JP7684511B2

JP7684511B2 - 動力電池の加熱方法と加熱システム

Info

Publication number: JP7684511B2
Application number: JP2024501899A
Authority: JP
Inventors: 新▲偉▼ ▲陳▼; 志▲敏▼ 但; 成勇 ▲劉▼; ▲偉▼ ▲張▼; ▲ユ▼ ▲顔▼; ▲顕▼ 黄
Original assignee: Contemporary Amperex Technology Hong Kong Ltd
Current assignee: Contemporary Amperex Technology Hong Kong Ltd
Priority date: 2021-10-29
Filing date: 2021-10-29
Publication date: 2025-05-27
Anticipated expiration: 2041-10-29
Also published as: JP2024525756A; CN116368706B; KR20240019333A; EP4274002A4; KR102851091B1; US12431556B2; WO2023070553A1; EP4274002A1; CN116368706A; US20230395899A1

Description

本出願は、電池技術分野に関し、特に動力電池の加熱方法と加熱システムに関する。

エネルギー密度が高く、循環充電が可能で、安全で環境に優しいなどの利点があるため、動力電池は、新エネルギー自動車、コンシューマー電子、エネルギー貯蔵システムなどの分野で広く応用されている。

しかしながら、低温環境で動力電池の使用は、一定の制限を受けることがある。具体的には、動力電池は、低温環境での放電容量が著しく低下し、及び動力電池は、低温環境で充電することができない。そのため、動力電池を正常に使用できることを確保するために、低温環境で動力電池を加熱する必要がある。動力電池をどのように効果的に加熱するかは、早急な解決が待たれる問題となっている。

本出願の実施例は、動力電池を効果的に加熱できる動力電池の加熱方法と加熱システムを提供する。

第１の態様によれば、動力電池の加熱方法を提供し、前記動力電池は、モータのスイッチ回路と繋がり、前記スイッチ回路を介して前記モータに電源を提供するために用いられ、前記スイッチ回路は、前記動力電池と並列接続される複数のブリッジアームを含み、前記方法は、前記動力電池の電池管理システムによって送信された加熱信号を受信することと、前記加熱信号に基づいて、前記複数のブリッジアームのうちの少なくとも１つのブリッジアームを制御して前記動力電池の短絡回路を形成することであって、前記短絡回路は、前記動力電池を放電させ、且つ放電中に前記動力電池を加熱するために用いられる、こととを含む。

この実施例では、動力電池の短絡回路を形成し、この短絡回路を介して動力電池を放電させることによって、動力電池の放電中に動力電池の加熱を実現する。モータのスイッチ回路を利用してこの短絡回路を形成しているため、余分な加熱装置を追加することなく、低コストで動力電池の加熱を完了することができる。

１つの可能な実現形態では、前記方法は、前記動力電池を通過する電流及び／又は前記動力電池の電圧を取得することと、前記動力電池を通過する電流及び／又は前記動力電池の電圧に基づいて、前記短絡回路のオンデューティを決定することと、前記オンデューティに基づいて、前記短絡回路における電流が前記動力電池の許容放電電流を超えないか、及び／又は前記動力電池の電圧が前記動力電池の最小放電電圧を下回らないように、前記短絡回路をオンにするように制御することとをさらに含む。

この実施例では、短絡回路のオンデューティを制御することにより、短絡回路における電流及び／又は電圧を安全な閾値内に制御することによって、加熱中に、動力電池の電流がその許容放電電流を超えることを防止し、及び／又は動力電池の電圧がその最小放電電圧を超えることを防止し、加熱中に動力電池が損傷することを防止し、加熱中の安全性を確保した。

１つの可能な実現形態では、前記短絡回路における電流を取得することは、前記短絡回路に設置された電流センサにより、前記短絡回路における電流を検出すること、及び／又は、前記動力電池の電圧と前記動力電池の内部抵抗に基づいて、前記短絡回路における電流を決定することを含む。

この実施例では、短絡回路における電流を監視するために、この電流をより直感的かつ正確に検出するように電流センサを短絡回路に設置してもよく、又は、動力電池の電圧と動力電池の内部抵抗に基づいて、短絡回路における電流を決定してもよく、それによって短絡回路におけるデバイスを減少してコストと複雑度を低減させ、ここで、動力電池の内部抵抗は、動力電池の現在の温度での内部抵抗であり、それは、内部抵抗と温度との関係曲線から計算することができる。

１つの可能な実現形態では、前記の、前記オンデューティに基づいて、前記短絡回路をオンにするように制御することは、前記オンデューティに基づいて、前記少なくとも１つのブリッジアームをオンにするように制御することを含む。

この実施例では、オンデューティに基づいて、モータのスイッチ回路における各ブリッジアームのオンを制御してもよく、それによって短絡回路を形成し、且つ他の余分なデバイスを追加することなく、余分なコストの発生を回避する。

１つの可能な実現形態では、前記動力電池と前記少なくとも１つのブリッジアームとの間には、第２のスイッチが設置されており、前記の、前記オンデューティに基づいて、前記短絡回路をオンにするように制御することは、前記オンデューティに基づいて、前記第２のスイッチをオンにするように制御することを含む。

この実施例では、オンデューティに基づいて、余分な第２のスイッチオンを制御してもよく、それによって短絡回路を形成し、制御プロセスの複雑性を低減させた。

１つの可能な実現形態では、前記方法は、前記動力電池の内部抵抗を取得することと、前記動力電池の内部抵抗に基づいて、前記短絡回路のオン周波数を決定することであって、前記動力電池の内部抵抗が小さいほど、前記オン周波数が高くなる、ことと、前記オン周波数に基づいて、前記短絡回路をオンにするように制御することとをさらに含む。

