电池热管理系统和车辆的制作方法

本发明涉及车辆，尤其是涉及一种电池热管理系统和车辆。

背景技术：

1、随着电动汽车的发展和快速普及，也面临着诸多挑战。基于锂离子的动力电池得到大量应用，由于电池的固有特性，电池在合适的温度下充电、放电，能够提高其充放电效率，延长电池使用寿命，在低温时电池的充放电能力会大幅降低，这将影响电动汽车在寒冷地区的实用。尤其是电动汽车一到冬天就出现充电慢，续航缩短、空调制热不敢开等现象，“低温焦虑”已经成为影响电动汽车市场化进程中的用户体验痛点，因此如何提升锂离子低温下的使用性能是急需要解决的关键问题之一。锂离子电池对低温比较敏感，低温下锂离子电池的内阻急剧升高，可放电容量、充放电性能大大受限，导致电动汽车在低温环境下动力性能不足，续驶里程大幅缩短，而且电池在低于-20℃时几乎无法对其进行充电，若强行充电，容易引发内部短路，造成安全隐患。目前有很多基于锂离子电池的低温使用问题的解决方案：例如，其中一种方案通过利用ptc加热器或者电热丝加热器在低温时对电池冷却回路的冷却液进行加热，再通过冷却液来给电池电芯加热最终到预定温度。再例如，另外一种方案通过利用电机零扭矩或堵转控制策略加热冷却水，以达到为电池加热的目的。

2、在现有技术中，采用上述第一种方案加热电池时，需要另设外部辅助加热装置，成本较高且增加了系统设计的复杂度。采用上述第二种方案加热电池时，虽然去掉外部辅助加热装置，降低了成本及系统复杂度，但是控制电机零扭矩运行或堵转运行以加热冷却水时，一般只有电机定子进行发热，实现功能单一，适应环境范围窄，系统器件利用率低。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种电池热管理系统，控制电机进行零扭矩运行以为电池包加热时，电机的转子、定子均可通过给冷却液加热进而实现给电池包的加热，实现功能更加全面，适应环境范围较宽，能提升对系统中各器件的利用率。

2、本发明的第二个目的在于提出一种车辆。

3、为了达到上述目的，本发明第一方面实施例提出的电池热管理系统，包括：电机，所述电机通过电池热管理回路与电池包连接；和控制器，所述控制器与所述电机和所述电池热管理回路分别连接，用于在所述电池包有加热需求时，根据车辆状态，控制所述电机进行零扭矩运行，并使得所述电机的定子和/或转子产生的热量通过所述电池热管理回路给所述电池包加热。

4、根据本发明实施例提出的电池热管理系统，在电池包有加热需求时，控制器根据车辆状态，控制电机进行零扭矩运行，其电机的转子、定子均可通过给冷却液加热进而实现给电池包的加热，实现功能更加全面，适应环境范围较宽，能提升对系统中各器件的利用率。以及，该电池热管理系统在加热电池包的同时，同时考虑了车辆的状态，使得车辆在不同的状态下，均能实现由电驱系统为电池包加热的功能，从而可进行电池包加热和车辆状态的协同控制。

5、在本发明的一些实施例中，所述电池热管理回路包括：热泵系统，所述热泵系统与所述电池包的液路连接；电驱系统，所述电驱系统包括用于冷却所述电机的油液冷却回路，所述油液冷却回路与所述电机的油液管路连接；第一板换，所述油液冷却回路通过所述第一板换与所述热泵系统、所述电池包分别连接。

6、在本发明的一些实施例中，所述电驱系统还包括：定子驱动电路，与所述控制器、所述电机的定子和所述电池包的充电母线分别连接，用于驱动所述电机的定子；转子驱动电路，与所述控制器、所述电机的转子和所述电池包的充电母线分别连接，用于驱动所述电机的转子。

7、在本发明的一些实施例中，在所述车辆无故障并且所述车辆处于驻车状态并且所述电池包有加热需求时，所述控制器控制所述电机进行零扭矩运行，其中，通过控制所述定子驱动电路以使得所述定子发热以及通过控制所述转子驱动电路以使得所述转子发热。

8、在本发明的一些实施例中，在所述车辆无故障并且所述车辆处于直连充电状态且所述电池包有加热需求时，所述控制器控制所述电机进行零扭矩运行，其中，通过控制所述定子驱动电路以使得所述定子发热以及通过控制所述转子驱动电路以使得所述转子发热。

9、在本发明的一些实施例中，所述控制器在控制所述定子驱动电路时，用于根据目标交轴电流、目标直轴电流、反馈的交轴电流和反馈的直轴电流获得交轴电压和交轴电压，根据所述交轴电压和所述直轴电压通过反park变换和脉宽调制算法获得所述定子驱动电路的脉宽调制占空比，以驱动所述电机的定子，其中，所述目标交轴电流为零。

