具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例公开的一种电池加热系统的结构示意图，为了便于理解，图1中也示出了电池模组(即电池1-电池n)参见图1所示，电池加热系统可以包括：串联的N个PTC连接结构10(图1中虚线框标识出的结构)、可控开关元件20和电感30，以及与可控开关元件20连接的控制器40。在工作状态下，电池加热系统与电池模组串接，如图1所示，电池模组包括N个电池，N为大于1的正整数。

其中的可控开关元件有多种实现方式，可以但不限制为MOS管、IGBT器件或继电器。

其中，每一个所述PTC连接结构10包括并联的一个PTC组件(N个PTC连接结构10分别对应PTC1-PTCn)和一个开关S(N个PTC连接结构10分别对应S1-Sn)，每一个所述PTC组件分别与一个所述电池贴合设置，所述控制器还分别与每一个所述开关连接。

PTC组件与开关的并联设计，使得在开关闭合时，与其对应的PTC组件被短接，从而PTC组件中不会通过电流，也不会产生热量；在开关打开时，电流通过PTC组件，使其产生热量，实现对与其贴合设置的电池的外部加热。因此，在一些实施方式中，电池模组加热过程中，在不同电池的温度不同且差值达到一定数值时，可以选择性的控制对其中温度较低的电池进行外部加热，使其温度去“追赶”较高的电池温度。即，需要对哪个电池进行外部加热，直接控制其对应的PTC连接结构中的开关断开即可(该方式也称为PTC的耗散式限流控制)。

控制器40用于周期性采集电池模组中每个电池的温度，并在确定对电池模组启动加热的情况下，基于采集电池的温度和预设控制策略控制可控开关元件20和每一个开关S的开关状态，以对电池模组进行加热。其中，预设控制策略为能够实现电池模组中所有电池的温度一致性的控制策略，也即，预设控制策略的控制效果是使得加热的电池模组中所有的电池的温度相同或相近。预设控制策略具有不同的实现方式，在后面的实施例中，将对其进行进一步的详细介绍。

工作状态下，可控开关元件20、电感30、PTC连接结构10和电池模组串联在一个回路中；电池模组中的每一个电池都配有一个PTC组件来加热，且两者为物理上紧密贴合的关系；每个PTC组件都并联一个电路开关S，当开关S闭合时，PTC组件被短路，处于不工作状态；控制器40接收电池模组中每个电池的温度数据，来进行处理，根据处理结果控制可控开关元件20的开关频率和控制多个开关S的开闭状态。

实际应用中，当电池模组温度低，影响其正常工作特性时，需要对其进行加热处理。本发明实施例中，在确定电池模组需要加热时，控制器40可首先向可控开关元件20发送一个开关信号，如一定频率的方波信号，使其按照一定频率接通和断开，整个回路中产生电流，电池自产热，实现内部加热(该方式也称为电感的非耗散式限流控制)。

基于本发明实施例记载的电池加热系统，在电池模组需要加热时，向可控开关元件输入方波信号使得电池加热系统与电池模组形成的回路中产生电流，实现电池模组的加热；在电池模组中某个电池的温度与电池中的最高温度或最低温度的差值大于特定差值时，通过控制与该电池对应的PTC连接结构中的PTC组件接入或断开回路，使得该PTC组件对该电池开启或停止外部加热，从而减小其与最高温度或最低温度的差值，使得整个电池模组中所有的电池温度维持在一个相对均衡的状态，提升了电池模组的工作效率和使用寿命。

一个实现中，预设控制策略对应控制逻辑流程如图2所示，图2为本发明实施例公开的一种预设控制策略的控制逻辑流程示意图，参见图2所示，预设控制策略可以包括：步骤201：在电池模组启动加热时，控制所有的所述PTC组件短接，并向可控开关元件输入初始频率的方波信号，以使电池加热系统和电池模组形成的回路中产生电流。

例如，设置电池模组的温度在5℃以下时需要加热，则在电池模组的温度低于5℃时，确定需要开启电池加热功能。由于电池模组中所有电池的温度在没有加热前的温度基本是相同的，因此本实现中，首先控制所有的所述PTC连接结构短接，即不启用外部加热方式，同时向可控开关元件输入初始频率的方波信号，以使电池加热系统和电池模组形成的回路中产生电流，实现电池自加热。

步骤202：确定采集的电池的温度中的最高温度。

在开始对电池模组进行加热后，可是实时检测电池模组中每一个电池的温度，并确定出其中的最高温度，后续将以此最高温度为基准确定其他电池是否需要进行额外的外部加热，也即PTC加热的方式。

