一种动力电池交流加热电路及电动汽车的制作方法

1.本技术涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种动力电池交流加热电路及电动汽车。


背景技术：

2.电动汽车动力电池在低温环境下性能劣化，影响使用，需要设法加热电池。现有技术一般采用额外的电加热装置对电池进行加热，比如采用热敏陶瓷(ptc)作为发热体加热冷区液，然后再间接加热电池。通过冷区液传输热量间接加热的办法存在如下缺点：传热效率低，相当一部分热量会耗散到环境里面；电池加热不均匀，邻近电池入水口的电池单体加热快，温度高，而远离冷区液的单体加热慢，温度低。因此，电动汽车行业内对动力电池交流加热技术进行了较多的研究。所谓电池交流加热技术，是指用一定的办法让高频交流的大电流流过电池，利用电池内阻发热加热电池。比较普遍的交流加热方法是利用电动汽车驱动电机绕组作为临时储能部件，通过电机绕组反复高频存储、释放电能，从而引起电池反复高频充放电，从而时间交流加热。但是，这种方法存在如下缺点：高频大电流流过电动汽车驱动电机绕组和三相逆变器，导致驱动电机和三相逆变器发热严重，限制了加热电流的大小。加热的时候，高频电流流经高压系统母线，会引起高压直流母线电压显著波动，容易影响其他高压设备的正常工作。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本技术实施例的目的在于提供一种动力电池交流加热电路及电动汽车，能够避免高频电流流经高压系统母线，引起高压系统直流母线电压显著波动，影响其他高压设备的正常工作。
4.第一方面，本技术实施例提供了一种动力电池交流加热电路，包括：
5.三相电机；
6.三相逆变电路，所述三相逆变电路的每相逆变电路的中点分别和所述三相电机的一相连接；
7.第一电池电路和第二电池电路，所述第一电池电路、所述第二电池电路分别和所述三相逆变电路并联；
8.所述第一电池电路由第一储能器件和变压器的第一副边串联而成；
9.所述第二电池电路由第二储能器件和变压器的第二副边串联而成；
10.所述第一副边的第一端和所述第一储能器件连接；
11.所述第二副边的第一端和所述第二储能器件连接；
12.所述第一副边的第一端和所述第二副边的第一端为异名端；
13.所述第一副边的绕制匝数和所述第二副边的绕制匝数相同；
14.所述第一储能器件和/或所述第二储能器件为电池组。
15.在上述实现过程中，第一电池电路和第二电池电路构成电池包，由于所述第一副
边的第一端和所述第一储能器件连接；所述第二副边的第一端和所述第二储能器件连接；所述第一副边的第一端和所述第二副边的第一端为异名端；所述第一副边的绕制匝数和所述第二副边的绕制匝数相同；因此，在进行交流加热的时候，两个副边线圈产生的电压大小相同，方向相反，使得电池包整体对外电压不会被交流电流影响，可以保证交流电流只在两个电池电路之间来回流动，而不会流到直流母线上，可以避免直流母线上的用电设备受到影响；在不考虑交流加热电流，考虑电池直流放电的时候，可以保证相同大小的直流电流从两个电池组支路流过的时候，两个副边产生的励磁刚好相互抵消，不会产生扼流作用，因而不会影响电池对外放电的动态特性。
16.进一步地，所述变压器的原边的第一端和直流母线连接，所述变压器的原边的第二端和所述电机的中性点连接，所述原边的绕制匝数大于所述第一副边的绕制匝数和所述第二副边的绕制匝数。
17.在上述实现过程中，由于原边匝数大于副边匝数，可以在副边加热电流一定的情况下，降低原边电流，从而有效降低加热的时候流过电机绕组和逆变器的电流，避免他们过热。
18.进一步地，所述原边和隔直谐振电容串联，形成串联电路，所述串联电路的第一端和所述直流母线连接，所述串联电路的第二端连接所述三相电机的所述中性点。
19.在上述实现过程中，隔直谐振电容用于隔离直流电压避免变压器偏磁饱和，以及和电机共模电感构成lc谐振电路，通过谐振降低串联电路的阻抗，提高变压器原边的交流电压。串联电路连接在母线和驱动电机中性点之间，可以利用三相逆变器开关引起的中性点共模电压中的交流分量驱动变压器原边。
20.进一步地，所述动力电池交流加热电路包括：电容电路；
21.所述电容电路并联于母线；
22.所述电容电路由第一电容和第二电容串联而成；
23.所述变压器的原边的第二端连接于所述第一电容和所述第二电容的中点。
24.进一步地，所述第一电容和所述第二电容值的容量相同。
