电池加热的电路、系统以及方法与流程

1.本技术涉及车辆的技术领域，尤其涉及车辆电池加热的电路、系统以及方法。


背景技术：

2.车辆动力电池的工作性能受其温度的影响较大，其最佳性能所对应的工作温度为25℃左右。在低温的环境下，动力电池的充放电性能将受到很大的限制，尤其是在电池的温度达到-20℃以下，其放电性能仅为常温度的10％左右，甚至不具备充电的能力。为此，为了保持必要的充放性能，当电池温度下降到一定的数值时，需要给动力蓄电池加热。当动力电池的充放电性能满足整车的需求时，可以停止加热。
3.目前电动汽车常用的加热技术主要体现在以下两个方向：
4.1、利用高压ptc(positive temperature coefficient，正温度系数热敏材料)加热。高压ptc是目前最主流的制热元件，其采用ptc陶瓷发热元件与铝管制成，热转换效率高，但会提升整车的成本，且车辆不能充分利用其自身的零部件来产生热能。
5.2、利用热泵加热。热泵是一种将低拉热源的热能转移到高位热源的装置。把蒸发器和冷凝器的功能互相对换，改变热量转移的方向，使得特定温度范围内的热能效比高。这是目前电动汽车热管理应用的主流方向。这其中就包括利用车辆中的电驱动系统来产生热量给电池加热的方法。
6.目前利用电驱动系统进行电池加热的方式，有以下这两种方式：
7.方式一：电池自加热技术。利用电机控制器控制电机的电感反复地进行“储能-释能”的操作，从而直流母线上产生高频交流电，在电池内阻上产生发热功率，从而加热电池。
8.方式二：利用电机堵转模式加热。在电池需要加热的情况下，控制电机进入堵转模式，并利用该模式下电机和电机控制器所产生的热量，对电池进行加热。
9.上述两种方式中的电机控制器，是由pwm信号控制6个igbt器件的开关，将直流转换成交流进而驱动电机旋转工作。参见图1，图1为车辆中的电驱动系统的拓扑电路图。
10.但是，上述方式一不能充分利用电机和igbt等发热元件的热量给电池加热，加热的资源利用率仍然较低。上述方式二，由于加热过程中是正常驱动电路，则在给电池加热时，igbt元件的发热并不高，不能提供足够的能量给电池进行加热。


技术实现要素：

11.本技术提供一种电池加热的电路、系统以及方法，以解决或缓解现有技术中的一项或更多项技术问题。
12.根据本技术的一方面，提供了一种电池加热的电路，包括：
13.至少一个驱动电阻阵列，所述驱动电阻阵列包括至少两个并联支路，每个所述并联支路均包括相互串联的电阻和开关，或所述至少两个并联支路中除了其中一个并联支路仅包括电阻之外的每个并联支路均包括相互串联的电阻和开关；在所述至少两个并联支路的并联的两端中，其中一端用于接入驱动信号，另一端用于与车辆的电驱动系统中的绝缘
栅双极型晶体管的栅极连接；以及
14.加热控制模块，包括检测端和控制端，所述检测端用于与检测所述车辆的动力电池的温度的设备连接，所述控制端分别与所述至少一个驱动电阻阵列中的各开关的受控端连接以控制所述开关的断开与闭合。
15.在一种实施方式中，还包括连接于所述加热控制模块的控制端与所述至少一个驱动电阻阵列中的各开关的受控端之间的光耦隔离模块，所述光耦隔离模块用于对所述加热控制模块输出的控制信号进行隔离放大。
16.在一种实施方式中，所述驱动电阻阵列包括三个并联支路，其中，第一并联支路包括串联的第一电阻和第一开关，第二并联支路包括串联的第二电阻和第二开关，第三并联支路包括第三电阻。
17.在一种实施方式中，所述驱动电阻阵列的数量为六个，此六个所述驱动电阻阵列分别与所述电驱动系统中的六个绝缘栅双极型晶体管连接。
18.在一种实施方式中，六个所述驱动电阻阵列的结构相同。
19.根据本技术的另一个方面，提供了一种电池加热系统，包括：
20.电机；
21.电驱动系统，其包括多个绝缘栅双极型晶体管；以及
