• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    本發明提供一種電池的加熱電路，該電池的加熱電路包括開關裝置、開關控制模組、第一阻尼元件、儲能電路、續流電路以及能量疊加單元，儲能電路用於與電池連接，包括第一電流記憶元件和第一電荷記憶元件，第一阻尼元件、開關裝置、第一電流記憶元件和第一電荷記憶元件串聯，開關控制模組與開關裝置連接，用於控制開關裝置導通和關斷以控制能量在電池與儲能電路之間的流動，能量疊加單元與儲能電路連接，用於在開關裝置導通再關斷後將儲能電路中的能量與電池中的能量進行疊加；續流電路用於在開關裝置導通再關斷後，與電池和第一電流記憶元件構成串聯回路，以保持電池內電流的流動。
    公开号:TW201322587A
    申请号:TW100141802
    申请日:2011-11-16
    公开日:2013-06-01
    发明作者:Yao-Chuan Han；wen-hui Xu；Wei Feng；Qin-Yao Yang；Wen-Jin Xia；xian-yin Li
    申请人:Byd Co Ltd；
    IPC主号:Y02E60-00
    专利说明:
    一種電池的加熱電路
    本發明屬於電子設備技術領域，尤其涉及一種電池的加熱電路。
    考慮到汽車需要在複雜的路況和環境條件下行駛，或者有些電子設備需要在較差的環境條件中使用的情況，所以，作為電動車或電子設備電源的電池就需要適應這些複雜的狀況。而且除了需要考慮這些狀況，還需考慮電池的使用壽命及電池的充放電迴圈性能，尤其是當電動車或電子設備處於低溫環境中時，更需要電池具有優異的低溫充放電性能和較高的輸入輸出功率性能。一般而言，如果在低溫條件下對電池充電，將會導致電池的阻抗增大，極化增強，從而導致電池的容量下降，最終導致電池壽命的降低。
    本發明的目的是針對電池在低溫條件下會導致電池的阻抗增大，極化增強，由此導致電池的容量下降的問題，提供一種電池的加熱電路。為了保持電池在低溫條件下的容量，提高電池的充放電性能，本發明提供了一種電池的加熱電路。本發明提供的電池的加熱電路包括開關裝置、開關控制模組、阻尼元件、儲能電路、續流電路以及能量疊加單元，所述儲能電路用於與所述電池連接以構成回路，所述儲能電路包括電流記憶元件和電荷記憶元件，所述阻尼元件和開關裝置與所述儲能電路串聯，所述開關控制模組與開關裝置連接，用於控制開關裝置導通和關斷，以控制能量在所述電池與所述儲能電路之間的流動，所述能量疊加單元與所述儲能電路連接，用於在開關裝置導通再關斷後，將儲能電路中的能量與電池中的能量進行疊加；所述續流電路用於在所述開關裝置導通再關斷後，與所述電池和電流記憶元件構成串聯回路，以保持所述電池內電流的流動。本發明提供的加熱電路能夠提高電池的充放電性能，並且在該加熱電路中，儲能電路與電池串聯，當給電池加熱時，由於串聯的電荷記憶元件的存在，能夠避免開關裝置失效短路引起的安全性問題，能夠有效地保護電池。另外，由於回路中電流記憶元件的存在，在回路中存在電流時關斷開關裝置而導致的電流突變為零可能會使得回路中的電流記憶元件產生較大的感應電壓，由此可能損壞回路中的其他電路元件（如開關裝置）。本發明提供的加熱電路中，電池內電流的流動可通過續流電路而得以保持，避免電流記憶元件內的電流因開關裝置關斷而突變，從而感應出很大的電壓，繼而可以避免因回路中的電流記憶元件產生的感應電壓過大而損壞開關裝置，使得加熱電路的安全性更高，對整個電路影響較小。同時，本發明的加熱電路中還提供了能量疊加單元，當開關裝置導通再關斷後，該能量疊加單元能夠將儲能電路中的能量與電池中的能量進行疊加，當下一次控制開關裝置導通時，提高加熱回路中的放電電流，由此提高加熱電路的工作效率。本發明的其他特徵和優點將在隨後的具體實施方式部分予以詳細說明。
    以下結合附圖對本發明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用於說明和解釋本發明，並不用於限制本發明。需要指出的是，除非特別說明，當下文中提及時，術語“開關控制模組”為任意能夠根據設定的條件或者設定的時刻輸出相應的控制指令（例如具有相應占空比的脈衝波形）從而控制與其連接的開關裝置相應地導通或關斷的控制器，例如可以為PLC（可編程控制器）等；當下文中提及時，術語“開關”指的是可以通過電信號實現通斷控制或者根據元器件自身的特性實現通斷控制的開關，既可以是單向開關，例如由雙向開關與二極體串聯構成的可單嚮導通的開關等，也可以是雙向開關，例如金屬氧化物半導體型場效應管（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET）或帶有反並續流二極體的IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型電晶體）等；當下文中提及時，術語“雙向開關”指的是可以通過電信號實現通斷控制或者根據元器件自身的特性實現通斷控制的可雙嚮導通的開關，例如MOSFET或帶有反並續流二極體的IGBT等；當下文中提及時，單向半導體元件指的是具有單嚮導通功能的半導體元件，例如二極體等；當下文中提及時，術語“電荷記憶元件”指任意可以實現電荷存儲的裝置，例如電容等；當下文中提及時，術語“電流記憶元件”指任意可以對電流進行存儲的裝置，例如電感等；當下文中提及時，術語“正向”指能量從電池向儲能電路流動的方向，術語“反向”指能量從儲能電路向電池流動的方向；當下文中提及時，術語“電池”包括一次電池（例如乾電池、鹼性電池等）和二次電池（例如鋰離子電池、鎳鎘電池、鎳氫電池或鉛酸電池等）；當下文中提及時，術語“阻尼元件”指任意通過對電流的流動起阻礙作用以實現能量消耗的裝置，例如電阻等；當下文中提及時，術語“主回路”指的是電池與阻尼元件、開關裝置以及儲能電路串聯組成的回路。