步地为车辆电池进行加热。
21.在一种可选的实施方式中，该系统还包括：
22.直流母线电容，两端分别连接第一端和第二端。
23.本发明还能够通过直流母线电容稳定第一开关器件组的两侧的电压和第二开关器件组的两侧的电压，从而保证第一开关器件组和第二开关器件组工作的稳定性，进而保证车辆电池自加热系统工作的可靠性。
24.第二方面，本发明提供了一种车辆电池自加热方法，应用于本发明一个或多个实施例中的车辆电池自加热系统中的控制器，该方法包括：
25.基于车辆电池的电压确定第一开关频率；
26.按照第一开关频率向第一功率开关和第四功率开关发送第一控制脉冲，并按照第一开关频率向第二功率开关和第三功率开关发送第二控制脉冲；
27.其中，第一控制脉冲的相位与第二控制脉冲的相位的差值为第一设定值。
28.基于第一控制脉冲和第二控制脉冲，本发明通过对第一开关器件组中第一功率开关和第二功率开关以及对第二开关器件组中的第三功率开关和第四功率开关进行通断控制，从而在车辆电池与电感之间形成电池放电电流和电池充电电流，在电流流经车辆电池
内阻的过程中产生热量，从而实现电池自加热的目的。相比于热敏电阻加热方式，本发明无需设置独立的热敏电阻，而是能通过电池内阻放热的方式为电池自身加热，能量转换效率更高，加热效率更高；相比于热泵加热方式，本发明提供的自加热方案极大地降低了低温环境对电池加热过程的影响，在低温环境下仍能够对电池进行高功率加热，而且整体结构更为精简，实施成本更低。因此，本发明具有电池自加热效率高、能量利用率高及成本低等优点。
29.在一种可选的实施方式中，在第一开关器件组与第二开关器件组之间依次串联有电机和谐振电容，谐振电容并联连接开关；
30.基于车辆电池的电压确定第一开关频率之前，还包括：
31.确定车辆电池的荷电状态的所处范围；
32.如果车辆电池的荷电状态处于第一预设范围内，控制开关断开，以及按照第二开关频率向第一功率开关和第四功率开关发送第三控制脉冲，并按照第二开关频率向第二功率开关和第三功率开关发送第四控制脉冲；
33.其中，第一预设范围为大于第一预设值且小于第二预设值，第三控制脉冲的相位与第四控制脉冲的相位的差值为第二设定值；
34.如果车辆电池的荷电状态处于第二预设范围内，控制开关闭合，以及返回确定第一开关频率的步骤；
35.其中，第二预设范围为小于或等于第一预设值，或者大于或等于第二预设值。
36.本发明还能够在电池soc过高或soc过低时，通过电感加热模式为车辆电池进行加热，该方式避免了在电池soc过高或过低时使用过大的电流对车辆电池进行加热，在实现加热目的的同时，保证了车辆电池加热过程的安全性。本发明还能够在电池soc适中时通过谐振加热模式提供较高的加热电流，实现对车辆电池进行快速加热；所以本发明能够兼顾车辆电池加热速度和车辆电池加热安全性。
37.在一种可选的实施方式中，确定车辆电池的荷电状态的所处范围之前，还包括：
38.接收由电池管理系统发送的自加热指令和车辆电池的状态信息，状态信息包括荷电状态、电压以及电池温度，电池管理系统用于采集车辆电池的状态信息；
39.根据自加热指令和/或电池温度，判断是否执行确定车辆电池的荷电状态的所处范围的步骤。
40.本发明还能够根据自加热指令和/或电池温度，可靠地控制车辆自加热系统是否启动电池自加热工作。
41.在一种可选的实施方式中，第二开关频率为通过电机的等效电感与谐振电容共同形成的谐振单元的谐振频率的一半。
42.本发明能够通过上述的方式确定的第二开关频率能够提高谐振单元的谐振效果，以进一步提高车辆电池自加热的效果。
43.在一种可选的实施方式中，基于所述车辆电池的电压确定第一开关频率，包括：
[0044][0045]
其中，fl表示第一开关频率，ubat表示车辆电池的电压，l表示电机的等效电感的电感值，irms表示需要达到的自加热电流的有效值。
[0046]
在一种可选的实施方式中，第二开关频率为flc；
[0047][0048]
其中，l表示电机的等效电感的电感值，c
res
表示谐振电容的电容值。
附图说明
[0049]
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0050]
图1是根据本发明实施例的车辆电池自加热系统的结构组成示意图；