22.本技术任一实施例所述的电池加热的电路，所述电路中的至少一个驱动电阻阵列分别与所述电驱动系统中的至少一个所述绝缘栅双极型晶体管的栅极连接；
23.其中，所述电池加热的电路用于接收驱动信号，并根据驱动信号驱动所述电驱动系统，使所述电驱动系统将输入到所述电驱动系统的直流转换成交流并输出此交流给所述电机，以驱动所述电机旋转。
24.根据本技术的另一个方面，提供了一种电池加热的方法，由加热控制模块执行，所述方法包括：
25.获取车辆的动力电池的温度；
26.根据获取到的温度，输出控制信号给至少一个驱动电阻阵列的各开关的受控端以控制所述开关的断开与闭合，所述驱动电阻阵列包括至少两个并联支路，每一个所述并联支路均包括相互串联的电阻和开关，或所述至少两个并联支路中除了其中一个并联支路仅包括电阻之外的每个并联支路均包括相互串联的电阻和开关；在所述至少两个并联支路的并联的两端中，其中一端用于接入驱动信号，另一端用于与车辆的电驱动系统中的绝缘栅双极型晶体管的栅极连接。
27.在一种实施方式中，所述驱动电阻阵列包括三个并联支路，其中，第一并联支路包括串联的第一电阻和第一开关，第二并联支路包括串联的第二电阻和第二开关，第三并联支路包括第三电阻，所述根据获取到的温度，输出控制信号给至少一个驱动电池阵列的各开关的受控端，包括：
28.如果获取到的温度小于第一温度阈值，则输出第一控制信号给所述驱动电阻阵列，以将所述第一开关和所述第二开关断开；
29.如果获取到的温度大于所述第一温度阀值但小于第二温度阈值，则输出第二控制信号给所述驱动电阻阵列，以将所述第一开关和所述第二开关中的一者断开；以及
30.如果获取到的温度大于所述第二温度阈值，则输出第三控制信号给所述驱动电阻
阵列，以将所述第一开关和所述第二开关闭合。
31.在一种实施方式中，所述根据获取到的温度，输出控制信号给至少一个驱动电池阵列的各开关的受控端，包括：
32.如果获取到的温度小于第一温度阈值，则输出第一控制信号给所述驱动电阻阵列，所述驱动电阻阵列的并联总电阻为第一并联电阻；
33.如果获取到的温度大于第一温度阈值但小于第二温度阈值，则输出第二控制信号给所述驱动电阻阵列，所述驱动电阻阵列的并联总电阻为第二并联电阻；
34.如果获取到的温度大于所述第二温度阈值，则输出第三控制信号给所述驱动电阻阵列，所述驱动电阻阵列的并联总电阻为第三并联电阻；
35.其中，所述第一并联电阻大于所述第二并联电阻，所述第二并联电阻大于所述第三并联电阻。
36.根据本技术实施例，电池加热的电路可以改变电驱动系统的电路结构。电池加热系统根据车辆的动力电池的温度变化来改变电驱动系统的损耗情况，使得利用电机为处于低温状态的动力电池加热时，电驱动系统也可以处于高损耗的模式，产生热量为动力电池加热，提高加热效率。
37.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本技术的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本技术的范围。本技术的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
38.在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本技术公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本技术范围的限制。
39.图1为车辆中的电驱动系统的拓扑电路图；
40.图2是本技术实施例提供的电池加热的电路的结构示意图；
41.图3是本技术实施例的igbt开关器件的开通暂态波形；
42.图4是本技术实施例提供的驱动电阻与开关器件的损耗的示意图；
43.图5是本技术提供了一种电池加热的方法；
