一种动力电池系统以及用于该系统的控制方法与流程

本发明涉及汽车新能源技术领域，具体涉及汽车的动力电池系统以及用于该系统的控制方法。

背景技术：

节能和环保是时代的主题，电动汽车由于高效、节能、无排放等优点，目前发展非常迅速。而目前的电动汽车，包括纯电动汽车、插电式电动汽车、混合动力电动汽车等，均需要使用电池作为动力源或者动力源之一。

目前的电动汽车均具有能量回收功能，在车辆减速和制动的时候，回馈电机可以回馈能量，给电池充电。随着电动汽车应用的逐步推广，电动汽车运行的环境也越来越复杂，在低温下运行的需求也更加紧迫。

由于电池本身的温度特性，导致其在低温环境下充放电功率不足，严重影响电池系统的性能，尤其是在低温情况下，电池不能被充电，因此整车也无法进行回馈充电，导致低温下，电动车的性能受到了较大的影响。目前电动车常用的锂电池，均要求在0℃以下，不允许任何充电。

可以看到，由于温度低，会导致电池放电能量减少，极大地影响整车的续驶里程，同时由于不能回馈，会进一步造成能量的浪费，影响电动车的性能。

因此，如何在低的环境温度下保证电池的充放电性能，并减少能量的浪费，是本发明亟待要解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种动力电池系统以及用于该系统的控制方法，以解决现有技术中的一个或更多个问题。

在本发明的一个方面，提供了一种动力电池系统，该动力电池系统包括：

主回路，其包括动力电池；

加热回路，其包括加热单元、回馈电机和至少一个通断控制装置，所述回馈电机通过所述加热回路对所述加热单元进行加热；以及

电池系统控制器，其控制所述加热回路的通断。

进一步地，所述主回路还包括通断控制装置，所述电池系统控制器控制所述主回路和所述加热回路中通断控制装置的通断。

进一步的，所述电池系统控制器在满足用回馈电机加热的条件下控制所述加热回路闭合，利用所述回馈电机回馈的能量驱动所述加热单元，通过所述加热单元加热所述动力电池；所述电池系统控制器在满足用回馈电机充电的条件下控制所述主回路闭合，利用所述回馈电机回馈的能量对所述动力电池进行回馈充电。

控制可以同时闭合加热回路和主回路，从而驱动加热回路。

进一步地，所述系统包括温度传感器，用于测定所述动力电池或加热单元的温度，并将温度传递给所述电池系统控制器。

进一步地，所述加热回路中的至少一个通断控制装置为低压温控开关，基于所述温度传感器的测得温度而通断。

进一步地，用回馈电机加热的条件可为：动力电池或加热单元的温度低于预定值，或者动力电池系统的可充电电流低于设定值；用回馈电机充电的条件可为：动力电池或加热单元的温度不低于预定值，或者动力电池系统的可充电电流不低于设定值。

进一步地，所述主回路和所述加热回路中的通断控制装置为高频或低频开关。优选的，高频开关为mosfet或igbt，低频开关为继电器。

进一步地，所述加热回路中还包括热熔断装置和/或电流检测装置。

进一步地，所述动力电池系统还可包括另一加热回路，所述另一加热回路包括：加热单元、外部能量源和至少一个通断控制装置。所述外部能量源可通过所述另一加热回路向所述加热单元进行加热；所述电池系统控制器可基于预定条件控制所述另一加热回路中控制开关的通断。

进一步地，所述加热单元和所述动力电池并联，所述电池系统控制器基于预定条件控制所述加热回路和/或所述主回路中的通断控制装置的通断，使得利用所述动力电池来驱动所述加热单元。

本发明还提出了一种用于前述动力电池系统的控制方法，该方法包括如下步骤：

确定是否满足用回馈电机加热的条件或用回馈电机充电的条件；

加热步骤，若满足用回馈电机加热的条件，控制所述加热回路闭合，利用所述回馈电机回馈的能量加热所述加热单元，通过所述加热单元来加热所述动力电池；

充电步骤，若满足用回馈电机充电的条件，控制所述主回路闭合，利用所述回馈电机回馈的能量对所述动力电池进行充电。

优选地，在所述加热步骤之前，所述方法还包括：确定所述主回路和所述加热回路是否存在故障；所述充电步骤和所述加热步骤在确定所述主回路和所述加热回路不存在故障的情况下执行。