步骤203：针对每一个电池：若该电池的温度与最高温度的差值大于第一数值，控制该电池对应的PTC组件接入回路，直至该电池的温度与所述最高温度的差值小于第二数值。

确定出所有电池温度中的最高温度后，针对每一个电池，判断其与该最高温度之间的差值是否大于第一数值，若是，则认为电池模组中的电池温度不均衡，影响整个电池模组的工作性能。因此，在电池内部通过电流自产热的前提下，还需要对与最高温度差值大于第一数值的电池进行额外的外部加热，以减小其与最高温度之间的差值直至满足一定的条件，即该电池的温度与所述最高温度的差值小于第二数值。

本实施例电池加热方法在电池模组需要加热时，向可控开关元件输入方波信号使得电池加热系统与电池模组形成的回路中产生电流，实现电池模组的内部加热；同时在电池模组中某个电池的温度与所有电池的最高温度的差值大于第一差值时，控制与该电池对应的PTC连接结构中的PTC组件接入所述回路，使得该PTC组件对该电池实施外部加热，从而减小其与最高温度的差值，使得整个电池模组中所有的电池温度维持在一个相对均衡的状态，提升了电池模组的工作效率和使用寿命。

另一个实现中，图3示出了另一种预设控制策略的控制逻辑流程示意图，如图3所示，电预设控制策略可以包括：

步骤301：控制器确定所述电池模组的实际加热效率。

电池模组开始加热一段时间后，可以通过相关温度检测值和采样周期确定电池模组的实际加热效率，后续可进一步根据实际加热效率和期待加热效率的比较结果指导后续的加热控制。

由于电池模组包括多个电池，加热过程中各个电池的温度可能也存在差异，因此，在确定整个电池模组的温度时，可以以所有电池的温度均值作为电池模组的温度参考值。

步骤302：控制器基于期待加热速率和实际加热速率调整可控开关元件所输入的方波信号的信号频率，以使得实际加热速率与期待加热速率的差值低于速率阈值。

由于可控开关元件的开关频率会影响回路中交流电流的频率，而交流电流的频率会影响电池的自加热效率，因此，可以通过调整可控开关元件所输入的方波信号的信号频率，使得实际加热速率更加接近期待加热速率。因此上述预设条件可以是实际加热速率和期待加热速率的差值小于预设差值，如0.5℃。

需要说明是是，在和前文介绍的预设控制策略的第一个实现结合的应用中，步骤301和步骤302的执行可以在步骤203之前，也可以在步骤203之后。例如，在开始对电池模组进行加热时，所有电池不存在温差的问题，则可以在步骤203之前执行步骤301和步骤302；而随着电池模组加热进程的不断进行，电池模组中不同的电池出现了温差，则步骤301和步骤302可在步骤203之后执行。

本实现中，基于期待加热速率，可不断调整实际加热效率，以使得电池模组按照期待的升温速度进行升温，更好的满足实际需要。

一般情况下，期待加热速率和电池模组的系统的要求相关，如电池加热系统的预期加热速率一般为5℃/min。一个示意性的例子中，电池模组的初始温度是-20℃，与理想温度15℃的差值较大，此时需要以5℃/min的期待加热速率进行加热，以使其快速升温；当电池模组的温度加热到达0℃时，由于其在0℃的使用性能相比零下改善很多，不需要太快的加热速率，因此期待加热速率可以降低为2℃/min；当加热到工作温度15℃附件时，这时候不再需要加热，期待加热速率为0℃/min。

本实现中，期待加热速率是可以根据电池模组实际温度的不同而实时调整的，在电池模组温度与理想温度差值较大时，控制电池模组以较快的加热速率进行加热，在电池模组温度与理想温度差值较小时，由于其工作性能已经得到改善，可以控制电池模组以稍慢的加热速率进行加热，该设计更加人性化，能够满足用户的实际需求。

前述实现中，控制器确定电池模组的实际加热效率，具体可以包括：控制器确定上一采样周期中电池模组中所有电池的第一平均温度；控制器确定当前采样周期中电池模组中所有电池的第二平均温度；控制器将第二平均温度和第一平均温度的差值与采样周期的比值确定为实际加热效率。也即将两个相邻的采样周期的温度变化值除以采样周期，即得到实际解热效率。

本实施例中，由于电池模组包括多个电池，而由于不同电池设置位置、散热条件、阻抗特性的不同，导致不同电池的温度也会有差异，因此采用同一时刻所有电池的温度平均值作为电池模组在该时刻的温度参考值。

前述实施例中，控制器基于期待加热速率和实际加热速率调整可控开关元件所输入方波信号的信号频率，可以包括：控制器在所述实际加热速率小于期待加热速率时，控制降低可控开关元件所输入的方波信号的信号频率；控制器在实际加热速率小于期待加热速率时，控制增大可控开关元件所输入的方波信号的信号频率。