この実施例では、動力電池の内部抵抗が小さいほど、短絡回路における電流の増加が速くなるため、この電流の増加を制御するためにより高いオン周波数が必要であり、それによって加熱中の安全性を確保し、加熱中に動力電池が損傷することを防止した。

１つの可能な実現形態では、前記動力電池には、直列接続された容量と第１のスイッチとを含む容量分岐路がさらに並列接続されており、前記方法は、前記短絡回路をオンにするように制御する前に、前記第１のスイッチをオフにするように制御することをさらに含む。

この実施例では、動力電池と並列接続された定電圧容量の位置する分岐路に第１のスイッチを設置し、且つ加熱中に第１のスイッチをオフにするように制御することにより、動力電池の定電圧容量による動力電池の加熱過程への影響を防止し、加熱効率を向上させることができる。

１つの可能な実現形態では、前記少なくとも１つのブリッジアームのうちの各ブリッジアームは、直列接続された第１のスイッチデバイスと第２のスイッチデバイスとを含み、前記少なくとも１つのブリッジアームのうちの各ブリッジアームの第１のスイッチデバイスと第２のスイッチデバイスとの間の接続点は、前記モータの少なくとも１つの巻線と一対一に繋がる。

１つの可能な実現形態では、前記方法は、前記電池管理システムによって送信された加熱停止信号を受信することと、前記加熱停止信号に基づいて、前記動力電池の加熱を停止するように、前記短絡回路をオフにするように制御することとをさらに含む。

１つの可能な実現形態では、前記動力電池は、固体電池であり、及び／又は、前記動力電池の内部抵抗は、予め設定される値よりも大きい。

この実施例では、動力電池の内部抵抗が小さいほど、短絡回路における電流の増加が速くなるため、この電流の増加を制御するためにより高いオン周波数が必要であり、これは、スイッチデバイスに対して非常に高い要求を求め、そのため、短絡回路を利用して動力電池を加熱する方式は、固体電池又は内部抵抗の大きい動力電池により適用することによって、スイッチデバイスへの要求を低減させる。

第２の態様によれば、動力電池の加熱システムを提供し、この加熱システムは、動力電池と、前記動力電池とモータとの間に設置され、前記動力電池が前記モータに電源を提供するためのスイッチ回路であって、前記スイッチ回路は、前記動力電池と並列接続される複数のブリッジアームを含む、スイッチ回路と、前記動力電池の電池管理システムによって送信された加熱信号を受信し、且つ前記加熱信号に基づいて、前記複数のブリッジアームのうちの少なくとも１つのブリッジアームを制御して前記動力電池の短絡回路を形成するための制御回路であって、前記短絡回路は、前記動力電池を放電させ、且つ放電中に前記動力電池を加熱するために用いられる、制御回路とを含む。

１つの可能な実現形態では、前記制御回路は、さらに、前記動力電池を通過する電流及び／又は前記動力電池の電圧を取得することと、前記動力電池を通過する電流及び／又は前記動力電池の電圧に基づいて、前記短絡回路のオンデューティを決定することと、前記オンデューティに基づいて、前記短絡回路における電流が前記動力電池の許容放電電流を超えないか、及び／又は前記動力電池の電圧が前記動力電池の最小放電電圧を下回らないように、前記短絡回路をオンにするように制御することとに用いられる。

１つの可能な実現形態では、前記制御回路は、具体的に、前記短絡回路に設置された電流センサにより、前記短絡回路における電流を検出すること、及び／又は、前記動力電池の電圧と前記動力電池の内部抵抗に基づいて、前記短絡回路における電流を決定することに用いられる。

１つの可能な実現形態では、前記制御回路は、具体的に、前記オンデューティに基づいて、前記少なくとも１つのブリッジアームをオンにするように制御するために用いられる。

１つの可能な実現形態では、前記動力電池と前記少なくとも１つのブリッジアームとの間には、第２のスイッチが設置されており、前記制御回路は、具体的に、前記オンデューティに基づいて、前記第２のスイッチをオンにするように制御するために用いられる。

１つの可能な実現形態では、前記制御回路は、さらに、前記動力電池の内部抵抗を取得することと、
前記動力電池の内部抵抗に基づいて、前記短絡回路のオン周波数を決定することであって、前記動力電池の内部抵抗が小さいほど、前記オン周波数が高くなる、ことと、前記オン周波数に基づいて、前記短絡回路をオンにするように制御することとに用いられる。

１つの可能な実現形態では、前記スイッチ回路は、動力電池と並列接続された容量分岐路をさらに含み、前記容量分岐路は、直列接続された容量と第１のスイッチとを含み、前記制御回路は、さらに、前記短絡回路をオンにするように制御する前に、前記第１のスイッチをオフにするように制御するために用いられる。

１つの可能な実現形態では、前記制御回路は、さらに、前記電池管理システムによって送信された加熱停止信号を受信することと、前記加熱停止信号に基づいて、前記動力電池の加熱を停止するように、前記短絡回路をオフにするように制御することとに用いられる。

上記技術案に基づいて、モータのスイッチ回路を利用して動力電池の短絡回路を形成することにより、この短絡回路を介して動力電池を放電させ、それによって、動力電池の放電中に動力電池の加熱を実現する。余分な加熱装置を追加する必要がないため、低コストで動力電池の加熱を完了することができる。

本出願の実施例の技術案をより明瞭に説明するために、以下は、本出願の実施例に使用される必要のある図面を簡単に紹介し、自明なことに、以下に記述された図面は、ただ本出願のいくつかの実施例に過ぎず、当業者にとって、創造的な労力を払わない前提で、図面に基づいて他の図面を得ることもできる。