优选地，在利用所述动力电池驱动所述加热单元时，控制所述动力电池的输入输出端口没有高压输出。

优选地，在所述加热单元的加热过程中，根据流经所述加热单元的电流、所述加热单元的温度或所述动力电池的温度来控制是否断开加热回路。

优选地，在利用回馈电机驱动加热单元的加热过程中，如果动力电池不满足用回馈电机充电条件，则可同时闭合加热回路和主回路，并控制回馈电机输出的电流，使得主回路动力电池处于放电状态，从而驱动加热单元进行加热，同时主回路动力电池不被充电。

本发明的动力电池系统能够使用回馈电机给动力电池系统加热，能适应更加复杂的工况，提高了电池的动力性和整车经济性。

本领域技术人员将会理解的是，能够用本发明实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本发明能够实现的上述和其他目的。

应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。

附图说明

参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，在附图中：

图1为本发明动力电池系统的示意性框图；

图2为本发明一实施例的动力电池系统的电路示意图；

图3为本发明另一实施例的动力电池系统的电路示意图；

图4为本发明另一实施例的动力电池系统的电路示意图；

图5为本发明另一实施例的动力电池系统的电路示意图；以及

图6为用于本发明的动力电池系统的控制方法的示例性流程图。

附图标记说明：

100：回馈电机；230：低压温控开关；300：电池系统控制器；

210、220、221、222、223、212、211、214：控制开关；

400：动力电池；500：加热单元；600：热熔断装置；

700：电流检测装置；800：端口；900：端口。

具体实施方式

通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

图1为本发明一实施例的动力电池系统的示意性框图。本实施例的动力电池系统可包括：主回路、加热回路和电池系统控制器300。主回路可包括动力电池400。可选地，主回路还可包括回馈电机100和至少一个通断控制装置(如控制开关)210，在这种情况下回馈电机100可通过该主回路向动力电池400进行充电，但本发明中主回路的电路形式并不限于此。加热回路可包括加热单元(如加热片)500、上述回馈电机100和至少一个通断控制装置(如控制开关)220，回馈电机100通过加热回路向加热单元500进行加热。

电池系统控制器300控制主回路和加热回路中相应控制开关210、220的通断，以在满足用回馈电机加热的条件下控制加热回路闭合，利用回馈电机100回馈的能量对加热单元500进行加热，通过加热单元500将热传递给动力电池400来加热动力电池，并且，在满足用回馈电机充电的条件下控制主回路闭合，利用回馈电机回馈的能量对动力电池400进行充电。另外，电池系统控制器300可以控制同时闭合加热回路和主回路，从而驱动加热回路。

在本发明中，是要充分利用车辆减速和制动时回馈电机的回馈能量。由于在低温下电池的充放电性能受到不利的影响，在本发明中，在不适合对电池充电的较低温度下利用回馈电机100的回馈能量来驱动加热单元500，对加热单元进行加热，以通过加热单元间接对动力电池400进行加热，来提高电池性能。本发明实施例中，加热单元500例如可以为加热片或其他类型的加热器件，加热单元500可与动力电池接触或接近，以便于向动力电池400传递热。在适合对动力电池进行充电的温度下，可利用回馈电机的回馈能量对电池进行充电。

本发明中，是通过控制开关来在用于加热的回路和用于充电的回路之间进行切换，各回路中控制开关可以是多个。更具体地，由电池系统控制器300根据动力电池或加热单元的温度或其他参数来对控制开关的通断进行控制，从而在不同条件下实现对动力电池的加热和充电。本发明实施例中，电池系统控制器300可以由单片机之类的微型处理器或其他逻辑器件来实现，但并不限于此。

在需要对电池加热的时候，电池系统控制器300可以通过控制控制开关220，使得回馈能量输给加热单元来加热电池，而非给电池系统充电。对电池进行加热，可以提高电池的温度，进而提高电池的能量特性和功率特性，进而保证整车的动力性和行驶里程。

各回路中控制开关210和220可以为由电池系统控制器300控制的低频开关，优选的，可以是继电器，但并不限于此。由于这类低频开关的响应时间比较长，因此需要提前闭合，以保证回馈能量能够提供给加热单元而非电池。例如，在电池系统控制器300测量得到电池温度较低，从而判断得到电池需要加热的情况下，在车辆行驶的过程中，电池系统控制器300可以提前使用于控制加热回路的控制开关220闭合或控制该控制开关始终闭合，直到电池系统控制器认为其不需要继续闭合，比如电池温度达到设定值或者动力电池的可充电电流达到设定值。在回馈电机进行能量回馈时，输出回馈电流可以经过控制开关给加热单元，加热动力电池。这样的话，可能会导致加热单元消耗一部分电池系统的能量。