由于电感的特性，当流过电感的电流的频率越高，流过电感的交流电流有效值越低；因此输入可控开关元件的方波信号的频率越高，回路中交流电的有效值越低，加热速率越慢；而输入可控开关元件的方波信号的频率越低，回路中交流电的有效值越高，加热速率越快。

又一个实现中，预设控制策略包括：向可控开关元件输入初始频率的方波信号，以使电池加热系统和电池模组形成的回路中产生电流，同时控制每一个电池对应的PTC组件接入所述回路，以对电池模组中的所有电池进行加热；确定采集的电池的温度中的最低温度；针对每一个所述电池：若检测到该电池的温度与最低温度的差值大于第三数值，则控制该电池对应的PTC组件短路，直至该电池的温度与最低温度的差值小于第四数值。

前文中介绍的“针对每一个所述电池：若该电池的温度与最高温度的差值大于第一数值，控制与该电池对应的PTC组件接入回路，直至该电池的温度与最高温度的差值小于第二数值”的方案中，是在确定某个电池的温度与最高温度差值较大时，控制该电池对应的PTC组件接入回路，使得该电池进行内加热的同时进行外加热，加快其升温速度，以尽快减小其与最高温度的温差。而本实现中，是在确定某个电池的温度与所述最低温度的差值较大时，控制该电池对应的PTC组件短路，以关闭该电池的外部加热，从而减缓其升温速度，以尽快减小其与最低温度的温差。

图4为本发明实施例公开的一种控制器的控制流程示意图，结合图5所示，所述控制器具体可用于：

步骤401：向可控开关元件输入初始频率的方波信号，以使电池加热系统和电池模组形成的回路中产生电流。

步骤402：控制将历史数据表征出现低温偏差的概率高于第一概率的电池对应的PTC组件接入回路，并将历史数据表征出现低温偏差的概率不高于第一概率的电池对应的PTC组件短路。

步骤403：确定采集的电池的温度中的最高温度。

步骤404：针对每一个电池：若检测到该电池的温度与最高温度的差值大于第五数值且该电池对应的PTC组件未接入回路，则控制与该电池对应的PTC组件接入回路，直至该电池的温度与最高温度的差值小于第六数值。

本实施例中，控制器的具体控制内容与预设控制策略对应，因此在此对其实现原理不再做重复赘述，相关步骤的理解，可参照前文实施例中介绍的相关内容。另外，在实际实现中，有可能某一电池的温度与最高温度的差值大于第五数值且该电池对应的PTC组件已接入回路，此时，为确保电池温度一致性，如果最高温度对应的电池也接入了PTC组件，可以控制最高温度对应的电池的PTC组件断开连接。

需要说明的是，本文中的初始频率、第一数值、第二数值、速率阈值、第一阈值、第三数值、第四数值、第五数值和第六数值可以为经验值或标定值。下面将结合电路元件的特性对本发明实施例公开的电池加热系统对电池模组进行加热的一个具体实现做详细介绍。

对于非耗散式限流的控制逻辑，通过调整可控开关元件的开关频率可以控制回路中交流电流的频率，从而影响回路中电感的限流效果，频率越高，回路中电流越低。实现中，在对电池模组进行加热时，控制器首先可以给出初始频率为f₀的方波来控制开关元件。这一初始频率的取值和电路中的电感相关，由于电感的特性，当流过电感的电流的频率越高，流过电感的交流电流有效值越低。所以要根据电路电感的参数，取合适的频率值作为初始值。控制器接收k-1时刻和k时刻电池模组中每个电池的温度T_i(k-1)和T_i(k)，并计算电池模组的平均温度和分别见式(1)和式(2)，其中T_i(i＝1，2，...，n)分别对应电池1，电池2，…，电池n的温度。

进而，可以计算出电池模组的实际加热速率，见式(3)。其中，Δt是系统的温度采样周期，一般为1s，但本实施例对此不做限制。

然后，判断实际加热速率和期待加热速率的大小，见式(4)所示。如果两个加热速率的差值在0.5℃/min之内，则认为此时的频率是合适的频率，不进行调整。如果两个加热速率的差值大于0.5℃/min，且实际加热速率小于期待加热速率则降低频率f(k)，如果两个加热速率的差值大于0.5℃/min，且实际加热速率大于期待加热速率，则增加频率f(k)，见式(5)，其中，Δf是系统设定的频率调整值。需要说明的是，本实现中给出的加热速率差值为0.5℃/min，实际情况中这一数值可以根据具体的需求调整。其中，期待加热速率根据电池的温度一致性和安全性等指标确定，可根据经验或标定等方式获取。

f(k)＝f(k-1)±Δf (5)