[0051]
图2是根据本发明实施例的另一车辆电池自加热系统的结构组成示意图；
[0052]
图3是根据本发明实施例的又一车辆电池自加热系统的结构组成示意图；
[0053]
图4是根据本发明实施例的车辆电池自加热方法的流程示意图；
[0054]
图5是根据本发明实施例的另一车辆电池自加热方法的流程示意图；
[0055]
图6是根据本发明实施例的又一车辆电池自加热方法的流程示意图；
[0056]
图7是根据本发明实施例的谐振加热模式下的电机三相绕组总电流波形il、流过电池的电流波形ibat、电机输出电压波形vab的波形图；
[0057]
图8是根据本发明实施例的电感加热模式下的电机三相绕组总电流波形il、流过电池的电流波形ibat、电机输出电压波形vab的波形图。
[0058]
图中，
[0059]
100、车辆电池；
[0060]
200、第一开关器件组；201、第一功率开关；202、第二功率开关；
[0061]
300、第二开关器件组；301、第三功率开关；302、第四功率开关；
[0062]
400、控制器；
[0063]
500、电机；
[0064]
600、谐振电容；
[0065]
700、开关；
[0066]
801、第一管路；802、第二管路；803、第三管路；
[0067]
900、直流母线电容。
具体实施方式
[0068]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0069]
锂离子电池具有储存能量高、功率密度大、符合快充要求、维护需求低、充放电循环寿命良好等优点，已经成为了电动汽车不可或缺的一部分。然而锂离子电池的特性受环境温度影响较大，工作在低温环境下的锂离子电池的性能将发生明显的衰退，例如，在环境温度低于20℃时，对锂离子电池进行长时间的充电和放电，将会大大缩减锂离子电池的寿
命，影响了电动汽车的动力输出和续航。于是一些电动汽车上配置了锂电池加热系统，锂电池加热系统一般可通过热敏电阻加热方案或热泵加热方案实现。对于热敏电阻加热方案，其利用锂离子电池为热敏电阻供电，通过热敏电阻产生的热量为锂离子电池加热；该方式最大的缺点在于为热敏电阻供电的过程中消耗的大量电池电能只有小部分转换成为锂离子电池加热的热能，能量转换效率较低，进而导致加热效率低的问题。对于热泵加热方案，其逆用空调的制冷原理实现热泵放热功能，从而为锂离子电池加热，但在实施过程中发现，该方案在室外环境温度较低的情况下加热效率过低，而且该方案还存在整体结构复杂和实施成本高等问题。
[0070]
如图1所示，本发明实施例提供的车辆电池自加热系统包括但不限于车辆电池100、第一开关器件组200、第二开关器件组300、控制器400、电机500、谐振电容600及开关700。
[0071]
车辆电池100具有第一端和第二端，本发明实施例涉及的车辆电池100可包括但不限于锂离子电池；任一种受温度影响性能的车辆电池100均在本发明的保护范围内。
[0072]
其中，车辆电池100用于作为电动汽车的动力电池，为电动汽车行驶提供动力。车辆电池100的第一端可以为正极，车辆电池100的第二端可以为负极。
[0073]
第一开关器件组200包括第一功率开关201和第二功率开关202；第一功率开关201的第一源漏极连接第一端，第一功率开关201的第二源漏极连接第二功率开关202的第三源漏极，第二功率开关202的第四源漏极连接第二端。
[0074]
应当理解的是，本发明涉及的“源漏极”表示源极或漏极，而且对于某个功率开关来说，该功率开关的一个源漏极为源极的情况下该功率开关的另一个源漏极为漏极。例如第一功率开关201的第一源漏极为源极，则第一功率开关201的第二源漏极为漏极；或者，第一功率开关201的第一源漏极为漏极，则第一功率开关201的第二源漏极为源极。
[0075]
本实施例中的第一功率开关201可包括一个或多个并联设置的开关器件，第二功率开关202可包括一个或多个并联设置的功率开关器件。
[0076]
本发明涉及的功率开关器件可为mos管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，金属氧化物半导体场效应管)。
[0077]
