电池双路供电谐振式交流加热系统、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双路供电谐振式交流加热系统、控制方法及电池系统，包括：第一桥臂：包括由多个功率开关管构成的第一功率开关管组，所述第一功率开关管组的漏极与电池的正极相连，源极与电池的负极相连；第二桥臂：包括由多个功率开关管构成的第二功率开关管组，所述第二功率开关管组的漏极与电池的正极相连，源极与电池的负极相连；两组谐振支路：一端连接桥臂的中性点，另一端连接电池的中性点；两个桥臂通过两组互补的PWM信号驱动。解决了低温环境下现有电池加热方法存在加热速度慢、效果差、效率低等问题，且能够灵活应用外部充电桩或电池自身提供加热能量，适用范围及场景较广。

【技术实现步骤摘要】
电池双路供电谐振式交流加热系统、控制方法及电池系统
本专利技术涉及车载电池热管理领域，具体地，涉及一种电池双路供电谐振式交流加热系统、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。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。为产生正弦交流加热电流，外部充放电设备一般体积较大，成本很昂贵，应用范围有限。而动力电池自供电方式则考虑了车载应用实际问题，采用较高的加热电流频率，实现车载加热器的轻量化和小型化。然而，其不足之处在于仅能使用动力电池自身能量进行加热，在电池电量较低时无法正常工作。此外，在外部充电桩接入的情况下，采用动力电池自供电方案进行加热时无法充电，加热后还需额外的充电时间补充加热消耗电量，严重影响电动汽车用户体验。另外，现有的交流加热装置一般采用硬开关方案，较高的交流加热频率会产生较大的半导体功率开关管损耗，影响加热装置的整体效率。同时，较大的开关应力和损耗也为加热装置的可靠性带来挑战，极大地限制了内部加热方法的应用可能。
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双路供电谐振式交流加热系统、控制方法及电池系统。根据本专利技术提供的一种电池双路供电谐振式交流加热系统，包括：第一桥臂：包括由多个功率开关管构成的第一功率开关管组，所述第一功率开关管组的漏极与电池的正极相连，源极与电池的负极相连；第二桥臂：包括由多个功率开关管构成的第二功率开关管组，所述第二功率开关管组的漏极与电池的正极相连，源极与电池的负极相连；第一谐振支路：一端连接所述第一桥臂的中性点，另一端连接电池的中性点；第二谐振支路：一端连接所述第二桥臂的中性点，另一端连接电池的中性点；其中，所述第一桥臂中的功率开关管通过第一组互补PWM信号驱动，所述第二桥臂中的功率开关管通过第二组互补PWM信号驱动。优选地，所述功率开关包括IGBT管或MOSFET管。优选地，所述第一桥臂和所述第二桥臂中：功率开关管之间源极与漏极首尾串联。优选地，所述第一谐振支路和所述第二谐振支路由两组相同的电感和电容组成。优选地，所述第一组互补PWM信号与所述第二组互补PWM信号之间的移相角通过一路逻辑信号决定。根据本专利技术提供的一种电池双路供电谐振式交流加热系统的控制方法，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：根据电池的标称电压以及第一谐振支路和第一谐振支路的元件参数，选择第一组互补PWM信号与第二组互补PWM信号的信号频率，使交流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；根据第一谐振支路和第一谐振支路的谐振频率以及功率开关管的类型，调节开关频率，满足软开关特性；根据电池是否与充电设备连接，产生一路逻辑信号，控制第一组互补PWM信号与第二组互补PWM信号的移相角，使电池连接充电设备与否两种状态下的两组互补PWM信号移相角不同。优选地，在功率开关管为IGBT管时，调节开关频率大于0.5倍谐振频率，实现零电流关断；在功率开关管为MOSFET管时，调节开关频率小于0.5倍谐振频率，实现零电压开通。优选地，在电池与充电设备连接状态下，所述逻辑信号为1，控制所述移相角为0°，电池加热能量由充电设备提供；在电池与充电设备非连接状态下，所述逻辑信号为0，控制所述移相角为180°，电池加热能量由电池本身提供。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。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：1、解决了低温环境下现有电池加热方法存在加热速度慢、效果差、效率低等问题，且能够灵活应用外部充电桩或电池自身提供加热能量，适用范围及场景较广；2、所描述的电池加热系统体积小，重量轻，适合车载使用。3、所描述的电池加热系统控制方法简单，只需两路互补的PWM驱动信号和一路逻辑信号进行移相角选择，鲁棒性较强，可靠性高。4、所描述的电池加热系统可使用两种不同供电方式为加热提供能量，使用比较灵活，适用范围广。5、所描述的电池加热系统控制方法可以根据不同开关管选择合适的开关频率，实现软开关切换，提高系统加热效率、安全性和可靠性。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为本专利技术车载动力电池双路供电谐振式低温交流加热系统拓扑结构图；图2为本专利技术车载动力电池双路供电谐振式低温交流加热系统电源选择逻辑及移相角控制方法；图3a为本专利技术车载动力电池双路供电谐振式低温交流加热系统由充电桩提供能量时的等效电路分析(S1、S2闭合)；图3b为本专利技术车载动力电池双路供电谐振式低温交流加热系统由充电桩提供能量时的等效电路分析(S3、S4闭合)；图4a为本专利技术车载动力电池双路供电谐振式低温交流加热系统由动力电池自身提供能量时的等效电路分析(S1、S3闭合)；图4b为本专利技术车载动力电池双路供电谐振式低温交流加热系统由动力电池自身提供能量时的等效电路分析(S2、S4闭合)；图5a为本专利技术车载动力电池双路供电谐振式低温交流加热系统开关频率高于0.5倍谐振频率时的电路关键波形；图5b为本专利技术车载动力电池双路供电谐振式低温交流加热系统开关频率低于0.5倍谐振频率时的电路关键波形；图6为本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池双路供电谐振式交流加热系统，其特征在于，包括：/n第一桥臂：包括由多个功率开关管构成的第一功率开关管组，所述第一功率开关管组的漏极与电池的正极相连，源极与电池的负极相连；/n第二桥臂：包括由多个功率开关管构成的第二功率开关管组，所述第二功率开关管组的漏极与电池的正极相连，源极与电池的负极相连；/n第一谐振支路：一端连接所述第一桥臂的中性点，另一端连接电池的中性点；/n第二谐振支路：一端连接所述第二桥臂的中性点，另一端连接电池的中性点；/n其中，所述第一桥臂中的功率开关管通过第一组互补PWM信号驱动，所述第二桥臂中的功率开关管通过第二组互补PWM信号驱动。/n

