车辆电池加热系统及车辆的制作方法

[0001]
本公开涉及电池领域，具体地，涉及一种车辆电池加热系统及车辆。


背景技术：

[0002]
新能源车辆的电池在低温环境活性较低，为了避免低温充电对电池使用寿命的影响，在低温环境下，通常对其进行小电流充放电，这将造成电池有电放不出，电池的性能大幅度下降，这无疑约束了新能源车辆的使用范围(不适用于寒冷地区)。现阶段，一种方式是通过水循环对电池进行加热，但加热效率低，另一种方式为电池自加热，即电池与储能元件进行循环充放电，自身利用内阻产生大量的热，以实现电池自加热。其中，储能元件大多集成在电池中，集成结构复杂，并且对电池的设计要求较高，设计与控制不当容易发生事故，例如，电池、储能元件在电池自加热期间产生大量的热量，其可能因高温而发生爆炸。
[0003]
另外，在温度较高的地区，电池自加热功能的使用频率不高，甚至在车辆的整个生命周期内可能都用不到电池自加热功能，而储能元件和电池为车辆标配，这无疑增加了成本。并且，为了保证电池自加热效率，储能元件的容量通常较大，这无疑会增加储能元件的体积，储能元件将占用车内电控处的有限空间。


技术实现要素：

[0004]
本公开的目的是提供一种车辆电池加热系统及车辆。
[0005]
为了实现上述目的，第一方面，本公开提供一种车辆电池加热系统，所述车辆电池加热系统包括：
[0006]
便携储能设备和车辆；
[0007]
所述便携储能设备包括储能元件以及与所述储能元件连接的第一接口；
[0008]
所述车辆包括电池、桥臂变换器、电机绕组、与所述第一接口相配合的第二接口以及控制器；
[0009]
其中，所述桥臂变换器的第一汇流端与所述电池的正极连接，所述桥臂变换器的第二汇流端与所述电池的负极连接；
[0010]
所述电机绕组的第一端与所述桥臂变换器连接，所述电机绕组的第二端共接形成中性点，所述第二接口连接在所述电机绕组的中性点与所述第二汇流端之间；
[0011]
所述便携储能设备与所述车辆通过所述第一接口和所述第二接口连接，所述电池、所述桥臂变换器、所述电机绕组与所述储能元件形成电池加热电路；
[0012]
所述控制器，用于控制所述桥臂变换器的通断使所述储能元件与所述电池进行充电和放电，以实现所述电池的振荡加热。
[0013]
可选地，所述储能元件为电容。
[0014]
可选地，所述车辆的前舱或后备箱设置有所述便携储能设备的安装位置。
[0015]
可选地，所述第二接口设置在所述车辆的前舱或后备箱。
[0016]
可选地，所述便携储能设备安装于所述安装位置时，所述便携储能设备通过所述
第二接口与所述车辆连接；
[0017]
所述车辆还包括设置于所述第一接口和所述第二接口之间的第一开关；
[0018]
所述控制器，还用于控制所述第一开关通断，以使所述储能元件与所述电池连接或断开。
[0019]
可选地，所述便携储能设备被集成至充电枪中。
[0020]
可选地，所述第一接口复用所述充电枪的充电接口，所述第二接口复用所述车辆的充电接口。
[0021]
可选地，所述车辆还包括设置于所述电机绕阻的第二端和所述第二接口之间的第二开关，设置于所述第二汇流端和所述第二接口之间的第三开关；和/或
[0022]
所述便携储能设备，还包括设置于所述储能元件和所述第一接口之间的第四开关。
[0023]
可选地，所述车辆还包括滤波电容，所述滤波电容的第一端与所述中性点连接，所述滤波电容的第二端与所述第二汇流端连接。
[0024]
第二方面，本公开提供一种车辆，所述车辆为本公开第一方面提供的所述车辆。
[0025]
在上述技术方案中，车辆电池通过第一接口、第二接口即可连接到便携储能设备中的储能元件，这样，通过控制可以使得电池和储能元件进行循环充放电。由于电池内阻的存在，电池与储能元件循环充放电过程中，电池自身产生大量的热，致使电池升温，实现电池自加热，并且加热效率高。便携储能设备与电池独立设置，可降低电池的设计难度和故障率，避免了因设计不当导致的安全事故。并且，用户可以根据自身需要，自由选择是否为车辆配置电池自加热功能，即用户可以自由选配便携储能设备，还可自由选择配备的便携储能设备的类型，以降低购车成本。另外，通过复用车辆上现有的电机绕阻和桥臂变换器，结合便携储能设备即可实现电池自加热，即复用了车辆上原有的部件和结构，从而达到了降低成本、节省空间的效果。
