CN102074759A - 一种电池的加热电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的电池的加热电路包括开关装置(1)、开关控制模块(100)、阻尼元件R1、储能电路以及能量转移单元,所述储能电路用于与所述电池连接,所述储能电路包括电流存储元件L1和电荷存储元件C1,所述阻尼元件R1和开关装置(1)与所述储能电路串联,所述开关控制模块(100)与开关装置(1)连接,用于控制开关装置(1)导通和关断,以控制能量在所述电池与所述储能电路之间的流动,所述能量转移单元与所述储能电路连接,用于在开关装置(1)导通再关断后,将储能电路中的能量转移至储能元件中。本发明提供的加热电路能够提高电池的充放电性能,在给电池加热时安全性高,且还起到了能量回收利用的作用。

Description

一种电池的加热电路
技术领域
本发明属于电力电子领域,尤其涉及一种电池的加热电路。
背景技术
考虑到汽车需要在复杂的路况和环境条件下行驶,或者有些电子设备需要在较差的环境条件中使用,所以,作为电动车或电子设备电源的电池就需要适应这些复杂的状况。而且除了考虑这些状况,还需考虑电池的使用寿命及电池的充放电循环性能,尤其是当电动车或电子设备处于低温环境中时,更需要电池具有优异的低温充放电性能和较高的输入输出功率性能。
一般而言,在低温条件下会导致电池的阻抗增大,极化增强,由此导致电池的容量下降。
为了保持电池在低温条件下的容量,提高电池的充放电性能,本发明提供了一种电池的加热电路。
发明内容
本发明的目的是针对电池在低温条件下会导致电池的阻抗增大,极化增强,由此导致电池的容量下降的问题,提供一种电池的加热电路。
本发明提供的电池的加热电路,该加热电路包括包括开关装置、开关控制模块、阻尼元件、储能电路以及能量转移单元,所述储能电路用于与所述电池连接,所述储能电路包括电流存储元件和电荷存储元件,所述阻尼元件和开关装置与所述储能电路串联,所述开关控制模块与开关装置连接,用于控制开关装置导通和关断,以控制能量在所述电池与所述储能电路之间的流动,所述能量转移单元与所述储能电路连接,用于在开关装置关断后,将储能电路中的能量转移至储能元件中。
本发明提供的加热电路能够提高电池的充放电性能,并且在该加热电路中,储能电路与电池串联,当给电池加热时,由于串联的电荷存储元件的存在,能够避免开关装置失效短路引起的安全性问题,能够有效地保护电池。同时,本发明的加热电路中还提供了能量转移单元,当开关装置关断后,该能量转移单元能够将储能电路中的能量转移至其他储能元件或者提供给其他设备,因此还起到了能量回收利用的作用。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本发明,但并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1为本发明提供的电池的加热电路的示意图;
图2为图1中的能量转移单元的一种实施方式的示意图;
图3为图2中的电量回灌单元的一种实施方式的示意图;
图4为图3中的第二DC-DC模块的一种实施方式的示意图;
图5为图1中的开关装置的一种实施方式的示意图;
图6为图1中的开关装置的一种实施方式的示意图;
图7为图1中的开关装置的一种实施方式的示意图;
图8为图1中的开关装置的一种实施方式的示意图;
图9为图1中的开关装置的一种实施方式的示意图;
图10为图1中的开关装置的一种实施方式的示意图;
图11为图1中的开关装置的一种实施方式的示意图;
图12为图1中的开关装置的一种实施方式的示意图;
图13为本发明提供的电池的加热电路的一种优选实施方式的示意图;
图14为图13中的能量消耗单元的一种实施方式的示意图;
图15为本发明提供的电池的加热电路的一种实施方式的示意图;
图16为图15的加热电路所对应的波形时序图;
