一种复用逆变器的热管理系统及控制方法与流程

1.本发明属于温度调控的技术领域，具体涉及一种复用逆变器的热管理系统及控制方法。


背景技术：

2.在动力电池的热管理应用场合需要用逆变器来驱动压缩机制冷，但在环境温度很低时，有需要对电池进行短暂加热让其进入正常的工作温度；同理在冷链运输中当环境温度很低时，也是通过加热来实现车厢保温。以上情况若通过启动压缩机去制热，就很难保证电池加热和车厢保温的效果。为了提升加热的效果，大多会采用ptc（热敏电阻式加热器）来对其进行加热，而目前ptc（热敏电阻式加热器）有两种控制方式：一种是在ptc上串联大功率igbt（绝缘栅双极型晶体管）且同时并联续流二极管来保证线路电感续流，虽能通过大功率igbt控制ptc来达到加热的目的，但在igbt选择上要考虑较大的裕量，才能确保承受ptc的启动冲击，另外还需要单独的igbt驱动电路及电流采样电路，成本较高；另一种是在ptc上直接串联真空接触器，虽也能达到控制ptc的目的，但由于普通的继电器触点在高压直流带载情况下分断会产生电弧而导致触点粘连，故普通继电器无法在这样情况下得到应用，就必须采用带灭弧功能的真空接触器才能切断ptc加热器，而真空接触器的价格较为昂贵，继而增加了其成本，很难被推广。
3.现有技术中有针对电池在低温环境下降低加热成本的研究，如专利申请cn217904265u一种用于电池加热功能的逆变器复用结构及电动汽车等，其利用电动汽车现有硬件资源（及复用逆变器），再通过电感相互进行充电和放电产生焦耳热对电池组进行内部加热，解决了电池组采用ptc加热成本高的问题，但现有的复用逆变器并采用充放电的方式只能针对电池进行加热，对于冷链车厢很难进行保温，且现有的电池加热耗时较长，加热效率低，很难对电池进行有效地加热，加热效果差，从而影响到电池在低温环境下的正常工作。为此，需要一种新的技术方案来解决上述技术问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种复用逆变器的热管理系统及控制方法，以解决上述背景技术中提出的现阶段复用逆变器并采用充放电的方式只能针对电池进行加热，对于冷链车厢很难进行保温，且现有的电池加热耗时长，加热效率低，很难对电池进行有效地加热，加热效果差，从而影响到电池在低温环境下正常工作的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种复用逆变器的热管理系统，包括压缩机、与压缩机驱动连接的逆变器、及与逆变器并联连接的电池组，所述逆变器包括六个igbt，所述六个igbt两两串联为一组分别连接于压缩机的u相、v相和w相上，所述压缩机的u相、v相和w相中至少一相上连接有一个常开继电器并通过常开继电器连接有ptc，所述ptc的一端通过常开继电器与连接于电池组负极且连接于压缩机至少一相上的igbt控制连接，所述ptc的另一端连接于电池组的正极上。
6.进一步的，所述六个igbt分别设为qa、qb、qc、qd、qe及qf，所述qa、qb、qc、qd、qe及qf的门极均连接于逆变器的控制板上，所述qa、qc及qe的发射极分别与qb、qd及qf的集电极连接，所述qa、qc及qe的集电极连接于电池组的正极上，所述qb、qd及qf的发射极连接于电池组的负极上。
7.进一步的，所述qa的发射极与qb的集电极的交接处作为逆变器的第一输出端，所述第一输出端连接于压缩机的u相上，所述压缩机的u相上连接有取样电阻a，所述取样电阻a并联连接有u相电流；所述qc的发射极与qd的集电极的交接处作为逆变器的第二输出端，所述第二输出端连接于压缩机的v相上，所述压缩机的v相上连接有取样电阻b，所述取样电阻b并联连接有v相电流；所述qe的发射极与qf的集电极的交接处作为逆变器的第三输出端，所述第三输出端连接于压缩机的w相上。
8.进一步的，所述ptc并联连接有续流二极管并同时通过与压缩机u相、v相和w相中至少一相上连接的常开继电器分别与qb、qd及qf中至少一个控制连接。
9.进一步的，所述压缩机u相上连接的常开继电器的一端连接于qb的集电极上，所述qb通过压缩机u相上连接的常开继电器与ptc控制连接；所述压缩机v相上连接的常开继电器的一端连接于qd的集电极上，所述qd通过压缩机v相上连接的常开继电器与ptc控制连接；所述压缩机w相上连接的常开继电器的一端连接于qf的集电极上，所述qf通过压缩机w相上连接的常开继电器与ptc控制连接。
