CN101707268A - 液体铅酸蓄电池低压全桥串联谐振软开关电路加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液体铅酸蓄电池低压全桥串联谐振软开关电路加热装置，液体铅酸蓄电池底部安装加热装置，所述加热装置包括加热底板、多个导磁发热体和控制系统，导磁发热体放置于铅酸蓄电池内部；加热底板由环形电磁线圈、聚磁装置和两接线柱安装于底板上组成，聚磁装置安装于环形电磁线圈底部正下方；所述控制系统为全桥串联谐振软开关电路，控制系统经两接线柱连接环形电磁线圈将低压高频电流送至环形电磁线圈产生交变磁场使蓄电池内部的导磁发热体形成涡流加热蓄电池电解液。本发明自动化控制程度高，加热效率高，安装、维护方便，安全可靠，使用寿命长，解决了车辆在严寒地区液体铅蓄电池无法正常使用的问题，使用范围广。

Description

液体铅酸蓄电池低压全桥串联谐振软开关电路加热装置

技术领域

本发明涉及一种液体铅酸蓄电池加热装置，具体说是一种采用低压全桥串联谐振软开关电路的液体铅蓄电池用加热装置。

背景技术

液体铅酸蓄电池具有功率高、瞬间提供的电流大、过载能力强、价格低廉、使用和维护方便等特点，目前仍然是车辆上不可替代的启动动力源，应用十分普遍。但液体铅酸蓄电池和其他大多数动力蓄电池一样，对环境温度特别敏感，一般情况下，标准铅蓄电池的可用容量以25℃为参考点，温度每下降1℃，其可用容量下降1％，当电池内部温度下降到-20℃以下时，所剩的电容量很小，无法提供车辆启动动力，因此必须对蓄电池进行加热。

根据液体铅蓄电池的充电特性，在温度低于-20℃以下时，是不能对蓄电池进行充电的，而在车辆使用中，一旦启动车辆即对蓄电池充电，在温度低于-20℃以下情况下强行启动车辆，蓄电池容易永久损坏，必须加热到一定温度后才能启动车辆。

传统加热采用火烤蓄电池，易烤坏蓄电池外壳，损坏蓄电池，蓄电池使用寿命短。现有蓄电池加热采用远红外灯或电热带从外部加热，远红外灯和电热带的电源须采用市电，须人工操作开启加热，加热效率低，浪费能源，而且在野外或无市电供应时，远红外灯或电热带无法给蓄电池加热，导致车辆无法启动。

发明内容

为了解决现有技术中蓄电池加热繁琐，加热手段传统易损坏蓄电池等缺点，本发明的目的是提供一种设计合理，结构简单，无须人工操作，采用蓄电池自身能量供电加热，自动控制程度高，加热效率高，使用安全，蓄电池使用寿命长的液体铅酸蓄电池低压全桥串联谐振软开关电路加热装置。

本发明采用的技术方案是：一种液体铅酸蓄电池低压全桥串联谐振软开关电路加热装置，其技术特点是所述加热装置包括加热底板、导磁发热体和控制系统，所述多个导磁发热体分别平行放置于铅酸蓄电池的每个蜂窝格内部；所述加热底板由环形电磁线圈、聚磁装置、两接线柱、底板组成，环形电磁线圈、聚磁装置、两接线柱均安装于底板上，聚磁装置安装于环形电磁线圈底部正下方，两接线柱连通环形电磁线圈；所述控制系统经两接线柱连接环形电磁线圈将低压高频电流送至环形电磁线圈产生交变磁场使蓄电池内部的导磁发热体形成涡流加热蓄电池电解液。

所述控制系统为由一个控制模块和一个全桥驱动电路组成的全桥串联谐振软开关电路，所述控制模块连接蓄电池正负极，所述全桥驱动电路由两个驱动模块、四个MOS管Q1、Q2、Q3、Q4和五个谐振电容C1、C2、C3、C4、C5组成，四个谐振电容C1、C2、C3、C4分别并联连接MOS管Q1、Q2、Q3、Q4的源极和漏极上，第一驱动模块分别连接MOS管Q1、Q2的控制极，MOS管Q1的源极和Q2的漏极相连并经谐振电容C5连接一接线柱，第二驱动模块分别连接MOS管Q3、Q4的控制极，MOS管Q3的源极和Q4的漏极相连并连接另一接线柱，通过对MOS管Q1、Q2、Q3、Q4、环形电磁线圈、谐振电容C1、C2、C3、C4、C5参数的调整实现全桥驱动电路的低压高效工作，控制模块产生高频控制信号控制全桥驱动电路向环形电磁线圈输出低压高频电流.