[0026]
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
[0027]
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：
[0028]
图1是根据本公开一示例性实施例示出的电池能量处理系统的结构框图。
[0029]
图2是图1所示的电池能量处理系统的一种电路拓扑图。
[0030]
图3是本公开一示例性实施例示出的充电枪的结构示意图。
[0031]
图4是本公开一示例性实施例示出的充电枪的配电盒的结构示意图。
[0032]
图5是根据本公开另一示例性实施例示出的电池能量处理系统的电路拓扑图。
[0033]
图6是根据本公开另一示例性实施例示出的电池能量处理系统的电路拓扑图。
[0034]
图7是根据本公开另一示例性实施例示出的电池能量处理系统的电路拓扑图。
[0035]
附图标记说明
[0036]
1
ꢀꢀꢀꢀ
便携储能设备
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2
ꢀꢀꢀꢀ
车辆
[0037]
11
ꢀꢀꢀ
储能元件
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
12
ꢀꢀꢀ
第一接口
[0038]
13
ꢀꢀꢀ
第四开关
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
21
ꢀꢀꢀ
电池
[0039]
22
ꢀꢀꢀ
桥臂变换器
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
23
ꢀꢀꢀ
电机绕组
[0040]
24
ꢀꢀꢀ
第二接口
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
25
ꢀꢀꢀ
控制器
[0041]
26
ꢀꢀꢀ
第一开关
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
27
ꢀꢀꢀ
第二开关
[0042]
28
ꢀꢀꢀ
第三开关
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
29
ꢀꢀꢀ
滤波电容
[0043]
3
ꢀꢀꢀꢀ
充电枪
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
31
ꢀꢀꢀ
充电接口
[0044]
32
ꢀꢀꢀ
充电电缆
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
33
ꢀꢀꢀ
配电盒
[0045]
331
ꢀꢀ
电源输出口
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
332
ꢀꢀ
电源输入口
[0046]
333
ꢀꢀ
信号线
具体实施方式
[0047]
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。
[0048]
如图1、图2所示，电池能量处理系统包括：便携储能设备1和车辆2。
[0049]
便携储能设备1包括储能元件11、与储能元件11连接的第一接口12。其中，储能元件11可以为电容(例如，膜电容、电解电容、超级电容)、便携式电池、车载充电宝等。
[0050]
车辆2包括电池21、桥臂变换器22、电机绕组23、与第一接口12相配合的第二接口24以及控制器25。其中，桥臂变换器22的第一汇流端与电池 21的正极连接，桥臂变换器22的第二汇流端与电池21的负极连接；电机绕组23的第一端与桥臂变换器22连接，电机绕组23的第二端共接形成中性点o，第二接口24连接在电机绕组23的中性点o与第二汇流端之间。
[0051]
桥臂变换器22包括一相桥臂，相应地，电机绕组23包括一相绕阻；或者，桥臂变换器22包括多相桥臂，例如，两相桥臂，或者图2中示出的三相桥臂，等等，相应地，电机绕组23可以包括多相绕组，与多相桥臂一一对应。其中，桥臂变换器22和电机绕组23可以为车辆2上的原有电驱动系统的结构。