本出願の一実施例に開示された電池加熱システムの概略ブロック図である。図１に示す電池加熱システムの回路構造の概略図である。本出願の一実施例に開示された電池加熱方法の概略フローチャートである。短絡回路のオンデューティの概略図である。図３に示す方法で形成される短絡回路の概略図である。図３に示す方法で形成される短絡回路の概略図である。図３に示す方法で形成される短絡回路の概略図である。図３に示す方法で形成される短絡回路の概略図である。図１に示す電池加熱システムの回路構造の概略図である。図１に示す電池加熱システムの回路構造の概略図である。本出願の一実施例に開示されたスイッチ回路における容量分岐路の概略図である。図１に示す電池加熱システムの別の回路構造の概略図である。図３に示す方法に基づく可能な具体的な実現形態のフローチャートである。

以下では、図面と実施例を結び付けながら、本出願の実施の形態をさらに詳細に記述する。以下では、実施例の詳細な記述と図面は、例示的に本出願の原理を説明するためのものであるが、本出願の範囲を制限するためのものではなく、即ち本出願は、記述された実施例に限らない。

本出願の記述において、説明すべきこととして、特に断りのない限り、「複数の」の意味は、２つ以上であり、用語である「上」、「下」、「左」、「右」、「内」、「外」などにより指示される方位又は位置関係は、本出願の記述の便宜上及び記述の簡略化のためのものに過ぎず、言及された装置又は素子が特定の方位を有し、特定の方位で構成して操作しなければならないことを指示又は暗示するものではないため、本出願に対する制限と理解されるべきではない。なお、用語である「第１」、「第２」、「第３」などは、記述の目的のみで用いられるものであり、相対的な重要性を指示又は暗示すると理解すべきではない。「垂直」は、厳密な垂直ではなく、誤差許容範囲内である。「平行」は、厳密な平行ではなく、誤差許容範囲内である。

下記の記述に出現された方位語は、いずれも図に示す方向であり、本出願の具体的な構造を限定するものではない。本出願の記述において、さらに説明すべきこととして、特に明確に規定、限定されていない限り、用語である「取り付け」、「繋がり」、「接続」は、広義に理解されるべきであり、例えば固定的な接続であってもよく、取り外し可能な接続、又は一体的な接続であってもよく、直接的な繋がりであってもよく、中間媒体による間接的な繋がりであってもよい。当業者にとって、具体的な状況に応じて上記用語の本出願における具体的な意味を理解することができる。

時代の発展に伴い、新エネルギー自動車は、その環境保護性、低騒音、低使用コストなどの利点により、巨大な市場の将来性を持ち且つ省エネと汚染物質の排出削減を効果的に促進することができ、社会の発展と進歩に有利である。

動力電池の電気化学的特性により、低温環境で、動力電池の充放電能力が大幅に制限され、顧客の冬の車利用体験に深刻な影響を与える。そのため、動力電池を正常に使用できるように、低温環境で動力電池を加熱する必要がある。

そのため、本出願は、動力電池の短絡回路を形成して動力電池の内部抵抗を発熱させることによって、動力電池を急速に昇温させる加熱方案を提案する。モータのスイッチ回路を利用してこの短絡回路を形成するため、余分な加熱装置を追加することなく、低コストで動力電池の加熱を完了することができる。

本出願の実施例における動力電池は、リチウムイオン電池、リチウム金属電池、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウム硫黄電池、リチウム空気電池又はナトリウムイオン電池などであってもよく、ここで限定しない。規模から見ると、本出願の実施例における動力電池は、セル単体であってもよく、電池モジュール又は電池パックであってもよく、ここで限定しない。応用シナリオから見ると、この動力電池は、自動車、汽船などの動力装置内に応用されてもよい。例えば、電気自動車の動力源として自動車のモータに給電するために、自動車に用いられてもよい。この動力電池はさらに、電気自動車における他の電力消費デバイスに給電し、例えば車内空調、車載プレーヤーなどに給電してもよい。

記述を容易にするために、以下では、動力電池を新エネルギー自動車（即ち自動車、又は電気自動車と呼ばれる）に用いることを例に、本出願の方案を説明する。

図１は、本出願の実施例の電池加熱システム１００の概略図である。図１に示すように、電池加熱システム１００は、動力電池１１０と、スイッチ回路１２０と、制御回路１３０とを含む。制御回路１３０は、スイッチ回路１２０と接続され、スイッチ回路１２０の接続状態を制御することができる。そして、制御回路１３０は、動力電池１１０との間で情報インタラクションを行い、具体的には、動力電池１１０の電池管理システム（ＢａｔｔｅｒｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ、ＢＭＳ）との間で情報インタラクションを行うことができる。ここで、スイッチ回路１２０は、モータ１４０のスイッチ回路であり、又はモータ１４０のインバータである。スイッチ回路１２０は、動力電池１１０とモータ１４０との間に設置され、例えば図１に示すように、スイッチ回路１２０は、動力電池１１０とモータ１４０との間に接続され、動力電池１１０は、スイッチ回路１２０を介してモータ１４０に電源を提供して、車両の走行を駆動する。

スイッチ回路１２０は、動力電池１１０と並列接続された複数のブリッジアームを含んでもよい。例えば、図２に示すように、スイッチ回路１２０は、ブリッジアーム１２１と、ブリッジアーム１２２と、ブリッジアーム１２３とを含み、ブリッジアーム１２１と、ブリッジアーム１２２と、ブリッジアーム１２３とは、いずれも動力電池１１０と並列接続される。

一実施形態では、短絡回路を形成するための少なくとも１つのブリッジアームにおいて、各ブリッジアームは、直列接続された第１のスイッチデバイスと第２のスイッチデバイスとを含み、且つ少なくとも１つのブリッジアームのうちの各ブリッジアームの第１のスイッチデバイスと第２のスイッチデバイスとの間の接続点は、モータ１４０の少なくとも１つの巻線と一対一に繋がる。