25.在上述实现过程中，一方面可以保证上电后隔直电容的初始电压接近加热工况的稳态电压，可以减小交流加热开始之后电路的暂态波动；另一方面可以让流过原边的小幅高频电流同时从正负直流母线流过，从而一定程度上减小对外产生的电磁干扰。
26.进一步地，所述原边和隔直谐振电容、继电器串联，形成串联电路，所述串联电路的第一端和所述直流母线连接，所述串联电路的第二端连接所述三相电机的所述中性点。
27.进一步地，所述第一储能器件或所述第二储能器件为电容。
28.在上述实现过程中，由于加热电流为高频电流，因此容量足够的电容可以实现高频储能，并维持自身电压基本不变，近似一个电池组的效果。
29.进一步地，所述第一储能器件和所述第二储能器件为电池组，所述第一储能器件和所述第二储能器件电气对称。
30.在上述实现过程中，第一储能器件和第二储能器件均为电池组，其中，第一储能电，并且，两个电池组在电气上对称，在进行加热的时候，两个电池组能够被均匀加热，能够延长电池包的使用寿命。
31.第二方面，本技术实施例提供一种电动汽车，包括第一方面所述的动力电池交流
加热电路。
32.本技术公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本技术公开的上述技术即可得知。
33.为使本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
34.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
35.图1为本技术实施例提供的动力电池交流加热电路的结构示意图；
36.图2为本技术实施例提供的动力电池交流加热电路的另一结构示意图；
37.图3为本技术实施例提供的动力电池交流加热电路的另一结构示意图；
38.图4为本技术实施例提供的动力电池交流加热电路的另一结构示意图。
39.附图标记：1-电机；2-三相逆变电路；u1-第一储能器件；u2-第二储能器件；ls1-第一副边；ls2-第二副边；lp-原边；cr-隔直谐振电容；cr1-第一电容；cr2-第二电容；cdc-滤波电容；q1-第一开关模块；q2-第二开关模块：q3-第三开关模；q4-第四开关模块；q5-第五开关模块；q6-第六开关模块；k-继电器。
具体实施方式
40.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行描述。
41.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
42.实施例1
43.参见图1，本技术实施例提供一种动力电池交流加热电路，包括：
44.三相电机1；
45.三相逆变电路2，三相逆变电路2的每相逆变电路的中点分别和三相电机1的一相连接；
46.三相逆变电路2并联于母线，三相逆变电路2中每一相的逆变电路由上开关模块和下开关模块串联而成，其中，每一个开关模块还并联一个二极管。第一相电路包括：第一开关模块q1和第二开关模块q2；第二相电路包括：第三开关模块q3和第四开关模块q4；第三相电路包括：第五开关模块q5和第六开关模块q6。上开关模块和下开关模块可以是绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，igbt)等功率器件。
47.第一电池电路和第二电池电路，第一电池电路、第二电池电路分别和三相逆变电路2并联；
48.第一电池电路由第一储能器件u1和变压器的第一副边ls1串联而成；
49.第二电池电路由第二储能器件u2和变压器的第二副边ls2串联而成；
50.第一副边ls1的第一端和第一储能器件u1连接；
51.第二副边ls2的第一端和第二储能器件u2连接；
52.第一副边ls1的第一端和第二副边ls2的第一端为异名端；
53.第一副边ls1的绕制匝数和第二副边ls2的绕制匝数相同；
54.第一储能器件u1和/或第二储能器件u2为电池组。
55.可以理解的是，三相逆变电路2的第一汇流端连接母线的正极(负极)，三相逆变电路2的第二汇流端连接母线的负极(正极)。
