本发明专利技术提供了一种动力电池的低温预热电路结构及控制方法，该结构包括电池串、变换器桥臂、电容和电感；其中电池串、电容与桥臂相互并联，电感的一端与桥臂中点连接，另一端与电池串中间连接点连接；通过控制电感电流实现电池串的低温预热；该方法包括：控制电感电流指令的正负极性实现电池串中上部分电池对下部分电池间的充电或放电以实现SOC均衡；控制所述电感电流为正负交替的矩形波或正弦波实现整个电池串低温预热，根据电池串SOC、温度、SOH在线实时调整矩形波电感电流幅值和频率指令，实现对幅值和频率独立控制；本发明专利技术有效解决动力电池所面临的预热慢、充电难、以及电池包SOC均衡的问题。均衡的问题。均衡的问题。
【技术实现步骤摘要】
一种动力电池的低温预热电路结构及控制方法
[0001]本专利技术属于动力电池
，具体涉一种动力电池的低温预热电路结构及控制方法。
技术介绍
[0002]动力电池系统是新能源汽车技术的发展瓶颈，而动力电池管理技术是保障整车高效、安全和动力电池长寿命运行的核心和关键，也是各国竞相占领的技术制高点。
[0003]由于锂电池具有能量密度高，循环寿命长等优点，成为电动汽车驱动的首选。然而随着新能源汽车的日益普及，冬季高寒地区使用新能源汽车所面临的续驶里程短、启动困难、充电难等问题变得日益严峻。锂离子动力电池工作特性对工作环境、工况和老化状态均较为敏感，特别是续驶里程在低温环境会明显缩短，若使用热空调，续驶里程会明显不足。与此同时，动力电池在低温环境充电难以实现满充，且会造成负极析锂，对动力电池造成永久性损伤。因此，从锂电池的低温加热与优化充电方法是保障新能源汽车全气候、全工况应用的关键技术。
[0004]目前，国内外关于车用锂离子电池低温加热技术的研究主要分为两类：外部加热和内部加热。其中，外部加热主要是宽限金属膜加热法、空气加热法和热泵加热等；内部加热则主要有交流加热法和内部自加热法。
[0005]而外部加热方法依靠外部加热源通过热传导来加热动力电池，其结构较为复杂，能耗较高，加热温度场分布不均匀，加热速度较慢；内部加热方法依靠动力电池自身阻抗产热，具有加热快速且发热均匀的优点。其中交流加热方法具有对动力电池能耗小、温度场分布均匀、使用成本较低和加热效率较高的优势。但是，对于电动汽车应用来说，交流加热方法的研究仍处于初级阶段。
[0006]目前，电动汽车高压平台正经历从400V向800V转型，作为电动汽车运行基础设施的充电桩，也经历着从400V向800V转变。由于更换充电桩是一个长期的过程，因而将会面临两种充电电压等级的充电桩长期共存的现象。因此，迫切需要一种可以同时适应400V与800V双电压等级的电动汽车快充技术与电池均衡方法。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的就是为了解决上述
技术介绍
存在的不足，提供一种动力电池的低温预热电路结构及控制方法，有效解决动力电池所面临的预热慢、充电难、以及电池包SOC均衡的问题。
[0008]本专利技术采用的技术方案是：一种动力电池的低温预热电路结构及控制方法，该结构包括电池串、变换器桥臂、电容和电感；所述电池串包括若干个相互串联的电池；
[0009]其中，电池串、电容与变换器桥臂相互并联，电感的一端与变换器桥臂中点连接，另一端与电池串中间连接点连接；
[0010]该控制方法包括：
[0011]控制所述电感电流为直流电流，通过改变电感电流的正负极性，使电能从电池串中SOC较大的电池搬运至SOC较小的电池，以实现整个电池串的SOC均衡；
[0012]控制所述电感电流为正负交替的矩形波或正弦波电流，使电池串上下部分的电池之间进行充放电,以实现整个电池串的预热，矩形波幅值和频率之间彼此解耦且分别独立控制；
[0013]根据电池串的SOC、温度、SOH在线实时调整电感电流幅值和频率，使低温预热过程中电池内部生热率的最大化，并避免析锂；
[0014]所述电容吸收预热过程中产生的高频谐波并减少线路EMI。
[0015]本专利技术的有益效果是：
[0016](1)本专利技术可以通过逆变电路，实现电池串各电池间的的充电和放电，根据所产生的焦耳热，实现对电池组的内部均匀加热，避免了电池低温性能差带来的不良影响。
[0017](2)本专利技术使采用800V高压平台的电动汽车可以使用于800V和400V电压的充电桩进行充电，缓解充电桩不够造成的充电难问题。
[0018](3)本专利技术中的动力电池低温预热电路既可以用于电池加热，也可以实现电池串各电池间的的SOC均衡，保护电池的使用寿命并且提高电池的可用容量。
[0019](4)本专利技术动力电池预热电路中的电感线圈为电动汽车电动机定子绕组的复用，减少了成本和该模块体积，提高了电动汽车固有器件的利用率。
[0020](5)本专利技术既可以适用于具有单电机结构的电动汽车，又适用于多电机结构的电动汽车，也可以适用于其他配置有动力电池的场景。
附图说明
[0021]图1是本专利技术的电路结构示意图
[0022]图2是本电动汽车具体实施例的集成电路示意图。
[0023]图3是具体实施例的低温预热电路结构图。
[0024]图4是具体实施例的的电动汽车双电压等级充电电路示意图
[0025]图5是本专利技术的方法流程示意图。
[0026]图6是根据动力电池低温预热要求所设计的预热电路进行仿真，电池组B1的预热电流图。
[0027]图7是根据动力电池低温预热要求所设计的预热电路进行仿真，电池组B2的预热电流图。
