电池加热充电装置及电动汽车的制作方法

1.本实用新型涉及车辆技术领域，尤其涉及一种电池加热充电装置及电动汽车。


背景技术：

2.随着科学技术的发展，人们生活水平的不断提高，个人拥有车辆的比例不断增大，车辆已经成为越来越普及的家用商品。其中，电动汽车可以采用电力作为动力来源，驾驶员在驾驶电动汽车之前，需要对电动汽车进行充电。但是，充电速度逐渐成为电动汽车发展的掣肘，尤其是，低温环境下带来电池性能下降从而影响电池汽车充电、行驶性能的问题。
3.相关技术中，可以通过额外增加的开关模块和无源器件来实现电池低频加热及保温的能力，但是，其会增加电动汽车的成本和重量。


技术实现要素：

4.本实用新型提供了一种电池加热充电装置及电动汽车，主要目的在于在减少电动汽车成本和重量的同时实现电池低频加热及保温的能力。
5.根据本实用新型的一方面，提供了一种电池加热充电装置，包括：电池、三相逆变器、电机、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和第五开关；其中，
6.所述电池的正极分别与所述第一开关的第一端和所述第二开关的第一端连接，所述电池的负极分别与所述第三开关的第一端和所述第四开关的第一端连接；
7.所述第一开关的第二端分别与外部供电设备的正极和所述三相逆变器的第一直流端连接，所述第三开关的第二端分别与所述外部供电设备的负极和所述三相逆变器的第二直流端连接；
8.所述三相逆变器的交流端与所述电机的输入端连接，所述电机的第一输出端分别与所述第二开关的第二端和所述第五开关的第一端连接，所述电机的第二输出端分别与所述第四开关的第二端和所述第五开关的第二端连接；
9.其中，所述电池加热充电装置用于根据所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关和所述第五开关的通断状态，控制所述外部供电设备对所述电池进行加热或对所述电池进行充电。
10.可选地，在本实用新型的一个实施例中，当所述电池处于加热状态时，所述第一开关断开，所述第二开关闭合，所述第三开关断开，所述第四开关闭合、所述第五开关断开。
11.可选地，在本实用新型的一个实施例中，当所述电池处于充电状态时，所述第一开关闭合，所述第二开关断开，所述第三开关闭合，所述第四开关断开、所述第五开关闭合。
12.可选地，在本实用新型的一个实施例中，所述三相逆变器包括三相桥臂和电容；其中，
13.所述电容的第一端与所述三相桥臂的第一直流端连接，所述电容的第二端与所述三相桥臂的第二直流端连接；
14.所述电容的第一端为所述三相逆变器的第一直流端，所述电容的第二端为所述三
相逆变器的第二直流端，所述三相桥臂的交流端为所述三相逆变器的交流端。
15.可选地，在本实用新型的一个实施例中，所述三相桥臂包括：第一上桥臂开关、第一下桥臂开关、第二上桥臂开关、第二下桥臂开关、第三上桥臂开关和第三下桥臂开关；其中，
16.所述第一上桥臂开关的第一端、所述第二上桥臂开关的第一端和所述第三上桥臂开关的第一端连接形成所述三相桥臂的第一直流端，所述第一下桥臂开关的第二端、所述第二下桥臂开关的第二端和所述第三下桥臂开关的第二端连接形成所述三相桥臂的第二直流端；
17.所述第一上桥臂开关的第二端和所述第一下桥臂开关的第一端连接形成所述三相桥臂的第一交流端，所述第二上桥臂开关的第二端和所述第二下桥臂开关的第一端连接形成所述三相桥臂的第二交流端，所述第三上桥臂开关的第二端和所述第三下桥臂开关的第一端连接形成所述三相桥臂的第三交流端。
18.可选地，在本实用新型的一个实施例中，所述电机为三相交流电机，所述三相交流电机包括第一线圈、第二线圈和第三线圈；
19.所述第一线圈的第一端与所述三相桥臂的第一交流端连接，所述第二线圈的第一端与所述三相桥臂的第二交流端连接，所述第三线圈的第一端与所述三相桥臂的第三交流端连接；
20.所述第一线圈的第二端分别与所述第二开关的第二端和所述第五开关的第一端连接，所述第二线圈的第二端分别与所述第三线圈的第二端、所述第四开关的第二端和所述第五开关的第二端连接。
21.可选地，在本实用新型的一个实施例中，所述第一上桥臂开关、所述第一下桥臂开关、所述第二上桥臂开关、所述第二下桥臂开关、所述第三上桥臂开关和所述第三下桥臂开关为双极结型晶体管、门极可关断晶闸管、绝缘栅双极型晶体管、集成门极换流晶闸管、金属氧化物半导体场效应晶体管或sic mosfet。
22.可选地，在本实用新型的一个实施例中，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关和所述第五开关为继电器或接触器。