第二开关器件组300包括第三功率开关301和第四功率开关302；第三功率开关301的第五源漏极连接第一端，第三功率开关301的第六源漏极连接第四功率开关302的第七源漏极，第四功率开关302的第八源漏极连接第二端。
[0078]
本发明得第三功率开关301可包括一个或多个并联设置的功率开关器件，第四功率开关302可包括一个或多个并联设置的功率开关器件。
[0079]
本实施例中，mos管s41表示第三功率开关301，mos管s42表示第四功率开关302。
[0080]
具体地，本发明实施例涉及的第一功率开关201的第一栅极、第二功率开关202的第二栅极、第三功率开关301的第三栅极及第四功率开关302的第四栅极分别与控制器400连接，本实施例中的控制器400具体为电机控制器，电机控制器上具有与第一栅极、第二栅极、第三栅极及第四栅极一一对应连接的四个不同引脚。
[0081]
本发明实施例中各个功率开关的栅极分别与控制器上对应的引脚连接，电机500的第一侧和第二侧分别对应地连接第一开关器件组200、第二开关器件组300。
[0082]
具体地，电机500具有第一侧和第二侧；第二源漏极和第三源漏极分别用于连接第
一侧，第六源漏极和第七源漏极分别用于连接第二侧。
[0083]
本实施例中，第一功率开关201、第二功率开关202、第三功率开关301及第四功率开关302构成等效h桥的拓扑，且电机500位于该等效的h桥拓扑的中间。
[0084]
如图1所示，电容c
res
表示谐振电容600。
[0085]
谐振电容600具有第三端和第四端，其中，第三端连接电机500的第二侧，第六源漏极和第七源漏极分别连接第四端。
[0086]
通过谐振电容600与电机500等效的电感构成lc振荡电路，从而能够在车辆电池100形成较大的电流，例如图7中示出的谐振加热模式下的流过车辆电池100的最大电流能够达到200a(安培)的幅值。
[0087]
如图1所示，开关700与谐振电容600并联。开关k1表示开关700。开关断开后，则本实施例中的车辆电池自加热系统可工作于谐振加热模式下，以通过谐振电容与电机的等效电感串联而形成的lc振荡电路为车辆电池加热；而开关闭合后，则本实施例中的车辆电池自加热系统可工作于电感加热模式下，电感加热模式下则通过电机的等效电感为车辆电池加热。可见本发明还能够通过控制开关处于闭合状态或者断开状态下，采用不同的电池加热模式为车辆电池加热，从而采用不同的加热电流为车辆电池加热，该方式不仅有助于调节电池自加热电流的目的，而且还有助于保证电池的安全性。
[0088]
图1示出的车辆电池自加热系统可按照如下方式工作：按照第一开关频率向第一功率开关和第四功率开关发送第一控制脉冲，并按照第一开关频率向第二功率开关和第三功率开关发送第二控制脉冲，本实施例中的电机500等效为电感，电感作为储能元件，在该过程中反复地对车辆电池100进行快速放电和充电，放电和充电过程中产生的电流流过车辆电池100的内阻时会产生热量，该热量用于对电池进行加热，从而实现车辆电池自加热功能。本实施例的第一控制脉冲的相位与第二控制脉冲的相位的差值为第一设定值，第一预设值例如为180
°
。
[0089]
本实施例的车辆电池自加热系统中的电机等效为电感，该电感一端与车辆电池之间设置有第一开关器件组，且该电感另一端与车辆电池之间设置有第二开关器件组，通过控制器对第一开关器件组中第一功率开关和第二功率开关以及对第二开关器件组中的第三功率开关和第四功率开关进行通断控制，该过程中快速地对车辆电池进行反复地充电和放电，在车辆电池与电感之间形成电池放电电流和电池充电电流，电池放电电流和电池充电电流具体为交流电流，在电流流经车辆电池内阻的过程中产生热量，从而实现电池自加热的目的。
[0090]
在本发明可选的具体实施例中，按照第二开关频率向第一功率开关和第四功率开关发送第三控制脉冲，并按照第二开关频率向第二功率开关和第三功率开关发送第四控制脉冲。谐振电容600与电机500等效的电感作为储能元件，在该过程中反复地对车辆电池100进行快速放电和充电，放电和充电过程中产生的电流流过车辆电池100的内阻时会产生热量，从而实现车辆电池自加热功能。其中，本实施例的第三控制脉冲和第四控制脉冲均为具有第二预设占空比的脉冲，第二预设占空比例如为50％。
[0091]