10.进一步的，所述压缩机u相上连接的常开继电器、压缩机v相上连接的常开继电器和压缩机w相上连接的常开继电器之间并联连接。
11.利用上述所设计的一种复用逆变器的热管理系统来获得被热管理系统控制的对象在低温环境下的正常工作温度，其具体的控制方法如下：在被热管理系统控制的对象处于低温环境时，首先逆变器的控制板会控制压缩机的u相上连接的常开继电器或、压缩机的u相、v相上并联连接的常开继电器或压缩机的u相、v相和w相上并联连接的常开继电器同时开通；其次逆变器的控制板会控制qb或qb和qd或qb、qd及qf同时开通，与此同时ptc开始对被热管理系统控制的对象进行加热，被热管理系统控制的对象在加热至正常的工作温度时，逆变器的控制板会控制qb或qb和qd或qb、qd及qf同时关断，再其次逆变器的控制板会控制控制压缩机的u相上连接的常开继电器或、压缩机的u相、v相上并联连接的常开继电器或压缩机的u相、v相和w相上并联连接的常开继电器同时关断，与此同时ptc停止对被热管理系统控制的对象进行加热，被热管理系统控制的对象即获得在低温环境下的正常工作温度。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1.本发明利用ptc的加热方式，使该热管理系统不仅能够对电池进行有效加热，还能对冷链车厢进行有效保温，有效地提升了热管理系统的实用性，从而使被热管理系统控制的对象在低温环境下能始终保持正常的工作温度，有效地提升了热管理系统加热的效率，采用原有逆变器的igbt和常规常开继电器同时控制ptc，使ptc实现软启动控制，达到调温调功的功能，有效地提升了该热管理系统的可靠性，从而使被热管理系统控制的对象在低温环境下通过ptc快速加热，有效地缩短了加热的时间，提升了逆变器的利用率，且无需单独设置igbt驱动电路及电流采样电路就能确保承受ptc的启动冲击，有效地降低了成本，从而解决了因考虑ptc启动冲击的承受范围而选择较大裕量igbt的问题，采用原逆变器中
的一个或多个igbt来控制相应的常开继电器，使常开继电器不会在高压直流带载情况下分断产生电弧，有效地避免了因继电器产生的电弧而导致触点粘连或烧坏的问题，通过一个或多个常开继电器将原逆变器中一个或多个igbt与ptc控制连接，使被热管理系统控制的对象能够在ptc的控制下更加稳定且精准地进行加热，有效地提升了加热的效果及稳定性，从而保证了被热管理系统控制的对象在低温环境下能够正常的工作；2本发明采用价格低廉的常规继电器来控制ptc，有效地降低了成本，通过先控制igbt开通或关断，再控制常开继电器开启或关断，使常开继电器不会在高压直流带载情况下分断产生电弧，有效地避免了因继电器产生的电弧而导致触点粘连或烧坏的问题，同时也解决了使用真空接触器所带来的成本问题；3.本发明采用多个并联设置的常规常开继电器和原有逆变器的igbt来同时控制ptc，有效地增加了其冗余度，从而有效地提升了热管理系统的可靠性，同时也使被热管理系统控制的对象能够更加稳定且精准地进行加热，有效地提升了加热的效果及稳定性，从而保证了被热管理系统控制的对象在低温环境下能够正常的工作。
附图说明
13.图1为本发明实施例1的电路控制结构示意图；图2为本发明实施例2的电路控制结构示意图；图3为本发明实施例3的电路控制结构示意图。
14.其中：1、压缩机；101、u相；102、v相；103、w相；2、逆变器；201、igbt；2011、qa；2012、qb；2013、qc；2014、qd；2015、qe；2016、qf；3、电池组；4、常开继电器；5、ptc；6、取样电阻a；7、u相电流；8、取样电阻b；9、v相电流；10、续流二极管；+、电池组正极；-、电池组负极。
具体实施方式
15.以下实施例用来进一步说明本发明的内容，并不限制本发明的应用。
16.实施例1：（以一个常开继电器4为例）请参阅图1，一种复用逆变器的热管理系统，包括用于控制电池组3温度的压缩机1、与压缩机1驱动连接的用于驱动压缩机1制冷的逆变器2、及与逆变器2并联连接的用于电源供应的电池组3，逆变器2包括六个igbt201，六个igbt201两两串联为一组分别连接于压缩机1的u相101、v相102和w相103上，压缩机1的u相101上连接有一个用于控制ptc5加热的常开继电器4并通过常开继电器4连接有用于对电池组3加热的ptc5，ptc5的一端通过常开继电器4与连接于电池组3负极且连接于压缩机1的u相101上的igbt201控制连接，ptc5的另一端连接于电池组3的正极上。