這裏還需要特別說明的是，考慮到不同類型的電池的不同特性，在本發明中，“電池”可以指不包含內部寄生電阻和寄生電感、或者內部寄生電阻的阻值和寄生電感的電感值較小的理想電池，也可以指包含有內部寄生電阻和寄生電感的電池包。因此，本領域技術人員應當理解的是，當“電池”為不包含內部寄生電阻和寄生電感、或者內部寄生電阻的阻值和寄生電感的電感值較小的理想電池時，第一阻尼元件R1指的是電池外接的阻尼元件，第一電流記憶元件L1指的是電池外接的電流記憶元件；當“電池”為包含有內部寄生電阻和寄生電感的電池包時，第一阻尼元件R1既可以指電池外部的阻尼元件，也可以指電池包內部的寄生電阻，同樣地，第一電流記憶元件L1既可以指電池外部的電流記憶元件，也可以指電池包內部的寄生電感。在本發明的實施例中，為了保證電池的使用壽命，需要在低溫情況下對電池進行加熱，當達到加熱條件時，控制加熱電路開始工作，對電池進行加熱，當達到停止加熱條件時，控制加熱電路停止工作。在電池的實際應用中，隨著環境的改變，可以根據實際的環境情況對電池的加熱條件和停止加熱條件進行設置，以對電池的溫度進行更精確的控制，從而保證電池的充放電性能。為了對處於低溫環境中的電池E進行加熱，本發明提供了一種電池E的加熱電路，如第1圖所示，該加熱電路包括開關裝置1、開關控制模組100、第一阻尼元件R1、儲能電路、續流電路20以及能量疊加單元，該儲能電路用於與電池E連接以構成回路，儲能電路包括第一電流記憶元件L1和第一電荷記憶元件C1，第一阻尼元件R1、開關裝置1、第一電流記憶元件L1和第一電荷記憶元件C1串聯，開關控制模組100與開關裝置1連接，用於控制開關裝置1導通和關斷，以控制能量在電池E與儲能電路之間的流動，能量疊加單元與儲能電路連接，用於在開關裝置1導通後再關斷時，將儲能電路中的能量與電池中的能量進行疊加；續流電路20用於在開關裝置1導通後再關斷時，與所述電池E和第一電流記憶元件L1構成串聯回路，以保持所述電池內電流的流動。需要說明的是，上述儲能電路僅為本發明的優選實施方式，該儲能電路只要能滿足能量的存儲即可，從而與電池E之間進行能量流動。因此本領域技術人員可基於此思想對上述儲能電路進行等同的修改或變化以達到儲能的效果，這些均應包含在本發明的保護之內。根據本發明的技術方案，當達到加熱條件時，開關控制模組100控制開關裝置1導通，電池E與儲能電路串聯構成回路，電池E可以通過該回路放電，即對第一電荷記憶元件C1進行充電，當該回路中的電流經過電流峰值後正向為零時，第一電荷記憶元件C1開始通過回路放電，即是對電池E充電；而在電池E的充放電過程中，該回路中的電流正向、反向均能流過第一阻尼元件R1，從而通過第一阻尼元件R1的發熱可以達到給電池E加熱的目的，當達到停止加熱條件時，開關控制模組100可以控制開關裝置1關斷，加熱電路停止工作。為了實現能量在電池E與儲能電路之間的往復流動，根據本發明的一種實施方式，所述開關裝置1為第一雙向開關K3，如第2圖所示。由開關控制模組100控制第一雙向開關K3的導通與關斷，當需要對電池E加熱時，導通第一雙向開關K3即可，如暫停加熱或者不需要加熱時關斷第一雙向開關K3即可。單獨使用一個第一雙向開關K3實現開關裝置1，電路簡單，佔用系統面積小，容易實現，但是為了實現對反向電流的關斷，本發明還提供了如下開關裝置1的優選實施方式。優選地，開關裝置1包括用於實現能量從電池E流向儲能電路的第一單向支路和用於實現能量從儲能電路流向電池E的第二單向支路，開關控制模組100與第一單向支路和第二單向支路分別連接，用於通過控制所連接的支路的導通和關斷來控制開關裝置1導通和關斷。當電池需要加熱時，導通第一單向支路和第二單向支路兩者，如暫停加熱可以選擇關斷第一單向支路和第二單向支路中的一者或兩者，當不需要加熱時，可以關斷第一單向支路和第二單向支路兩者。優選地，第一單向支路和第二單向支路兩者都能夠受開關控制模組100的控制，這樣，可以靈活實現能量正向流動和反向流動。作為開關裝置1的另一種實施方式，如第3圖所示，所述開關裝置1可以包括第二雙向開關K4和第三雙向開關K5，所述第二雙向開關K4和第三雙向開關K5彼此反向串聯以構成所述第一單向支路和第二單向支路，所述開關控制模組100與所述第二雙向開關K4和第三雙向開關K5分別連接，用於通過控制第二雙向開關K4和第三雙向開關K5的導通和關斷來控制第一單向支路和第二單向支路的導通和關斷。當需要對電池E加熱時，導通第二雙向開關K4和K5即可，如暫停加熱可以選擇關斷第二雙向開關K4和第三雙向開關K5中的一者或者兩者，在不需要加熱時關斷第二雙向開關K4和第三雙向開關K5即可。這種開關裝置1的實現方式能夠分別控制第一單向支路和第二單向支路的導通和關斷，靈活實現電路的正向和反向能量流動。作為開關裝置1的另一種實施方式，如第4圖所示，開關裝置1包括第二開關K6、第二單向半導體元件D11、第三開關K7以及第三單向半導體元件D12，第二開關K6和第二單向半導體元件D11彼此串聯以構成所述第一單向支路，第三開關K7與第三單向半導體元件D12彼此串聯以構成所述第二單向支路，所述開關控制模組100與第二開關K6和第三開關K7分別連接，用於通過控制第二開關K6和第三開關K7的導通和關斷來控制第一單向支路和第二單向支路的導通和關斷。在第4圖示出的開關裝置1中，由於兩個單向支路上均存在開關（即第二開關K6和第三開關K7），同時具備能量正向和反向流動時的關斷功能。優選地，開關裝置1還可以包括與所述第一單向支路和/或第二單向支路串聯的電阻，用於減小電池E加熱回路的電流，避免回路中電流過大對電池E造成損害。例如，可以在第3圖中示出的開關裝置1中添加與第二雙向開關K4和第三雙向開關K5串聯的電阻R6，得到開關裝置1的另一種實現方式，如第5圖所示。第6圖中也示出了開關裝置1的一種實施方式，其是在第4圖中示出的開關裝置1中的兩個單向支路上分別串聯電阻R2、電阻R3得到的。