本发明实施例通过谐振电容与电机的等效电感串联而形成的lc振荡电路方案，该方案能够通过lc振荡电路形成更大的加热电流，具有加热损耗更小和加热效率更高等优点。
[0092]
与相关技术相比，本发明实施例在产品的结构上增加了第二开关器件组、第二开关器件组及谐振电容，成本增加较小。
[0093]
相比于热敏电阻加热方式，本发明无需设置独立的热敏电阻，而是能通过电池内阻放热的方式为电池自身加热，能量转换效率更高，加热效率更高；相比于热泵加热方式，本发明提供的自加热方案极大地降低了低温环境对电池加热过程的影响，在低温环境下仍能够对电池进行高功率加热，而且整体结构更为精简，实施成本更低。因此，本发明具有电池自加热效率高、能量利用率高及成本低等优点。
[0094]
在一些可选的实施方式中，本发明实施例涉及的电机500为三相四线电机，第一侧包括a相、b相及c相，第二侧为三相四线电机的中线。
[0095]
其中，三相四线电机a相对应的绕组、三相四线电机b相对应的绕组以及三相四线电机c相对应的绕组相并联。
[0096]
第一功率开关201包括并联设置的第一子开关、第二子开关及第三子开关，第二功率开关202包括并联设置的第四子开关、第五子开关及第六子开关。
[0097]
其中，第一子开关的第二源漏极和第四子开关的第三源漏极分别连接a相，第二子开关的第二源漏极和第五子开关的第三源漏极分别连接b相，第三子开关的第二源漏极和第六子开关的第三源漏极分别连接c相。基于上述连接方式，本发明实施例实现了将三个桥臂(a相对应的绕组、三相四线电机b相对应的绕组以及三相四线电机c相对应的绕组)并联连接之后使用，避免了加热车辆电池时产生转矩的问题，三相四线电机的等效电感的工况更稳定和均衡，等效电感的具体值几乎不会变化，以进一步提高车辆电池的加热效率。
[0098]
本实施例中，第一子开关、第二子开关、第三子开关、第四子开关、第五子开关及第六子开关均为功率开关器件，分别为一个mos管。结合图1至图3所示，mos管s11表示第一子开关，mos管s21表示第二子开关，mos管s31表示第三子开关，mos管s12表示第四子开关，mos管s22表示第五子开关，mos管s32表示第六子开关。
[0099]
本实施例中，电机控制器上具有与第一子开关的第一栅极、第二子开关的第一栅极、第三子开关的第一栅极、第四子开关的第二栅极、第五子开关的第二栅极、第六子开关的第二栅极、第三功率开关301的第三栅极以及第四功率开关302的第四栅极一一对应连接的八个不同引脚。对于谐振电容600，三相四线电机的中线串联谐振电容600，并通过开关700并联谐振电容600。
[0100]
由此，本实施例通过三相四线电机的等效电感作为储能元件，提供了一种基于三相四线电机的动力电池自加热系统。
[0101]
基于上述连接方式，本发明实现了将三个桥臂并联连接之后使用，避免了加热车辆电池时产生转矩的问题，三相四线电机的等效电感的工况更稳定，以进一步提高车辆电池的加热效率。
[0102]
如图2所示，在一些可选的实施方式中，车辆电池自加热系统还包括冷却液循环管路。
[0103]
本实施例中的冷却液循环管路为电动汽车上冷却液循环管路，冷却液循环管路上设置有水泵，该水泵可用于驱动冷却液在管路中循环流动，冷却液可以为水，本实施例利用冷却液循环管路实现热量回收功能。
[0104]
冷却液循环管路包括第一管路801、第二管路802及第三管路803，冷却液循环管路
中填充有循环流动的冷却液；第一管路801设置于电机500的旁侧，第二管路802设置于谐振电容600的旁侧，第三管路803设置于电池的旁侧。
[0105]
其中，谐振电容600上设置有电容器水冷板，第二管路802可紧贴电容器水冷板，在谐振电容600工作过程中，将产生的热量通过电容器水冷板传递至第二管路802中的冷却液中，循环流动的冷却液能够将热量传递至电池。同理，由于本实施例在电机500的旁侧设置第一管路801，在电机500工作过程中，通过第一管路801中的冷却液将电机500产生的热量传递至电池。
[0106]
基于上述冷却液循环管路，通过将电机和谐振电容产生的热量传递给车辆电池，本发明还能够实现将电机和谐振电容产生的热量进行回收，以及将回收的热量传递给车辆电池，进而实现进一步地为车辆电池进行加热。
[0107]
