电动汽车驱动系统、驱动电路及电动汽车电池加热方法与流程

本申请涉及新能源汽车领域，特别是涉及一种电动汽车驱动系统、驱动电路及电动汽车电池加热方法。

背景技术：

锂电池低温下特性衰减。在冬季或寒冷地区，电动汽车使用过程中首先要对电池进行加热，才能提升电动汽车的续驶里程和充电性能。

在传统方案中电池包加热方案包括通过充电机/充电桩对电池进行外部加热，但该方案仅在电动汽车充电时可用，无法满足电动汽车不连接充电桩时的低温搁置启动问题。在传统方案中电池包加热方案还包括通过在电池内部加入加热镍片的方法，但该方案降低了电池的能量密度，提高的电池成本，且存在一定的安全风险。

在传统方案中电池包加热方案还包括在电池包内安装加热元件，通过外部加热的方式提升电池温度。此种方式增加了电池成本且加热效率和加热功率不高。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统的电池包加热功率和加热效率低问题，提供一种电动汽车驱动系统、驱动电路及电动汽车电池加热方法。

一种驱动电路，包括：

供电单元，包括第一电池组和第二电池组；以及

逆变电路，包括第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂；

所述第一电池组的第一电极与所述第一桥臂的上桥臂通过第一母线连接，所述第二电池组的第一电极分别与所述第二桥臂的上桥臂和所述第三桥臂的上桥臂通过第二母线连接；

所述第一电池组的第二电极和所述第二电池组的第二电极共线以形成第一端；

所述第一桥臂的下桥臂、所述第二桥臂的下桥臂和所述第三桥臂的下桥臂共线以形成第二端；

所述第一端与所述第二端母线连接。

一种电动汽车驱动系统，包括：

上述实施例中任一项所述的驱动电路；

电池管理电路，与所述驱动电路电连接；

第一控制器，与所述驱动电路电连接；以及

第二检测电路，与所述第一控制器电连接。

一种电动汽车电池加热方法，采用电动汽车驱动系统实现所述电动汽车电池加热方法；

所述电动汽车驱动系统包括驱动电路、与所述驱动电路电连接的电池管理电路以及与所述驱动电路电连接的第一控制器；

所述驱动电路包括通过母线连接的供电单元和逆变电路，所述供电单元包括第一电池组和第二电池组；所述逆变电路包括三个桥臂；所述第一电池组的第一电极与所述三个桥臂中一个桥臂的上桥臂通过第一母线连接，所述第二电池组的第一电极分别与所述三个桥臂中剩余的两个桥臂的上桥臂通过第二母线连接；

所述第一电池组的第二电极和所述第二电池组的第二电极共线后，与所述三个桥臂的下桥臂母线连接；

所述电动汽车电池加热方法包括：

s10，所述电动汽车启动前，通过所述电池管理电路判断所述电动汽车是否需要进行电池加热；

s20，当确认所述电动汽车需要进行电池加热后，通过所述第一控制器控制所述逆变电路，以使所述第一电池组向所述第二电池组充电；

s30，当所述第一电池组向所述第二电池组充电时间达到第一时间阈值后，通过所述第一控制器控制所述逆变电路，以使所述第二电池组向所述第一电池组充电，所述供电单元在充电和放电过程中自身发生极化，从而实现所述供电单元中每个电池组的可控升温。

本申请提供一种电动汽车驱动系统、驱动电路及电动汽车电池加热方法。所述电动车驱动系统包括第一控制器、供电单元以及逆变电路。所述供电单元包括两个电池组。当对电动汽车电池进行加热时，两个所述电池组的一端相互独立，两个所述电池组的另一端共线。所述逆变电路中的三个桥臂的下桥臂共线。所述逆变电路中的三个桥臂中一个桥臂的上桥臂与一个电池组独立的一端母线连接。所述逆变电路中的三个桥臂中剩余的两个桥臂的上桥臂与另一个电池组独立的一端母线连接。所述第一控制器与所述逆变电路电连接。所述电动汽车电池加热方法通过所述第一控制器控制所述逆变电路的三个桥臂的开闭，以完成所述供电单元的能量输出和能量回收，进而使所述供电单元自身发生极化，从而实现所述供电单元的电池可控升温。所述逆变电路中的功率开关器件的最大工作电流较高，并且所述电动汽车电池加热方法利用所述电动汽车驱动系统可以在不增加其他器件的基础上实现大功率加热，有效提高了加热效率。