23.根据本实用新型的另一方面，提供了一种电动汽车，包括：控制单元和前述另一方面中所述的电池加热充电装置；其中，
24.所述控制单元分别与所述第一开关的控制端、所述第二开关的控制端、所述第三开关的控制端、所述第四开关的控制端和所述第五开关的控制端连接，用于控制所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关和所述第五开关的通断状态。
25.综上，本实用新型实施例一个或多个实施例中，电池加热充电装置包括：电池、三相逆变器、电机、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和第五开关；其中，电池的正极分别与第一开关的第一端和第二开关的第一端连接，电池的负极分别与第三开关的第一端和第四开关的第一端连接；第一开关的第二端分别与外部供电设备的正极和三相逆变器的第一直流端连接，第三开关的第二端分别与外部供电设备的负极和三相逆变器的第二直流端连接；三相逆变器的交流端与电机的输入端连接，电机的第一输出端分别与第二开关的第二端和第五开关的第一端连接，电机的第二输出端分别与第四开关的第二端和第五开关的第二端连接。因此，电池加热充电装置可以根据第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和
第五开关的通断状态，控制外部供电设备对电池进行加热或对电池进行充电，从而无需增加额外的开关模块和无源器件，可以在减少电动汽车成本和重量的同时实现电池低频加热及保温的能力。
26.本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
27.本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
28.图1为本实用新型实施例所提供的第一种现有实施例的电池加热装置的结构示意图；
29.图2(a)为本实用新型实施例所提供的第二种现有实施例的电池加热装置的结构示意图；
30.图2(b)为本实用新型实施例所提供的第二种现有实施例的电池加热装置的结构示意图；
31.图3为本实用新型实施例所提供的第一种电池加热充电装置的结构示意图；
32.图4为本实用新型实施例所提供的第二种电池加热充电装置的结构示意图；
33.图5为本实用新型实施例所提供的电池充电的架构示意图；
34.图6为本实用新型实施例所提供的电池加热的架构示意图；
35.图7为本实用新型实施例所提供的一种电动汽车的结构示意图。
36.附图标记说明：第一pct电阻-p1、第二pct电阻-p2、第三pct电阻-p3、第一开关-s1、第二开关-s2；第三开关-s3；第四开关-s4；第五开关-s5；电容-c；第一上桥臂开关-q1；第一下桥臂开关-q2；第二上桥臂开关-q3；第二下桥臂开关-q4；第三上桥臂开关-q5；第三下桥臂开关-q6；第一线圈-u；第二线圈-u；第三线圈-w。
具体实施方式
37.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。相反，本实用新型的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
38.随着科学技术的发展，车辆的发展也越来越迅速，随之而来的是人们对车辆的要求也与日俱增。相关技术中，在低温环境中，电动汽车在对电池进行充电之前，电动汽车可以通过额外增加的开关模块和无源器件来对电池进行低频加热及保温。
39.根据一些实施例，图1为本实用新型实施例所提供的第一种现有实施例的电池加热装置的结构示意图。如图1所示，该电池加热装置包括第一正温度系数热敏电阻(positive temperature coefficient，pct)电阻p1、第二pct电阻p2、第三pct电阻p3、电感电容(inductance capacitance，lc)振荡电路以及四个金氧半场效晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,mosfet)。此时，该电池加热装置可以基于pct
电阻和lc振荡电路对电池进行低频加热及保温。
40.在一些实施例中，图2为本实用新型实施例所提供的第二种现有实施例的电池加热装置的结构示意图。如图2所示，通过额外增加开关模块，可以实现电池的自加热功能。
41.易于理解的是，通过额外增加的开关模块和无源器件来达到电池低频加热及保温的能力会增加电动汽车的成本和重量。
42.下面结合具体的实施例对本实用新型进行详细说明。
43.图3为本实用新型实施例所提供的第一种电池加热充电装置的结构示意图。