スイッチ回路１２０におけるブリッジアームの数は、モータ１４０の巻線の数と同じであってもよい。モータ１４０が３つの巻線を含むとすると、このスイッチ回路１２０は、３つのブリッジアーム、即ちブリッジアーム１２１と、ブリッジアーム１２２と、ブリッジアーム１２３とを含む。ここで、３つのブリッジアームのうちの各ブリッジアームは、上ブリッジアームと下ブリッジアームとを含み、上ブリッジアームと下ブリッジアームには、それぞれＩＧＢＴスイッチが設置されている。

図２に示すように、モータ１４０は、具体的にブリッジアーム１２１と繋がる巻線Ｌ１と、ブリッジアーム１２２と繋がる巻線Ｌ２と、ブリッジアーム１２３と繋がる巻線Ｌ３とを含んでもよい。ここで、巻線Ｌ１の一端は、ブリッジアーム１２１の上ブリッジアーム１２１１と下ブリッジアーム１２１２との間の接続点と繋がり、巻線Ｌ２の一端は、ブリッジアーム１２２の上ブリッジアーム１２２１と下ブリッジアーム１２２２との間の接続点と繋がり、巻線Ｌ３の一端は、ブリッジアーム１２３の上ブリッジアーム１２３１と下ブリッジアーム１２３２との間の接続点と繋がる。巻線Ｌ１の他端と、巻線Ｌ２の他端と、巻線Ｌ３の他端とは繋がる。

なお、モータ１４０は、３つの巻線を含むが、それらに限らず、６つの巻線などをさらに含んでもよく、これに対応して、スイッチ回路１２０は、６つのブリッジアームを含んでもよい。

スイッチ回路１２０における各ブリッジアームは、様々なタイプのスイッチによって実現されてもよい。例として、各ブリッジアームは、絶縁ゲートバイポーラ型パワー管（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ、ＩＧＢＴ）スイッチ、例えば後続の図５から図１０に基づいて実現される。

一実施形態では、制御回路１３０は、図３に示す方法２００を実行するために用いられる。図３に示すように、方法２００は、以下のステップにおける一部又はすべてを含む。

ステップ２１０：動力電池１１０のＢＭＳによって送信された加熱信号を受信し、
ステップ２２０：この加熱信号に基づいて、複数のブリッジアームのうちの少なくとも１つのブリッジアームを制御して動力電池１１０の短絡回路を形成し、この短絡回路は、動力電池１１０を放電させ、且つ放電中に動力電池１１０を加熱するために用いられる。

これで分かるように、動力電池１１０の短絡回路を形成し、この短絡回路を介して動力電池１１０を放電させることにより、動力電池１１０の放電中に動力電池１１０の加熱を実現することができる。モータ１４０のスイッチ回路１２０を利用してこの短絡回路を形成しているため、余分な加熱装置を追加することなく、低コストで動力電池１１０の加熱を完了することができる。

ＢＭＳは、動力電池１１０の状態パラメータ、例えばＳＯＣ、電圧Ｕ、温度Ｔなどの情報に基づいて、制御回路１３０に加熱信号を送信するかどうかを決定することができる。制御回路１３０は、モータ１４０の運転を制御して車両などを駆動するために用いられるとともに、動力電池１１０の加熱プロセスを制御するためのモータ１４０のコントローラであってもよく、又は、制御回路１３０は、動力電池１１０の加熱プロセスを制御するためにモータ１４０のコントローラと相対的に独立して設置される制御回路であってもよい。

動力電池１１０の短絡回路は、動力電池１１０の放電回路を指す。この時、動力電池１１０の正負極の間が短絡される。動力電池１１０は、放電回路によって、その内部抵抗を発熱させることによって、その自体を加熱する。

一実施形態では、方法２００は、以下のステップにおける一部又はすべてを含んでもよい。

ステップ２３０：動力電池１１０を通過する電流Ｉ及び／又は動力電池１１０の電圧Ｕを取得し、
ステップ２４０：動力電池１１０を通過する電流Ｉ及び／又は動力電池１１０の電圧Ｕに基づいて、短絡回路のオンデューティを決定し、
ステップ２５０：このオンデューティに基づいて、この短絡回路における電流Ｉが動力電池１１０の許容放電電流Ｉ_Ａを超えないか、及び／又は動力電池１１０の電圧Ｕが前記動力電池の最小放電電圧Ｕ_Ａを下回らないように、この短絡回路をオンにするように制御する。

制御回路１３０がステップ２３０からステップ２５０を実行する時、短絡回路が一定のオンデューティでオンされて、短絡回路における電流Ｉと電圧Ｕを安全な閾値内に制御することによって、加熱中に、動力電池１１０がその許容放電電流を超えることを防止し、及び／又は動力電池１１０の電圧がその最小放電電圧を超えることを防止し、動力電池１１０が加熱中に損傷することを防止し、加熱中の安全性を確保した。

具体的には、動力電池１１０の短絡回路を形成する時、短絡回路における電流Ｉ、即ち動力電池の放電電流Ｉは、急速に増大し、動力電池１１０の許容放電電流Ｉ_Ａを超えると、動力電池１１０が破損することによって、安全上の問題が発生する可能性がある。そのため、短絡回路における電流Ｉが動力電池１１０の許容放電電流Ｉ_Ａを超えないように制御する必要がある。一定のデューティで短絡回路をオンにするように制御する時、短絡回路における電流Ｉが許容放電電流Ｉ_Ａに達する前に短絡回路をオフにし、例えば電流Ｉが第１の閾値を超えた時に短絡回路をオフにするとともに、電流Ｉがある程度低下した時にこの短絡回路を再びオンにすることによって、動力電池１１０が所定の温度に加熱されるまで、電池加熱中の電流Ｉが常に動力電池１１０の許容放電電流Ｉ_Ａを超えないように制御することができる。