[0052]
便携储能设备1与车辆2通过第一接口12和第二接口24连接，即通过第一接口12和第二接口24的连接，以使便携储能设备1与车辆2连接。
[0053]
其中，第一接口12与第二接口24可以通过导线连接，也可以通过插接的方式进行连接。第一接口12与第二接口24电连接后，电池21、桥臂变换器22、电机绕组23与储能元件11形成电池加热电路，以对电池21进行加热。控制器25可以用于控制桥臂变换器22的通断使储能元件11与电池21 进行充电和放电，以实现电池21的振荡加热。
[0054]
在上述技术方案中，车辆电池通过第一接口、第二接口即可连接到便携储能设备中的储能元件，这样，通过控制可以使得电池和储能元件进行循环充放电。由于电池内阻的存在，电池与储能元件循环充放电过程中，电池自身产生大量的热，致使电池升温，实现电池自加热，并且加热效率高。便携储能设备与电池独立设置，可降低电池的设计难度和故障率，避免了因设计不当导致的安全事故。并且，用户可以根据自身需要，自由选择是否为车辆配置电池自加热功能，即用户可以自由选配便携储能设备，还可自由选择配备的便携储能设备的类型，以降低购车成本。另外，通过复用车辆上现有的电机绕阻和桥臂变换器，结合便携储能设备即可实现电池自加热，即复用了车辆上原有的部件和结构，从而达到了降低成本、节省空间的效果。
[0055]
在电池温度低于第一预设温度阈值(例如，零下五度)或者接收到用户输入的电池自加热控制信号(例如，用户通过触发电池加热开关的方式来触发该信号)，车辆2进入自加热状态。具体来说，上述电池能量处理系统可以通过以下方式实现电池自加热：
[0056]
(1)控制器25检测第一接口12和第二接口24是否连接。
[0057]
(2)若第一接口12和第二接口24已连接，电驱动系统进行自检，以判定自身是否存在故障，即判定自身是否满足电池自加热功能需求；
[0058]
(3)若存在故障，则输出告警消息，以提醒用户电池自加热功能当前不可用。
[0059]
(4)若不存在故障，则控制桥臂变换器22的上下桥臂交替导通和关断，以使储能元件11与电池21进行充电和放电，以实现电池21的振荡加热。
[0060]
(5)在电池21进行振荡加热期间，控制器25判定是否满足加热结束条件，若满足，则控制桥臂变换器22停止开关动作(即桥臂变换器22的上下桥臂停止动作)；否则，继续判定是否满足加热结束条件。其中，加热结束条件可以为电池21温度达到第二预设温度阈值(例如，20度)，或者电池 21自加热时长达到预设时长预设。
[0061]
另外，在电池振荡加热期间，电驱动系统还可以采集自身温度与便携储能设备1的温度，若自身温度或者便携储能设备1的温度的超过第三预设温度阈值，则通过调节桥臂变换器22的上下桥臂导通的占空比降低自加热电流，以通过减小电流，减少电驱动系统、便携储能设备1发热，从而避免其温度过高而器件受损。
[0062]
在一种实施方式中，车辆2上可以设置一安装位置，以用于安装便携储能设备1。这样，用户可以根据自身需求，自由选配便携储能设备，并将其安装在上述安装位置。
[0063]
其中，当便携储能设备1中的储能元件11为电容时，为了保证电池振荡加热的效率，一般选用容值较大的电容，相应的由于其体积较大，需要相对较大的安装空间，因此，上述安装位置可以设置于车辆2的前舱或后备箱，以用于安装便携储能设备1。这样，即使便携储能设备1的体积较大，也不会占用车内电控处的有限空间。
[0064]
具体地，储能元件11为电容时，其容值大小可以根据整车电池加热功率和加热时间来确定，一般来说，该容值比较大。
[0065]
另外，第二接口24可以设置在车辆2上的任意位置。为了便于其与便携储能设备1的第一接口12连接，第二接口24可以邻近上述安装位置进行设置。
[0066]
示例地，上述安装位置设置于车辆2的前舱，相应地，可以将第二接口 24设置在车辆2的前舱。
[0067]
又示例地，上述安装位置设置于车辆2的后备箱，相应地，可以将第二接口24也设置在车辆2的后备箱。
[0068]