如图3所示，在一些可选的实施方式中，车辆电池自加热系统还包括直流母线电容900。具体地，直流母线电容900两端分别连接第一端和第二端。
[0108]
结合图3所示，电容c
bus
表示直流母线电容900。
[0109]
本发明还能够通过直流母线电容稳定第一开关器件组的两侧的电压和第二开关器件组的两侧的电压，从而保证第一开关器件组和第二开关器件组工作的稳定性，进而保证车辆电池自加热系统工作的可靠性。
[0110]
根据本发明实施例，提供了一种车辆电池自加热方法实施例，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。其中，适于实施本发明实施例涉及的车辆电池自加热方法的车辆电池自加热系统的具体结构已在本说明书中有详细的记载，此处不再进行赘述。
[0111]
在本实施例中提供了一种车辆电池自加热方法，可用于上述的车辆电池自加热系统中的控制器，图4是根据本发明实施例的车辆电池自加热方法的流程图，如图4所示，该流程包括如下步骤：
[0112]
步骤s110，基于车辆电池的电压确定第一开关频率。
[0113]
步骤s120，按照第一开关频率向第一功率开关和第四功率开关发送第一控制脉冲，并按照第一开关频率向第二功率开关和第三功率开关发送第二控制脉冲；其中，第一控制脉冲的相位与第二控制脉冲的相位的差值为第一设定值。本实施例中，第一控制脉冲和第二控制脉冲均为具有第一预设占空比的脉冲，第一预设占空比例如为50％。
[0114]
本发明一个或多个实施例中，第一设定值为180
°
(度)，可见本发明向第一功率开关和第四功率开关发送的第一控制脉冲与向第二功率开关和第三功率开关发送的第二控制脉冲之间的相位相差180
°
。
[0115]
基于第一控制脉冲和第二控制脉冲，本发明实施例通过对第一开关器件组中第一功率开关和第二功率开关以及对第二开关器件组中的第三功率开关和第四功率开关进行通断控制，从而在车辆电池与电感之间形成电池放电电流和电池充电电流，在电流流经车辆电池内阻的过程中产生热量，从而实现电池自加热的目的。相比于热敏电阻加热方式，本发明无需设置独立的热敏电阻，而是能通过电池内阻放热的方式为电池自身加热，能量转换效率更高，加热效率更高；相比于热泵加热方式，本发明提供的自加热方案极大地降低了低温环境对电池加热过程的影响，在低温环境下仍能够对电池进行高功率加热，而且整体结构更为精简，实施成本更低。因此，本发明具有电池自加热效率高、能量利用率高及成本
低等优点。
[0116]
在本实施例中提供了一种车辆电池自加热方法，可用于上述的车辆电池自加热系统中的控制器，本实施例中，在第一开关器件组与第二开关器件组之间依次串联有电机和谐振电容，谐振电容并联连接开关；本实施例中的电机可为三相四线电机，则本实施例能够提供一种基于三相四线电机的动力电池自加热方法。图5是根据本发明实施例的车辆电池自加热方法的流程图，如图5所示，该流程包括如下步骤：
[0117]
步骤s101，确定车辆电池的荷电状态的所处范围。
[0118]
其中，车辆电池的荷电状态表示车辆电池soc(state of charge)。
[0119]
本实施例假设三相四线电机的三相绕组并联后的等效电感的电感值为l，车辆电池电压为ubat。
[0120]
步骤s102，判断车辆电池的荷电状态是否处于第一预设范围内；其中，第一预设范围为大于第一预设值且小于第二预设值，第三控制脉冲的相位与第四控制脉冲的相位的差值为第二设定值。
[0121]
第一预设值表示为soc_a，第二预设值表示为soc_b，具体的数值可根据车辆电池实际情况进行设置。
[0122]
步骤s103，如果车辆电池的荷电状态处于第一预设范围内，控制开关断开。
[0123]
如果电池soc_a≤soc≤soc_b，则控制开关断开。本实施例中控制开关断开后，则本实施例的车辆电池自加热方法工作于谐振加热模式下，包括下述的步骤s104。
[0124]
本实施例中控制开关断开后，则本发明的车辆电池自加热方法工作于谐振加热模式下，即下述步骤s104。
[0125]
结合图1至图3所示，开关k1断开后，三相四线电机的三相绕组并联后的等效电感与谐振电容c
res
构成lc谐振网络，作为等效h桥的负载，然后可进入谐振加热模式。