控制开关也可以为由电池系统控制器控制的高频开关，特别的，可以是mosfet(金属-氧化物半导体场效应晶体管)或者igbt(绝缘栅双极型晶体管)，但并不限于此。由于这类高频开关的响应时间比较短，因此在电池温度较低、电池需要加热的情况下，电池系统控制器可以在测量发现回馈电机即将回馈的时候，闭合用于加热的回路的控制开关，使得回馈电机输出的回馈能量传输给加热单元，来加热动力电池。在电池系统控制器300测量发现回馈电机回馈结束，需要动力电池开始输出能量时，可断开加热回路的控制开关，防止加热单元持续消耗能量，后续可以将回馈能量传输给动力电池，来给动力电池充电。这样的构型，可以保证加热单元不会浪费回馈能量和电池系统的能量，提高系统的可靠性。

动力电池为电池系统的核心部件，为整车提供能量，回馈电机提供回馈能量。根据本发明，在正常工况下负责回馈电机回收整车的减速或者制动能量并将其存储在动力电池中，而在低温情况下，可以由动力电池系统内部的控制开关控制其回收的能量的流动情况，从而回收能量并提供给加热单元。通过电池系统控制器控制控制开关的动作，使得加热单元可以利用回馈电机回馈的能量加热动力电池。

本发明实施例中，由于需要测定加热单元和/或动力电池的温度，动力电池系统还可包括设置在加热单元或动力电池上的温度传感器，以检测动力电池或加热单元的温度，并将测得的温度传递给电池系统控制器300，可供电池系统控制器300判断适合对电池充电还是加热。

在判断回馈能量适于加热还是使用充电时，适于用回馈电机加热的条件例如可为：所述动力电池或所述加热单元的温度低于预定值(如0℃)，或者所述动力电池系统的可充电电流低于设定值。相应地，适于用回馈电机充电的条件可为：动力电池或加热单元的温度不低于预定值，或者动力电池系统的可充电电流不低于设定值。

在本发明实施例中，加热回路中的至少一个控制开关可以为低压温控开关，可基于温度传感器测得的温度而通断，例如温度高于预定值自动断开。

此外，为了利用更多可能的能量源，本发明实施例中，动力电池系统还可包括另一加热回路(图1中未示出)，即动力电池系统至少包括两个加热回路。该另一加热回路可包括：加热单元、外部能量源和至少一个控制开关。该外部能量源例如可为车载充电机、非车载充电机、外部直流或交流电源、apu、燃料电池系统、太阳能电池系统、12v铅酸蓄电池系统或其他车载动力系统等。外部能量源可通过该另一加热回路对加热单元500进行加热。电池系统控制器300可基于预定条件控制该另一加热回路中控制开关的通断。动力电池系统中的这两个加热回路中的加热单元可以是同一加热单元，也可以是与动力电池的不同位置接触的不同加热单元。

另选地，还可利用动力电池自身来对加热单元进行加热，在这种情况下，加热单元500和动力电池400可经由至少一个控制开关并联，电池系统控制器300可基于预定条件控制各回路中的控制开关，使得利用动力电池来驱动加热单元。

此外，为了让加热过程更加安全，本发明实施例还可以在一个或多个加热回路中设置热熔断装置和/或电流检测装置。在热失控温度超标(如超过预定值)的情况下，热熔断装置可以自动断开加热回路，以保护加热单元和动力电池。电流检测装置可精确获得加热回路的情况，从而可以分析加热回路的加热功率。电流检测装置可监测流过加热单元的电流并且将测量结果传送给电池系统控制器，电池系统控制器根据测量结果来控制加热回路通断控制单元。也就是说，加热过程中，电池系统控制器在监测到电流检测装置测量得到的加热电流超过期望值的情况下，即可以断开加热回路中的控制开关，确保加热回路的安全性。在非加热过程中，若电池系统控制器监测到电流检测装置测量得到的电流大于阈值，表明出现了非期望的加热，也可以即时采取措施，保证系统的安全性。