所述控制模块包括温控电路、低压保护电路和电池移开保护电路。所述温控电路由放置于蓄电池内部的感温元件探测蓄电池内部温度，将温度信号放大后由控制模块控制全桥驱动电路低温工作或高温停止工作，所述电池移开保护电路由设置于底板上与蓄电池底部压合的保护开关控制；

所述导磁发热体表层镀有聚四氟乙烯；

所述底板为多层聚脂板，底板厚度不大于50mm；

所述聚磁装置为多个聚磁条环形排列组成，或聚磁装置为一整体的聚磁环，聚磁条或聚磁环宽度大于环形电磁线圈宽度。

蓄电池内部温度低于-20℃时，蓄电池内部感温元件探测温度信号，由温控电路将温度信号放大后送至控制模块，控制模块驱动全桥驱动电路工作将低压高频电流送至环形电磁线圈，环形电磁线圈产生交变磁场，交变磁场经聚磁装置聚磁后使交变磁场内的导磁发热体形成电磁感应涡流发热，导磁发热体发热对蓄电池内电解液加热，蓄电池内部温度上升至0℃以上时，蓄电池内部感温元件将温度信号放大后送至控制模块，控制模块驱动全桥驱动电路停止工作，加热装置停止加热。

采用以上技术方案后，本发明达到的有益效果是：

1、蓄电池正负极连接加热装置，由蓄电池自身电量供给加热装置对蓄电池加热，加热装置采用全桥串联谐振软开关电路设计，实现加热装置低压工作，配合导磁发热体电磁涡流感应加热蓄电池，减少了热量传递的中间环节，大大提高了制热效率，热效率高达80％以上，且无须提供外部电源，节约能源，解决了车辆在严寒地区液体铅酸蓄电池无法正常使用的问题；

2、底板采用厚度不大于50mm的聚脂板，结构稳定，可承重，绝缘效果好，占用蓄电池放置空间小；底板上环形电磁线圈正下方设有聚磁装置，可将环形电磁线圈产生的交变磁场聚拢密集，有利于提高导磁发热体的热效率；导磁体表层镀有聚四氟乙烯，耐酸、耐腐蚀，在酸性电解液中可长期存放，使用寿命不小于三年，大于蓄电池本身寿命；

3、加热装置的控制模块设有温控电路、低压保护电路和电池移开保护电路，在蓄电池电压过低时，低压保护电路自动关闭以保护蓄电池；在电池移开时，电池移开保护电路自动关闭以保护加热装置；在蓄电池内部温度低于-20℃时，温控电路自动工作控制加热装置加热蓄电池，在蓄电池内部温度上升到0℃时，温控电路自动关闭，无须人工操作，自动化程度高，使用方便，安全性能高，蓄电池使用寿命长。

本发明采用蓄电池自身供电的全桥串联谐振软开关电路加热装置，设计合理，结构简单，无须提供外部电源，节约能源，且由全桥串联谐振软开关电路控制加热装置对蓄电池低温加热或高温停止加热，自动化控制程度高，加热效率高，安装、维护方便，安全可靠，使用寿命长，解决了车辆在严寒地区液体铅蓄电池无法正常使用的问题，使用范围广。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明加热底板的俯视图；

图3为本发明控制系统的电路原理图；

图4为本发明电磁感应原理图。

图中：蓄电池1，导磁发热体2，底板3，环形电磁线圈4，聚磁条5，接线柱6、61，座圈7，移开保护开关8，感温元件9，控制系统10，控制模块11，第一驱动模块12，第二驱动模块13，温控电路14，低压保护电路15，电池移开保护电路16。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

图1、2所示，液体铅酸蓄电池低压全桥串联谐振软开关电路加热装置主要包括导磁发热体2、底板3、环形电磁线圈4、聚磁条5、接线柱6、61、感温元件9、移开保护开关8和控制系统10。底板3采用不高于50mm的聚脂板制成，底板上设有环形电磁线圈4、聚磁条5、接线柱6、61、座圈7和移动保护开关8，底板周边设有座圈7，座圈外的底板设有两个接线柱6、61，座圈内的底板上设有环形电磁线圈，控制系统经两接线柱连接环形电磁线圈，环形电磁线圈内的底板上设有与蓄电池1底部压合的移开保护开关，环形电磁线圈正下方的底板上设有多个聚磁条，多个聚磁条组成与环形电磁线圈相同的环状结构，聚磁条环状结构的带宽大于环形电磁线圈的带宽；蓄电池底部嵌装于底板上的座圈内，蓄电池电解液内设有感温元件9，蓄电池的每个蜂窝格内底部均设有水平放置的导磁发热体2，导磁发热体表层镀有聚四氟乙烯。