附图说明

图1为本申请一个实施例提供的一种驱动电路图；

图2为本申请一个实施例提供的一种驱动电路图；

图3为本申请一个实施例提供的一种电动汽车驱动系统图；

图4为本申请一个实施例提供的一种电动汽车驱动系统图；

图5为本申请一个实施例提供的一种电动汽车电池加热流程图；

图6为本申请一个实施例提供的一种电动汽车电池加热流程图；

图7为本申请一个实施例提供的一种电动汽车电池加热流程图；

图8为本申请一个实施例提供的一种电池组电流曲线图。

主要元件附图标号说明

驱动电路100第二旁路开关130电池管理电路40

供电单元10逆变电路20第一检测电路41

第一电池组11第一桥臂21电压检测单元411

第二电池组12第二桥臂22电流检测单元412

状态切换开关140第三桥臂23温度监测单元413

第一端101第二端201第二控制器42

电池单元110功率开关器件211第一控制器50

电芯111三相电机30第二检测电路60

第一旁路开关120电动汽车驱动系统200

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参见图1，本申请一个实施例提供一种驱动电路100。所述驱动电路100包括供电单元10和逆变电路20。

所述供电单元10包括第一电池组11和第二电池组12。所述逆变电路20包括第一桥臂21、第二桥臂22和第三桥臂23。所述第一电池组11的第一电极与所述第一桥臂21的上桥臂母线连接。所述第二电池组12的第一电极分别与所述第二桥臂22的上桥臂和所述第三桥臂23的上桥臂母线连接。所述第一电池组11的第二电极和所述第二电池组12的第二电极共线以形成第一端101。所述第一桥臂21的下桥臂、所述第二桥臂22的下桥臂和所述第三桥臂23的下桥臂共线以形成第二端201。所述第一端101与所述第二端201母线连接。所述第一电池组11具有等效电阻r1。所述第二电池组12具有等效电阻r2。

所述第一电极可以是电池的正极。所述第一电极还可以是电池的负极。所述第二电极可以是电池的正极。所述第二电极还可以是电池的负极。当所述第一电池组11的正极和所述第二电池组12的正极作为第一电极时。所述逆变器20的三个桥臂仅一端并联至同一电位点。所述三个桥臂中的两个桥臂在另一端并联至同一电位点。所述三个桥臂中剩余的一个桥臂的另一端独立连接至另一个电位点。

本实施例中，所述供电单元10包括两个电池组。所述逆变电路20包括三个桥臂。所述第一电池组11的一端与所述第一桥臂21的上桥臂通过第一母线连接。所述第二电池组12的一端分别与所述第二桥臂22的上桥臂和所述第三桥臂23的上桥臂通过第二母线连接。一个电池组的另一端与另外一个电池组的另一端共线。三个所述桥臂的下桥臂共线。共线的下桥臂与电池组共线的一端相连。所述两个电池组相互独立，使得所述驱动电路100具有更多自由度。所述驱动电路100能够在不增加其他器件的基础上实现电池的加热功能和驻车均衡功能。所述驱动电路100中包括两个电池组，与传统的三个电池组供电的模式相比，本实施例中的供电的实施方式减少了一路电池组，从而可以减少一路电压采样电路，进而在一定程度上可以降低电池管理系统的成本。

请参见图2，在一个实施例中，所述驱动电路100还包括状态切换开关140。所述状态切换开关140设置于所述第一母线和所述第二母线之间。所述驱动电路100可以设置为电动汽车驱动电路。当所述电动汽车处于驱动状态时，闭合所述状态切换开关140。当所述电动汽车处于低温加热状态时，断开所述状态切换开关140。

