CN102306849B - 一种电池的加热电路 - Google Patents

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Abstract

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、储能电路及能量叠加单元，储能电路用于与电池连接，包括电流存储元件L1和电荷存储元件C1，阻尼元件R1、开关装置(1)、电流存储元件L1和电荷存储元件C1串联，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电池与储能电路之间的流动，能量叠加单元与储能电路连接，用于在开关装置(1)导通再关断后将储能电路中的能量与电池中的能量进行叠加；开关控制模块(100)还用于在开关装置(1)导通后流经开关装置(1)的电流的第一正半周期之后控制开关装置(1)关断，且该开关装置(1)关断时施加到该开关装置(1)上的电压小于该开关装置(1)的额定电压。

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包括开关装置、开关控制模块、阻尼元件、储能电路以及能量叠加单元，所述储能电路用于与所述电池连接以构成回路，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、开关装置、电流存储元件和电荷存储元件串联，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，所述能量叠加单元与所述储能电路连接，用于在开关装置导通再关断后，将储能电路中的能量与电池中的能量进行叠加；所述开关控制模块用于在开关装置导通后流经开关装置的电流的第一正半周期之后控制开关装置关断，且该开关装置关断时施加到该开关装置上的电压小于该开关装置的额定电压。
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。
另外，由于回路中电流存储元件的存在，在回路中存在电流时关断开关装置而导致的电流突变为零可能会使得回路中的电流存储元件产生较大的感应电压，由此可能损坏回路中的其他电路元件(如开关装置)。本发明提供的加热电路中，由于开关装置的关断时机可根据开关装置的额定电压而选取的，可以避免因回路中的电流存储元件产生的感应电压过大而损坏开关装置，使得加热电路的安全性更高，对整个电路影响较小。
同时，本发明的加热电路中还提供了能量叠加单元，当开关装置导通再关断后，该能量叠加单元能够将储能电路中的能量与电池中的能量进行叠加，当下一次控制开关装置导通时，提高加热回路中的放电电流，由此提高加热电路的工作效率。
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中的开关装置的一种实施方式的示意图；
图3为图1中的开关装置的一种实施方式的示意图；
图4为图1中的开关装置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8为图7中的续流电路的一种实施方式的示意图；
图9为图7中的续流电路的另一种实施方式的示意图；
图10为图1中的能量叠加单元的一种实施方式的示意图；
图11为图10中的极性反转单元的一种实施方式的示意图；
图12为图10中的极性反转单元的一种实施方式的示意图；
图13为图10中的极性反转单元的一种实施方式的示意图；
图14为图13中的第一DC-DC模块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优选实施方式的示意图；
图16为图15中的能量消耗单元的一种实施方式的示意图；
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；
图18为图17的加热电路所对应的波形时序图；
图19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20为图19的加热电路所对应的波形时序图；
图21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22为图21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 EffectTransistor，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的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、储能电路以及能量叠加单元，所述储能电路用于与所述电池连接以构成回路，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、开关装置1、电流存储元件L1和电荷存储元件C1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，所述能量叠加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与电池中的能量进行叠加；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的电流的第一正半周期之后控制开关装置1关断，且该开关装置1关断时施加到该开关装置1上的电压小于该开关装置1的额定电压。
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，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。
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2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。
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3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4所示，所述开关装置1包括开关K6、单向半导体元件D11、开关K7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，开关K7与单向半导体元件D12彼此串联以构成所述第二单向支路，所述开关控制模块100与开关K6和开关K7分别连接，用于通过控制开关K6和开关K7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。在图4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3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5所示。图6中也示出了开关装置1的一种实施方式，其是在图4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。