图17为本发明提供的电池的加热电路的一种实施方式的示意图;以及
图18为图17的加热电路所对应的波形时序图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,并不用于限制本发明。
需要指出的是,除非特别说明,当下文中提及时,术语“开关控制模块”为任意能够根据设定的条件或者设定的时刻输出控制指令(例如脉冲波形)从而控制与其连接的开关装置相应地导通或关断的控制器,例如可以为PLC;当下文中提及时,术语“开关”指的是可以通过电信号实现通断控制或者根据元器件自身的特性实现通断控制的开关,既可以是单向开关,例如由双向开关与二极管串联构成的可单向导通的开关,也可以是双向开关,例如金属氧化物半导体型场效应管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,MOSFET)或带有反并续流二极管的IGBT;当下文中提及时,术语“双向开关”指的是可以通过电信号实现通断控制或者根据元器件自身的特性实现通断控制的可双向导通的开关,例如MOSFET或带有反并续流二极管的IGBT;当下文中提及时,单向半导体元件指的是具有单向导通功能的半导体元件,例如二极管等;当下文中提及时,术语“电荷存储元件”指任意可以实现电荷存储的装置,例如可以为电容等;当下文中提及时,术语“电流存储元件”指任意可以对电流进行存储的装置,例如可以为电感等;当下文中提及时,术语“正向”指能量从电池向储能电路流动的方向,术语“反向”指能量从储能电路向电池流动的方向;当下文中提及时,术语“电池”包括一次电池(例如干电池、碱性电池等)和二次电池(例如锂离子电池、镍镉电池、镍氢电池或铅酸电池等);当下文中提及时,术语“阻尼元件”指任意通过对电流的流动起阻碍作用以实现能量消耗的装置,例如可以为电阻等;当下文中提及时,术语“主回路”指的是电池与阻尼元件、开关装置以及储能电路串联组成的回路。
这里还需要特别说明的是,考虑到不同类型的电池的不同特性,在本发明中,“电池”可以指不包含内部寄生电阻和寄生电感、或者内部寄生电阻的阻值和寄生电感的电感值较小的理想电池,也可以指包含有内部寄生电阻和寄生电感的电池包;因此,本领域技术人员应当理解的是,当“电池”为不包含内部寄生电阻和寄生电感、或者内部寄生电阻的阻值和寄生电感电感值较小的理想电池时,阻尼元件R1指的是电池外部的阻尼元件,电流存储元件L1指的是电池外部的电流存储元件;当“电池”为包含有内部寄生电阻和寄生电感的电池包时,阻尼元件R1既可以指电池外部的阻尼元件,也可以指电池包内部的寄生电阻,同样地,电流存储元件L1既可以指电池外部的电流存储元件,也可以指电池包内部的寄生电感。
为了保证电池的使用寿命,可以在低温情况下对电池进行加热,当达到加热条件时,控制加热电路开始工作,对电池进行加热,当达到停止加热条件时,控制加热电路停止工作。
在电池的实际应用中,随着环境的改变,可以根据实际的环境情况对电池的加热条件和停止加热条件进行设置,以保证电池的充放电性能。
为了对处于低温环境中的电池E进行加热,本发明提供了一种电池E的加热电路,如图1所示,该加热电路包括开关装置1、开关控制模块100、阻尼元件R1、储能电路以及能量转移单元,所述储能电路用于与所述电池连接,所述储能电路包括电流存储元件L1和电荷存储元件C1,所述阻尼元件R1和开关装置1与所述储能电路串联,所述开关控制模块100与开关装置1连接,用于控制开关装置1导通和关断,以控制能量在所述电池与所述储能电路之间的流动,所述能量转移单元与所述储能电路连接,用于在开关装置1导通再关断后,将储能电路中的能量转移至储能元件中。