17.请参阅图1，六个igbt201分别为qa2011、qb2012、qc2013、qd2014、qe2015及qf2016，qa2011、qb2012、qc2013、qd2014、qe2015及qf2016的门极均连接于逆变器2的控制板（控制板等常规设备的功能和结构均为本领域所公知，连接设定也为公知常识，所以在此不多做说明，在附图中也未示出）上，qa2011、qc2013及qe2015的发射极分别与qb2012、qd2014及qf2016的集电极连接，qa2011、qc2013及qe2015的集电极连接于电池组3的正极上，qb2012、qd2014及qf2016的发射极连接于电池组3的负极上；qa2011的发射极与qb2012的集电极的交接处作为逆变器2的第一输出端，第一输
出端连接于压缩机1的u相101上，压缩机1的u相101上连接有用于第一输出端电流采样的取样电阻a6，取样电阻a6并联连接有用于控制第一输出端限流的u相电流7；qc2013的发射极与qd2014的集电极的交接处作为逆变器2的第二输出端，第二输出端连接于压缩机1的v相102上，压缩机1的v相102上连接有用于第一输出端电流采样的取样电阻b8，取样电阻b8并联连接有用于控制第一输出端限流的v相电流9；qe2015的发射极与qf2016的集电极的交接处作为逆变器2的第三输出端，第三输出端连接于压缩机1的w相103上；ptc5并联连接有用于提供感性电流给ptc5的续流二极管10并同时通过与压缩机1的u相101上连接的常开继电器4与qb2012、控制连接；压缩机1的u相101上连接的常开继电器4的一端连接于qb2012的集电极上，qb2012通过压缩机1的u相101上连接的常开继电器4与ptc5控制连接。
18.利用上述设计的一种复用逆变器的热管理系统来获得被热管理系统控制的对象（对象可以是电池，也可以是冷链车厢，亦或者是其他需要被热管理系统控制的对象）在低温环境下的正常工作温度，如图1示意，该热管理系统控制的对象为电池组3，其具体控制方法为：由于常开继电器4的控制部分是安装于逆变器2的控制板上的，故常开继电器4是由逆变器2的控制板进行控制的，当电池组3在处于低温环境时，逆变器2的控制板会先控制压缩机1的u相101连接的常开继电器4开通，再控制qb2012开通，其余qa2011、qc2013、qd2014、qe2015及qf2016均保持关断状态，此时ptc5会在常开继电器4开通并在qb2012控制下开始对电池组3进行加热，在ptc5在加热过程中，逆变器2会利用自带的取样电阻a6及u相电流7、取样电阻b8及v相电流9进行电流采样，采集到的ptc 5电流做软启动控制（即ptc5在冷态启动时电流会有较大的冲击，此时可以通过电流采样和qb2012的通断控制启动时的工作时间，使得ptc5在冷态状态下采用短时间开通，多次通断的控制将ptc5的温度进行提升，从而控制启动的冲击电流），由于ptc5会存在线路电感，故采用续流二极管10为ptc5提供感性电流续流，也同时为在qd2014和qf2016关断时提供感性电流续流，避免产生高电压危害qd2014和qf2016；若ptc5需要进行功率调节时，则需控制qb2012按照pwm （脉冲宽度调制）脉冲宽度调制方式工作；当电池组3通过ptc5加热至正常的工作温度时，逆变器2的控制板会先控制qb2012关断，由于qb2012是电子开关，故不存在电弧现象，再控制压缩机1的u相101上连接的常开继电器4关断，解决了因继电器产生的电弧而导致触点粘连或烧坏的问题，此时ptc5会在qb2012关断并在常开继电器4关断下停止对电池组3进行加热，电池组3即获得在低温下正常的工作温度，继而保证了电池组3在低温环境下能够正常的工作。