この第１の閾値は、例えば動力電池１１０の許容放電電流Ｉ_Ａ以下であり、以下では、この第１の閾値が許容放電電流Ｉ_Ａに等しいことを例に説明する。

例えば図４に示すように、１つの加熱周期Ｔにおいて、Ｔ１時間帯に、動力電池１１０を加熱するために、短絡回路をオンにする必要があり、Ｔ２時間帯に、短絡回路における電流Ｉが動力電池１１０の許容放電電流Ｉ_Ａを超えることを防止するように、短絡回路をオフにする必要がある。ここで、デューティＤ＝Ｔ１／Ｔ２である。選択的に、デューティＤは、動力電池１１０の許容放電電流Ｉ_Ａ、動力電池１１０の電圧Ｕ、動力電池１１０の内部抵抗Ｒなどに基づいて決定されてもよい。例えば、初期のデューティＤ_ｍａｘは、Ｄ_ｍａｘ＝Ｉ_Ａ／（Ｕ／Ｒ）に設定されてもよい。デューティＤ_ｍａｘは、一定の値であり、即ち加熱中に変わらないように維持されてもよく、リアルタイムで調整してもよい。

動力電池１１０の許容放電電流Ｉ_Ａは、動力電池の特性に関連し、動力電池１１０の許容放電電流Ｉ_Ａが比較的大きい場合、初期のデューティＤ_ｍａｘは、比較的大きく設定されてもよく、逆に、動力電池１１０の許容放電電流Ｉ_Ａが比較的小さい場合、初期のデューティＤ_ｍａｘは、比較的小さく設定されてもよい。

動力電池１１０を加熱する過程において、動力電池１１０が放電しているため、動力電池１１０の電圧Ｕは、変化し、一般的には、電圧Ｕは、動力電池１１０の最小放電電圧Ｕ_Ａよりも小さくなってはならない。そのため、電圧Ｕが動力電池１１０の最小放電電圧Ｕ_Ａよりも低くなりそうな時、例えば電圧が第２の閾値よりも小さい時、デューティＤを適切に減少して、電流Ｉの実効値を減少してもよく、それによって電圧Ｕを最小放電電圧Ｕ_Ａよりも高くように安定させる。

この第２の閾値は、例えば動力電池１１０の最小放電電圧Ｕ_Ａ以上であり、以下では、この第２の閾値が最小放電電圧Ｕ_Ａに等しいことを例に説明する。

一実施形態では、制御回路１３０によって実行されるステップ２３０は、短絡回路に設置された電流センサによって、短絡回路における電流Ｉを検出すること、及び／又は、動力電池１１０の電圧Ｕと動力電池１１０の内部抵抗Ｒに基づいて、短絡回路における電流Ｉを決定することをさらに含んでもよい。

短絡回路における電流を監視するために、より直感的かつ正確的にこの電流Ｉを検出するように短絡回路に電流センサを設置してもよい。例えば、電池とスイッチ回路１２０との間に１つの電流センサを直列接続してもよい。

又は、動力電池１１０の電圧Ｕと動力電池の内部抵抗Ｒに基づいて、短絡回路における電流をＩ決定してもよく、それによって短絡回路におけるデバイスを減少して、コストと複雑度を低減させる。制御回路１３０は、例えば動力電池１１０のＢＭＳから動力電池１１０の電圧Ｕ、内部抵抗Ｒ、温度Ｔなどの情報を取得してもよい。

ここで、動力電池１１０の内部抵抗Ｒは、動力電池１１０の現在の温度Ｔでの内部抵抗Ｒであり、内部抵抗Ｒは、内部抵抗Ｒと温度Ｔとの関係曲線から決定されることができる。加熱中に、動力電池１１０の温度が変化すると、動力電池１１０の内部抵抗Ｒがそれに応じて変化する。一般的には、動力電池１１０の温度Ｔの上昇に伴い、動力電池１１０の内部抵抗Ｒが減少して、電流Ｉが増加し、温度Ｔと内部抵抗Ｒとの間に一定の関係曲線が存在する。温度センサによって動力電池１１０の温度Ｔを検出することができ、温度Ｔと内部抵抗Ｒとの間の規則に基づいて、現在の温度Ｔに対応する内部抵抗Ｒを決定することができ、そしてＩ＝Ｕ／Ｒに基づいて現在の短絡回路における電流Ｉを得られる。

一実施形態では、制御回路１３０によって実行されるステップ２５０は、オンデューティに基づいて、スイッチ回路１２０のうちの少なくとも１つのブリッジアームをオンにするように制御することをさらに含んでもよい。

例を挙げると、図５に示すように、制御回路１３０は、スイッチ回路１２０におけるブリッジアーム１２１をオンにするように制御し、即ち、ブリッジアーム１２１上のスイッチＶ１１とスイッチＶ１２とを閉じるように制御することができ、それによって動力電池１１０と、スイッチＶ１１と、スイッチＶ１２とを含む短絡回路を形成する。

また例えば、図６に示すように、制御回路１３０は、スイッチ回路１２０におけるブリッジアーム１２２をオンにするように制御し、即ち、ブリッジアーム１２２上のスイッチＶ２１とスイッチＶ２２とを閉じるように制御することができ、それによって動力電池１１０と、スイッチＶ２１と、スイッチＶ２２とを含む短絡回路を形成する。

また例えば、図７に示すように、制御回路１３０は、スイッチ回路１２０におけるブリッジアーム１２３をオンにするように制御し、即ち、ブリッジアーム１２３上のスイッチＶ３１とスイッチＶ３２とを閉じるように制御することができ、それによって動力電池１１０と、スイッチＶ３１と、スイッチＶ３２とを含む短絡回路を形成する。