44.图6是根据本技术实施例的应用示意图。
具体实施方式
45.在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本技术的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
46.参见图1，图1为车辆中的电驱动系统的拓扑电路图。电驱动系统100一般包括六个绝缘栅双极型晶体管(igbt)，即第一绝缘栅双极型晶体管d1、第二绝缘栅双极型晶体管d2、第三绝缘栅双极型晶体管d3、第四绝缘栅双极型晶体管d4、第五绝缘栅双极型晶体管d5、以及第六绝缘栅双极型晶体管d6。第一绝缘栅双极型晶体管d1的源极与电驱动系统的直流输出端正极连接，其漏极与第二绝缘栅双极型晶体管d2的源极连接，且第二绝缘栅双极型晶体管d2的漏极与电驱动系统的直流输出端负极连接。第三绝缘栅双极型晶体管d3的源极与
电驱动系统的直流输出端正极连接，其漏极与第四绝缘栅双极型晶体管d4的源极连接，且第四绝缘栅双极型晶体管d4的漏极与电驱动系统的直流输出端负极连接。第五绝缘栅双极型晶体管d5的源极与电驱动系统的直流输出端正极连接，其漏极与第六绝缘栅双极型晶体管d6的源极连接，且第六绝缘栅双极型晶体管d6的漏极与电驱动系统的直流输出端负极连接。第一绝缘栅双极型晶体管d1的漏极与第二绝缘栅双极型晶体管d2的源极的连接处、第三绝缘栅双极型晶体管d3的漏极与第四绝缘栅双极型晶体管d4的源极的连接处、第五绝缘栅双极型晶体管d5的漏极与第六绝缘栅双极型晶体管d6的源极的连接处分别连接到电机的三相电源输入端。直流输出端的正极与直流输出端的负极之间连接有直流供电电源。六个绝缘栅双极型晶体管的栅极均接入pwm驱动信号。pwm信号控制6个igbt器件的断开与闭合，将输入到6个igbt器件的直流转换成交流，并将交流输出到电机，为电机供电，从而驱动电机旋转。在电驱动系统正常驱动电机工作，一般为了追求较高的电能转换系统，igbt的开关损耗越低越好。但是，在利用电机产生的热量为车辆的动力电池加热时，电驱动系统开关损耗过低，导致加热效率不高，没能充分利用电驱动系统的损耗来为车辆的动力电池加热。
47.为此，可以在六个绝缘栅双极型晶体管的栅极接入pwm驱动信号之前，连接一个电阻rg，这样可以提高加热效率。
48.示例性地，本技术提出了一种电池加热的电路，以表示电阻rg，如图2所示。图2是本技术实施例提供的电池加热的电路的结构示意图。该电池加热的电路rg包括：至少一个驱动电阻阵列310和一个加热控制模块320。例如，可以包括六个驱动电阻阵列，每个驱动电阻阵列对应连接电驱动系统中的每一个绝缘栅双极型晶体管igbt的栅极。再如，每个驱动电阻阵列的结构可以相同。
49.驱动电阻阵列310可以包括至少两个并联支路。阵列中的每个并联支路均包括相互串联的电阻和开关，或者，阵列中的其中一个并联支路仅包括电阻，除此之外的每个并联支路均包括相互串联的电阻和开关。在阵列中所有并联支路的并联在一起的两端中，其中一端用于接入驱动信号，另一端用于与车辆的电驱动系统中的绝缘栅双极型晶体管的栅极连接。从而，驱动电阻阵列通过改变并联的电阻的大小来改变驱动信号pwm输出到电驱动系统中的绝缘栅双极型晶体管的栅极的电流的大小。
50.加热控制模块320包括有检测端和控制端。检测端用于与检测车辆的动力电池的温度的设备或系统连接。控制端可以设有多个，分别与驱动电阻阵列中的各开关的受控端一一连接，以控制各开关的断开与闭合。
51.并联支路中的相互串联的电阻和开关，可以仅仅是一个电阻和一个开关串联，也可以是由多个电阻和一个开关串联而成，或者由多个电阻采用了串联与并联组合的方式构成一个需要的电阻值的电阻与一个开关串联而成。