[0028]图8是根据动力电池低温预热要求所设计的预热电路进行仿真，电感线圈的预热电流图。
具体实施方式
[0029]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明，便于清楚地了解本专利技术，但它们不对本专利技术构成限定。
[0030]如图1所示，本专利技术提供了一种动力电池的低温预热电路结构及控制方法，该结构包括电池串、变换器桥臂、电容和电感；所述电池串包括若干个相互串联的电池；
[0031]其中，电池串、电容与桥臂相互并联，电感的一端与桥臂中点连接，另一端与电池
串中间连接点连接。具体实施例中，电池串由第一电池组B1和第二电池组B2组成，变换器桥臂包括上桥臂T1和下桥臂T2，电容包括电容C1和电容C2，其中电容C2可以根据需求控制开关S选择接入或者不接入。
[0032]该方法包括：
[0033]控制所述电感电流为直流电流，通过改变电感电流的正负极性，使电能从电池串中SOC较大的电池搬运至SOC较小的电池，以实现整个电池串的SOC均衡；
[0034]控制所述电感电流为正负交替的矩形波或正弦波电流，使电池串上下部分的电池之间进行充放电,以实现整个电池串的预热，矩形波或正弦波幅值和频率之间彼此解耦且分别独立控制；
[0035]根据电池串的SOC、温度、SOH在线实时调整电感电流幅值和频率指令，使低温预热过程中电池内部生热率的最大化，并避免析锂；
[0036]所述电容吸收预热过程中产生的高频谐波并减少线路EMI。
[0037]具体地，SOC均衡过程中，电感电流为恒定值或者随SOC均衡过程的进行逐渐变小，直到SOC均衡完成。
[0038]优选地，当检测到电池串各个电池间的SOC不一致时，启动上述SOC均衡的过程。
[0039]如图1所示，如果检测到第一电池组B1的SOC大于第二电池组B2的SOC，电感电流的极性为从右向左，电能从第一电池组B1流出、向第二电池组B2流入，以实现电池串的SOC均衡；反之亦然。
[0040]本专利技术基于预热电路的结构，采用相应的控制策略实现电池串的SOC均衡，实现电路结构的功能多样化，进一本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种动力电池的低温预热电路结构及控制方法，其特征在于：该结构包括电池串、变换器桥臂、电容和电感；所述电池串包括若干个相互串联的电池；其中，电池串、电容与变换器桥臂相互并联，电感的一端与变换器桥臂中点连接，另一端与电池串中间连接点连接；该控制方法包括：控制所述电感电流为直流电流，通过改变电感电流的正负极性，使电能从电池串中SOC较大的电池搬运至SOC较小的电池，以实现整个电池串的SOC均衡；控制所述电感电流为正负交替的矩形波或正弦波电流，使电池串上下部分的电池之间进行充放电,以实现整个电池串的预热，矩形波或正弦波幅值和频率之间彼此解耦且分别独立控制；根据电池串的SOC、温度、SOH在线实时调整电感电流幅值和频率，使低温预热过程中电池内部生热率的最大化，并避免析锂；所述电容吸收预热过程中产生的高频谐波并减少线路EMI。2.根据权利要求1所述的动力电池的低温预热电路结构及控制方法，其特征在于：SOC均衡过程中，电感电流为恒定值或者随SOC均衡过程的进行逐渐变小，直到SOC均衡完成。3.根据权利要求1所述的动力电池的低温预热电路结构及控制方法，其特征在于：预热过程中，根据流经电池串的电流高频成分调整所述电容的电容值；当电池串存在析锂风险时，减小电容值。4.根据权利要求1所述的动力电池的低温预热电路结构及控制方法，其特征在于：预热过程中，采用电流闭环负反馈对电感电流进行控制。5.根据权利要求1所述的动力电池的低温预热电路结构及控制方法，其特征在于：基于实时的电池串SOC、温度和SOH，查询标定表，获取相应的电感电流指令的幅值和频率：所述标定表的设定原则包括：电池温度越低，设置的电感电流幅值越小或者频率越高；电池SOC越高，设置的电感电流幅值越小或者频率越高；电池SOH越低，设置的电感电流幅值越小或者频率越高。6.根据权利要求1所述的动力电池的低温预热电路结构及控制方法，其特征在于：该结构集成于电动汽车上：所述电感为电动汽车电机定子绕组组合电感，由三相或多相电机定子绕组并联产生；所述变换器桥臂由三相或多相逆变器桥臂并联产生。7.根据权利要求6所述的动力电池的低温预热电路结构及控制方法，其特征在于：还包括适配双电压等级充电桩的充电电路，所述充电电路包括与电池串上下两部分电池一一对应的充电口；所述充电电路根据各充电口的插枪状态和充电电压等级，控制各个充电口与其相应电池进行并联或者断开电连接，以及控制电池串上下部分电池保持电连接或者断开电连接。8.根据权利要求7所述的动力电池低温预热电路结构及控制方法，其特征在于：还包括第一检测单元、第一控制单元、第二检测单元和第二控制单元；所述电池串包括第一电池组和第二电池组；所述充电口包括第一充电口、第二充电口；还包括开关器件S4、开关器件...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘芙蓉，吴行捷，谢长君，龚鹏杰，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：
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