56.在上述实现过程中，由于第一副边ls1的第一端和第一储能器件u1连接；第二副边ls2的第一端和第二储能器件u2连接；第一副边ls1的第一端和第二副边ls2的第一端为异名端；第一副边ls1的绕制匝数和第二副边ls2的绕制匝数相同；因此，在进行交流加热的时候，两个副边线圈产生的电压大小相同，方向相反，使得电池包整体对外电压不会被交流电流影响，可以保证交流电流只在两个电池组之间来回流动，而不会流到直流母线上，可以避免直流母线上的用电设备受到影响；在不考虑交流加热电流，考虑电池直流放电的时候，可以保证相同大小的直流电流从两个电池组支路流过的时候，两个副边产生的励磁刚好相互抵消，不会产生扼流作用，因而不会影响电池对外放电的动态特性。
57.图1中的电路等效于图2中的电路，即电池包内的第一电池电路和第二电池电路和图1中的方案形同，而变压器的原边lp由一个抽象的交流电压源驱动，该电压在显示工作中由店里驱动系统的电机共模电压交流分量提供。
58.参见图2，在一可能的实施方式中，变压器的原边lp的第一端和直流母线连接，变压器的原边lp的第二端和电机的中性点连接，原边lp的绕制匝数大于第一副边ls1的绕制匝数和第二副边ls2的绕制匝数。
59.原边lp可以和母线的正极连接，也可以和母线的负极连接。
60.在上述实现过程中，由于原边lp匝数大于副边匝数，可以在副边加热电流一定的情况下，降低原边lp电流，从而有效降低加热的时候流过电机绕组和逆变器的电流，避免他们过热。
61.参见图3，在一种可能的实施方式中，原边lp和隔直谐振电容cr串联，形成串联电路，串联电路的第一端和直流母线连接，串联电路的第二端连接三相电机1的中性点。
62.在上述实现过程中，隔直谐振电容cr用于隔离直流电压避免变压器偏磁饱和，以及和电机共模电感构成lc谐振电路，降低串联电路的阻抗，提高变压器原边lp的交流电压。串联电路连接在母线和驱动电机中性点之间，可以利用三相逆变器开关引起的中性点共模电压中的交流分量驱动变压器原边lp。
63.参见图4，在一种可能的实施方式中，动力电池交流加热电路包括：电容电路；
64.电容电路并联于母线；
65.电容电路由第一电容cr1和第二电容cr2串联而成；
66.变压器的原边lp的第二端连接于第一电容cr1和第二电容cr2的中点。
67.进一步地，第一电容cr1和第二电容cr2值的容量相同。
68.在上述实现过程中，一方面可以保证上电后隔直电容的初始电压接近加热工况的稳态电压，因为可以减小交流加热开始之后电路的暂态波动；另一方面可以让流过原边lp的小幅高频电流同时从正负直流母线流过，从而一定程度上减小对外产生的电磁干扰。
69.参见图1、图3、图4，在一种可能的实施方式中，原边lp和隔直谐振电容cr继电器k串联，形成串联电路，串联电路的第一端和直流母线连接，串联电路的第二端连接三相电机1的中性点。
70.在上述实现过程中，无需电池加热。此时继电器k断开，整个高压动力系统和常规动力系统一样运作，包括正常充电和正常行驶。需要加热时，继电器k闭合，电驱系统仍然按照常规控制方式(比如空间矢量调制svpwm)控制电机运行，此时电机中心点会有共模电压产生，共模电压的频谱在逆变器开关频率处含有很大的交流谐波分量，该电压分量作用在变压器原边lp电路，并在副边产生交变电压，从而在两个电池组之间产生高频交变电流，加热电池。由于无论车辆静止还是行驶，只要逆变器工作，都可以产生电机共模电压，因此无论车辆静止还是行驶，上述电路都可以为电池进行交流加热。
71.参见图3，在一种可能的实施方式中，第一储能器件u1或第二储能器件u2为电容。
72.在上述实现过程中，由于加热电流为高频电流，因此容量足够的电容可以实现高频储能，并维持自身电压基本不变，近似一个电池组的效果。
73.参见图4，在一种可能的实施方式中，第一储能器件u1和第二储能器件u2为电池组，第一储能器件u1和第二储能器件u2电气对称。
74.在上述实现过程中，第一储能器件u1和第二储能器件u2均为电池组，其中，第一储能电，并且，两个电池组在电气上对称，在进行加热的时候，两个电池组能够被均匀加热，能够延长电池包的使用寿命。
75.在一种可能的实施方式中，由于具有三相逆变电路还包括：滤波电容cdc，滤波电容cdc并联于母线。
76.实施例2
77.本技术实施例提供一种电动汽车，包括实施例1所述的动力电池交流加热电路。
78.以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
79.以上，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
80.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。