如本領域技術人員所公知，電路器件均具有額定電壓，該額定電壓為該電路器件能耐受的操作電壓的標準值。電路器件上的電壓值超過其額定電壓時會導致該電路器件的損壞，影響整個電路的安全工作。優選地，所述開關控制模組100還用於在開關裝置1導通後流經開關裝置1的電流的第一正半週期之後控制開關裝置1關斷，且開關裝置1關斷時施加到該開關裝置1上的電壓小於該開關裝置1的額定電壓。藉此，通過續流電路20的續流作用以及對開關裝置1的關斷時機的選擇，可以進一步避免因回路中的第一電流記憶元件L1產生的感應電壓過大而損壞開關裝置1，使得加熱電路的安全性更高，對整個電路影響較小。此外，通過對開關裝置1的關斷時機的選擇，可在一定程度上減少第一電流記憶元件L1產生的感應電壓，從而可降低對所述續流電路20的續流能力的要求，使得續流電路20內採用功率或容量等特性參數較小的元器件即可。其中，所述關斷時機例如可為流經開關裝置1的電流的負半週期峰值後過零前30度到下一正半週期峰值前過零後30度的時間區間，開關裝置1的關斷時刻可以是該時間區間內的任意時刻。當然本發明並不限於此，具體的關斷時機應根據開關裝置1的額定電壓來確定，例如對於不同的額定電壓而言，亦可為流經開關裝置1的電流的負半週期峰值後過零前60度到下一正半週期峰值前過零後60度的時間區間。由於在對電池E迴圈充放電過程中，當對電池E反向充電時，能量不會全部充回到電池E中，由此會導致電池E的下一次正向放電中能量的減少，降低了加熱電路的加熱效率。因此，優選地，所述開關控制模組100用於在開關裝置1導通後流經開關裝置1的電流經負半週期峰值後為零時控制開關裝置1關斷，以提高加熱電路的加熱效率，且此時控制開關裝置1關斷，可使得第一電流記憶元件L1感應產生的電壓最小，從而使得施加到該開關裝置1上的電壓最小，藉此避免高電壓損壞開關裝置1。根據本發明的一種實施方式，所述開關控制模組100用於在開關裝置1導通後流經開關裝置1的電流的負半週期峰值後過零前控制開關裝置1關斷，如第7圖所示，所述續流電路20可以包括相互串聯的第四開關K20和第五單向半導體元件D20，所述開關控制模組100與第四開關K20連接，用於在開關裝置1導通再關斷後，控制第四開關K20導通，而在流向電池E的電流為電流預定值（例如為零）後，控制第四開關K20關斷。所述續流電路20可以並聯在所述電池E兩端，也可以一端連接到如第4圖所示的開關裝置1的第二單向支路上的第三開關K7和第三單向半導體元件D12之間，另一端連接到所述電池E。所述電流預定值為不會導致開關裝置1關斷時施加到開關裝置1上的電壓大於或等於開關裝置1的額定電壓的電流值，該電流值可以根據開關裝置1的額定電壓的大小進行設定。根據本發明的另一種實施方式，開關控制模組100用於在開關裝置1導通後流經開關裝置1的電流的正半週期峰值前過零後控制開關裝置1關斷，如第8圖所示，續流電路20可以包括第四單向半導體元件D21、第二阻尼元件R21和第二電荷記憶元件C21，第四單向半導體元件D21與第二阻尼元件R21並聯之後再與所述第二電荷記憶元件C21串聯，在開關裝置1導通再關斷後，第一電流記憶元件L1可以通過第四單向半導體元件D21和第二電荷記憶元件C21續流，第二阻尼元件R21用於釋放存儲在第二電荷記憶元件C21上的能量。續流電路20可以並聯在所述電池E兩端，也可以一端連接到如第4圖所示的開關裝置1的第一單向支路上的第二開關K6和第二單向半導體元件D11之間，另一端連接到所述電池E。由於在流經開關裝置1的電流的負半週期峰值後過零點附近控制開關裝置1關斷時，回路中的電流很小（即近似為零），開關裝置1關斷時施加到開關裝置1上的電壓小於開關裝置1的額定電壓，因此可將對上述續流電路20的續流能力的需求降低至最低、或甚至不需要上述續流電路20。本領域技術人員可以通過有限次試驗獲取使得開關裝置1關斷時施加到開關裝置1上的電壓小於開關裝置1的額定電壓的開關裝置1的關斷時間區間的範圍。該能量疊加單元與該儲能電路連接，用於在開關裝置1導通再關斷後，將儲能電路中的能量與電池E中的能量進行疊加，以使得在開關裝置1再次導通時，提高加熱回路中的放電電流，從而提高加熱電路的工作效率。根據本發明的一種實施方式，如第9圖所示，能量疊加單元包括極性反轉單元102，該極性反轉單元102與該儲能電路連接，用於在開關裝置1導通再關斷後，對第一電荷記憶元件C1的電壓極性進行反轉，由於極性反轉後的第一電荷記憶元件C1的電壓能夠與電池E的電壓串聯相加，當開關裝置1再次導通時，能夠提高加熱回路中的放電電流。作為極性反轉單元102的一種實施方式，如第10圖所示，極性反轉單元102包括第一單刀雙擲開關J1和第二單刀雙擲開關J2，第一單刀雙擲開關J1和第二單刀雙擲開關J2分別位於所述第一電荷記憶元件C1兩端，第一單刀雙擲開關J1的入線連接在所述儲能電路中，第一單刀雙擲開關J1的第一出線連接所述第一電荷記憶元件C1的第一極板，第一單刀雙擲開關J1的第二出線連接所述第一電荷記憶元件C1的第二極板，第二單刀雙擲開關J2的入線連接在所述儲能電路中，第二單刀雙擲開關J2的第一出線連接所述第一電荷記憶元件C1的第二極板，第二單刀雙擲開關J2的第二出線連接在所述第一電荷記憶元件C1的第一極板，開關控制模組100還與所述第一單刀雙擲開關J1和第二單刀雙擲開關J2分別連接，用於通過改變所述第一單刀雙擲開關J1和第二單刀雙擲開關J2各自的入線和出線的連接關係來對所述第一電荷記憶元件C1的電壓極性進行反轉。根據該實施方式，可以預先對第一單刀雙擲開關J1和第二單刀雙擲開關J2各自的入線和出線的連接關係進行設置，使得當開關裝置K1導通時，第一單刀雙擲開關J1的入線與其第一出線連接，而第二單刀雙擲開關J2的入線與其第一出線連接，當開關裝置K1關斷時，通過開關控制模組100控制第一單刀雙擲開關J1的入線切換到與其第二出線連接，而第二單刀雙擲開關J2的入線切換到與其第二出線連接，由此第一電荷記憶元件C1實現電壓極性反轉的目的。