[0126]
其中，图示的第一功率开关201、第二功率开关202、第三功率开关301及第四功率开关302构成等效h桥。
[0127]
步骤s104，以及按照第二开关频率向第一功率开关和第四功率开关发送第三控制脉冲，并按照第二开关频率向第二功率开关和第三功率开关发送第四控制脉冲。本实施例的第三控制脉冲和第四控制脉冲均为具有第二预设占空比的脉冲，第二预设占空比例如为50％。本发明一个或多个实施例中，第二设定值为180
°
(度)，可见本发明向第一功率开关和第四功率开关发送的第三控制脉冲与向第二功率开关和第三功率开关发送的第四控制脉冲之间的相位相差180
°
。
[0128]
本实施例中假设第二开关频率为flc。
[0129]
在一些可选的实施方式中，本实施例中的第二开关频率为通过电机的等效电感与谐振电容共同形成的谐振单元的谐振频率的一半。
[0130]
第二开关频率为其中，l表示电机的等效电感的电感值，c
res
表示谐振电容的电容值。
[0131]
其中，flc为电机绕组的等效电感的电感值l与谐振电容的电容值c
res
串联之后形成的谐振单元的谐振频率的1/2，flc可通过计算或离线标定的方式确定；具体地，
[0132]
本实施例忽略导线电阻和损耗，忽略直流母线电容c
bus
的滤波作用，理想条件下，本实施例在谐振加热模式下的电机绕组总电流为il(t)。
[0133][0134]
其中，ω表示谐振单元的谐振频率，t表示时间。
[0135]
本发明通过上述方式确定的第二开关频率能够提高谐振单元的谐振效果，从而进一步提高车辆电池自加热的效果。
[0136]
结合上述方式，自加热电流可达到预期的最大自加热电流的有效值ih
max
，该方式能够使用较大加热电流对车辆电池进行自加热，适用于电池soc适中的情况下对电池进行快速加热。
[0137]
另外，在设计阶段若已知需要达到的最大自加热电流有效值ih
max
，则可以计算电路中谐振电容的电容值
[0138]
如图7所示，其示意了在谐振加热模式下的电机三相绕组总电流波形il的波形、流过电池的电流波形ibat的波形、电机输出电压波形vab的波形，图中，横坐标均为t(时间)，单位s(秒)，纵坐标包括il、ibat及vab。如图示，本实施例的电机输出电压波形vab表示并联桥臂s11&s21&s31&s12&s22&s32与s41&s42的输出电压波形。从图7中可以看出，工作在此谐振加热模式下，本发明能以很大的自加热电流对车辆电池进行自加热。
[0139]
步骤s105，如果车辆电池的荷电状态处于第二预设范围内，控制开关闭合，以及返回确定第一开关频率的步骤；其中，第二预设范围为小于或等于第一预设值，或者大于或等于第二预设值。
[0140]
第一预设值表示为soc_a，第二预设值表示为soc_b，具体的数值可根据车辆电池实际情况进行设置。
[0141]
如果电池soc≤soc_a或电池soc≥soc_b，则控制开关闭合。本实施例中控制开关闭合后，则本实施例的车辆电池自加热方法工作于电感加热模式下，包括下述步骤s110和步骤s120。
[0142]
步骤s110，基于车辆电池的电压确定第一开关频率。
[0143]
本发明实施例中，通过fl表示第一开关频率，具体通过车辆电池的电压、电机的等效电感的电感值及需要达到的自加热电流的有效值确定第一开关频率fl。
[0144][0145]
其中，ubat表示车辆电池的电压，l表示电机的等效电感的电感值，irms表示需要达到的自加热电流的有效值。
[0146]
结合图1至图3所示，开关k1闭合后，仅三相四线电机的三相绕组作为等效h桥的负载，与谐振加热模式不同，本实施例接下来可进入电感加热模式。
[0147]
其中，图示的第一功率开关201、第二功率开关202、第三功率开关301及第四功率开关302构成等效h桥。
[0148]
步骤s120，按照第一开关频率向第一功率开关和第四功率开关发送第一控制脉冲，并按照第一开关频率向第二功率开关和第三功率开关发送第二控制脉冲；其中，第一控制脉冲的相位与第二控制脉冲的相位的差值为第一设定值。本实施例中，第一控制脉冲和第二控制脉冲均为具有第一预设占空比的脉冲，第一预设占空比例如为50％。
[0149]
本发明一个或多个实施例中，第一设定值为180
°