图3所示，控制系统包括控制模块11、第一驱动模块12、第二驱动模块13、温控电路14、低压保护电路15、电池移开保护电路16、MOS管Q1、Q2、Q3、Q4和电容C1、C2、C3、C4、C5。温控电路14连接感温元件9，电池移开保护电路16连接移开保护开关8；控制模块一端连接蓄电池的正负极，控制模块另一端分别连接第一驱动模块和第二驱动模块，第一驱动模块分别经电阻连接MOS管Q1的控制极和MOS管Q2的控制极，第二驱动模块分别经电阻连接MOS管Q3的控制极和MOS管Q4的控制极，MOS管Q1、Q2、Q3、Q4组成全桥串联电路，MOS管Q1的漏级和源极并联电容C1，MOS管Q2的漏级和源极并联电容C2，MOS管Q3的漏级和源极并联电容C3，MOS管Q4的漏级和源极并联电容C4，MOS管Q1的源极与MOS管Q2的漏极相连且经电容C5连接底板上一接线柱6，MOS管Q3的源极与MOS管Q4的漏极相连且连接底板上另一接线柱61，两接线柱连接环形电磁线圈。

图4所示，全桥驱动电路输出的交变电流通过环形电磁线圈4产生交变磁场，当交变磁场内的磁力线通过导磁发热体2时，会在导磁发热体上产生无数的涡流，并利用导磁发热体小电阻大电流的短路热效应产生热量，达到加热导磁发热体本身从而加热与导磁发热体相接触的电解液。

当蓄电池1内部温度低于-20℃时，蓄电池电解液内的感温元件9探测温度信号，由温控电路14将温度信号放大后送至控制模块11，控制模块产生高频控制信号驱动全桥驱动电路低电压工作，控制模块首先控制第一驱动模块12驱动MOS管Q1导通、第二驱动模块12驱动MOS管Q2导通，全桥驱动电路中电流由MOS管Q1经环形电磁线圈4流向MOS管Q4，控制模块再控制第一驱动模块驱动MOS管Q2导通、第二驱动模块驱动MOS管Q3导通，全桥驱动电路中电流由MOS管Q3经环形电磁线圈流向MOS管Q2，控制模块重复上述控制步骤将低压高频交流电流送至环形电磁线圈，环形电磁线圈产生交变磁场，交变磁场经聚磁装置聚磁后使交变磁场内的导磁发热体2形成电磁感应涡流发热，导磁发热体产生热量对蓄电池电解液加热；当蓄电池内部温度加热上升至0℃以上，蓄电池内部感温元件将温度信号由温控电路放大后送至控制模块，控制模块驱动全桥驱动电路停止工作，电加热装置停止加热.

Claims (6)

1.一种液体铅酸蓄电池低压全桥串联谐振软开关电路加热装置，液体铅酸蓄电池(1)底部安装加热装置，其特征在于：所述加热装置包括加热底板、多个导磁发热体(2)和控制系统(10)，所述多个导磁发热体分别平行放置于铅酸蓄电池的每个蜂窝格内部；所述加热底板由环形电磁线圈(4)、聚磁装置、两接线柱(6、61)、底板(3)组成，环形电磁线圈、聚磁装置、两接线柱均安装于底板上，聚磁装置安装于环形电磁线圈底部正下方，两接线柱连通环形电磁线圈；所述控制系统经两接线柱连接环形电磁线圈将低压高频电流送至环形电磁线圈产生交变磁场使蓄电池内部的导磁发热体形成涡流加热蓄电池电解液。

2.根据权利要求1所述的液体铅酸蓄电池低压全桥串联谐振软开关电路加热装置，其特征是：所述控制系统(10)为控制模块(11)和全桥驱动电路组成的全桥串联谐振软开关电路，所述控制模块连接蓄电池正负极，所述全桥驱动电路由两个驱动模块(12、13)、四个MOS管Q1、Q2、Q3、Q4和五个谐振电容C1、C2、C3、C4、C5组成，四个谐振电容C1、C2、C3、C4中任一谐振电容并联于MOS管Q1、Q2、Q3、Q4任一MOS管两端，第一驱动模块分别连接MOS管Q1、Q2，MOS管Q1、Q2的共同端经谐振电容C5连接一接线柱，第二驱动模块分别连接MOS管Q3、Q4，MOS管Q3、Q4的共同端连接另一接线柱，控制模块产生高频控制信号控制全桥驱动电路向环形电磁线圈(4)输出低压高频电流。

3.根据权利要求2所述的液体铅酸蓄电池低压全桥串联谐振软开关电路加热装置，其特征是：所述控制模块(10)包括温控电路(14)、低压保护电路(15)和电池移开保护电路(16)；所述温控电路连接蓄电池内部液体内的温控元件(9)；所述电池移开保护电路连接底板上的移开保护开关(16)。

4.根据权利要求1所述的液体铅酸蓄电池低压全桥串联谐振软开关电路加热装置，其特征是：所述导磁发热体(2)表层镀有聚四氟乙烯。

5.根据权利要求1所述的液体铅酸蓄电池低压全桥串联谐振软开关电路加热装置，其特征是：所述底板(3)为聚脂板，底板厚度不大于50mm。

6.根据权利要求1所述的液体铅酸蓄电池低压全桥串联谐振软开关电路加热装置，其特征是：所述聚磁装置为多个聚磁条(5)环形排列组成，或聚磁装置为一整体的聚磁环，聚磁条或聚磁环宽度大于环形电磁线圈宽度。

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