根据本发明的技术方案,当达到加热条件时,开关控制模块100控制开关装置1导通,电池E与储能电路串联构成回路,电池E可以通过回路放电,即对电荷存储元件C1进行充电,当回路中的电流经过电流峰值后正向为零时,电荷存储元件C1开始通过回路放电,即是对电池E充电;在电池E的充放电过程中,回路中的电流正向、反向均能流过阻尼元件R1,通过阻尼元件R1的发热可以达到给电池E加热的目的,通过控制开关装置1的导通和关断时间,可以控制电池E仅通过放电来加热,或者通过放电和充电两种方式来加热。当达到停止加热条件时,开关控制模块100可以控制开关装置1关断,加热电路停止工作。
所述能量转移单元与所述储能电路连接,用于在开关装置1导通再关断后,将储能电路中的能量转移到储能元件中,目的在于对存储电路中的能量进行回收利用。所述储能元件可以是外接电容、低温电池或者电网以及其他用电设备。
优选情况下,所述储能元件是本发明提供的电池E,所述能量转移单元包括电量回灌单元103,该电量回灌单元103与所述储能电路连接,用于在开关装置1导通再关断后,将储能电路中的能量转移至电池E中,如图2所不。
根据本发明的技术方案,在开关装置1关断后,通过能量转移单元将储能电路中的能量转移到电池E中,能够在开关装置1再次导通后对被转移的能量进行循环利用,提高了加热电路的工作效率。
作为电量回灌单元103的一种实施方式,如图3所示,所述电量回灌单元103包括第二DC-DC模块3,该第二DC-DC模块3与所述电荷存储元件C1和所述电池E分别连接,所述开关控制模块100还与所述第二DC-DC模块3连接,用于通过控制第二DC-DC模块3工作来将电荷存储元件C1中的能量转移到所述电池E中。
所述第二DC-DC模块3是本领域中常用的用于实现能量转移的直流变直流转换电路,本发明不对第二DC-DC模块3的具体电路结构作任何限制,只要能够实现对电荷存储元件C1的能量进行转移即可,本领域技术人员可以根据实际操作的需要对其电路中的元件进行增加、替换或删减。
图4为本发明提供的第二DC-DC模块3的一种实施方式,如图4所示,所述第二DC-DC模块3包括:双向开关S1、双向开关S2、双向开关S3、双向开关S4、第三变压器T3、电流存储元件L4、以及四个单向半导体元件。在该实施方式中,所述双向开关S1、双向开关S2、双向开关S3、双向开关S4为MOSFET。
其中,所述第三变压器T3的1脚和3脚为同名端,所述四个单向半导体元件中的两个单向半导体元件负极相接成组,接点通过电流存储元件L4与电池E的正端连接,另两个单向半导体元件正极相接成组,接点与电池E的负端连接,且组与组之间的对接点分别与第三变压器T3的3脚和4脚连接,由此构成桥式整流电路。
其中,双向开关S1的源极与双向开关S3的漏极连接,双向开关S2的源极与双向开关S4的漏极连接,双向开关S1、双向开关S2的漏极与电荷存储元件C1的正端连接,双向开关S3、双向开关S4的源极与电荷存储元件C1的负端连接,由此构成全桥电路。
在该全桥电路中,双向开关S1、双向开关S2为上桥臂,双向开关S3、双向开关S4为下桥臂,第三变压器T3的1脚与双向开关S1和双向开关S3之间的节点连接、2脚与双向开关S2和双向开关S4之间的节点连接。
其中,双向开关S1、双向开关S2、双向开关S3和双向开关S4分别通过所述开关控制模块100的控制来实现导通和关断。
下面对所述第二DC-DC模块3的工作过程进行描述:
1、在开关装置1关断后,所述开关控制模块100控制双向开关S1和双向开关S4同时导通以构成A相,控制双向开关S2、双向开关S3同时导通以构成B相,通过控制所述A相、B相交替导通以构成全桥电路进行工作;
2、当所述全桥电路工作时,电荷存储元件C1上的能量通过第三变压器T3和整流电路转移到电池E上,所述整流电路将输入的交流电转化为直流电输出至电池E,达到电量回灌的目的。
为了避免电荷存储元件C1给处于低温情况下的电池E充电,保证电池E的充放电性能,作为本发明提供的加热电路的一种优选实施方式,所述开关控制模块100用于控制开关装置1导通和关断,以控制能量仅从电池E流向储能电路,由此,可以避免电荷存储元件C1对电池E进行充电。