44.如图3所示，该电池加热充电装置，包括：电池、三相逆变器、电机、第一开关s1、第二开关s2、第三开关s3、第四开关s4和第五开关s5；其中，
45.电池的正极分别与第一开关s1的第一端和第二开关s2的第一端连接，电池的负极分别与第三开关s3的第一端和第四开关s4的第一端连接；
46.第一开关s1的第二端分别与外部供电设备的正极和三相逆变器的第一直流端连接，第三开关s3的第二端分别与外部供电设备的负极和三相逆变器的第二直流端连接；
47.三相逆变器的交流端与电机的输入端连接，电机的第一输出端分别与第二开关s2的第二端和第五开关s5的第一端连接，电机的第二输出端分别与第四开关s4的第二端和第五开关s5的第二端连接；
48.其中，电池加热充电装置用于根据第一开关s1、第二开关s2、第三开关s3、第四开关s4和第五开关s5的通断状态，控制外部供电设备对电池进行加热或对电池进行充电。
49.根据一些实施例，电池指的是电动汽车内部设置的用于提供动力能源的电池。该电池并不特指某一固定电池。例如，当电动汽车发生变化时，该电池可以发生变化。当电池的容量发生变化时，该电池也可以发生变化。该电池例如可以为动力电池。
50.在一些实施例中，三相逆变器指的是将输入的直流电能转变成三相交流电能的装置。该三相逆变器并不特指某一固定装置。例如，当三相逆变器对应的电路发生变化时，该三相逆变器可以发生变化。当电动汽车发生变化时，该三相逆变器可以发生变化。
51.根据一些实施例，电机指的是依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。该电机的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。
52.在一些实施例中，外部供电设备指的是电池加热充电装置对电池进行充电或对电池进行加热时连接的供电装置。该外部供电设备并不特指某一固定装置。例如，该外部供电设备可以为充电桩。该外部供电设备也可以为直流桩。
53.综上，本实用新型实施例提供的电池加热充电装置，通过设置第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和第五开关，电池加热充电装置可以根据第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和第五开关的通断状态，控制外部供电设备对电池进行加热或对电池进行充电，从而无需增加额外的开关模块和无源器件，可以在减少电动汽车成本和重量的同时实现电池低频加热及保温的能力。
54.可选地，在本实用新型的一个实施例中，图4为本实用新型实施例所提供的第二种电池加热充电装置的结构示意图。如图4所示，三相逆变器包括三相桥臂和电容c；其中，
55.电容c的第一端与三相桥臂的第一直流端连接，电容c的第二端与三相桥臂的第二直流端连接；
56.电容c的第一端为三相逆变器的第一直流端，电容c的第二端为三相逆变器的第二
直流端，三相桥臂的交流端为三相逆变器的交流端。
57.根据一些实施例，如图4所示，三相桥臂包括：第一上桥臂开关q1、第一下桥臂开关q2、第二上桥臂开关q3、第二下桥臂开关q4、第三上桥臂开关q5和第三下桥臂开关q6；其中，
58.第一上桥臂开关q1的第一端、第二上桥臂开关q3的第一端和第三上桥臂开关q5的第一端连接形成三相桥臂的第一直流端，第一下桥臂开关q2的第二端、第二下桥臂开关q4的第二端和第三下桥臂开关q6的第二端连接形成三相桥臂的第二直流端；
59.第一上桥臂开关q1的第二端和第一下桥臂开关q2的第一端连接形成三相桥臂的第一交流端，第二上桥臂开关q3的第二端和第二下桥臂开关q4的第一端连接形成三相桥臂的第二交流端，第三上桥臂开关q5的第二端和第三下桥臂开关q6的第一端连接形成三相桥臂的第三交流端。
60.在一些实施例中，桥臂开关，例如第一上桥臂开关q1、第一下桥臂开关q2、第二上桥臂开关q3、第二下桥臂开关q4、第三上桥臂开关q5和第三下桥臂开关q6，并不特指某一固定开关。该桥臂开关包括但不限于双极结型晶体管(bipolar junction transistor，bjt)、门极可关断晶闸管(gate turn-off thyristor，gto)、绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，igbt)、集成门极换流晶闸管(integrated gate commuted transistor，igct)、mosfet、sic mosfet等。
61.例如，当桥臂开关为mosfet时，mosfet的漏极为桥臂开关的第一端，mosfet的源极为桥臂开关的第二端，mosfet的栅极为桥臂开关的控制端。
