电池无线充电-加热一体化系统、控制方法及电池系统技术方案

本发明专利技术提供了一种电池无线充电‑加热一体化系统、控制方法及电池系统，包括：两个桥臂；每个所述桥臂包括：多个源极与漏极依次首尾串联的功率管；接收线圈：通过补偿电路连接每个所述桥臂的中点；电池：正极连接所述桥臂的直流母线正极，负极连接所述桥臂的直流母线负极。本发明专利技术以现有的无线充电接收端设备作为载体，无需增加额外的硬件设备和成本投入，可以系统整体重量，节约安装空间。可以通过调节无线充电车载接收端开关频率，实现软开关功能，有利于提升电池加热系统效率和可靠性。该电池加热系统解决了低温环境下现有电池加热设备存在的加热速率慢、效果差、效率低、成本高、体积大等问题，且能够使用电池自身能量进行加热。

Wireless battery charging heating integrated system, control method and battery system

【技术实现步骤摘要】
电池无线充电-加热一体化系统、控制方法及电池系统
本专利技术涉及电池热管理领域，具体地，涉及一种电池无线充电-加热一体化系统、控制方法及电池系统。
技术介绍
锂离子动力电池的充、放电性能会受低温环境影响急剧恶化，严重影响电动汽车的冬季续驶里程，而且还会对电池寿命造成永久性损害。因此，在低温工作环境下，应在电动汽车正常行驶前对动力电池进行预热，使电池电芯到达正常工作温度范围内，提高其工作性能。电池低温加热是保障动力电池在低温环境下高效、持久、安全工作的有力手段。根据热源位置不同，电池低温加热的常用方式可分为两种，即外部加热和内部加热。外部加热方法一般通过加热空气、冷却液、电热丝等传热媒介，再通过热对流或热传导的方式将热量自外而内地传递给动力电池。如专利文献CN105633506B公开的电池加热系统。由于热传递路径较长，外部加热方法的加热速率较慢，而且动力电池温度分布极不均匀。同时，加热过程中外部传热媒介与寒冷环境间存在较多的热交换，热量散失较大，加热效率较低。因此，外部加热方法难以持续有效满足动力电池在低温环境下的最佳工作温度。内部加热方法是指动力电池通过充、放电产生电流，电流利用电池内阻产生欧姆热，从电芯内部直接对动力电池进行加热。通过将热源设置在电芯内部，可以缩减热传递的路径，同时避免了热源与外部环境的直接热耦合，热量散失很小。因此，内部加热方法加热速度很快，效率也比较高。此外，加热热源均匀地分布在各电芯内部，使得温度场分布均匀程度相较于外部加热有了明显改善。因此，与外部加热方法相比，动力电池内部加热具有明显的优势和发展潜力。现有内部加热方法一般采用交流电流进行加热，根据供电电源不同，可以分为外部设备供电和动力电池自供电两种不同方式。考虑到应用场景的灵活性，动力电池自供电的方式正逐渐成为主流加热方法。为产生正弦交流加热电流，动力电池内部加热设备结构比较复杂，体积与重量均比较大，需要在电动汽车上预留充分的安装空间。同时，电池加热设备硬件较为昂贵，也增加了电动汽车额外的成本。因此，体积和成本成为动力电池内部加热系统的技术瓶颈，极大地限制了内部加热方法的应用可能。同时，现有电池内部加热系统功率开关一般工作在硬开关状态，效率和可靠性均不理想。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种电池无线充电-加热一体化系统、控制方法及电池系统。根据本专利技术提供的一种电池无线充电-加热一体化系统，包括：两个桥臂；每个所述桥臂包括：多个源极与漏极依次首尾串联的功率管；接收线圈：通过补偿电路连接每个所述桥臂的中点；电池：正极连接所述桥臂的直流母线正极，负极连接所述桥臂的直流母线负极。优选地，所述接收线圈与所述补偿电路并联构成谐振回路，储存交流加热时电池传递的能量。优选地，所述补偿电路包括谐振电感和电容。优选地，所述谐振电感为无线充电接收端线圈。优选地，所述功率管包括MOSFET管。优选地，所述MOSFET管工作在零电压开通状态。根据本专利技术提供的一种电池无线充电-加热一体化系统的控制方法，采用上述的电池双路供电谐振式交流加热系统，执行包括如下操作：采用两组互补的PWM信号分别驱动两个桥臂，在接收线圈于补偿电路产生方波电压，进而激励出电流；电池在提供接收线圈激励电流的同时产生加热电流，利用电池欧姆内阻进行内部加热；根据电池的标称电压、接收线圈的参数和补偿电路的参数选择所述PWM信号的频率，从而调节所述加热电流，使加热电流的幅值低于当前温度下电池最大容许充、放电电流。优选地，所述电池无线充电-加热一体化系统的开关频率小于0.5倍谐振频率。