对于能量仅从电池E流向储能电路的实施方式,所述开关控制模块100用于在开关装置1导通后流经开关装置1的电流为零时或为零前控制开关装置1关断,只要保证电流仅从电池E流向电荷存储元件C1即可。
为了控制能量仅从电池E流向电荷存储元件C1,根据本发明的一种实施方式,如图5所示,所述开关装置1包括开关K1和单向半导体元件D1,所述开关K1和单向半导体元件D1彼此串联之后串联在所述储能电路中,所述开关控制模块100与开关K1连接,用于通过控制开关K1的导通和关断来控制开关装置1导通和关断。通过串联单向半导体元件D1,在开关K1失效的情况下,可以阻止电荷存储元件C1中的能量回流,避免对电池E充电。
由于开关K1关断时导致的电流下降速率较高会在电流存储元件L1上感应出较高的过电压,容易导致开关K1关断时由于其电流、电压超出安全工作区而损坏,因此,优选情况下,所述开关控制模块100用于在流经开关装置1的电流为零时控制开关K1关断。
为了提高加热效率,优选情况下,根据本发明的另一种实施方式,如图6所示,所述开关控制模块100用于在开关装置1导通后流经开关装置1的电流为零前控制开关装置1关断,所述开关装置1包括单向半导体元件D9、单向半导体元件D10、开关K2、阻尼元件R4以及电荷存储元件C3,所述单向半导体元件D9与开关K2顺次串联在所述储能电路中,所述阻尼元件R4与电荷存储元件C3串联之后并联在所述开关K2的两端,所述单向半导体元件D10并联在阻尼元件R4的两端,用于在开关K2关断时对电流存储元件L1进行续流,所述开关控制模块100与所述开关K2连接,用于通过控制开关K2的导通和关断来控制开关装置1导通和关断。
所述单向半导体元件D10、阻尼元件R4以及电荷存储元件C3组成了吸收回路,用于在开关K2关断时降低储能电路中电流的下降速率。由此,当开关K2关断时,电流存储元件L1上产生的感应电压会迫使单向半导体元件D10导通并通过电荷存储元件C3实现续流,使得电流存储元件L1中电流变化速率降低,限制了电流存储元件L1两端的感应电压,可以保证开关K2两端的电压在安全工作区内。当开关K2再次闭合时,存储在电荷存储元件C3上的能量可以通过阻尼元件R4进行消耗。
另外,为了提高加热电路的工作效率,可以控制能量在电池E与储能电路之间往复流动,利用电流正向和反向流经阻尼元件R1来实现加热。
因此,作为本发明提供的加热电路的一种优选实施方式,所述开关控制模块100用于控制开关装置1导通和关断,以使得当开关装置1导通时,能量在所述电池E与所述储能电路之间往复流动。
为了实现能量在电池E与储能电路之间的往复流动,根据本发明的一种实施方式,所述开关装置1为双向开关K3,如图7所示。由开关控制模块100控制双向开关K3的导通与关断,当需要对电池E加热时,导通双向开关K3即可,如暂停加热或者不需要加热时关断双向开关K3即可。
单独使用一个双向开关K3实现开关装置1,电路简单,占用系统面积小,容易实现,但是为了实现对反向电流的关断,本发明还提供了如下开关装置1的优选实施方式。
优选地,所述开关装置1包括用于实现能量从电池E流向储能电路的第一单向支路和用于实现能量从储能电路流向电池E的第二单向支路,所述开关控制模块100与所述第一单向支路和第二单向支路中的一者或两者分别连接,用以控制所连接的支路的导通和关断。
当电池需要加热时,导通第一单向支路和第二单向支路两者,如暂停加热可以选择关断第一单向支路和第二单向支路中的一者或两者,当不需要加热时,可以关断第一单向支路和第二单向支路两者。优选地,第一单向支路和第二单向支路两者都能够受开关控制模块100的控制,这样,可以灵活实现能量正向流动和反向流动。
作为开关装置1的另一种实施方式,如图8所示,所述开关装置1可以包括双向开关K4和双向开关K5,所述双向开关K4和双向开关K5彼此反向串联以构成所述第一单向支路和第二单向支路,所述开关控制模块100与所述双向开关K4和双向开关K5分别连接,用于通过控制双向开关K4和双向开关K5的导通和关断来控制第一单向支路和第二单向支路的导通和关断。