62.易于理解的是，通过设置多种桥臂开关的类型以供选择，可以根据应用场景选择对应的桥臂开关，可以提高三相逆变器结构设置的灵活性。
63.可选地，在本实用新型的一个实施例中，如图4所示，电机为三相交流电机，三相交流电机包括第一线圈u、第二线圈v和第三线圈w；
64.第一线圈u的第一端与三相桥臂的第一交流端连接，第二线圈v的第一端与三相桥臂的第二交流端连接，第三线圈w的第一端与三相桥臂的第三交流端连接；
65.第一线圈u的第二端分别与第二开关s2的第二端和第五开关s5的第一端连接，第二线圈v的第二端分别与第三线圈w的第二端、第四开关s4的第二端和第五开关s5的第二端连接。
66.根据一些实施例，第一线圈u的第二端为电机的第一输出端，第二线圈v的第二端和第三线圈w的第二端连接形成电机的第二输出端。
67.易于理解的是，通过设置电机的输出端与第五开关连接、第二开关和第四开关连接，可以在电池处于加热状态时，使电池与电机线圈串联连接，从而可以令三相逆变器和三相交流电机根据外部供电设备提供的电能对动力电池进行电加热，可以在减少电动汽车成本和重量的同时实现电池低频加热能力。
68.可选地，在本实用新型的一个实施例中，当电池处于加热状态时，第一开关s1断开，第二开关s2闭合，第三开关s3断开，第四开关s4闭合、第五开关s5断开。
69.当电池处于充电状态时，第一开关s1闭合，第二开关s2断开，第三开关s3闭合，第四开关s4断开、第五开关s5闭合。
70.根据一些实施例，图5为本实用新型实施例所提供的电池充电的架构示意图。如图5所示，电机为三相交流电机，电池为动力电池。当电池处于充电状态时，动力电池与三相逆
变器连接，三相逆变器与三相交流电机连接。此时，外部供电设备与动力电池连接，可以为动力电池进行充电。
71.在一些实施例中，图6为本实用新型实施例所提供的电池加热的架构示意图。如图6所示，电机为三相交流电机，电池为动力电池。当电池处于加热状态时，三相逆变器与三相交流电机连接，三相交流电机与动力电池连接，并且三相交流电机的电机绕组与动力电池串联连接。此时，三相逆变器和三相交流电机可以根据外部供电设备提供的电能对动力电池进行电加热。
72.易于理解的是，电池加热充电装置根据第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和第五开关的通断状态，控制外部供电设备对电池进行加热或对电池进行充电，可以无需增加额外的开关模块和无源器件，可以在减少电动汽车成本和重量的同时实现电池低频加热及保温的能力。
73.可选地，在本实用新型的一个实施例中，第一开关s1、第二开关s2、第三开关s3、第四开关s4和第五开关s5包括但不限于继电器或接触器等。
74.在一些实施例中，继电器指的是具有隔离功能的自动开关元件。继电器的种类包括但不限于电磁继电器、固态继电器等等。
75.根据一些实施例，当第一开关s1、第二开关s2、第三开关s3、第四开关s4和第五开关s5为继电器时，第一开关s1和第二开关s2可以为同一个继电器，即触电组型继电器。此时，该触电组型继电器的动触点与电池的正极连接，第一静触点分别与外部供电装置的正极和三相逆变器的第一直流端连接，第二静触点分别与电机的第一输出端和第五开关的第一端连接。
76.在一些实施例中，第三开关s3和第四开关s4也可以为同一个继电器，即触电组型继电器。此时，该触电组型继电器的动触点与电池的负极连接，第一静触点分别与外部供电装置的负极和三相逆变器的第二直流端连接，第二静触点分别与电机的第二输出端和第五开关的第二端连接。
77.易于理解的是，设置第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和第五开关为继电器，可以根据继电器种类，根据应用场景选择对应的继电器连接方式，可以提高电池加热充电装置结构的灵活性。
78.综上，本实用新型实施例提供的电池加热充电装置，包括：电池、三相逆变器、电机、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和第五开关；其中，电池的正极分别与第一开关的第一端和第二开关的第一端连接，电池的负极分别与第三开关的第一端和第四开关的第一端连接；第一开关的第二端分别与外部供电设备的正极和三相逆变器的第一直流端连接，第三开关的第二端分别与外部供电设备的负极和三相逆变器的第二直流端连接；三相逆变器的交流端与电机的输入端连接，电机的第一输出端分别与第二开关的第二端和第五开关的第一端连接，电机的第二输出端分别与第四开关的第二端和第五开关的第二端连接；其中，电池加热充电装置用于根据第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和第五开关的通断状态，控制外部供电设备对电池进行加热或对电池进行充电。因此，电池加热充电装置可以根据第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和第五开关的通断状态，控制外部供电设备对电池进行加热或对电池进行充电，从而无需增加额外的开关模块和无源器件，可以在减少电动汽车成本和重量的同时实现电池低频加热及保温的能力。