如上所述的本发明的动力电池系统能够在低温下使用回馈电机给动力电池加热，能适应更加复杂的工况，提高了电池的动力性和整车经济性。进一步地，本发明的动力电池系统还可以利用外部能量源和电池自身对动力电池进行加热，并保证了电池系统的安全性。

本发明的动力电池系统可以通过好多种电路形式来实现，而并不限于某种或某几种电路形式。下面仅列举几种电路形式作为示例，而非用于限制本发明。

图2为本发明一实施例的动力电池系统的电路示意图。如图2所示的动力电池系统中，回馈电机通过端口800接入到回路中，回馈电机与加热单元500、两个控制开关221和222、热熔断装置600、电流检测装置700形成第一加热回路，回馈电机与动力电池400、控制开关210形成主回路。此外，充电机(车载或非车载充电机)等外部能量源可以从端口900接入到回路中，充电机可与控制开关221、热熔断装置600、电流检测装置700形成第二加热回路，并与动力电池400、控制开关210形成第二主回路。

对于不同的能量源，可以按如下方式对加热单元进行加热：

(1)动力电池系统在低温运行情况下，在动力电池系统不能接受整车制动回馈电流时，电池系统控制器可闭合图2中的控制开关221、222，便可利用回馈电流驱动加热单元对动力电池加热，特别地，可以通过控制回馈电压不大于动力电池系统开路电压来实现。在动力电池系统中电池的温度允许接受整车制动回馈电流时，电池系统控制器可闭合控制开关222和210，并断开控制开关221，利用回馈电机的回馈能量对电池充电。

(2)若加热能量源为车载或者非车载充电机等，则通过闭合控制开关221，便可以使用充电机的能量驱动加热单元500，从而加热电池，同时断开控制开关210和222，即可以保证电池不会被充电，保证系统的安全。

(3)若加热能量源为动力电池本身，则通过闭合各个控制开关210和221，便可以使用电池的能量驱动加热单元，加热电池。

(4)电池系统在正常充电的情况下，例如闭合控制开关210，断开控制开关221和222，便可以利用充电机等对电池系统进行充电，同时不会对动力电池进行加热。

(5)电池系统在正常使用的情况下，闭合控制开关222和210，断开控制开关221，电池系统便可以通过端口800向外输入输出能量，同时不会对加热单元500输出能量，不会对动力电池进行加热。

图3为本发明另一实施例的动力电池系统的电路示意图。如图3所示的动力电池系统中，回馈电机通过端口800接入到回路中，回馈电机与加热单元500、两个控制开关221和223、热熔断装置600、电流检测装置700形成加热回路，回馈电机与动力电池400、两个控制开关211和212形成主回路。此外，充电机(车载或非车载充电机)等外部能量源也可以利用端口800对加热单元进行加热或对电池进行充电。图3中，标记230表示低压温控开关，低压温控开关230可以在加热单元温度超标的情况下，自动断开控制开关221的低压驱动电路，以断开控制开关221，从而断开加热回路，保护加热单元和动力电池。加热回路中使用两个控制开关221和223可以在一个开关失效的情况下断开另一开关，从而更加安全。

图3所示的实施例中：

(1)动力电池系统在低温运行情况下，在动力电池系统不能接受整车制动回馈电流时，电池系统控制器可闭合图3中的控制开关221、223，便可利用回馈电流驱动加热单元对动力电池加热。特别地，可以通过控制回馈电压不大于动力电池系统开路电压来实现。在动力电池系统中电池的温度或电流条件允许接受整车制动回馈电流时，电池系统控制器可闭合控制开关211和212，并断开控制开关221和223，利用回馈电机的回馈能量对电池充电。

(2)若加热能量源为动力电池本身，则通过闭合各个控制开关221、223、211和212，便可以使用电池的能量驱动加热单元，加热电池。

(3)电池系统在正常使用的情况下，闭合控制开关211和212，断开控制开关221和223，电池系统便可以通过端口800向外输入输出能量，同时不会对加热单元500输出能量，不会对动力电池进行加热。