本实施例中，当所述电动汽车处于不同的状态时，通过所述状态切换开关140可以有效的改变所述供电单元10和所述逆变电路20之间的关系。当所述电动汽车处于驱动状态时，闭合所述状态切换开关140。此时，所述逆变电路20的三个桥臂的上桥臂共线。所述逆变电路20的三个桥臂的下桥臂桥臂共线。此时，通过传统的矢量控制所述逆变电路20即可实现所述电动汽车的驱动，减少了控制所述逆变电路20的成本。当所述电动汽车处于低温加热状态，需要对所述供电单元10中的电池组进行加热时，断开所述状态切换开关140。此时，所述逆变器20的三个桥臂仅一端并联至同一电位点。所述三个桥臂中的两个在另一端并联至同一电位点。所述三个桥臂中剩余的一个桥臂的另一端独立连接至另一个电位点。所述两个电池组相互独立，使得所述驱动电路具有更多自由度。所述驱动电路100能够在不增加其他器件的基础上实现电池的加热功能。

在其中一个实施例中，所述供电单元10中的每个电池组包括一个电池单元110和一个第一旁路开关120。

一个所述电池单元110和一个所述第一旁路开关120串联连接。所述供电单元10内包括多个电芯111。所述多个电芯111的型号、标称容量可以相同。所述多个电芯111可以平均分成三组。每组中多个电芯111相互连接以形成一个电池单元110。一个所述电池单元110中的所述电芯111的连接方式与另两个所述电池单元110中的所述电芯111的连接方式相同。所述连接方式为多个所述电芯111串联、多个所述电芯111并联后串联、多个所述电芯111并联或多个所述电芯111串联后并联中的一种。

所述第一旁路开关120可以为一个继电器。所述第一旁路开关120还可以为一个继电器与串联的预充继电器、预充电组并联后的开关电路。所述第一旁路开关120为电磁继电器、绝缘栅双极型晶体管或者金属-氧化物半导体场效应晶体管中的一种。

本实施例中，每个电池组连接一个第一旁路开关120，可以实现对所述每个电池组的单独控制。当其中一个电池组故障时，通过断开与故障电池组连接的第一旁路开关120，可以实现故障电池组与正常电池组的隔离

在其中一个实施例中，所述驱动电路100还包括第二旁路开关130。

所述第二旁路开关130电连接于所述第一端101与所述第二端201之间。所述第二旁路开关130可以为一个继电器。所述第二旁路开关130还可以为一个继电器与串联的预充继电器、预充电组并联后的开关电路。所述第二旁路开关130为电磁继电器、绝缘栅双极型晶体管或者金属-氧化物半导体场效应晶体管中的一种。通过断开所述第二旁路开关130，可以达到断开所述供电单元10与所述逆变电路20的目的。

在其中一个实施例中，所述逆变电路20中的每个桥臂包括两个串联的功率开关器件211。

所述两个串联的功率开关器件211中的一个功率开关器件211的集电极端与一个电池组的正极母线连接。所述两个串联的功率开关器件211中的另一个功率开关器件211的发射极端与一个电池组的负极母线连接。所述每个桥臂的一个功率开关器件211可以构成一个桥臂的上桥臂。所述每个桥臂的另一个功率开关器件211可以构成一个桥臂的下桥臂。所述桥臂可以为绝缘栅双极型晶体管。所述逆变电路20的三相输出端分别与三相电机30的三相母线w、u、v相连。所述三相电机30可以为三相同步电机。所述三相电机30还可以为三相异步电机。所述逆变电路20可以输出高达几百上千周的频率，可以实现对所述驱动电路100中各种转速的电机的驱动。