79.根据本实用新型的实施例，本实用新型还提供了一种电动汽车。
80.图7为本实用新型实施例所提供的一种电动汽车的结构示意图。如图7所示，该电动汽车，包括：控制单元和图3-图6任一所示的电池加热充电装置；其中，
81.控制单元分别与第一开关s1的控制端、第二开关s2的控制端、第三开关s3的控制端、第四开关s4的控制端和第五开关s5的控制端连接，用于控制第一开关s1、第二开关s2、第三开关s3、第四开关s4和第五开关s5的通断状态。
82.根据一些实施例，当电池处于低温环境时，需要先对电池进行电加热，再进行充电。也就是说，当电池处于低温环境时，控制单元控制第一开关s1断开、第二开关s2闭合、第三开关s3断开、第四开关s4闭合、第五开关s5断开，并控制三相逆变器和电机根据外部供电设备提供的电能对电池进行电加热，直至电池温度达到温度阈值。接着，控制单元控制第一开关s1闭合、第二开关s2断开、第三开关s3闭合、第四开关s4断开、第五开关s5闭合，外部供电设备与电池连接，为电池进行充电。
83.在一些实施例中，温度阈值并不特指某一固定阈值。例如，当获取到针对温度阈值的阈值修改指令时，该温度阈值可以发生变化。
84.根据一些实施例，控制单元还分别与三相逆变器中第一上桥臂开关q1的控制端、第一下桥臂开关q2的控制端、第二上桥臂开关q3的控制端、第二下桥臂开关q4的控制端、第三上桥臂开关q5的控制端和第三下桥臂开关q6的控制端连接，通过控制第一上桥臂开关q1、第一下桥臂开关q2、第二上桥臂开关q3、第二下桥臂开关q4、第三上桥臂开关q5和第三下桥臂开关q6的通断状态，控制三相逆变器和电机根据外部供电设备提供的电能对电池进行电加热。
85.具体的，如图4所示，当电机绕组与电池串联时，电流依次经过电机中的第一绕组u、电池、电机中的另外两个绕组(第二绕组v与第三绕组w)形成电流回路。此时，控制器对第一上桥臂开关q1、第一下桥臂开关q2、第二上桥臂开关q3、第二下桥臂开关q4、第三上桥臂开关q5和第三下桥臂开关q6的通断状态进行控制，可以在三相桥臂的桥臂中点(第一交流端、第二交流端和第三交流端)产生带直流偏置的正弦电压。但是，由于第二交流端和第三交流端经过第二绕组v与第三绕组w与电池连接，所以第二交流端和第三交流端经过第二绕组v与第三绕组w后输入至电池的第一电压与第一交流端经过第一绕组u后输入至电池的第二电压之间存在相位差，也就是电压差值。
86.此时，控制单元通过根据三相逆变器控制策略，对第一上桥臂开关q1、第一下桥臂开关q2、第二上桥臂开关q3、第二下桥臂开关q4、第三上桥臂开关q5和第三下桥臂开关q6的通断状态进行控制，从而控制第一电压和第二电压的电压值，可以控制电池加热时需要的电流频率，电流大小。
87.综上，本实用新型实施例提供的电动汽车，包括控制单元和电池加热充电装置；其中，控制单元分别与第一开关的控制端、第二开关的控制端、第三开关的控制端、第四开关的控制端和第五开关的控制端连接，用于控制第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和第五开关的通断状态。因此，通过根据控制单元控制制第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和第五开关的通断状态，可以令电池加热充电装置根据第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和第五开关的通断状态，控制外部供电设备对电池进行加热或对电池进行充电，从而无需增加额外的开关模块和无源器件，可以在减少电动汽车成本和重量的同时实
现电池低频加热及保温的能力。
88.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述可以针对不同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
89.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
90.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。