，可见本发明向第一功率开关和第四功率开关发送的第一控制脉冲与向第二功率开关和第三功率开关发送的第二控制脉冲之间的相位相差180
°
。
[0150]
本实施例忽略导线电阻和损耗，忽略直流母线电容c
bus
的滤波作用，理想条件下，本实施例在电感加热模式下的电机绕组总电流为ill(t)。
[0151][0152]
其中，t0表示当前周期起始时刻，fl表示第一开关频率。
[0153]
在电感加热模式下，等效电感表示为谐振电感ll，本实施例谐振电感上的电流幅值表示为ill。
[0154][0155]
其中，l表示谐振电感ll的电感值，irms表示自加热电流的有效值。
[0156]
在电池soc过高或soc过低时，不宜采用大电流对电池进行交流自加热，从上述公式可看出，本实施例可通过调节fl来调节自加热电流的有效值irms，通过提高开关频率来降低自加热电流的有效值，保证车辆电池自加热的安全性。
[0157]
另外，在设计阶段若已知电感加热模式下需要达到的自加热电流的有效值irms，则可以计算开关频率其中，自加热电流的有效值irms可以通过离线标定的方式根据电池soc确定，需保证车辆电池不会过充或过放。
[0158]
如图8所示，其示意了在电感加热模式下的电机三相绕组总电流波形il的波形、流过电池的电流波形ibat的波形、电机输出电压波形vab的波形，图中，横坐标均为t(时间)，单位s(秒)，纵坐标包括il、ibat及vab。如图示，本实施例的电机输出电压波形vab表示并联桥臂s11&s21&s31&s12&s22&s32与s41&s42的输出电压波形。从图8中可以看出，工作在电感加热模式下，本发明通过调节开关频率可以获得合适甚至较小的电池自加热电流。
[0159]
无论采用谐振加热模式还是电感加热模式，本发明提供的车辆电池自加热方法还包括如下的步骤：监控车辆电池的实时温度，如果车辆电池的实时温度达到预期温度tc，则停止自加热；和/或，接收来自上层控制器的加热停止指令，则停止自加热，其中，上层控制器的加热停止指令可基于司机发出的停止加热的命令生成。本实施例中，车辆控制器停止自加热的过程包括：控制第一功率开关、第二功率开关及第三功率开关断开，具体可包括控制mos管s11、mos管s21、mos管s31、mos管s12、mos管s22及mos管s32关断；并可以闭合开关
k1，此时电机以三线四线制方式的执行电机本身的功能，以满足电动汽车进入正常行驶模式的需求。通过该方式，本发明还能够根据实际电池温度或用户的需求停止车辆电池的自加热。
[0160]
本发明还能够根据电池soc控制开关处于闭合状态或断开状态下，在开关处于闭合状态下，本发明通过电感加热模式为车辆电池加热，在开关处于断开状态下，本发明通过谐振加热模式为车辆电池加热，这两种不同的加热模式下加热电流不同，例如图7中示出的谐振加热模式下的流过车辆电池的最大电流可达到200a，例如图8中示出的电感加热模式下的流过车辆电池的最大电流可达到40a，从而本发明实施例还能够实现根据电池soc调节电池自加热电流的目的，进而有效保证电池的安全性。
[0161]
综上，本发明还能够根据车辆电池soc和需求灵活调节电池自加热电流，在车辆电池soc安全的情况下以较大的加热电流实现更高的加热速率，在车辆电池soc过高或过低时，以可控的加热电流实现更安全地加热车辆电池。
[0162]
在本实施例中提供了一种车辆电池自加热方法，可用于上述的车辆电池自加热系统中的控制器，图6是根据本发明实施例的车辆电池自加热方法的流程图，如图6所示，该流程包括如下步骤：
[0163]
步骤s100，接收由电池管理系统发送的自加热指令和车辆电池的状态信息，状态信息包括荷电状态、电压以及电池温度，电池管理系统用于采集车辆电池的状态信息。
[0164]
本发明涉及的电池管理系统具体指bms(battery management system)，本实施例通过bms读取车辆电池温度tb和电池soc，通过接收来自上层控制器的当前指令确定是否有来自司机的自加热需求，根据当前指令生成自加热指令。其中，上层控制器例如可为vcu(vehicle control unit，整车控制单元)，通过上层控制器直接接收司机发出的控制命令。本实施例中的bms将自加热指令、当前的车辆电池温度tb、采集的车辆电池电压ubat以及电池soc下发至电机控制器，电机控制器根据电池soc选取电池加热模式。