作為極性反轉單元102的另一種實施方式，如第11圖所示，極性反轉單元102包括第一單向半導體元件D3、第二電流記憶元件L2以及第一開關K9，所述第一電荷記憶元件C1、第二電流記憶元件L2和第一開關K9順次串聯形成回路，所述第一單向半導體元件D3串聯在所述第一電荷記憶元件C1與第二電流記憶元件L2或所述第二電流記憶元件L2與第一開關K9之間，開關控制模組100還與第一開關K9連接，用於通過控制第一開關K9導通來對第一電荷記憶元件C1的電壓極性進行反轉。根據上述實施方式，當開關裝置1關斷時，可以通過開關控制模組100控制第一開關K9導通，由此，第一電荷記憶元件C1與第一單向半導體元件D3、第二電流記憶元件L2以及第一開關K9形成LC振盪回路，第一電荷記憶元件C1通過第二電流記憶元件L2放電，振盪回路上的電流流經正半週期後，流經第二電流記憶元件L2的電流為零時達到第一電荷記憶元件C1電壓極性反轉的目的。作為極性反轉單元102的又一種實施方式，如第12圖所示，所述極性反轉單元102包括第一DC-DC模組2和第二電荷記憶元件C2，該第一DC-DC模組2與第一電荷記憶元件C1和第二電荷記憶元件C2分別連接，開關控制模組100還與第一DC-DC模組2連接，用於通過控制第一DC-DC模組2工作來將所述第一電荷記憶元件C1中的能量轉移至第二電荷記憶元件C2，再將第二電荷記憶元件C2中的能量反向轉移回所述第一電荷記憶元件C1，以實現對第一電荷記憶元件C1的電壓極性的反轉。第一DC-DC模組2是本領域中常用的用於實現電壓極性反轉的直流變直流轉換電路，本發明不對第一DC-DC模組2的具體電路結構作任何限制，只要能夠實現對第一電荷記憶元件C1的電壓極性反轉即可，本領域技術人員可以根據實際操作的需要對其電路中的元件進行增加、替換或刪減。第13圖為本發明提供的第一DC-DC模組2的一種實施方式，如第13圖所示，第一DC-DC模組2包括：雙向開關Q1、雙向開關Q2、雙向開關Q3、雙向開關Q4、第一變壓器T1、單向半導體元件D4、單向半導體元件D5、電流記憶元件L3、雙向開關Q5、雙向開關Q6、第二變壓器T2、單向半導體元件D6、單向半導體元件D7、以及單向半導體元件D8。在該實施方式中，雙向開關Q1、雙向開關Q2、雙向開關Q3和雙向開關Q4為MOSFET，雙向開關Q5和雙向開關Q6為IGBT。第一變壓器T1的1腳、4腳、5腳為同名端，第二變壓器T2的2腳與3腳為同名端。其中，單向半導體元件D7的陽極與第一電荷記憶元件C1的a端連接，單向半導體元件D7的陰極與雙向開關Q1和雙向開關Q2的漏極連接，雙向開關Q1的源極與雙向開關Q3的漏極連接，雙向開關Q2的源極與雙向開關Q4的漏極連接，雙向開關Q3、雙向開關Q4的源極與第一電荷記憶元件C1的b端連接，由此構成全橋電路，此時第一電荷記憶元件C1的電壓極性為a端為正，b端為負。在該全橋電路中，雙向開關Q1、雙向開關Q2為上橋臂，雙向開關Q3、雙向開關Q4為下橋臂，該全橋電路通過第一變壓器T1與所述第二電荷記憶元件C2相連；第一變壓器T1的1腳與第一節點N1連接、2腳與第二節點N2連接，3腳和5腳分別連接至單向半導體元件D4和單向半導體元件D5的陽極；單向半導體元件D4和單向半導體元件D5的陰極與電流記憶元件L3的一端連接，電流記憶元件L3的另一端與第二電荷記憶元件C2的d端連接；變壓器T1的4腳與第二電荷記憶元件C2的c端連接，單向半導體元件D8的陽極與第二電荷記憶元件C2的d端連接，單向半導體元件D8的陰極與第一電荷記憶元件C1的b端連接，此時第二電荷記憶元件C2的電壓極性為c端為負，d端為正。其中，第二電荷記憶元件C2的c端連接雙向開關Q5的發射極，雙向開關Q5的集電極與變壓器T2的2腳連接，變壓器T2的1腳與第一電荷記憶元件C1的a端連接，變壓器T2的4腳與第一電荷記憶元件C1的a端連接，變壓器T2的3腳連接單向半導體元件D6的陽極，單向半導體元件D6的陰極與雙向開關Q6的集電極連接，雙向開關Q6的發射極與第二電荷記憶元件C2的b端連接。其中，雙向開關Q1、雙向開關Q2、雙向開關Q3、雙向開關Q4、雙向開關Q5和雙向開關Q6分別通過所述開關控制模組100的控制來實現導通和關斷。下面對第一DC-DC模組2的工作過程進行描述：1、在開關裝置1關斷後，開關控制模組100控制雙向開關Q5、雙向開關Q6關斷，控制雙向開關Q1和雙向開關Q4同時導通以構成A相，控制雙向開關Q2、雙向開關Q3同時導通以構成B相，通過控制所述A相、B相交替導通以構成全橋電路進行工作；2、當該全橋電路工作時，第一電荷記憶元件C1上的能量通過第一變壓器T1、單向半導體元件D4、單向半導體元件D5、以及電流記憶元件L3轉移到第二電荷記憶元件C2上，此時第二電荷記憶元件C2的電壓極性為c端為負，d端為正。3、開關控制模組100控制雙向開關Q5導通，第一電荷記憶元件C1通過第二變壓器T2和單向半導體元件D8與第二電荷記憶元件C2構成通路，由此，第二電荷記憶元件C2上的能量向第一電荷記憶元件C1反向轉移，其中，部分能量將儲存在第二變壓器T2上；此時，開關控制模組100控制雙向開關Q5關斷、雙向開關Q6閉合，通過第二變壓器T2和單向半導體元件D6將儲存在第二變壓器T2上的能量轉移至第一電荷記憶元件C1，此時第一電荷記憶元件C1的電壓極性反轉為a端為負，b端為正，由此達到了將第一電荷記憶元件C1的電壓極性反向的目的。作為本發明的一種實施方式，可以通過將第一電荷記憶元件C1中的能量直接與電池E中的能量進行疊加來提高加熱電路的工作效率，也可以將第一電荷記憶元件C1中的一部分能量消耗掉之後，再將第一電荷記憶元件C1中的剩餘能量進行疊加。因此，如第14圖所示，該加熱電路還包括與第一電荷記憶元件C1連接的能量消耗單元，該能量消耗單元用於在開關裝置1導通再關斷後、所述能量疊加單元進行能量疊加之前對第一電荷記憶元件C1中的能量進行消耗。