19.实施例2：（以两个常开继电器4为例）请参阅图2，本实施例中的一种复用逆变器的热管理系统的设置与实施例1一致，仅常开继电器4设置的数量不一致，即：压缩机1的u相101和v相102上各连接有一个常开继电器4并通过常开继电器4连接有ptc5，压缩机1的u相101上连接的常开继电器4与压缩机1的v相102上连接的常开继电器4并联连接，且压缩机1的v相102上连接的常开继电器4的一端连接于qd2014的集电极上，qd2014通过压缩机1的v相102上连接的常开继电器4与ptc5控制连接，ptc5的一端分别通过压缩机1的u相101上连接的常开继电器4和压缩机1的v相102上连接的常开继电器4与连接于电池组3负极且连接于压缩机1的u相101上的qb2012和连接于电池组3负极且连接于压缩机1的v相102上的qd2014控制连接。
20.同样的，本实施例中的热管理系统的具体控制方法与实施例1也相同，仅常开继电
器4的关闭数量和igbt201的控制数量不一致，即：当电池组3在处于低温情况时，逆变器2的控制板会先控制压缩机1的u相101连接的常开继电器4和压缩机1的v相102上连接的常开继电器4同时开通，再控制qb2012、qd2014同时开通，其余qa2011、qc2013、qe2015及qf2016均保持关断状态，此时ptc5会在两个并联设置的常开继电器4同时关闭并在qb2012和qd2014同时控制下开始对电池组3进行加热，直至电池组3加热至正常的工作温度时，逆变器2的控制板会先控制qb2012和qd2014同时关断，再控制压缩机1的u相101上连接的常开继电器4和压缩机1的v相102上连接的常开继电器4同时关断，此时ptc5会在qb2012和qd2014同时关断并在两个并联设置的常开继电器4同时关断下停止对电池组3进行加热，电池组3即获得在低温下正常的工作温度，继而保证了电池组3在低温环境下能够正常的工作。
21.实施例3：（以三个常开继电器4为例）请参阅图2，本实施例中的一种复用逆变器的热管理系统的设置与实施例1一致，仅常开继电器4设置的数量不一致，即：压缩机1的u相101、v相102和w相103上各连接有一个常开继电器4并通过常开继电器4连接有ptc5，压缩机1的u相101上连接的常开继电器4、压缩机1的v相102上连接的常开继电器4和压缩机1的w相103上连接的常开继电器4并联连接，且压缩机1的v相102上连接的常开继电器4的一端连接于qd2014的集电极上，qd2014通过压缩机1的v相102上连接的常开继电器4与ptc5控制连接，压缩机1的w相103上连接的常开继电器4的一端连接于qf2016的集电极上，qf2016通过压缩机1的w相103上连接的常开继电器4与ptc5控制连接，ptc5的一端分别通过压缩机1的u相101上连接的常开继电器4、压缩机1的v相102上连接的常开继电器4及压缩机1的w相103上连接的常开继电器4与连接于电池组3负极且连接于压缩机1的u相101上的qb2012、连接于电池组3负极且连接于压缩机1的v相102上的qd2014和连接于电池组3负极且连接于压缩机1的w相103上的qf2016控制连接。
22.同样的，本实施例中的热管理系统的具体控制方法与实施例1也相同，仅常开继电器4的关闭数量和igbt201的控制数量不一致，即：当电池组3在处于低温情况时，逆变器2的控制板会先控制压缩机1的u相101连接的常开继电器4、压缩机1的v相102上连接的常开继电器4和压缩机1的w相103上连接的常开继电器4同时开通，再控制qb2012、qd2014、qf2016同时开通，其余qa2011、qc2013及qe2015均保持关断状态，此时ptc5会在三个并联设置的常开继电器4同时开通并在qb2012、qd2014和qf2016同时控制下开始对电池组3进行加热，直至电池组3加热至正常的工作温度时，逆变器2的控制板会先控制qb2012、qd2014和qf2016同时关断，再控制压缩机1的u相101上连接的常开继电器4、压缩机1的v相102上连接的常开继电器4和压缩机1的w相103上连接的常开继电器4同时关断，此时ptc5会在qb2012、qd2014和qf2016同时关断并在三个并联设置的常开继电器4同时关断下停止对电池组3进行加热，电池组3即获得在低温下正常的工作温度，有效地增加了其冗余度，从而提升了热管理系统的可靠性，同时也使电池组3能够更加稳定且精准地进行加热，有效地提升了加热的效果及稳定性，继而保证了电池组3在低温环境下能够正常的工作。

技术特征：