当需要对电池E加热时,导通双向开关K4和K5即可,如暂停加热可以选择关断双向开关K4和双向开关K5中的一者或者两者,在不需要加热时关断双向开关K4和双向开关K5即可。这种开关装置1的实现方式能够分别控制第一单向支路和第二单向支路的导通和关断,灵活实现电路的正向和反向能量流动。
作为开关装置1的另一种实施方式,如图9所示,所述开关装置1可以包括开关K6、单向半导体元件D11以及单向半导体元件D12,开关K6和单向半导体元件D11彼此串联以构成所述第一单向支路,单向半导体元件D12构成所述第二单向支路,所述开关控制模块100与开关K6连接,用于通过控制开关K6的导通和关断来控制第一单向支路的导通和关断。在如图9所示的开关装置1中,当需要加热时,导通开关K6即可,不需要加热时,关断开关K6即可。
如图9中所示的开关装置1的实现方式虽然实现了能量往返沿着相对独立的支路流动,但是还不能实现能量反向流动时的关断功能。本发明还提出了开关装置1的另一种实施方式,如图10所示,所述开关装置1还可以包括位于第二单向支路中的开关K7,该开关K7与单向半导体元件D12串联,所述开关控制模块100还与开关K7连接,用于通过控制开关K7的导通和关断来控制第二单向支路的导通和关断。这样在图10示出的开关装置1中,由于两个单向支路上均存在开关(即开关K6和开关K7),同时具备能量正向和反向流动时的关断功能。
优选地,所述开关装置1还可以包括与所述第一单向支路和/或第二单向支路串联的电阻,用于减小电池E加热回路的电流,避免回路中电流过大对电池E造成损害。例如,可以在图8中示出的开关装置1中添加与双向开关K4和双向开关K5串联的电阻R6,得到开关装置1的另一种实现方式,如图11所示。图12中也示出了开关装置1的一种实施方式,其是在图10中示出的开关装置1中的两个单向支路上分别串联电阻R2、电阻R3得到的。
对于能量在电池E与储能电路之间往复流动的实施方式,开关装置1可以在一个周期或多个周期内的任意时间点关断,开关装置1的关断时刻可以是任何时刻,例如流经开关装置1的电流为正向/反向时、为零时/不为零时均可以实施关断。根据所需要的关断策略可以选择开关装置1的不同的实现形式,如果只需要实现正向电流流动时关断,则选用例如图7、图9所示的开关装置1的实现形式即可,如果需要实现正向电流和反向电流时均可以关断,则需要选用如图8、图10所示的两个单向支路均可控的开关装置。
优选地,所述开关控制模块100用于在开关装置1导通后流经开关装置1的电流为零时或为零后控制开关装置1关断。更加优选地,所述开关控制模块100用于在开关装置1导通后流经开关装置1的电流为零时控制开关装置1关断,采用零时关断对整个电路影响较小。
作为本发明的一种实施方式,可以通过将电荷存储元件C1中的直接能量转移到电池E中来提高加热电路的工作效率,也可以将电荷存储元件C1中的一部分能量消耗掉之后,再将电荷存储元件C1中的剩余能量进行转移,或者可以将电荷存储元件C1中的一部分能量转移之后,再对电荷存储元件C1中的剩余能量进行消耗。
因此,如图13所示,所述加热电路还包括与所述电荷存储元件C1连接的能量消耗单元,该能量消耗单元用于在开关装置1导通再关断后、所述能量转移单元进行能量转移之前,对电荷存储元件C1中的能量进行消耗,或者在所述能量转移单元进行能量转移之后,对电荷存储元件C1中的能量进行消耗。该能量消耗单元可以与以上包括能量仅从电池E流向储能电路和能量在电池E与储能电路之间往复流动的多种实施方式相结合。图13中能量转移单元与电池E相连,以用于将能量转移回电池E中,但根据之前描述可知,能量转移单元也可以将能量存储到其他储能元件中。