根據一種實施方式，如第15圖所示，能量消耗單元包括電壓控制單元101，該電壓控制單元101用於在開關裝置1導通再關斷後、能量疊加單元進行能量疊加之前將第一電荷記憶元件C1兩端的電壓值轉換成電壓設定值。該電壓設定值可以根據實際操作的需要進行設定。如第15圖所示，電壓控制單元101包括第三阻尼元件R5和第五開關K8，第三阻尼元件R5和第五開關K8彼此串聯之後並聯在第一電荷記憶元件C1的兩端，開關控制模組100還與第五開關K8連接，開關控制模組100還用於在控制開關裝置1導通後再關斷時控制第五開關K8導通。由此，第一電荷記憶元件C1中的能量可以通過第三阻尼元件R5進行消耗。開關控制模組100可以為一個單獨的控制器，通過對其內部程式的設置，可以實現對不同的外接開關的通斷控制，所述開關控制模組100也可以為多個控制器，例如針對每一個外接開關設置對應的開關控制模組100，多個開關控制模組100也可以集成為一體，本發明不對開關控制模組100的實現形式做出任何限定。下面結合第16圖-第21圖對電池E的加熱電路的實施方式的工作方式進行簡單介紹。需要注意的是，雖然本發明的特徵和元素參考第16圖-第21圖以特定的結合進行了描述，但每個特徵或元素可以在沒有其他特徵和元素的情況下單獨使用，或在與或不與其他特徵和元素結合的各種情況下使用。本發明提供的電池E的加熱電路的實施方式並不限於第16圖-第21圖所示的實現方式。另外，所示的波形圖中的各個時間段之間的間隔時間可以根據實際操作的需要進行調節。在如第16圖所示的電池E的加熱電路中，第二開關K6 和第二單向半導體元件D11串聯構成開關裝置1的第一單向支路，第三單向半導體元件D12和第三開關K7串聯構成開關裝置1的第二單向支路，該開關裝置1與第一阻尼元件R1、第一電荷記憶元件C1以及第一電流記憶元件L1串聯，第一單向半導體元件D3、第二電流記憶元件L2和第一開關K9構成極性反轉單元102，第五單向半導體元件D20和第四開關K20構成續流電路20，開關控制模組100可以控制第二開關K6、第三開關K7、第一開關K9和第四開關K20的導通和關斷。第17圖為與第16圖的加熱電路對應的波形時序圖，其中，VC1指的是第一電荷記憶元件C1的電壓值，I主指的是流經開關裝置1的電流的電流值，IL2指的是極性反轉回路的電流值，IC1指的是第一電荷記憶元件C1上的電流值，ID20指的是第五單向半導體元件D20上的電流值。第16圖所示的加熱電路的工作過程如下：a）開關控制模組100控制第二開關K6導通，電池E通過與第二開關K6、第二單向半導體元件D11、第一電荷記憶元件C1組成的回路進行正向放電（如第17圖中的t1時間段所示）；b）開關控制模組100控制第二開關K6在電流經過第一個正半週期峰值後為零時關斷；c）開關控制模組100控制第三開關K7導通，電池E通過與第一電荷記憶元件C1、第三開關K7、半導體器件D12組成的回路進行反向充電；開關控制模組100控制第三開關K7在電流經過第一個負半週期峰值後過零前24度時關斷（如第17圖中的t2時間段所示）；d）開關控制模組100在控制第三開關K7關斷的同時，控制第四開關K20導通，第一電流記憶元件L1通過第四開關K20、第五單向半導體元件D20續流，開關控制模組100在流向電池E的電流為零時控制第四開關K20關斷（如第17圖中的t3時間段所示）；e）開關控制模組100控制第一開關K9導通，第一電荷記憶元件C1通過第一單向半導體元件D3、第二電流記憶元件L2和第一開關K9組成的回路放電，並達到電壓極性反轉的目的，之後，開關控制模組100控制第一開關K9關斷（如第17圖中的t4時間段所示）；f）重複步驟a）至e），電池E不斷通過充放電實現加熱，直至電池達到停止加熱條件為止。在如第18圖所示的電池E的加熱電路中，第二開關K6和第二單向半導體元件D11串聯構成開關裝置1的第一單向支路，第三單向半導體元件D12和第三開關K7串聯構成開關裝置1的第二單向支路，該開關裝置1與第一阻尼元件R1、第一電荷記憶元件C1以及第一電流記憶元件L1串聯，第一單向半導體元件D3、第二電流記憶元件L2和第一開關K9構成極性反轉單元102，第四單向半導體元件D21、第二阻尼元件R21和第二電荷記憶元件C21構成續流電路20，開關控制模組100可以控制第二開關K6、第三開關K7和第一開關K9的導通和關斷。第1第9圖為與第18圖的加熱電路對應的波形時序圖，其中，VC1指的是第一電荷記憶元件C1的電壓值，I主指的是流經開關裝置1的電流的電流值，IL2指的是極性反轉回路的電流值，IC1指的是第一電荷記憶元件C1上的電流值，IC21指的是第二電荷記憶元件C21上的電流值。第18圖所示的加熱電路的工作過程如下：a）開關控制模組100控制第二開關K6、K7導通，電池E通過與第二開關K6、第二單向半導體元件D11、第一電荷記憶元件C1組成的回路進行正向放電（如第19圖中的t1時間段所示）以及與第三開關K7、第三單向半導體元件D12、第一電荷記憶元件C1組成的回路進行反向充電（如第1第9圖中的t2時間段所示）；b）開關控制模組100控制第二開關K6、K7在電流的第二個正半週期峰值前過零後25度時關斷（如第19圖中的t3時間段所示），第一電流記憶元件L1通過第四單向半導體元件D21和第二電荷記憶元件C21續流（如第19圖中的t4時間段所示）；c）開關控制模組100控制第一開關K9導通，第一電荷記憶元件C1通過第一單向半導體元件D3、第二電流記憶元件L2和第一開關K9組成的回路放電，並達到電壓極性反轉的目的，之後，開關控制模組100控制第一開關K9關斷（如第19圖中的t5時間段所示）；d）重複步驟a）至c），電池E不斷通過充放電實現加熱，直至電池達到停止加熱條件為止。