利用端口800，也可以使用其他能量源通过利用不同控制开关的通断来对电池加热或充电。

图4为本发明另一实施例的动力电池系统的电路示意图。如图4所示的动力电池系统中，回馈电机通过端口800接入到回路中，回馈电机与加热单元500、控制开关221、热熔断装置600、电流检测装置700形成第一加热回路，回馈电机与动力电池400、两个控制开关211和212形成主回路。此外，充电机(车载或非车载充电机)等外部能量源可以从端口900接入到回路中，充电机可与加热单元500、控制开关212、热熔断装置600、电流检测装置700形成第二加热回路，并与动力电池400、控制开关211和221形成第二主回路。

对于不同的能量源，可以按如下方式对加热单元进行加热：

(1)动力电池系统在低温运行情况下，在动力电池系统不能接受整车制动回馈电流时，电池系统控制器可闭合图4中的控制开关221，可利用回馈电流驱动加热单元对动力电池加热。特别地，可以通过控制回馈电压不大于动力电池系统开路电压来实现。(2)若加热能量源为车载或者非车载充电机，则通过闭合控制开关212，便可以使用充电机的能量驱动加热单元500，从而加热电池，同时断开控制开关221和/或211，即可以保证电池不会被充电，保证系统的安全。

(3)若加热能量源为动力电池本身，则通过闭合各个控制开关211、212和221，便可以使用电池的能量驱动加热单元，加热电池。

(4)电池系统在正常充电的情况下，闭合控制开关211和221，断开控制开关212，便可以用充电机对电池系统进行充电，同时不会对动力电池进行加热。

(5)电池系统在正常使用的情况下，闭合控制开关212和211，断开控制开关221，电池系统便可以通过端口800向外输入输出能量，同时不会对加热单元500输出能量，不会对动力电池进行加热。

图5为本发明另一实施例的动力电池系统的电路示意图。如图5所示的动力电池系统中，回馈电机通过端口800接入到回路中，回馈电机与加热单元500、控制开关221、热熔断装置600、电流检测装置700形成第一加热回路，回馈电机与动力电池400、三个控制开关211、212和214形成主回路。此外，充电机(车载或非车载充电机)等外部能量源可以从端口900接入到回路中，充电机可与加热单元500、控制开关214、热熔断装置600、电流检测装置700形成第二加热回路，并与动力电池400、控制开关211、221和212形成第二主回路。

对于不同的能量源，同样可以安全地对加热电池进行加热或充电。

根据上面各图所示的电路图，能够合理有效利用回馈电机、电池自身、充电装置、其他车载动力系统等作为能量源给电池加热，最终使电池处于适宜的温度以获得最优化充放电功率，减少了能量浪费，在解决低温环境充电困难的同时提高了电池的动力性和整车经济性和电池系统的安全性。

相应地，本发明还提供一种用于前述动力电池系统的控制方法，如图6所示，具体可包括如下步骤：

步骤s610，判断动力电池系统中的电路是否存在故障。如果不存在故障进入步骤s620，如果存在故障，则报告故障。

可以对动力电池系统中的每个回路自动进行检查。

步骤s620，电池系统控制器确定满足用回馈电机加热的条件还是用回馈电机充电的条件。例如，确定动力电池或加热单元的温度是否低于预定值，或者动力电池系统的可充电电流是否低于设定值。

若满足加热条件，则进步骤s630，控制加热回路闭合，利用回馈电机回馈的能量来加热加热单元，通过加热单元来加热动力电池。

若满足充电条件，则进入步骤s640，控制所述主回路闭合，利用所述回馈电机回馈的能量对所述动力电池进行充电。

根据前面针对动力电池系统的具体描述可知，本发明的动力电池系统还可以利用其它能量源对电池加热或充电。在利用动力电池驱动加热单元时，可控制动力电池的输入输出端口没有高压输出。

优选地，在通过加热单元对电池加热的加热过程中，可根据流经加热单元的电流、加热单元的温度或动力电池的温度来控制是否断开加热回路。

特别地，在利用回馈电机驱动加热单元的加热过程中，如果动力电池不满足用回馈电机充电条件，则可以同时闭合加热回路和主回路，并控制回馈电机输出的回馈电流，使得主回路动力电池处于放电状态，从而驱动加热单元进行加热，同时主回路动力电池不被充电。

本发明的控制方法同样能够合理有效利用电池自身、充电装置、回馈电机、其他车载动力系统等作为能量源给电池加热，最终使电池处于适宜的温度以获得最优化充放电功率，在解决低温环境充电困难的同时提高了电池的动力性和整车经济性和电池系统的安全性。

如上针对一个实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。