根据本发明的一种实施方式,如图14所示,所述能量消耗单元包括电压控制单元101,该电压控制单元101与所述电荷存储元件C1连接,用于在开关装置1导通再关断后、所述能量转移单元进行能量转移之前,将电荷存储元件C1两端的电压值转换成电压设定值,或者在所述能量转移单元进行能量转移之后,对电荷存储元件C1中的能量进行消耗。所述能量消耗和能量转移的顺序可以根据实际操作的需要进行设定,本发明不对其进行限定。所述电压设定值也可以根据实际操作的需要进行设定。
根据一种实施方式,如图14所示,所述电压控制单元101包括阻尼元件R5和开关K8,所述阻尼元件R5和开关K8彼此串联之后并联在所述电荷存储元件C1的两端,所述开关控制模块100还与开关K8连接,所述开关控制模块100还用于在控制开关装置1导通再关断后控制开关K8导通。由此,电荷存储元件C1中的能量可以通过阻尼元件R5进行消耗。
所述开关控制模块100可以为一个单独的控制器,通过对其内部程序的设置,可以实现对不同的外接开关的通断控制,所述开关控制模块100也可以为多个控制器,例如针对每一个外接开关设置对应的开关控制模块100,所述多个开关控制模块100也可以集成为一体,本发明不对开关控制模块100的实现形式作出任何限定。
下面结合图15-图18对电池E的加热电路的实施方式的工作方式进行简单介绍。需要注意的是,虽然本发明的特征和元素参考图15-图18以特定的结合进行了描述,但每个特征或元素可以在没有其它特征和元素的情况下单独使用,或在与或不与其它特征和元素结合的各种情况下使用。本发明提供的电池E的加热电路的实施方式并不限于图15-图18所示的实现方式。另外,所示的波形图中的网格部分表示在该段时间内可以多次对开关施加驱动脉冲,并且脉冲的宽度可以根据需要进行调节。
在如图15所示的电池E的加热电路中,使用开关K1和单向半导体元件D1构成开关装置1,储能电路包括电流存储元件L1和电荷存储元件C1,阻尼元件R1和开关装置1与所述储能电路串联,第二DC-DC模块3构成能量转移单元中的电量回灌单元103,开关控制模块100可以控制开关K1的导通和关断以及第二DC-DC模块3的工作与否。图16为与图15的加热电路对应的波形时序图,其中,VC1指的是电荷存储元件C1的电压值,I指的是流经开关K1的电流的电流值。该加热电路的工作过程如下:
a)当需要对电池E进行加热时,开关控制模块100控制开关K1导通,电池E通过开关K1、单向半导体元件D1和电荷存储元件C1组成的回路放电,如图16中所示的t1时间段;开关控制模块100在流经开关K1的电流为零时控制开关K1关断,如图16中所示的t2时间段;
b)当开关K1关断后,开关控制模块100控制第二DC-DC模块3工作,电荷存储元件C1通过第二DC-DC模块3将交流电转化为直流电输出到电池E中,实现电量回灌,之后开关控制模块100控制第二DC-DC模块3停止工作,如图16中所示的t2时间段;
c)重复步骤a)和b),电池E不断通过放电实现加热,直至电池E达到停止加热条件为止。
在如图17所示的电池E的加热电路中,使用相互串联的开关K6、单向半导体元件D11(第一单向支路)以及相互串联的开关K7、单向半导体元件D12(第二单向支路)构成开关装置1,储能电路包括电流存储元件L1和电荷存储元件C1,阻尼元件R1和开关装置1与所述储能电路串联,第二DC-DC模块3构成将电荷存储元件C1中的能量转移回电池E的电量回灌单元103,开关控制模块100可以控制开关K6、开关K7的导通和关断以及第二DC-DC模块3的工作与否。图18为与图17的加热电路对应的波形时序图,其中,VC1指的是电荷存储元件C1的电压值,I指的是流经开关K1的电流的电流值。图17所示的加热电路的工作过程如下:
a)开关控制模块100控制开关K6、开关K7导通,储能电路开始工作,如图18所示的t1时间段,电池E通过开关K6、单向半导体元件D11、电荷存储元件C1进行正向放电(如图18中的t1时间段即流经开关K1的电流的正半周期所示),并且通过电荷存储元件C1、开关K7、单向半导体元件D12反向充电(如图18中的t2时间段即流经开关K1的电流的负半周期所示);