52.上述检测车辆的动力电池的温度的设备或系统可以是车辆的热管理系统，该热管系统与加热控制模块的检测端连接。热管理系统提供加热的需求给加热控制模块，加热控制模块根据需要判断需要进入的驱动损耗模式，从而依据此驱动损耗模式发出相应的控制信号给驱动电阻阵列，以控制阵列中的开关的断开与闭合。其中，并入电驱动系统的电阻越多，总阻值越小，则驱动电流越大，电驱动系统中的igbt开关器件的开关速度越快，产生的损耗越低。而并入电驱系统的电阻越少，总阻值越大，则驱动电流越大，电驱动系统中的igbt开关器件的开关速度越慢，产生的损耗越高。
53.如图3所示，其示出本技术实施例的igbt开关器件的开通暂态波形。
54.ig表示驱动电流，输出igbt的栅极，即给igbt的输入电容充电。
[0055]vge
表示驱动电压，在此驱动电压大于v
ge-th
之后，igbt逐渐打开，波形变化受ig影响，v
ge
影响igbt的开关速度。
[0056]vce
表示源极与漏极之间的压降。
[0057]
其中，开关损耗反映在开通过程中v
ce
与v
ge
的乘积，即瞬时耗散功率的积分。因此，一般情况下，开关过程越慢，损耗越大。
[0058]
如图4所示，其示例了igbt开关器件的栅极的驱动电阻的大小与此开关的损耗的关系。
[0059]
在一些实施例中，电路可以对控制信号进行放大。如图2所示，该电池加热的电路还可以包括连接于加热控制模块的控制端与至少一个驱动电阻阵列中的各开关的受控端之间的光耦隔离模块330，光耦隔离模块330用于对加热控制模块输出的控制信号进行隔离放大。
[0060]
在一些实施例中，如图2所示，驱动电阻阵列310可以包括三个并联支路。第一并联支路包括串联的第一电阻r1和第一开关k1。第二并联支路包括串联的第二电阻r2和第二开关k2。第三并联支路包括第三电阻r3。
[0061]
加热控制模块rg可以设有两个控制端，分别连接第一开关k1和第二开关k2的受控端，以控制第一开关k1和第二开关k2的断开与闭合。
[0062]
示例性地，如果车辆的动力电池的温度很低，则可以断开第一开关k1和第二开关k2，使电驱动系统100进入高损耗模式，电驱动系统100所产生的损耗可以为动力电池加热。
[0063]
结合图1和图2，本技术提供了一种电池加热系统，包括：电机200、电驱动系统100和电池加热的电路rg。电池加热电路包括驱动电阻阵列310和加热控制模块320。驱动电阻阵列310可以包括至少两个并联支路。阵列中的每个并联支路均包括相互串联的电阻和开关，或者，阵列中的其中一个并联支路仅包括电阻，除此之外的每个并联支路均包括相互串联的电阻和开关。在阵列中所有并联支路的并联在一起的两端中，其中一端用于接入驱动信号，另一端用于与车辆的电驱动系统中的绝缘栅双极型晶体管的栅极连接。示例性地，电池加热的电路中包括六个驱动电阻阵列，电驱动系统中包括有六个igbt，则一个驱动电阻阵列连接一个igbt地将六个驱动电阻阵列和六个igbt连接起来。
[0064]
驱动信号经驱动电阻阵列输入到电驱动系统的igbt的栅极，以驱动igbt导通或关断，则输入到电驱动系统的直流随着igbt的导通与关断转换成交流，此交流输出到电机。对于电驱动系统与电机之间的连接关系可以参考图1以及前述对电驱动系统的描述。
[0065]
加热控制模块包括有检测端和控制端。检测端用于与检测车辆的动力电池的温度的设备或系统连接。控制端可以设有多个，分别与驱动电阻阵列中的各开关的受控端一一连接，以控制各开关的断开与闭合。加热控制模块根据车辆的动力电池的变化，可以调整驱动电阻阵列的总阻值，即调整驱动信号输入到栅极时的驱动电流的大小，从而达到调整igbt的损耗来为动力电池加热。
[0066]
参见图5，本技术提供了一种电池加热的方法，由加热控制模块执行，该方法可以包括如下步骤：
[0067]
步骤s100、获取车辆的动力电池的温度。车辆的热管理系统可以检测到动力电池