10、在本发明的一些实施例中，在所述车辆无故障并且所述车辆处于升压充电状态时，在所述电池包有加热需求时，所述控制器控制所述电机进行零扭矩运行，其中，通过控制所述定子驱动电路以使得所述定子进行储能以及通过控制所述转子驱动电路以使得所述转子发热。

11、在本发明的一些实施例中，所述控制器在控制所述转子驱动电路时，用于根据励磁参考电流和励磁实际电流进行做差运算获得电流差，根据所述电流差进行pid（pid调节器）电流调节运算获得所述转子驱动电路的脉宽调制占空比，以驱动所述电机的转子。

12、在本发明的一些实施例中，所述定子驱动电路包括多相桥臂，每相桥臂跨接在正极直流母线和负极直流母线之间，每相桥臂的中点与对应的定子的绕组的第一端连接，所述定子的所有绕组的第二端连接于中线点，所述中线点适于与车辆的直流充电口连接；所述转子驱动电路包括h半桥桥臂，所述h半桥桥臂的两端与所述正极直流母线和负极直流母线分别连接，所述h半桥桥臂的中点通过滑环结构与所述转子连接。

13、在本发明的一些实施例中，所述油液冷却回路包括：油泵，所述油泵的第一端与所述电机的油液管路的第一端口连接；第二板换，所述第二板换的第一端口与所述油泵的第二端连接，所述第二板换的第二端口与所述电机的所述油液管路的第二端口连接，所述第二板换的第一端口与所述第二板换的第二端口连通，所述第二板换的第三端口与所述电驱系统的驱动电路热管理管路的第一端连接，所述驱动电路热管理管路的第二端与所述第一板换的第一端口连接；第一三通阀，所述第一三通阀的第一端口与所述第一板换的第二端口连接，所述第一板换的第一端口与所述第一板换的第二端口连通；水泵，所述水泵的进水口与所述第一三通阀的第二端口连接，所述水泵的出水口与所述第二板换的第四端口连接，所述第二板换的第三端口与所述第二板换的第四端口连通；在所述电池包有加热需求时，所述三通阀的第一端口与所述第二端口接通。

14、在本发明的一些实施例中，所述油液冷却回路还包括：散热器，所述散热器的第一端与所述第一三通阀的第三端口、所述控制器连接，在所述电机的绕组温度超过电驱保温温度时，所述第一三通阀的第一端口与所述第一三通阀的第三端口连通，以对所述电机进行散热。

15、在本发明的一些实施例中，所述热泵系统包括：压缩机、气液分离器、第一电磁阀、第一电子膨胀阀、第一单向阀、第二电磁阀和第三电磁阀；其中，所述压缩机的排气口与所述第一电磁阀的第一端口连接，所述第一电磁阀的第二端口与所述电池包的液路的第一端口连接，所述电池包的所述液路的第二端口与所述第一电子膨胀阀的第一端口连接，所述第一电子膨胀阀的第二端口与所述第一单向阀的输入端口连接，所述第一单向阀的输出端口与所述第二电磁阀的第一端口连接，所述第二电磁阀的第二端口与所述第一板换的第三端口连接，所述第一板换的第四端口与所述第三电磁阀的第一端口连接，所述第三电磁阀的第二端口与所述气液分离器的第一端口连接，所述气液分离器的第二端口与所述压缩机的回气口连接；在所述电池包的温度小于对应当前环境温度的目标电池包温度时，所述电池包有加热需求，所述第一电磁阀、所述第一电子膨胀阀、所述第二电磁阀和所述第三电磁阀均处于开启状态。

16、在本发明的一些实施例中，所述热泵系统还包括：第四电磁阀、车外冷凝器和第二单向阀；所述第四电磁阀的第一端口与所述第一单向阀的输出端口连接，所述第四电磁阀的第二端口与所述车外冷凝器的第一端口连接，所述车外冷凝器的第二端口与所述第二单向阀的输入端口连接，所述第二单向阀的第二端口与所述第三电磁阀的第一端口连接；在所述电池包的温度小于对应所述当前环境温度的所述目标电池包温度，且所述热泵系统中的冷媒温度小于当前环境温度时，所述电池包有加热需求，所述第一电磁阀、所述第一电子膨胀阀、所述第二电磁阀、所述第三电磁阀和所述第四电磁阀均处于开启状态。

17、在本发明的一些实施例中，第三单向阀，所述第三单向阀的输入端口与所述第二单向阀的输出端口连接，所述第三单向阀的输出端口与所述第一电子膨胀阀的第二端口连接。

18、在本发明的一些实施例中，所述热泵系统还包括：车内冷凝器、第二电子膨胀阀和第五电磁阀；其中，所述车内冷凝器的第一端口与所述压缩机的排气口连接，所述车内冷凝器的第二端口与所述第二电子膨胀阀的第一端口、所述第五电磁阀的第一端口分别连接，所述第二电子膨胀阀的第二端口与所述第四电磁阀的第一端口连接，所述第五电磁阀的第二端口与所述第四电磁阀的第一端口连接。