可以理解的，在k+1时刻，会继续重复上述判断流程，保证实际加热速率实时满足预期要求。

对于耗散式限流的控制逻辑，通过控制开关S的开闭状态可以控制PTC组件的工作状态，进而改变回路中的电流大小，以及对特定的电池进行额外的加热来实现温度的一致性。初始状态下所有开关S处于闭合状态，PTC组件均不工作。由于每个电池处于的环境存在差异，导致散热条件不同。此外，电池的阻抗特性也不一致，导致加热速率也不同。因此，随着加热的进行，电池的温度差异会越来越大。

控制器接收到电池模组中每个电池的温度，可以得到，电池模组中电池的最高温度，见式(6)。

然后，判断其余电池和最高温度电池的温度差异，当温差大于等于2℃时，则打开与该电池匹配的PTC组件对应的开关，使PTC组件工作以加热相应的电池，从而保证电池模组的温度一致性。温度较低电池被PTC组件持续加热一段时间后，和最高温度电池温差小于等于0.5℃时，认为电池温度一致性较好，则闭合相应的开关，对应的PTC组件停止工作。在加热过程中不断重复上述过程，实现整个电池模组的温度一致性。需要说明的是，本实现中给出的温度一致性判断的阈值分别为2℃和0.5℃，实际上这两个数值可以根据电池模组和加热系统的具体要求调整，其中，2℃的确定主要参考的是保证电池模组的温度一致性所需的温差临界范围，0.5℃的确定主要参考的是对温度一致性影响很小几乎可忽略不计时的温差范围，可通过标定或经验获取。

此外，本发明方案中，耗散式限流和非耗散式限流是相互耦合工作的。由于每次开启或闭合开关S后，接入回路中的PTC组件数量会发生变化，使得回路中的电流有效值发生变化。因此在耗散式限流的控制中每一次开启或闭合开关S后，非耗散式限流需要重新进行频率更新，即输入可控开关元件的方波信号的频率需要更新，以满足预期的加热速率要求。

在一个具体的示例中，结合图1所示结构，给定的电池模组的期待加热速率为恒定值5℃/min，初始频率为2kHz。

随着电池内部加热的进行，电池模组温度的升高，由于电池模组各个电池存在内阻等参数的不一致性，以及电池位置不同导致的散热条件不同，电池温差逐渐变大。

在判断出电池1和电池2的温度与模组中电池最高温度的温差大于2℃，此时控制PTC1和PTC2导通，因此电池1和电池2除了受到内部加热外，还由PTC进行外部加热。此时，由于PTC1和PTC2连入电路中，电池的温升速率将低于预期温升速率5℃/min。

这时，可以通过降低输入可控开关元件的方波信号的频率至1.8kHz，使得电池的温升速率达到预期温升速率5℃/min。

电池1和电池2相比其他电池在额外的外部加热下，温度升高更快。当电池1或电池2温度和模组中电池最高温度相差小于0.5℃时，则断开PTC1或PTC2，同时需要调整输入可控开关元件的方波信号的频率。

在电池模组加热过程中不断重复以上过程，能够保证电池模组在期待加热速率5℃/min下进行加热，同时还能保证电池模组的温度一致性，即温差小于2℃。

本发明实施例提出的电池加热方法是外部加热和内部加热相结合的方法，能够根据需求通过非耗散式限流与耗散式限流来控制实际加热速率，并根据电池模组温度的分布，定向加热特殊电池，从而保证加热过程电池模组的温度一致性。

对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

上述本发明公开的实施例中详细描述了电池加热系统的实现方法，对于本发明的方法可采用多种形式的装置实现，因此本发明还公开了一种装置，下面给出具体的实施例进行详细说明。

图5为本发明实施例公开的一种电池加热装置的结构示意图，图5所示装置应用于前述实施例公开的控制器，结合图5所示，电池加热装置可以包括：

电路接通模块501，用于向所述可控开关元件输入初始频率的方波信号，以使所述电池加热系统和所述电池模组形成的回路中产生电流；

温度检测模块502，用于确定采集的所述电池的温度中的最高温度。

PTC控制模块503，用于针对每一个所述电池：若该电池的温度与所述最高温度的差值大于第一数值，控制与该电池对应的PTC组件接入所述回路，直至该电池的温度与所述最高温度的差值小于第二数值，或者，针对每一个所述电池：若检测到该电池的温度与所述最低温度的差值大于第三数值，则控制该电池对应的PTC组件短路，直至该电池的温度与所述最低温度的差值小于第四数值。

所述电池加热装置在工作状态下控制电池加热系统与电池模组串接，以产生电流实现电池模组的加热，在电池模组中某个电池的温度与电池中的最高温度或最低温度的差值大于特定差值时，通过控制与该电池对应的PTC连接结构中的PTC组件接入或断开回路，使得该PTC组件对该电池开启或停止外部加热，从而减小其与最高温度或最低温度的差值，使得整个电池模组中所有的电池温度维持在一个相对均衡的状态，提升了电池模组的工作效率和使用寿命。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，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，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。