[0165]
其中，自加热指令包括加热启动指令和加热关闭指令。
[0166]
本发明实施例能够工作在电动汽车驻车的情况下，实现电动汽车上的车辆电池自加热功能。
[0167]
步骤s200，根据自加热指令和/或电池温度，判断是否执行确定车辆电池的荷电状态的所处范围的步骤。
[0168]
如果自加热指令为加热启动指令和/或电池温度小于或等于第一预设温度(tb≤tmin)，则执行步骤s101，实现电池自加热系统启动。如果自加热指令为加热关闭指令和/或电池温度大于第一预设温度(tb﹥tmin)，则返回步骤s100。
[0169]
在电池自加热系统启动之后，本实施例可将车辆电池加热至预期温度tc，本发明可通过上层控制器的指令修改预期温度tc和/或第一预设温度tmin。
[0170]
其中，第一预设温度根据实际情况进行设定，例如tmin＝-5℃(摄氏度)，预期温度也可根据实际情况进行设定，例如tc＝5℃。
[0171]
本发明实施例还能够根据自加热指令和/或电池温度，可靠地控制车辆自加热系统是否启动电池自加热工作。
[0172]
步骤s101，确定车辆电池的荷电状态的所处范围。该步骤s101具体实现过程在本说明书中已有详细记载，此处不再进行赘述。
[0173]
步骤s102，判断车辆电池的荷电状态是否处于第一预设范围内。
[0174]
本实施例中，如果车辆电池的荷电状态处于第一预设范围内，电机控制器根据电池soc选取的电池加热模式为谐振加热模式，包括下述的步骤s103和步骤s104；如果车辆电池的荷电状态不处于第一预设范围内，电机控制器根据电池soc选取的电池加热模式为电感加热模式，包括下述的步骤s105、步骤s110及步骤s120。
[0175]
步骤s103，如果车辆电池的荷电状态处于第一预设范围内，控制开关断开。步骤s103具体实现过程在本说明书中已有详细记载，此处不再进行赘述。
[0176]
步骤s104，以及按照第二开关频率向第一功率开关和第四功率开关发送第三控制脉冲，并按照第二开关频率向第二功率开关和第三功率开关发送第四控制脉冲；其中，第一预设范围为大于第一预设值且小于第二预设值，第三控制脉冲的相位与第四控制脉冲的相位的差值为第二设定值。步骤s104具体实现过程在本说明书中已有详细记载，此处不再进行赘述。
[0177]
步骤s105，如果车辆电池的荷电状态处于第二预设范围内，控制开关闭合，以及返回确定第一开关频率的步骤；其中，第二预设范围为小于或等于第一预设值，或者大于或等于第二预设值。步骤s105具体实现过程在本说明书中已有详细记载，此处不再进行赘述。
[0178]
步骤s110，基于车辆电池的电压确定第一开关频率。步骤s110具体实现过程在本说明书中已有详细记载，此处不再进行赘述。
[0179]
步骤s120，按照第一开关频率向第一功率开关和第四功率开关发送第一控制脉冲，并按照第一开关频率向第二功率开关和第三功率开关发送第二控制脉冲；其中，第一控制脉冲的相位与第二控制脉冲的相位的差值为第一设定值。步骤s120具体实现过程在本说明书中已有详细记载，此处不再进行赘述。
[0180]
在本说明书的描述中，参考术语“本实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0181]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0182]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。
[0183]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连
接，也可以是电连接；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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发明中的具体含义。
[0184]
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。