需要說明的是，第18圖中的續流電路20於t1和t2時間段亦有電流流過，出於清楚繪示續流電路20於本加熱電路內的作用的目的，第19圖中僅示出了續流電路20於體現其具體作用的時間段的電流情況，而未示出續流電路20於t1和t2時間段的電流情況，以避免混淆本發明。在如第20圖所示的電池E的加熱電路中，使用一個第一雙向開關K3構成開關裝置1，儲能電路包括第一電流記憶元件L1和第一電荷記憶元件C1，第一阻尼元件R1和開關裝置1與所述儲能電路串聯，第一單向半導體元件D3、第二電流記憶元件L2和第一開關K9構成極性反轉單元102，開關控制模組100可以控制第一開關K9和第一雙向開關K3的導通和關斷。第21圖為與第20圖的加熱電路對應的波形時序圖，其中，VC1指的是第一電荷記憶元件C1的電壓值，I主指的是流經第一雙向開關K3的電流的電流值，IL2指的是極性反轉回路的電流值。第20圖所示的加熱電路的工作過程如下：a）開關控制模組100控制第一雙向開關K3導通，儲能電路開始工作，如第2圖1所示的t1時間段，電池E通過第一雙向開關K3、第一電荷記憶元件C1組成的回路進行正向放電和反向充電（如第21圖中的t1時間段所示）；b）開關控制模組100在流經第一雙向開關K3的電流經過負半週期峰值後為零時（即反向電流為零時）控制第一雙向開關K3關斷；c）開關控制模組100控制第一開關K9導通，極性反轉單元102工作，第一電荷記憶元件C1通過第一單向半導體元件D3、第二電流記憶元件L2和第一開關K9組成的回路放電，達到電壓極性反轉的目的，之後，開關控制模組100控制第一開關K9關斷（如第21圖中的t2時間段所示）；d）重複步驟a）至c），電池E不斷通過充放電實現加熱，直至電池E達到停止加熱條件為止。在該第20圖所示的加熱電路中，由於第一雙向開關K3於流經該第一雙向開關K3的電流經過負半週期峰值後為零時（即反向電流為零時）關斷，續流電路20未起到續流作用，故位於該第21圖中繪示續流電路20。本發明提供的加熱電路能夠提高電池的充放電性能，並且在該加熱電路中，儲能電路與電池串聯，當給電池加熱時，由於串聯的電荷記憶元件的存在，能夠避免開關裝置失效短路引起的安全性問題，能夠有效地保護電池。另外，在本發明的加熱電路中，電池內電流的流動可通過續流電路而得以保持，避免電流記憶元件內的電流因開關裝置關斷而突變，從而感應出很大的電壓，繼而可以避免因回路中的電流記憶元件產生的感應電壓過大而損壞開關裝置，使得加熱電路的安全性更高，對整個電路影響較小。同時，本發明的加熱電路中還提供了能量疊加單元，當開關裝置關斷後，該能量疊加單元能夠將儲能電路中的能量與電池中的能量進行疊加，當下一次控制開關裝置導通時，提高加熱回路中的放電電流，由此提高加熱電路的工作效率。以上結合附圖詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明並不限於上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思範圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬於本發明的保護範圍。另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特徵，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重複，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。
    1．．．開關裝置
    2．．．第一DC-DC模組
    20．．．續流電路
    100．．．開關控制模組
    101．．．電壓控制單元
    102．．．極性反轉單元
    C1．．．第一電荷記憶元件
    C2．．．第二電荷記憶元件
    D3．．．第一單向半導體元件
    D11．．．第二單向半導體元件
    D12．．．第三單向半導體元件
    D20．．．第五單向半導體元件
    D21．．．第四單向半導體元件
    E．．．電池
    K3．．．第一雙向開關
    K4．．．第二雙向開關
    K5．．．第三雙向開關
    K6．．．第二開關
    K7．．．第三開關
    K8．．．第五開關
    K9．．．第一開關
    K20．．．第四開關
    L1．．．電流記憶元件
    L2．．．第二電流記憶元件
    R1．．．第一阻尼元件
    R5．．．第三阻尼元件
    R21．．．第二阻尼元件
    J1．．．第一單刀雙擲開關
    J2．．．第二單刀雙擲開關
    附圖是用來提供對本發明的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用於解釋本發明，但並不構成對本發明的限制。在附圖中：第1圖為本發明提供的電池的加熱電路的示意圖；第2圖為第1圖中的開關裝置的一種實施方式的示意圖；第3圖為第1圖中的開關裝置的一種實施方式的示意圖；第4圖為第1圖中的開關裝置的一種實施方式的示意圖；第5圖為第1圖中的開關裝置的一種實施方式的示意圖；第6圖為第1圖中的開關裝置的一種實施方式的示意圖；第7圖為第1圖中的續流電路的一種實施方式的示意圖；第8圖為第1圖中的續流電路的另一種實施方式的示意圖；第9圖為第1圖中的能量疊加單元的一種實施方式的示意圖；第10圖為第9圖中的極性反轉單元的一種實施方式的示意圖；第11圖為第9圖中的極性反轉單元的一種實施方式的示意圖；第12圖為第9圖中的極性反轉單元的一種實施方式的示意圖；第13圖為第12圖中的第一DC-DC模組的一種實施方式的示意圖；第14圖為本發明提供的電池的加熱電路的一種優選實施方式的示意圖；第15圖為第14圖中的能量消耗單元的一種實施方式的示意圖；第16圖為本發明提供的電池的加熱電路的一種實施方式的示意圖；第17圖為第16圖的加熱電路所對應的波形時序圖；第18圖為本發明提供的電池的加熱電路的一種實施方式的示意圖；第19圖為第18圖的加熱電路所對應的波形時序圖；第20圖為本發明提供的電池的加熱電路的一種實施方式的示意圖；以及第21圖為第20圖的加熱電路所對應的波形時序圖。