また例えば、図８に示すように、制御回路１３０は、スイッチ回路１２０におけるブリッジアーム１２１と、ブリッジアーム１２２と、ブリッジアーム１２３とを同時にオンにするように制御し、即ち、スイッチＶ１１と、スイッチＶ１２と、スイッチＶ２１と、スイッチＶ２２と、スイッチＶ３１と、スイッチＶ３２とを閉じるように制御することができ、それによって３つの短絡回路を形成し、それぞれ動力電池１１０と、スイッチＶ１１と、スイッチＶ１２とからなる短絡回路、動力電池１１０と、スイッチＶ２１と、スイッチＶ２２とからなる短絡回路、及び動力電池１１０と、スイッチＶ３１と、スイッチＶ３２とからなる短絡回路である。

一実施形態では、短絡回路がモータ１４０の一部のブリッジアームを含むかそれともすべてのブリッジアームを含むか、及び短絡回路に含まれるブリッジアームの数について、動力電池１１０の加熱需要に応じて決定され、例えば増加する必要のある温度、加熱の速度などの需要に応じて決定されてもよい。例えば、現在の動力電池１１０の温度がそれほど低くなく、正常に運転するためにわずかに昇温する必要がある場合、動力電池１１０が加熱のために出力する電力量を減少するために、一部のブリッジアームのみを制御して短絡回路を形成してもよく、現在の電池の温度が非常に低い場合、動力電池１１０をできるだけ早く昇温させるために、すべてのブリッジアームを制御して短絡回路を形成し、加熱効率を向上させる必要がある。

これで分かるように、スイッチ回路１２０における各ブリッジアームのオンオフを制御することにより、短絡回路のオンオフをより容易に実現し、他の余分なデバイスを追加することなく、余分なコストの発生を回避することができる。

別の実現形態では、動力電池１１０とスイッチ回路１２０のうちの少なくとも１つのブリッジアームとの間には、第２のスイッチ１２５が設置されており、この時、制御回路１３０によって実行されるステップ２５０は、オンデューティに基づいて、第２のスイッチ１２５をオンにするように制御することをさらに含んでもよい。第２のスイッチ１２５は、例えば、動力電池１１０の正極の一端又は負極の一端に接続された、完成車システムにおけるメイン正スイッチ又はメイン負スイッチであってもよい。

例えば、図９に示すように、第２のスイッチ１２５は、完成車システムにおけるメイン正スイッチ又はメイン負スイッチであり、それは、動力電池１１０とスイッチ回路１２０との間に位置し、動力電池１１０を加熱するために３つの短絡回路を形成する必要があるとすると、制御回路１３０は、第２のスイッチ１２５のみを閉じるように制御すればよく、同様に、３つの短絡回路をオフにする必要がある場合、制御回路１３０は、第２のスイッチ１２５のみをオフにするように制御すればよい。そのため、各ブリッジアームにおけるスイッチＶ１１と、スイッチＶ１２と、スイッチＶ２１と、スイッチＶ２２と、スイッチＶ３１と、スイッチＶ３２を同時に開閉操作する必要がない。余分な第２のスイッチ１２５を追加するが、制御回路１３０は、第２のスイッチ１２５のオンオフを制御することだけで、スイッチ回路１２０における各ブリッジアームを制御することなく短絡回路のオンオフを実現することができ、制御回路１３０の複雑性を低減させた。

一実施形態では、制御回路１３０によって実行される上記方法２００は、動力電池１１０の内部抵抗Ｒを取得することと、動力電池１１０の内部抵抗Ｒに基づいて、短絡回路のオン周波数ｆを決定することと、オン周波数ｆに基づいて、短絡回路をオンにするように制御することとをさらに含んでもよい。

ここで、動力電池１１０の内部抵抗Ｒが小さいほど、オン周波数ｆが高くなる。図４に示すように、ｆ＝１／Ｔである。

低周波では、動力電池１１０の電流Ｉと動力電池１１０の電圧Ｕとの間の関係は、
とする。

高周波では、動力電池１１０の電流Ｉと動力電池１１０の電圧Ｕとの間の関係は、
とし、
ここで、Ｄは、デューティであり、ｆは、短絡回路のオン周波数である。

Ｉ＝０の場合、上の式は、
に解くことができる。

ｆが大きくなり、変数ｔが０に近づくと、上の式は、
と等価であり得、
ここで、Ｌは、スイッチの寄生容量を表す。

このように、１つの加熱周期内に、電流Ｉの実効値は、
程度になり得、
ここで、２ｆＬ／Ｄ^２は、高周波加熱時の等価外部抵抗、即ち動力電池１１０の高周波加熱時のモデルの境界条件と定義されてもよい。

周波数ｆを大きくすることにより、短絡回路における電流Ｉを減少させることができることが分かる。

一実施形態では、図１０に示すように、動力電池１１０には、容量分岐路１２６がさらに並列接続されており、容量分岐路１２６は、直列接続された容量Ｃと第１のスイッチ１２４とを含み、この方法は、短絡回路をオンにするように制御する前に、第１のスイッチ１２４をオフにするように制御することをさらに含む。

容量Ｃは、一般的に、動力電池１１０の両端の電圧を安定化するための定電圧作用を果たすため、定電圧容量とも呼ばれる。短絡回路を形成する時、容量Ｃが一部の電流Ｉを分割するため、加熱効率を低減させる。一方、容量Ｃが存在する分岐路に第１のスイッチ１２４を設置し、且つ加熱中に第１のスイッチ１２４をオフにするように制御することにより、容量Ｃによる動力電池１１０の加熱プロセスへの影響を防止し、加熱効率を向上させることができる。

図１０における容量Ｃと第１のスイッチ１２４との間は、直列接続されており、実際の応用において、複数の定電圧容量が存在する場合、複数の容量と第１のスイッチ１２４との間は、他の接続関係によって接続されてもよく、例えば図１１Ａから図１１Ｂに示す容量Ｃ１と容量Ｃ２とを直列接続する場合及び並列接続する場合の第１のスイッチ１２４の位置であってもよい。