请参见图3，本申请一个实施例提供一种电动汽车驱动系统200。所述电动汽车驱动系统200包括驱动电路100、电池管理电路40、第一控制器50和第二检测电路60。

所述电池管理电路40与所述驱动电路100电连接。所述第一控制器50与所述驱动电路100电连接。所述第二检测电路60，与所述第一控制器50电连接。本实施例中的所述驱动电路100与上述实施例中的所述驱动电路100的驱动方式相似，此处不再赘述。所述电池管理电路40用于检测所述供电单元10的荷电状态和所述供电单元10的工作状态。所述电池管理电路40还用于对所述供电单元10进行管控。例如，所述电池管理电路40可以控制所述供电单元10中的所述第一旁路开关120和所述第二旁路开关130的开闭。所述第一控制器50用于控制所述逆变电路20固定导通功率开关器件211组合。所述电池管理电路40与所述第一控制器50之间通过隔离信号电路连接。所述第二检测电路60用于检测所述三相电机30的感应电流。所述第二检测电路60还用于将所述感应电流的幅值信息上报给所述第一控制器50。所述第一控制器50可以根据所述幅值信息对所述逆变电路20进行控制。

本实施例中，所述电动汽车驱动系统200包括驱动电路100、电池管理电路40和第一控制器50。所述驱动电路100中的所述供电单元10包括两个电池组。所述逆变电路20包括三个桥臂。所述第一电池组11的一端与所述第一桥臂21的上桥臂通过第一母线连接。所述第二电池组12的一端分别与所述第二桥臂22的上桥臂和所述第三桥臂23的上桥臂通过第二母线连接。一个电池组的另一端与另外一个电池组的另一端共线。三个所述桥臂的下桥臂共线。共线的下桥臂与电池组共线的一端相连。所述两个电池组相互独立，使得所述驱动电路100具有更多自由度。所述电动汽车驱动系统200能够在不增加其他器件的基础上实现电动汽车电池的驱动功能、加热功能和驻车均衡功能。

请参见图4，在其中一个实施例中，所述电动车具有控制中心。所述电池管理电路40包括第一检测电路41和第二控制器42。

所述第一检测电路41包括电压检测单元411、电流检测单元412和温度检测单元413，所述电压检测单元411、所述电流检测单元412和所述温度检测单元413分别与所述供电单元10电连接。所述第二控制器42与所述供电单元10电连接。

所述第一检测电路41将检测到的电压、电流以及温度信号上报给所述电动汽车的控制中心。所述控制中心根据接收到的所述信号，通过所述第一控制器50和所述第二控制器42对所述驱动电路100驱动、制动、加热以及驻车均衡进行控制。所述电池管理电路40通过所述第一检测电路41和所述第二控制器42可以实现快速高效的检测出所述供电单元10中两个电池组的各性能参数。

请参见图5，本申请一个实施例中提供一种电动汽车电池加热方法。采用所述电动汽车驱动系统200实现所述电动汽车电池加热方法。所述电动汽车电池加热方法包括：

s10，所述电动汽车启动前，通过所述电池管理电路40判断所述电动汽车是否需要进行电池加热。步骤s10中，可以通过检测电池电芯的温度进而判断所述电动汽车是否处于低温加热状态。

s20，当确认所述电动汽车需要进行电池加热后，通过所述第一控制器50控制所述逆变电路20，以使所述第一电池组11向所述第二电池组12充电。步骤s20中，通过控制所述逆变电路20的三个桥臂的开关状态，可以实现所述第一电池组11先向所述三相电机30充电，然后所述第一电池组11和所述三相电机30一起向所述第二电池组12充电的过程。在这一过程中，除去必要的电量消耗外，整体表现为所述第一电池组11向所述第二电池组12充电。

s30，当所述第一电池组11向所述第二电池组12充电时间达到第一时间阈值后，通过所述第一控制器50控制所述逆变电路20，以使所述第二电池组12向所述第一电池组11充电，所述供电单元10在充电和放电过程中自身发生极化，从而实现所述供电单元10中每个电池组的可控升温。

步骤s30中，通过控制所述逆变电路20的三个桥臂的开关状态，可以实现所述第二电池组12首先向所述三相电机30充电，然后所述电二电池组12和所述三相电机30一起向所述第一电池组11充电的过程。在这一过程中，除去必要的电量消耗外，整体表现为所述第二电池组12向所述第一电池组11充电。