b)开关控制模块100控制开关K6、开关K7在反向电流为零时关断;
c)开关控制模块100控制第二DC-DC模块3工作,电荷存储元件C1通过第二DC-DC模块3将交流电转化为直流电输出到电池E中,实现电量回灌,之后控制第二DC-DC模块3停止工作,如图18中所示的t3时间段;
d)重复步骤a)至c),电池E不断通过放电实现加热,直至电池E达到停止加热条件为止。
本发明提供的加热电路能够提高电池的充放电性能,并且在该加热电路中,储能电路与电池串联,当给电池加热时,由于串联的电荷存储元件的存在,能够避免开关装置失效短路引起的安全性间题,能够有效地保护电池。同时,本发明的加热电路中还提供了能量转移单元,当开关装置关断后,该能量转移单元能够将储能电路中的能量转移至其他储能元件或者提供给其他设备,因此还起到了能量回收利用的作用。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合,为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外,本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明的思想,其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (20)

1.一种电池的加热电路,该加热电路包括开关装置(1)、开关控制模块(100)、阻尼元件R1、储能电路以及能量转移单元,所述储能电路用于与所述电池连接,所述储能电路包括电流存储元件L1和电荷存储元件C1,所述阻尼元件R1和开关装置(1)与所述储能电路串联,所述开关控制模块(100)与开关装置(1)连接,用于控制开关装置(1)导通和关断,以控制能量在所述电池与所述储能电路之间的流动,所述能量转移单元与所述储能电路连接,用于在开关装置(1)导通再关断后,将储能电路中的能量转移至储能元件中。
2.根据权利要求1所述的加热电路,其中,所述阻尼元件R1为所述电池内部的寄生电阻,所述电流存储元件L1为所述电池内部的寄生电感。
3.根据权利要求1所述的加热电路,其中,所述阻尼元件R1为电阻,所述电流存储元件L1为电感,所述电荷存储元件C1为电容。
4.根据权利要求3所述的加热电路,其中,所述储能元件为所述电池,所述能量转移单元包括电量回灌单元(103),该电量回灌单元(103)与所述储能电路连接,用于在开关装置(1)导通再关断后,将储能电路中的能量转移至所述电池中。
5.根据权利要求4所述的加热电路,其中,所述电量回灌单元(103)包括第二DC-DC模块(3),该第二DC-DC模块(3)与所述电荷存储元件C1和所述电池分别连接,所述开关控制模块(100)还与所述第二DC-DC模块(3)连接,用于通过控制第二DC-DC模块(3)工作来将电荷存储元件C1中的能量转移到所述电池中。
6.根据权利要求3所述的加热电路,其中,所述开关控制模块(100)用于控制开关装置(1)导通和关断,以控制能量仅从电池流向储能电路。
7.根据权利要求6所述的加热电路,其中,所述开关装置(1)包括开关K1和单向半导体元件D1,所述开关K1和单向半导体元件D1彼此串联之后串联在所述储能电路中,所述开关控制模块(100)与开关K1连接,用于通过控制开关K1的导通和关断来控制开关装置(1)导通和关断。
8.根据权利要求6所述的加热电路,其中,所述开关控制模块(100)用于在开关装置(1)导通后流经开关装置(1)的电流为零时或为零前控制开关装置(1)关断。