    1．．．開關裝置
    R1．．．第一阻尼元件
    L1．．．電流記憶元件
    E．．．電池
    C1．．．第一電荷記憶元件
    100．．．開關控制模組
    权利要求:
    Claims (18)
    [1] 一種電池的加熱電路，該加熱電路包括：開關裝置；第一阻尼元件；儲能電路，所述儲能電路用於與電池連接，所述儲能電路包括第一電流記憶元件和第一電荷記憶元件，且所述第一阻尼元件、開關裝置、第一電流記憶元件和第一電荷記憶元件串聯；開關控制模組，第一阻尼元件、所述開關控制模組與所述開關裝置連接，用於控制所述開關裝置導通和關斷，以控制能量在所述電池與所述儲能電路之間的流動；續流電路，所述續流電路用於在所述開關裝置導通後再關斷時，與所述電池和第一電流記憶元件構成串聯回路，以保持所述電池內電流的流動；和能量疊加單元，所述能量疊加單元與所述儲能電路連接，用於在所述開關裝置導通再關斷後，將所述儲能電路中的能量與所述電池中的能量進行疊加。
    [2] 如申請專利範圍第1項所述的加熱電路，其中，所述第一阻尼元件為所述電池內部的寄生電阻，所述第一電流記憶元件為所述電池內部的寄生電感；或者，所述第一阻尼元件為外接電阻，所述第一電流記憶元件為外接電感，所述第一電荷記憶元件為電容。
    [3] 如申請專利範圍第2項所述的加熱電路，其中，所述能量疊加單元包括：極性反轉單元，所述極性反轉單元與所述儲能電路連接，用於在開關裝置導通後再關斷時，對所述第一電荷記憶元件的電壓極性進行反轉。
    [4] 如申請專利範圍第3項所述的加熱電路，其中，所述極性反轉單元包括：第一單刀雙擲開關；和第二單刀雙擲開關，所述第一單刀雙擲開關和第二單刀雙擲開關分別位於所述第一電荷記憶元件兩端，所述第一單刀雙擲開關的入線連接在所述儲能電路中，所述第一單刀雙擲開關的第一出線連接所述第一電荷記憶元件的第一極板，所述第一單刀雙擲開關的第二出線連接所述第一電荷記憶元件的第二極板，所述第二單刀雙擲開關的入線連接在所述儲能電路中，所述第二單刀雙擲開關的第一出線連接所述第一電荷記憶元件的第二極板，所述第二單刀雙擲開關的第二出線連接在所述第一電荷記憶元件的第一極板，所述開關控制模組還與所述第一單刀雙擲開關和第二單刀雙擲開關分別連接，用於通過改變所述第一單刀雙擲開關和第二單刀雙擲開關各自的入線和出線的連接關係來對所述第一電荷記憶元件的電壓極性進行反轉。
    [5] 如申請專利範圍第3項所述的加熱電路，其中，所述極性反轉單元包括：第一單向半導體元件；第二電流記憶元件；以及第一開關，所述第一電荷記憶元件、第二電流記憶元件和第一開關順次串聯形成回路，所述第一單向半導體元件串聯在所述第一電荷記憶元件與第二電流記憶元件或所述第二電流記憶元件與第一開關之間，所述開關控制模組還與所述第一開關連接，用於通過控制第一開關導通來對所述第一電荷記憶元件的電壓極性進行反轉。
    [6] 如申請專利範圍第3項所述的加熱電路，其中，所述極性反轉單元包括：第一DC-DC模組；和第二電荷記憶元件，所述第一DC-DC模組與所述第一電荷記憶元件和第二電荷記憶元件分別連接，所述開關控制模組還與所述第一DC-DC模組連接，用於通過控制第一DC-DC模組工作來將所述第一電荷記憶元件中的能量轉移至所述第二電荷記憶元件，再將所述第二電荷記憶元件中的能量反向轉移回所述第一電荷記憶元件，以實現對所述第一電荷記憶元件的電壓極性的反轉。
    [7] 如申請專利範圍第1項所述的加熱電路，其中，所述開關裝置為第一雙向開關。
    [8] 如申請專利範圍第1項所述的加熱電路，其中，所述開關裝置包括：用於實現能量從所述電池流向所述儲能電路的第一單向支路；和用於實現能量從所述儲能電路流向所述電池的第二單向支路，所述開關控制模組與所述第一單向支路和第二單向支路分別連接，用於通過控制所連接的支路的導通和關斷來控制開關裝置的導通和關斷。
    [9] 如申請專利範圍第8項所述的加熱電路，其中，所述開關裝置包括：第二雙向開關；和第三雙向開關，所述第二雙向開關和第三雙向開關彼此反向串聯以構成所述第一單向支路和第二單向支路，所述開關控制模組與所述第二雙向開關和第三雙向開關分別連接，用於通過控制所述第二雙向開關和第三雙向開關的導通和關斷來控制第一單向支路和第二單向支路的導通和關斷。
    [10] 如申請專利範圍第8項所述的加熱電路，其中，所述開關裝置包括：第二開關；第二單向半導體元件，所述第二開關和第二單向半導體元件彼此串聯以構成所述第一單向支路；第三開關；以及第三單向半導體元件，第二開關第二單向半導體元件所述第三開關與第三單向半導體元件彼此串聯以構成所述第二單向支路，所述開關控制模組與所述第二開關和第三開關分別連接，用於通過控制所述第二開關和第三開關的導通和關斷來控制所述第一單向支路和第二單向支路的導通和關斷。
    [11] 如申請專利範圍第8項所述的加熱電路，其中，所述開關裝置還包括與所述第一單向支路和/或第二單向支路串聯的電阻。
    [12] 如申請專利範圍第1項所述的加熱電路，其中，所述續流電路包括：相互串聯的第四開關和第五單向半導體元件，所述開關控制模組與所述第四開關連接，用於在所述開關裝置導通再關斷後，控制所述第四開關導通，並在流向所述電池的電流到達電流預定值之後，控制所述第四開關關斷。
    [13] 如申請專利範圍第1項所述的加熱電路，其中，所述續流電路包括：第四單向半導體元件；第二阻尼元件；和第二電荷記憶元件，所述第四單向半導體元件與所述第二阻尼元件並聯之後再與所述第二電荷記憶元件串聯。