以及电池周围环境的温度。如果温度过低则可以发送相应的温度给加热控制模块。当然，热管理系统可以实时将温度给加热控制模块，加热控制模块可以根据获取的温度生成相应的控制指令或控制信号给各开关。
[0068]
步骤s200、根据获取到的温度，输出控制信号给至少一个驱动电阻阵列的各开关的受控端以控制开关的断开与闭合。驱动电阻阵列包括至少两个并联支路，每一个并联支路均包括相互串联的电阻和开关，或至少两个并联支路中除了其中一个并联支路仅包括电阻之外的每个并联支路均包括相互串联的电阻和开关。在上述至少两个并联支路的并联的两端中，其中一端用于接入驱动信号，另一端用于与车辆的电驱动系统中的绝缘栅双极型晶体管的栅极连接。
[0069]
在一种实施方式中，驱动电阻阵列可以包括三个并联支路。其中，第一并联支路包括串联的第一电阻和第一开关。第二并联支路包括串联的第二电阻和第二开关。第三并联支路包括第三电阻。如图6所示，根据获取到的温度，输出控制信号给至少一个驱动电池阵列的各开关的受控端的过程，可以包括如下至少一者情况：
[0070]
如果获取到的温度t小于第一温度阈值t1，则输出第一控制信号给驱动电阻阵列，以将第一开关和第二开关断开。此时，驱动电阻阵列的电阻总值的阻值最大，igbt处于高损耗模式。电驱动系统在驱动电机为电池加热时，所产生的热量最高，电池加热效率最高。
[0071]
如果获取到的温度t大于第一温度阀值t1，但小于第二温度阈值t2，则输出第二控制信号给驱动电阻阵列，以将第一开关和第二开关中的一者断开。此时，驱动电阻的电阻总值处于中等区间，igbt处于中损耗模式。电驱动系统在驱动电机为电池加热时，所产生的热量处于居中区间，电池加热效率较高。
[0072]
如果获取到的温度t大于第二温度阈值t2，则输出第三控制信号给驱动电阻阵列，以将第一开关和第二开关闭合。此时，驱动电阻的电阻总值处于低阻值区间，igbt处于低损耗模式。电驱动系统在驱动电机为电池加热时，所产生的热量最低，电池加热效率最低。
[0073]
当然，也可以设置多个温度阈值，以及更多个并联支路来产生不少于以上三种损耗模式。
[0074]
在一种实施方式中，根据获取到的温度，输出控制信号给至少一个驱动电池阵列的各开关的受控端的过程，可以包括如下至少一种情况：
[0075]
如果获取到的温度小于第一温度阈值，则输出第一控制信号给驱动电阻阵列，驱动电阻阵列的并联总电阻为第一并联电阻。驱动电阻阵列的各开关可以依据第一控制信号选择闭合或打开，并使得驱动电阻阵列的并联总电阻为第一并联电阻。
[0076]
如果获取到的温度大于第一温度阈值但小于第二温度阈值，则输出第二控制信号给驱动电阻阵列，驱动电阻阵列的并联总电阻为第二并联电阻。同上，不再描述其原理。
[0077]
如果获取到的温度大于第二温度阈值，则输出第三控制信号给驱动电阻阵列，驱动电阻阵列的并联总电阻为第三并联电阻。同上，不再描述其原理。
[0078]
其中，第一并联电阻大于第二并联电阻，第二并联电阻大于第三并联电阻。
[0079]
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发申请中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本技术公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
[0080]
上述具体实施方式，并不构成对本技术保护范围的限制。本领域技术人员应该明
白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本技术的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术保护范围之内。