9.根据权利要求8所述的加热电路,其中,所述开关控制模块(100)用于在开关装置(1)导通后流经开关装置(1)的电流为零前控制开关装置(1)关断,所述开关装置(1)包括单向半导体元件D9、单向半导体元件D10、开关K2、阻尼元件R4以及电荷存储元件C3,所述单向半导体元件D9与开关K2顺次串联在所述储能电路中,所述阻尼元件R4与电荷存储元件C3串联之后并联在所述开关K2的两端,所述单向半导体元件D10并联在阻尼元件R4的两端,用于在开关K2关断时对电流存储元件L1进行续流,所述开关控制模块(100)与所述开关K2连接,用于通过控制开关K2的导通和关断来控制开关装置(1)导通和关断。
10.根据权利要求3所述的加热电路,其中,所述开关控制模块(100)用于控制开关装置(1)导通和关断,以使得当开关装置(1)导通时,能量在所述电池与所述储能电路之间往复流动。
11.根据权利要求10所述的加热电路,其中,所述开关装置(1)为双向开关K3。
12.根据权利要求10所述的加热电路,其中,所述开关装置(1)包括用于实现能量从电池流向储能电路的第一单向支路和用于实现能量从储能电路流向电池的第二单向支路,所述开关控制模块(100)与所述第一单向支路和第二单向支路中的一者或两者分别连接,用于通过控制所连接的支路的导通和关断来控制开关装置(1)导通和关断。
13.根据权利要求12所述的加热电路,其中,所述开关装置(1)包括双向开关K4和双向开关K5,所述双向开关K4和双向开关K5彼此反向串联以构成所述第一单向支路和第二单向支路,所述开关控制模块(100)与所述双向开关K4和双向开关K5分别连接,用于通过控制双向开关K4和双向开关K5的导通和关断来控制第一单向支路和第二单向支路的导通和关断。
14.根据权利要求12所述的加热电路,其中,所述开关装置(1)包括开关K6、单向半导体元件D11以及单向半导体元件D12,开关K6和单向半导体元件D11彼此串联以构成所述第一单向支路,单向半导体元件D12构成所述第二单向支路,所述开关控制模块(100)与开关K6连接,用于通过控制开关K6的导通和关断来控制第一单向支路的导通和关断。
15.根据权利要求14所述的电池的加热电路,其中,所述开关装置(1)还包括位于第二单向支路中的开关K7,该开关K7与单向半导体元件D12串联,所述开关控制模块(100)还与开关K7连接,用于通过控制开关K7的导通和关断来控制第二单向支路的导通和关断。
16.根据权利要求12所述的加热电路,其中,所述开关装置(1)还包括与所述第一单向支路和/或第二单向支路串联的电阻。
17.根据权利要求10所述的加热电路,其中,所述开关控制模块(100)用于在开关装置(1)导通后流经开关装置(1)的电流为零时或为零后控制开关装置(1)关断。
18.根据权利要求1-17中任一项权利要求所述的加热电路,其中,所述加热电路还包括与所述电荷存储元件C1连接的能量消耗单元,该能量消耗单元用于在开关装置(1)导通再关断后、所述能量转移单元进行能量转移之前,对电荷存储元件C1中的能量进行消耗,或者在所述能量转移单元进行能量转移之后,对电荷存储元件C1中的能量进行消耗。
19.根据权利要求18所述的加热电路,其中,所述能量消耗单元包括电压控制单元(101),该电压控制单元(101)与所述电荷存储元件C1连接,用于在开关装置(1)导通再关断后、所述能量转移单元进行能量转移之前,将电荷存储元件C1两端的电压值转换成电压设定值,或者在所述能量转移单元进行能量转移之后,对电荷存储元件C1中的能量进行消耗。
20.根据权利要求19所述的加热电路,其中,所述电压控制单元(101)包括阻尼元件R5和开关K8,所述阻尼元件R5和开关K8彼此串联之后并联在所述电荷存储元件C1的两端,所述开关控制模块(100)还与开关K8连接,所述开关控制模块(100)还用于在控制开关装置(1)导通再关断后控制开关K8导通。
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