在另一种实施方式中，如图3所示，便携储能设备1可以被集成至充电枪3中。如图3所示，充电枪3可以包括充电接口31、充电电缆32、配电盒33组成，其中，便携式储能设备1中的储能元件11可以集成在该配电盒中。充电接口31可以用于与车辆2的充电接口连接，充电电缆32可以用于传输高压电流及相关低压信号(例如，温度信号、充电信号等)。
[0069]
如图4中所示，配电盒33中设置有电源输出口331、电源输入口332、储能元件11、信号线333。其中，电源输出口331分别与充电电缆32、储能元件11、信号线333连接，电源输入口332可以用于与外部供电设备(如充电桩)连接，信号线333用于传输相关的低压信号(例如，温度信号、充电信号等)。
[0070]
将便携储能设备1集成至充电枪3中，这样，在电池21需要自加热的情况下，只需将充电枪3的充电接口31与车辆2的充电接口连接，即可实现电池21依次通过桥臂变换器22、电机绕组23与储能元件11的连接，通过控制可以使得电池21与储能元件11循环充放电实现电池自加热。当电池自加热结束后，可以将充电枪3与外部供电设备连接，此时，电池21依次通过桥臂变换器22、电机绕组23、储能元件11与外部供电设备连接，由此可以通过外部供电设备为电池21充电。在电池自加热结束后，将充电枪与外部供电设备连接即可直接进入电池充电环节，方便快捷，且车辆无需配备便携储能设备，降低了购车成本。
[0071]
便携储能设备1可以被集成至充电枪3中，第一接口12可以独立于充电枪3的充电接口设置，也可以复用该充电接口。具体来说，在一种实施方式中，第一接口12独立于充电枪3的充电接口31设置，相应地，第二接口 24独立于车辆2的充电接口设置，即，充电枪3上同时设置有第一接口12 和充电接口31，车辆2上同时设置有第二接口24和充电接口。
[0072]
在另一种实施方式中，第一接口12可以复用充电枪3的充电接口31，第二接口24复用车辆2的充电接口。这样，通过充电接口31插接至车辆2 的充电接口，即可实现车辆2与便携储能设备1的连接。当电池需要自加热时，可以将充电枪与外部供电设备断开，此时，电池21依次通过桥臂变换器22、电机绕组23与储能元件11连接，这样，电池21与储能元件11通过循环充放电实现电池自加热。当电池自加热结束后，可以将充电枪与外部供电设备连接，此时，电池21依次通过桥臂变换器22、电机绕组23、储能元件11与外部供电设备连接，由此可以通过外部供电设备为电池21充电。
[0073]
第一接口12复用充电枪3的充电接口31，第二接口24复用车辆2的充电接口，不仅可以降低成本，而且可以实现电池自加热和充电的自由切换，方便快捷。并且，车辆无需配备便携储能设备，降低了购车成本。
[0074]
上述电池能量处理系统的第一接口12复用充电枪3的充电接口31，第二接口24复用车辆2的充电接口的情况下，可以通过以下方式实现电池自加热：
[0075]
(1)控制器25检测充电枪3的充电接口31与车辆2的充电接口是否连接。
[0076]
(2)若充电枪3的充电接口31与车辆2的充电接口连接，判定外部供电设备(如充电桩)与充电枪是否处于连接状态。
[0077]
(3)若外部供电设备与充电枪处于连接状态，通过外部供电设备对电池23进行充电。
[0078]
(4)若外部供电设备与充电枪处于未连接状态，电驱动系统进行自检，判定自身是否存在故障，及判定自身是否满足电池自加热功能需求。
[0079]
(5)若存在故障，则输出告警消息，以提醒用户电池自加热功能当前不可用。
[0080]
(6)若不存在故障，则控制桥臂变换器22的上下桥臂交替导通和关断，以使储能元件11与电池21进行充电和放电，以实现电池21的振荡加热。
[0081]
(7)在电池21进行振荡加热期间，控制器25判定是否满足加热结束条件，若满足，则控制桥臂变换器22停止开关动作(即桥臂变换器22的上下桥臂停止动作)；否则，继续判定是否满足加热结束条件。其中，加热结束条件可以为电池21温度达到预设温度阈值，或者电池21自加热时长达到预设时长预设。
[0082]
图5是根据本公开另一示例性实施例示出的电池能量处理系统的电路拓扑图。如图5所示，车辆2还包括设置于第一接口12和第二接口24之间的第一开关26。其中，便携储能