    [14] 如申請專利範圍第1項所述的加熱電路，其中，所述開關控制模組還用於在開關裝置導通後流經開關裝置的電流的第一正半週期之後控制所述開關裝置關斷，且所述開關裝置關斷時施加到所述開關裝置上的電壓小於所述開關裝置的額定電壓。
    [15] 如申請專利範圍第14項所述的加熱電路，其中，所述開關控制模組用於在所述開關裝置導通後流經所述開關裝置的電流經過負半週期峰值後為零時控制所述開關裝置關斷。
    [16] 如申請專利範圍第1-15項中任一項申請專利範圍所述的加熱電路，其中，所述加熱電路還包括：與所述第一電荷記憶元件連接的能量消耗單元，所述能量消耗單元用於在所述開關裝置導通後再關斷時、所述能量疊加單元進行能量疊加之前，對所述第一電荷記憶元件中的能量進行消耗。
    [17] 如申請專利範圍第16項所述的加熱電路，其中，所述能量消耗單元包括：電壓控制單元，所述電壓控制單元與所述第一電荷記憶元件連接，用於在開關裝置導通後再關斷時、所述能量疊加單元進行能量疊加之前，將所述第一電荷記憶元件兩端的電壓值轉換成電壓設定值。
    [18] 如申請專利範圍第17項所述的加熱電路，其中，所述電壓控制單元包括：第三阻尼元件；和第五開關，所述第三阻尼元件和第五開關彼此串聯之後並聯在所述第一電荷記憶元件的兩端，所述開關控制模組還與所述第五開關連接，所述開關控制模組還用於在控制開關裝置導通再關斷後控制第五開關導通。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
    US9209103B2|2015-12-08|Battery heating circuits and methods based on battery discharging and charging using resonance components in series and current limiting components
    TWI477026B|2015-03-11|一種電池的加熱電路
    US8994332B2|2015-03-31|Battery heating circuits and methods using voltage inversion based on predetermined conditions
    TWI556995B|2016-11-11|一種電動車行車控制系統
    US8947049B2|2015-02-03|Battery heating circuits and methods using voltage inversion and freewheeling circuit components
    US8941358B2|2015-01-27|Heating circuits and methods based on battery discharging and charging using resonance components in series and freewheeling circuit components
    TWI551486B|2016-10-01|一種電動車行車控制系統
    TWI477027B|2015-03-11|一種電池的加熱電路
    TWI455443B|2014-10-01|一種電池的加熱電路
    TWI433429B|2014-04-01|一種電池的加熱電路
    TWI433428B|2014-04-01|一種電池的加熱電路
    TWI430537B|2014-03-11|一種電池的加熱電路
    TWI465000B|2014-12-11|一種電池的加熱電路
    TW201322586A|2013-06-01|一種電池的加熱電路
    TWI464999B|2014-12-11|一種電池的加熱電路
    TWI427894B|2014-02-21|一種電池的加熱電路
    TWI493830B|2015-07-21|一種電池的加熱電路
    TWI465001B|2014-12-11|一種電池的加熱電路
    TWI454012B|2014-09-21|一種電池的加熱電路
    TWI430536B|2014-03-11|一種電池的加熱電路
    TWI469473B|2015-01-11|一種電池的加熱電路
    TWI465002B|2014-12-11|一種電池的加熱電路
    TWM437537U|2012-09-11|Battery heating circuit
    TWM438031U|2012-09-21|Battery heating circuit
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    TWI455443B|2014-10-01|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    TW200518370A|2003-11-21|2005-06-01|Benq Corp|Apparatus for charging and heating a rechargeable battery at low temperature|
    CN102074760B|2010-07-30|2012-07-18|比亚迪股份有限公司|一种电池的加热电路|
    法律状态:
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    TW100141802A|TWI455443B|2011-11-16|2011-11-16|一種電池的加熱電路|TW100141802A| TWI455443B|2011-11-16|2011-11-16|一種電池的加熱電路|
    [返回顶部]