理解すべきこととして、動力電池１１０の内部抵抗Ｒが小さいほど、短絡回路における電流Ｉは、速く増加し、例えば液体電池について、短絡回路における電流Ｉは、０．５ｍｓ以内に７０００Ａ以上に急速に上昇することができ、大電流による動力電池１１０への損傷を回避するために、スイッチデバイスをより高い周波数で切り替える必要があり、それによって短絡回路のオンとオフの時間を制御し、動力電池１１０が加熱中に損傷することを防止し、加熱プロセスの安全性を確保する。

本出願の実施例は、動力電池１１０のタイプに対して限定しないが、内部抵抗Ｒが小さすぎると、短絡回路における電流Ｉが急速に比較的大きい値になり、スイッチデバイスの耐性がより高く要求される。そのため、いくつかの実現形態では、動力電池１１０は、固体電池であり、又は内部抵抗が予め設定される値よりも大きい動力電池であってもよい。この予め設定される値は、スイッチデバイスの耐性程度に応じて決定されてもよく、それによってスイッチデバイスの切り替え周波数がその許容範囲内にあることを確保し、且つ短絡回路における電流Ｉが比較的大きくて安全上の問題を発生させないようにする。

本出願の実施例は、加熱方式をさらに提供し、即ち、動力電池１１０の両端に第３のスイッチ１２７を並列接続し、図１２に示すように、動力電池１１０を加熱する時、スイッチ１２７を閉じてもよく、それによって動力電池１１０と第３のスイッチ１２７とからなる短絡回路を形成する。

一実施形態では、制御回路１３０によって実行される方法２００には、動力電池１１０のＢＭＳによって送信された加熱停止信号を受信することと、この加熱停止信号に基づいて、動力電池１１０の加熱を停止するように、短絡回路をオフにするように制御することとがさらに含まれてもよい。

図１３は、上記方法２００の可能な具体的な実現形態を示し、図１３に示すように、具体的に以下のステップにおける一部又はすべてを含む。

ステップ３０１：ＢＭＳによって送信された加熱信号を受信し、
ステップ３０２：加熱信号に基づいて、少なくとも１つのブリッジアームを制御して動力電池１１０の短絡回路を形成し、
ステップ３０３：短絡回路における電流Ｉが動力電池１１０の許容放電電流Ｉ_Ａを超えるかどうか、及び／又は、電圧Ｕが最小放電電圧Ｕ_Ａを下回るかどうかを判断し、
ここで、Ｉ≧Ｉ_Ａ及び／又はＵ≦Ｕ_Ａである場合、ステップ３０４を実行し、Ｉ＜Ｉ_Ａ及び／又はＵ＞Ｕ_Ａである場合、ステップ３０５を実行し、
ステップ３０４：オンデューティに基づいて、短絡回路のオンオフを制御し、
ステップ３０５：短絡回路をオンに維持し、
ステップ３０６：ＢＭＳによって送信された加熱停止信号を受信し、且つ加熱停止信号に基づいて短絡回路をオフにする。

理解すべきこととして、ステップ３０３は、周期的に実行される必要があり、つまり、加熱プロセスの安全性を確保するために、電流Ｉと電流Ｉ_Ａの関係、及び／又は電圧Ｕと電圧Ｕ_Ａの関係を周期的に決定する必要がある。

好ましい実施例を参照して本出願を記述したが、本出願の範囲を逸脱することなく、それに様々な改良を加えることができ、且つそのうちの部材を等価物と置き換えることができる。特に、構造的衝突が存在しない限り、各実施例に言及された各技術的特徴は、いずれも任意の方式で組み合わされてもよい。本出願は、本文に開示された特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に含まれるすべての技術案を含む。

１００電池加熱システム
１１０動力電池
１２０スイッチ回路
１２１，１２２，１２３ブリッジアーム
１２１１，１２２１，１２３１上ブリッジアーム
１２１２，１２２２，１２３２下ブリッジアーム
１２４第１のスイッチ
１２５第２のスイッチ
１２６容量分岐回路
１２７第３のスイッチ
１３０制御回路
１４０モータ
Ｃ，Ｃ１，Ｃ２容量
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３巻線
Ｖ１１，Ｖ１２，Ｖ２１，Ｖ２２，Ｖ３１，Ｖ３２スイッチ