根据本专利技术提供的一种电池系统，包括上述的电池双路供电谐振式交流加热系统。优选地，所述电池系统包括车辆电池系统。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术以现有的无线充电接收端设备作为载体，无需增加额外的硬件设备和成本投入，可以系统整体重量，节约安装空间。可以通过调节无线充电车载接收端开关频率，实现软开关功能，有利于提升电池加热系统效率和可靠性。该电池加热系统解决了低温环境下现有电池加热设备存在的加热速率慢、效果差、效率低、成本高、体积大等问题，且能够使用电池自身能量进行加热，适用范围及场景较广。此外，本专利技术控制方法简单，只需两路互补的PWM驱动信号，鲁棒性较强，可靠性高。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术实施例电动汽车动力电池无线充电-低温加热一体化系统拓扑结构图。图2a为本专利技术实施例电动汽车动力电池无线充电-低温加热一体化系统开关S1和S3导通时等效电路分析。图2b为本专利技术实施例电动汽车动力电池无线充电-低温加热一体化系统开关S2和S4导通时等效电路分析。图3为本专利技术实施例电动汽车动力电池无线充电-低温加热一体化系统工作时电路关键波形。图4为本专利技术实施例电动汽车动力电池无线充电-低温加热一体化系统开关频率与加热电流有效值的关系。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。本专利技术提供的一种电池无线充电-加热一体化系统，包括：两个桥臂；每个所述桥臂包括：多个源极与漏极依次首尾串联的功率管；接收线圈：通过补偿电路连接每个所述桥臂的中点；电池：正极连接所述桥臂的直流母线正极，负极连接所述桥臂的直流母线负极。在本专利技术提供的实施例中是以电动汽车动力电池(电池组)为例，但本领域技术人员知道，本专利技术的应用并不限定于电动汽车中。如图1所示，无线充电车载接收端主功率电路由4只MOSFET功率管S1-S4组成。动力电池与接收侧主功率电路母线并联，Vb表示动力电池组开路电压，Rb表示动力电池组等效欧姆内阻。L2为无线充电车载接收线圈，补偿电路与其并联。接收侧补偿电路网络具有多种拓扑结构，例如电容串联补偿、并联补偿、以及LCC型补偿等。本专利技术电动汽车动力电池无线充电-低温加热一体化系统可以兼容各种补偿网络拓扑，均能够实现正弦波交流电流加热电池。在加热器工作期间，为防止能量传送到无线充电发射端，可将发射端线圈开关断开，故图中省略无线充电系统发射端部分，因其不参与加热器工作。本专利技术电动汽车动力电池无线充电-低温加热一体化系统对电池进行加热时，主电路功率变换器功率管S1-S4受两路互补PWM高频信号驱动，其中S1和S3同时开通和关断，而S2和S4同时开通与关断，且各开关占空比均为50％。以电动汽车无线充电最常见的接收侧串联补偿为例，电池内部加热器工作模式和原理可结合图2描述如下：(1)受PWM信号驱动，当功率开关S1和S本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池无线充电-加热一体化系统，其特征在于，包括：两个桥臂；/n每个所述桥臂包括：多个源极与漏极依次首尾串联的功率管；/n接收线圈：通过补偿电路连接每个所述桥臂的中点；/n电池：正极连接所述桥臂的直流母线正极，负极连接所述桥臂的直流母线负极。/n

【技术特征摘要】
1.一种电池无线充电-加热一体化系统，其特征在于，包括：两个桥臂；
每个所述桥臂包括：多个源极与漏极依次首尾串联的功率管；
接收线圈：通过补偿电路连接每个所述桥臂的中点；
电池：正极连接所述桥臂的直流母线正极，负极连接所述桥臂的直流母线负极。


2.根据权利要求1所述的电池无线充电-加热一体化系统，其特征在于，所述接收线圈与所述补偿电路并联构成谐振回路，储存交流加热时电池传递的能量。


3.根据权利要求1所述的电池无线充电-加热一体化系统，其特征在于，所述补偿电路包括谐振电感和电容。


4.根据权利要求1所述的电池无线充电-加热一体化系统，其特征在于，所述谐振电感为无线充电接收端线圈。


5.根据权利要求1所述的电池无线充电-加热一体化系统，其特征在于，所述功率管包括MOSFET管。


6.根据权利要求5所述的电池无线充电-加热一体化系统，其特征在于，所述MOSFET管工作在零...

【专利技术属性】
技术研发人员：张希，朱翀，郭邦军，李哲，王东升，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31