【技术特征摘要】
1.一种电池双路供电谐振式交流加热系统，其特征在于，包括：
第一桥臂：包括由多个功率开关管构成的第一功率开关管组，所述第一功率开关管组的漏极与电池的正极相连，源极与电池的负极相连；
第二桥臂：包括由多个功率开关管构成的第二功率开关管组，所述第二功率开关管组的漏极与电池的正极相连，源极与电池的负极相连；
第一谐振支路：一端连接所述第一桥臂的中性点，另一端连接电池的中性点；
第二谐振支路：一端连接所述第二桥臂的中性点，另一端连接电池的中性点；
其中，所述第一桥臂中的功率开关管通过第一组互补PWM信号驱动，所述第二桥臂中的功率开关管通过第二组互补PWM信号驱动。


2.根据权利要求1所述的电池双路供电谐振式交流加热系统，其特征在于，所述功率开关包括IGBT管或MOSFET管。


3.根据权利要求1所述的电池双路供电谐振式交流加热系统，其特征在于，所述第一桥臂和所述第二桥臂中：功率开关管之间源极与漏极首尾串联。


4.根据权利要求1所述的电池双路供电谐振式交流加热系统，其特征在于，所述第一谐振支路和所述第二谐振支路由两组相同的电感和电容组成。


5.根据权利要求1所述的电池双路供电谐振式交流加热系统，其特征在于，所述第一组互补PWM信号与所述第二组互补PWM信号之间的移相角通过一路逻辑信号决定。


6.一种电池双路供电谐振式交流加热系统的控制方法，其特征在于，采用权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱翀，张希，郭邦军，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