设备1安装于车辆2上设置的上述安装位置(例如，前舱或后备箱)，该便携储能设备1可以通过第二接口24与车辆2连接。控制器25还用于控制第一开关26通断，以使储能元件11与电池21连接或断开。具体地，当电池21需要自加热时，控制器25控制第一开关26闭合，使得储能元件11与电池21连接，以实现电池21自加热；当电池21自加热结束后，控制器25控制第一开关26断开，使得储能元件11与电池21断开连接，以停止电池自加热。
[0083]
另外，用户可以根据实际需要，手动控制上述第一开关26的通断，以使储能元件11与电池21连接或断开，从而实现电池自加热的控制。
[0084]
图6是根据本公开另一示例性实施例示出的电池能量处理系统的电路拓扑图。如图6所示，车辆2还包括设置于电机绕组23的第二端和第二接口 24之间的第二开关27以及设置于桥臂变换器22的第二汇流端和第二接口 24之间的第三开关28。
[0085]
其中，当第二开关27、第三开关28闭合时，可以实现电池21的自加热功能；当第二开关27、第三开关28断开时，可以实现电机绕阻的驱动功能。
[0086]
当电机绕阻处于驱动状态时，第二开关27、第三开关28均断开，从而可以为了避免电机绕阻、桥臂变换器的电流波动至第二接口24造成的触电风险。
[0087]
可选地，如图6所示，上述便携储能设备1还可以包括设置于储能元件 11和第一接口12之间的第四开关13。在电池不需要自加热时，可以断开第四开关13，以断开储能元件11与第一接口12之间的连接，从而避免因储能元件11电压未泄放完全导致的触电风险。
[0088]
图7是根据本公开另一示例性实施例示出的电池能量处理系统的电路拓扑图。如图7所示，车辆2还包括滤波电容29，该滤波电容29的第一端与电机绕组23的第二端共接形成的中性点连接，滤波电容29的第二端与桥臂变换器22的第二汇流端连接。其中，在第二接口24复用车辆2的充电接口的情况下，当电池不需要加热时，可以将充电枪插入该充电接口，此时，外部供电设备(如充电桩)依次通过第二接口、滤波电容29、电机绕组23、桥臂变换器22与电池21连接，从而可以实现电池充电。
[0089]
另外，在便携储能设备1被集成至充电枪中，且第一接口12复用充电枪3的充电接口31、第二接口24复用车辆2的充电接口的情况下，当电池不需要加热时，可以充电枪3的充电接口31与车辆2的充电接口连接，此时，外部供电设备依次通过储能元件11、第二接口12、滤波电容29、电机绕组23、桥臂变换器22与电池21连接，从而可以实现电池的充电。
[0090]
进一步地，滤波电容29的容值一般来说比较小，其在充电工况中用于稳压滤波。在未连接便携式储能设备1时，也可以利用滤波电容29进行小功率加热，来达到电池维温。具体地，在电池需要的加热功率较小时，电池 21、桥臂变换器22、电机绕组23与滤波电容29形成小功率加热电路，控制桥臂变换器22的通断使滤波电容29与电池21进行充电和放电，进行小功率加热，来达到电池维温。
[0091]
在另一种实施方式中，在连接便携式储能设备1时，滤波电容29与储能元件11并联连接，其容值总和更大，电池21、桥臂变换器22、电机绕组 23、储能元件11和滤波电容29共同形成电池加热电路。由于滤波电容29 与储能元件11并联连接，其容值总和更大，故电池加热的功率更大，加热效率更高。
[0092]
本公开还提供一种车辆，该车辆为本公开提供的上述车辆。
[0093]
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。
[0094]
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。
[0095]
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。

起点商标作为专业知识产权交易平台，可以帮助大家解决很多问题，如果大家想要了解更多知产交易信息请点击 【在线咨询】或添加微信 【19522093243】与客服一对一沟通，为大家解决相关问题。

此文章来源于网络,如有侵权,请联系删除