Claims

動力電池の加熱方法であって、前記動力電池は、モータのスイッチ回路と繋がり、前記スイッチ回路を介して前記モータに電源を提供するために用いられ、前記スイッチ回路は、前記動力電池と並列接続される複数のブリッジアームを含み、前記方法は、
前記動力電池の電池管理システムによって送信された加熱信号を受信することと、
前記加熱信号に基づいて、前記複数のブリッジアームのうちの少なくとも１つのブリッジアームを制御して前記動力電池の短絡回路を形成することであって、前記短絡回路は、
前記動力電池を放電させ、且つ放電中に前記動力電池を加熱するために用いられる、ことと、
前記動力電池の内部抵抗を取得することと、
前記動力電池の内部抵抗に基づいて、前記短絡回路のオン周波数を決定することであって、前記動力電池の内部抵抗が小さいほど、前記オン周波数が高くなる、ことと、
前記オン周波数に基づいて、前記短絡回路をオンにするように制御することと
を含む、ことを特徴とする加熱方法。
前記方法は、
前記動力電池を通過する電流及び／又は前記動力電池の電圧を取得することと、
前記動力電池を通過する電流及び／又は前記動力電池の電圧に基づいて、前記短絡回路のオンデューティを決定することと、
前記オンデューティに基づいて、前記短絡回路における電流が前記動力電池の許容放電電流を超えないか、及び／又は前記動力電池の電圧が前記動力電池の最小放電電圧を下回らないように、前記短絡回路をオンにするように制御することと
をさらに含む、ことを特徴とする請求項１に記載の加熱方法。
前記短絡回路における電流を取得することは、
前記短絡回路に設置された電流センサにより、前記短絡回路における電流を検出すること、及び／又は、
前記動力電池の電圧と前記動力電池の内部抵抗に基づいて、前記短絡回路における電流を決定すること
を含む、ことを特徴とする請求項２に記載の加熱方法。
前記オンデューティに基づいて、前記短絡回路をオンにするように制御することは、
前記オンデューティに基づいて、前記少なくとも１つのブリッジアームをオンにするように制御すること
を含む、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の加熱方法。
前記動力電池と前記少なくとも１つのブリッジアームとの間には、第２のスイッチが設置されており、
前記オンデューティに基づいて、前記短絡回路をオンにするように制御することは、
前記オンデューティに基づいて、前記第２のスイッチをオンにするように制御すること
を含む、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の加熱方法。
前記動力電池には、直列接続された容量と第１のスイッチとを含む容量分岐路がさらに並列接続されており、
前記方法は、
前記短絡回路をオンにするように制御する前に、前記第１のスイッチをオフにするように制御すること
をさらに含む、ことを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載の加熱方法。
前記少なくとも１つのブリッジアームのうちの各ブリッジアームは、直列接続された第１のスイッチデバイスと第２のスイッチデバイスとを含み、前記少なくとも１つのブリッジアームのうちの各ブリッジアームの第１のスイッチデバイスと第２のスイッチデバイスとの間の接続点は、前記モータの少なくとも１つの巻線と一対一に繋がる、ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の加熱方法。
前記方法は、
前記電池管理システムによって送信された加熱停止信号を受信することと、
前記加熱停止信号に基づいて、前記動力電池の加熱を停止するように、前記短絡回路をオフにするように制御することと
をさらに含む、ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の加熱方法。
前記動力電池は、固体電池であり、及び／又は、前記動力電池の内部抵抗は、予め設定される値よりも大きい、ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の加熱方法。
動力電池の加熱システムであって、
動力電池と、
前記動力電池とモータとの間に設置され、前記動力電池が前記モータに電源を提供するためのスイッチ回路であって、前記スイッチ回路は、前記動力電池と並列接続される複数のブリッジアームを含む、スイッチ回路と、
前記動力電池の電池管理システムによって送信された加熱信号を受信し、且つ前記加熱信号に基づいて、前記複数のブリッジアームのうちの少なくとも１つのブリッジアームを制御して前記動力電池の短絡回路を形成するための制御回路であって、前記短絡回路は、
前記動力電池を放電させ、且つ放電中に前記動力電池を加熱するために用いられる、制御回路と
を含み、
前記制御回路は、さらに、
前記動力電池の内部抵抗を取得することと、
前記動力電池の内部抵抗に基づいて、前記短絡回路のオン周波数を決定することであって、前記動力電池の内部抵抗が小さいほど、前記オン周波数が高くなる、ことと、
前記オン周波数に基づいて、前記短絡回路をオンにするように制御することと
に用いられる、ことを特徴とする加熱システム。
前記制御回路は、さらに、
前記動力電池を通過する電流及び／又は前記動力電池の電圧を取得することと、
前記動力電池を通過する電流及び／又は前記動力電池の電圧に基づいて、前記短絡回路のオンデューティを決定することと、
前記オンデューティに基づいて、前記短絡回路における電流が前記動力電池の許容放電電流を超えないか、及び／又は前記動力電池の電圧が前記動力電池の最小放電電圧を下回らないように、前記短絡回路をオンにするように制御することと
に用いられる、ことを特徴とする請求項１０に記載の加熱システム。
前記制御回路は、具体的に、
前記短絡回路に設置された電流センサにより、前記短絡回路における電流を検出すること、及び／又は、
前記動力電池の電圧と前記動力電池の内部抵抗に基づいて、前記短絡回路における電流を決定すること
に用いられる、ことを特徴とする請求項１１に記載の加熱システム。
前記制御回路は、具体的に、
前記オンデューティに基づいて、前記少なくとも１つのブリッジアームをオンにするように制御すること
に用いられる、ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の加熱システム。
前記動力電池と前記少なくとも１つのブリッジアームとの間には、第２のスイッチが設置されており、
前記制御回路は、具体的に、
前記オンデューティに基づいて、前記第２のスイッチをオンにするように制御することに用いられる、ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の加熱システム。
前記動力電池には、直列接続された容量と第１のスイッチとを含む容量分岐路がさらに並列接続されており、
前記制御回路は、さらに、
前記短絡回路をオンにするように制御する前に、前記第１のスイッチをオフにするように制御すること
に用いられる、ことを特徴とする請求項１１から１４のいずれか一項に記載の加熱システム。
前記少なくとも１つのブリッジアームのうちの各ブリッジアームは、直列接続された第１のスイッチデバイスと第２のスイッチデバイスとを含み、前記少なくとも１つのブリッジアームのうちの各ブリッジアームの第１のスイッチデバイスと第２のスイッチデバイスとの間の接続点は、前記モータの少なくとも１つの巻線と一対一に繋がる、ことを特徴とする請求項１０から１５のいずれか一項に記載の加熱システム。
前記制御回路は、さらに、
前記電池管理システムによって送信された加熱停止信号を受信することと、
前記加熱停止信号に基づいて、前記動力電池の加熱を停止するように、前記短絡回路をオフにするように制御することと
に用いられる、ことを特徴とする請求項１０から１６のいずれか一項に記載の加熱システム。
前記動力電池は、固体電池であり、及び／又は、前記動力電池の内部抵抗は、予め設定される値よりも大きい、ことを特徴とする請求項１０から１７のいずれか一項に記載の加熱システム。