本实施例中，所述电动汽车电池加热方法通过所述第一控制器50控制所述逆变电路20的三个桥臂的开闭，以完成所述供电单元10的能量输出和能量回收，进而使所述供电单元10自身发生极化，从而实现所述供电单元10的电池可控升温。所述逆变电路20中的功率开关器件211的最大工作电流和所述三相电机30的最大工作电流较高。所述电动汽车电池加热方法可以实现大功率加热，有效提高了加热效率。所述功率开关器件211作为控制元件，所述三相电机30作为储能元件。电池加热过程中无需添加专门的加热元件，因而减少了电动汽车动力系统成本。所述电动汽车电池加热方法在加热所述电池组的同时也实现了所述电池组之间的电量均衡。

请参见图6，在其中一个实施例中，所述驱动电路100还包括三相电机30，所述三相电机30的每一相母线连接一个所述桥臂的输出端；所述三相电机30与所述第二检测电路60电连接。所述第一桥臂21设置为第一工作桥臂。所述第二桥臂22和所述第三桥臂23中的一个桥臂设置为第二工作桥臂。所述第二桥臂22和所述第三桥臂23中的另一个桥臂保持断开状态。在一个可选的实施例中，第二工作桥臂的选择根据电机的转子位置确定，选取连接着离转子定向位置近的交流母线的桥臂作为第二工作桥臂。此种选择在为电池组加热的过程中，电机转子的运动幅度较小，减小了驻车加热时车轮运动的可能。

所述s20，当确认所述电动汽车需要进行电池加热后，通过所述第一控制器50控制所述逆变电路20，以使所述第一电池组11向所述第二电池组12充电的步骤包括：

s21，通过所述第一控制器50控制所述第一工作桥臂的上桥臂和所述第二工作桥臂的下桥臂导通，以使所述第一电池组11向所述三相电机30充电。

步骤s21中，所述三相电机30的正向电流升高，如图8中所示，电流可以从位置0上升至位置1。步骤s21中电流变化过程满足以下公式：

其中，e1为第一子电池组开路电压。r1为第一电池组内阻。l为加热过程中驱动电机的工作电感，rl为加热过程中的回路电阻。

s22，通过所述第二检测电路60检测所述三相电机30中的电流幅值是否大于或等于目标加热电流上阈值。步骤s22中，所述目标加热电流上阈值可以根据电池的性能、逆变电路20中的功率开关组件211的耐流能力确定。

s23，当所述三相电机30中的电流幅值大于等于目标加热电流上阈值时，通过所述第一控制器50控制所述第二工作桥臂的下桥臂断开，并控制所述第二工作桥臂的上桥臂导通，以使所述第一电池组11和所述三相电机30向所述第二电池组12充电。

步骤s23中，所述第一电池组11和所述三相电机30放电，所述第二电池组12充电。电所述三相电机30的正向电流降低。如图8所示，电流从位置1下降至位置2。步骤s23中电流变化过程满足以下公式：

其中，e2为第二子电池组开路电压。r2为第二电池组内阻。

所述s23，当所述三相电机30中的电流幅值大于等于目标加热电流上阈值时，通过所述第一控制器50控制所述第二工作桥臂的下桥臂断开，并控制所述第二工作桥臂的上桥臂导通，以使所述第一电池组11和所述三相电机30向所述第二电池组12充电的步骤之后包括：

通过所述第二检测电路60检测所述三相电机30中的电流幅值是否小于等于目标加热电流下阈值。当所述三相电机30中的电流幅值小于等于目标加热电流下阈值时，重复步骤s21-s23，直至所述第一电池组11向所述第二电池组12充电时间达到第一时间阈值。如图8所示，电流从位置3运行至位置3t+。

本实施例中，通过控制所述逆变电路20的三个桥臂的开关状态，可以实现所述第一电池组11首先向所述三相电机30充电，其次，所述第一电池组11和所述三相电机30一起向所述第二电池组12充电的过程。在这一过程中，除去必要的电量消耗外，所述方法达到了所述第一电池组11向所述第二电池组12充电的目的。