1.一种复用逆变器的热管理系统，包括压缩机、与压缩机驱动连接的逆变器、及与逆变器并联连接的电池组，其特征在于，所述逆变器包括六个igbt，所述六个igbt两两串联为一组分别连接于压缩机的u相、v相和w相上，所述压缩机的u相、v相和w相中至少一相上连接有一个常开继电器并通过常开继电器连接有ptc，所述ptc的一端通过常开继电器与连接于电池组负极且连接于压缩机至少一相上的igbt控制连接，所述ptc的另一端连接于电池组的正极上。2.根据权利要求1所述的一种复用逆变器的热管理系统，其特征在于，所述六个igbt分别设为qa、qb、qc、qd、qe及qf，所述qa、qb、qc、qd、qe及qf的门极均连接于逆变器的控制板上，所述qa、qc及qe的发射极分别与qb、qd及qf的集电极连接，所述qa、qc及qe的集电极连接于电池组的正极上，所述qb、qd及qf的发射极连接于电池组的负极上。3.根据权利要求1所述的一种复用逆变器的热管理系统，其特征在于，所述ptc并联连接有续流二极管并同时通过与压缩机u相、v相和w相中至少一相上连接的常开继电器分别与qb、qd及qf中至少一个控制连接，所述压缩机u相上连接的常开继电器、压缩机v相上连接的常开继电器和压缩机w相上连接的常开继电器之间并联连接。4.根据权利要求3所述的一种复用逆变器的热管理系统，其特征在于，所述压缩机u相上连接的常开继电器的一端连接于qb的集电极上，所述qb通过压缩机u相上连接的常开继电器与ptc控制连接。5.根据权利要求3所述的一种复用逆变器的热管理系统，其特征在于，所述压缩机v相上连接的常开继电器的一端连接于qd的集电极上，所述qd通过压缩机v相上连接的常开继电器与ptc控制连接。6.根据权利要求3所述的一种复用逆变器的热管理系统，其特征在于，所述压缩机w相上连接的常开继电器的一端连接于qf的集电极上，所述qf通过压缩机w相上连接的常开继电器与ptc控制连接。7.根据权利要求2所述的一种复用逆变器的热管理系统，其特征在于，所述qa的发射极与qb的集电极的交接处作为逆变器的第一输出端，所述第一输出端连接于压缩机的u相上，所述压缩机的u相上连接有取样电阻a，所述取样电阻a并联连接有u相电流。8.根据权利要求2所述的一种复用逆变器的热管理系统，其特征在于，所述qc的发射极与qd的集电极的交接处作为逆变器的第二输出端，所述第二输出端连接于压缩机的v相上，所述压缩机的v相上连接有取样电阻b，所述取样电阻b并联连接有v相电流。9.根据权利要求2所述的一种复用逆变器的热管理系统，其特征在于，所述qe的发射极与qf的集电极的交接处作为逆变器的第三输出端，所述第三输出端连接于压缩机的w相上。10.一种复用逆变器的热管理系统的控制方法，其特征在于，利用如权利要求1-9任意一项所述的一种复用逆变器的热管理系统获得被热管理系统控制的对象在低温环境下的正常工作温度，其具体步骤为：在被热管理系统控制的对象处于低温环境时，首先逆变器的控制板会控制压缩机的u相上连接的常开继电器或、压缩机的u相、v相上并联连接的常开继电器或压缩机的u相、v相和w相上并联连接的常开继电器同时开通；其次逆变器的控制板会控制qb或qb和qd或qb、qd及qf同时开通，与此同时ptc开始对被热管理系统控制的对象进行加热，被热管理系统控制的对象在加热至正常的工作温度时，逆变器的控制板会控制qb或qb和qd或qb、qd及qf同时关断，再其次逆变器的控制板会控制控制压缩机的u相上连接的常
开继电器或、压缩机的u相、v相上并联连接的常开继电器或压缩机的u相、v相和w相上并联连接的常开继电器同时关断，与此同时ptc停止对被热管理系统控制的对象进行加热，被热管理系统控制的对象即获得在低温环境下的正常工作温度。

技术总结
本发明属于温度调控的技术领域，具体涉及一种复用逆变器的热管理系统及控制方法。所述热管理系统包括压缩机、逆变器及电池组，所述逆变器包括六个IGBT，所述六个IGBT两两串联为一组分别连接于压缩机的三相上，所述压缩机的三相中至少一相上连接有一个常开继电器并通过常开继电器连接有PTC，所述PTC的一端通过常开继电器与连接于电池组负极且连接于压缩机至少一相上的IGBT控制连接，所述PTC的另一端连接于电池组的正极上。本发明加热时间短，效率高，成本低，加热效果好，解决了因考虑PTC启动冲击的承受范围而选择较大裕量IGBT的问题，还解决了因继电器产生的电弧而导致触点粘连或烧坏的问题，保证了被控对象在低温环境下能够正常的工作。够正常的工作。够正常的工作。


技术研发人员：林桦
受保护的技术使用者：裕利年电子南通有限公司
技术研发日：2023.04.27
技术公布日：2023/8/9