19、在本发明的一些实施例中，所述热泵系统还包括：第三电子膨胀阀、蒸发器和第四单向阀；其中，所述第三电子膨胀阀的第一端口与所述第一板换的第四端口、所述第二单向阀的第二端口连接，所述第三电子膨胀阀的第二端口与所述蒸发器的第一端口连接，所述蒸发器的第二端口与所述第四单向阀的输入端口连接，所述第四单向阀的输出端口与所述气液分离器的第一端口连接；所述控制器还用于，确定座舱有加热需求，控制所述第三电磁阀关闭，并控制所述第三电子膨胀阀开启。

20、在本发明的一些实施例中，所述热泵系统还包括：第六电磁阀，所述第六电磁阀的第一端口与所述第一电磁阀的第二端口、所述电池包的液路的第一端口连接；在所述电池包的温度大于电池包的正常工作温度时，所述电池包有降温需求，所述第三电磁阀、所述第四电磁阀、所述第五电磁阀、所述第六电磁阀、所述第一电子膨胀阀和所述第二电子膨胀阀均处于开启状态，所述第一电磁阀和所述第二电磁阀处于关闭状态。

21、在本发明的一些实施例中，所述控制器还用于，确定座舱有制冷需求，控制所述第三电子膨胀阀开启，并控制所述第三电磁阀关闭，以及确定所述座舱无加热需求，控制所述第三电磁阀开启，并控制所述第三电子膨胀阀关闭。

22、在本发明的一些实施例中，在所述电池包的温度小于对应所述当前环境温度的所述目标电池包温度，且所述热泵系统中的冷媒温度大于等于所述当前环境温度时，关闭所述第四电磁阀。

23、在本发明的一些实施例中，所述控制器还用于，确定所述座舱无加热需求，控制所述第三电磁阀开启，并控制所述第三电子膨胀阀关闭。

24、在本发明的一些实施例中，所述控制器还用于在所述车辆发生故障或者所述车辆充电发生改变时，控制所述电机退出零扭矩运行状态。

25、为了达到上述目的，本发明第二方面实施例还提出一种车辆，包括：电池包；以及上面任一项所述的电池热管理系统，所述电池热管理系统与所述电池包的液路连接。

26、根据本发明实施例提出的车辆，通过设置上面任一项实施例的电池热管理系统与电池包的液路连接，在电池包有加热需求时，电池热管理系统能够根据车辆状态，控制电机进行零扭矩运行，且电机的转子、定子均可通过给冷却液给电池包加热，实现功能更加全面，适应环境范围较宽，能提升对系统中各器件的利用率。并且，由于考虑了车辆的状态，使得车辆在不同状态下，均能实现由电驱系统为电池包加热的功能，从而可进行电池包加热和车辆状态的协同控制。

27、在本发明的一些实施例中，所述车辆还包括：充放电电路，所述充放电电路适用于与所述电池包、所述电驱系统中电机的定子驱动电路和转子驱动电路连接。

28、在本发明的一些实施例中，所述充放电电路包括：正极直流母线，所述正极直流母线与所述电池包的正极连接；负极直流母线，所述负极直流母线与所述电池包的负极连接；正极主接触器，位于所述正极直流母线上，位于所述定子驱动电路的一端、所述转子驱动电路的一端与所述电池包的正极端之间，在充电时闭合；负极主接触器，位于所述负极直流母线上，所述负极主接触器位于所述定子驱动电路的另一端、所述转子驱动电路的另一端与所述电池包的负极端之间，在所述电池包充电时闭合。

29、在本发明的一些实施例中，所述充放电电路还包括：母线电容，所述母线电容跨接在所述正极直流母线和所述负极直流母线之间，并且所述母线电容位于所述电池包与所述定子驱动电路之间；直流充放电口，所述直流充放电口的第一端与所述定子绕组的中线点连接，所述直流充放电口的第二端与所述负极直流母线连接；充放电口电容，所述充放电口电容的第一端与所述直流充放电口的第一端连接，所述充放电口电容的第二端与所述直流充放电口的第二端连接。

30、在本发明的一些实施例中，所述充放电电路还包括：第一开关，所述第一开关位于所述正极直流母线上，并且所述第一开关位于所述直流充放电口与所述定子驱动电路的第一端之间；第二开关，所述第二开关位于所述直流充放电口的第二端与所述充放电口电容的第二端之间；第三开关，所述第三开关位于所述直流充放电口的第一端与所述电机的定子绕组的中线点之间；在所述车辆无故障并且所述车辆处于直连充电状态且所述电池包有加热需求时，所述第一开关、所述第二开关闭合，所述第三开关断开；以及，在所述车辆无故障并且所述车辆处于升压充电状态时，在所述电池包有加热需求时，所述第二开关、所述第三开关闭合，所述第一开关断开。

31、本发明的附加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，或通过本发明的实践了解到。