请参见图7，在其中一个实施例中，所述s30，当所述第一电池组11向所述第二电池组12充电时间达到第一时间阈值后，通过所述第一控制器50控制所述逆变电路20，以使所述第二电池组12向所述第一电池组11充电，所述供电单元10在充电和放电过程中自身发生极化，从而实现所述供电单元10中每个电池组的可控升温的步骤包括：

s31，通过所述第一控制器50控制所述第一工作桥臂的下桥臂和所述第二工作桥臂的上桥臂导通，以使所述第二电池组12向所述三相电机30充电。

步骤s31中，所述三相电机30的正向电流下降至零，形成负向电流后继续升高。如图8中所示，电流可以从位置3t+运行至位置4。步骤s31中电流变化过程满足以下公式：

其中，e1为第一子电池组开路电压。r1为第一电池组内阻。l为加热过程中驱动电机的工作电感，rl为加热过程中的回路电阻。

s32，通过所述第二检测电路60检测所述三相电机30中的电流幅值是否大于等于目标加热电流上阈值。步骤s32中，所述目标加热电流上阈值可以根据电池的性能、逆变电路20中的功率开关组件211的耐流能力确定。

s33，当所述三相电机30中的电流幅值大于等于目标加热电流上阈值时，通过所述第一控制器50控制所述第一工作桥臂的下桥臂断开，并控制所述第一工作桥臂的上桥臂导通，以使所述第二电池组12和所述三相电机30向所述第一电池组11充电。

步骤s33中，所述第二电池组12和所述三相电机30放电，所述第一电池组11充电。电所述三相电机30的负向电流降低。如图8所示，电流从位置4运行至位置5。步骤s33中电流变化过程满足以下公式：

其中，e2为第二子电池组开路电压。r2为第二电池组内阻。

所述s33，当所述三相电机30中的电流幅值大于等于目标加热电流上阈值时，通过所述第一控制器50控制所述第一工作桥臂的下桥臂断开，并控制所述第一工作桥臂的上桥臂导通，以使所述第二电池组12和所述三相电机30向所述第一电池组11充电的步骤之后包括：

通过所述第二检测电路60检测所述三相电机30中的电流幅值是否小于等于目标加热电流下阈值。当所述三相电机30中的电流幅值小于等于目标加热电流下阈值时，重复步骤s31-s33，直至所述第二电池组12向所述第一电池组11充电时间达到第二时间阈值。

所述当所述三相电机30中的电流幅值小于等于目标加热电流下阈值时，重复步骤s31-s33，直至所述第二电池组12向所述第一电池组11充电时间达到第二时间阈值的步骤之后还包括：

通过所述电池管理电路40检测所述供电单元10的电芯温度是否小于驱动阈值温度。当所述电芯温度小于所述驱动阈值温度时，重复步骤s10-s30，直至所述电芯温度大于等于所述驱动阈值温度或收到加热停止指令。

本实施例中，通过控制所述逆变电路20的三个桥臂的开关状态，可以实现所述第二电池组12首先向所述三相电机30充电。其次，所述第二电池组12和所述三相电机30一起向所述第一电池组11充电的过程。在这一过程中，除去必要的电量消耗外，所述方法达到了为所述第二电池组12向所述第一电池组11充电的目的。

在其中一个实施例中，所述s10，所述电动汽车启动前，通过所述电池管理电路40判断所述电动汽车是否需要进行电池加热的步骤包括：

通过所述电池管理电路40检测所述供电单元10的电芯温度是否小于驱动阈值温度。当所述电芯温度小于所述驱动阈值温度时，则确认所述电动汽车需要进行电池加热。当所述电芯温度大于等于所述驱动阈值温度时，所述电动汽车正常启动。

本实施例中，通过检测所述电芯温度与驱动阈值温度的大小关系，可以判断出所述电动汽车是否需要进行低温电热。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。