由于回路中电流存储元件L1的存在，在回路中存在电流时关断开关装置1，电流突变为零可能会使得回路中的电流存储元件L1产生较大的感应电压，可能损坏回路中的其他电路元件(如开关装置1)。为了提高加热电路的安全性，根据本发明的技术方案，所述开关控制模块100可对开关装置1关断的时机进行选择，使得开关装置1关断时施加到该开关装置1上的电压小于该开关装置1的额定电压。可通过根据开关装置1的额定电压来确定所述开关装置1关断的时机，可以避免因回路中的电流存储元件L1产生的感应电压过大而损坏开关装置1，使得加热电路的安全性更高，对整个电路影响较小。
其中，所述关断时机例如可为流经开关装置1的电流的负半周期峰值后过零前30度到下一正半周期峰值前过零后30度的时间区间，开关装置1的关断时刻可以是该时间区间内的任意时刻。当然本发明并不限于此，具体的时间区间应根据开关装置1的额定电压来确定，例如对于不同的额定电压而言，亦可为流经开关装置1的电流的负半周期峰值后过零前60度到下一正半周期峰值前过零后60度的时间区间。
由于在对电池E循环充放电过程中，当对电池E反向充电时，能量不会全部充回到电池E中，由此会导致电池E的下一次正向放电中能量的减少，降低了加热电路的加热效率。因此，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的电流经负半周期峰值后为零时控制开关装置1关断，以提高加热电路的加热效率，且此时控制开关装置1关断，可使得电流存储元件L1感应产生的电压最小，从而使得施加到该开关装置1上的电压最小，藉此避免高电压损坏开关装置1。
优选地，如图7所示，所述加热电路还包括续流电路20，该续流电路20用于在所述开关装置1导通再关断后，与所述电池E和电流存储元件L构成串联回路，以保持电池E内电流的流动。由此，在开关装置1关断后，通过控制续流电路20工作，可以保持电流的继续流动，从而能够保护电路中的其他电路元件(如开关装置1)，保证加热电路的安全性。该续流电路的使用使得上述开关装置1的关断时机更为宽泛。
根据本发明的一种实施方式，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的电流的负半周期峰值后过零前控制开关装置1关断，如图8所示，所述续流电路20可以包括相互串联的开关K20和单向半导体元件D20，所述开关控制模块100与开关K20连接，用于在开关装置1导通再关断后，控制开关K20导通，而在流向电池E的电流为电流预定值(例如为零)后，控制开关K20关断。所述续流电路20可以并联在所述电池E两端，也可以一端连接到如图4所示的开关装置1的第二单向支路上的开关K7和单向半导体元件D12之间，另一端连接到所述电池E。
所述电流预定值为不会导致开关装置1关断时施加到开关装置1上的电压大于或等于开关装置1的额定电压的电流值，该电流值可以根据开关装置1的额定电压的大小进行设定。
根据本发明的另一种实施方式，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的电流的正半周期峰值前过零后控制开关装置1关断，如图9所示，所述续流电路20可以包括单向半导体元件D21、阻尼元件R21和电荷存储元件C21，所述单向半导体元件D21与阻尼元件R21并联之后再与所述电荷存储元件C21串联，在开关装置1导通再关断后，电流存储元件L1可以通过单向半导体元件D21和电荷存储元件C21续流，阻尼元件R21用于释放存储在电荷存储元件C21上的能量。所述续流电路20可以并联在所述电池E两端，也可以一端连接到如图4所示的开关装置1的第一单向支路上的开关K6和单向半导体元件D11之间，另一端连接到所述电池E。
所述能量叠加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与电池E中的能量进行叠加，以使得在开关装置1再次导通时，提高加热回路中的放电电流，从而提高加热电路的工作效率。
根据本发明的一种实施方式，如图10所示，所述能量叠加单元包括极性反转单元102，该极性反转单元102与所述储能电路连接，用于在开关装置1导通再关断后，对电荷存储元件C1的电压极性进行反转，由于极性反转后的电荷存储元件C1的电压能够与电池E的电压串联相加，当开关装置1再次导通时，能够提高加热回路中的放电电流。
作为极性反转单元102的一种实施方式，如图11所示，所述极性反转单元102包括单刀双掷开关J1和单刀双掷开关J2，所述单刀双掷开关J1和单刀双掷开关J2分别位于所述电荷存储元件C1两端，所述单刀双掷开关J1的入线连接在所述储能电路中，所述单刀双掷开关J1的第一出线连接所述电荷存储元件C1的第一极板，所述单刀双掷开关J1的第二出线连接所述电荷存储元件C1的第二极板，所述单刀双掷开关J2的入线连接在所述储能电路中，所述单刀双掷开关J2的第一出线连接所述电荷存储元件C1的第二极板，所述单刀双掷开关J2的第二出线连接在所述电荷存储元件C1的第一极板，所述开关控制模块100还与所述单刀双掷开关J1和单刀双掷开关J2分别连接，用于通过改变所述单刀双掷开关J1和单刀双掷开关J2各自的入线和出线的连接关系来对所述电荷存储元件C1的电压极性进行反转。
根据该实施方式，可以预先对单刀双掷开关J1和单刀双掷开关J2各自的入线和出线的连接关系进行设置，使得当开关装置K1导通时，所述单刀双掷开关J1的入线与其第一出线连接，而所述单刀双掷开关J2的入线与其第一出线连接，当开关装置K1关断时，通过开关控制模块100控制单刀双掷开关J1的入线切换到与其第二出线连接，而所述单刀双掷开关J2的入线切换到与其第二出线连接，由此电荷存储元件C1实现电压极性反转的目的。
作为极性反转单元102的另一种实施方式，如图12所示，所述极性反转单元102包括单向半导体元件D3、电流存储元件L2以及开关K9，所述电荷存储元件C1、电流存储元件L2和开关K9顺次串联形成回路，所述单向半导体元件D3和串联在所述电荷存储元件C1与电流存储元件L2或所述电流存储元件L2与开关K9之间，所述开关控制模块100还与所述开关K9连接，用于通过控制开关K9导通来对所述电荷存储元件C1的电压极性进行反转。
根据上述实施方式，当开关装置1关断时，可以通过开关控制模块100控制开关K9导通，由此，电荷存储元件C1与单向半导体元件D3、电流存储元件L2以及开关K9形成LC振荡回路，电荷存储元件C1通过电流存储元件L2放电，振荡回路上的电流流经正半周期后，流经电流存储元件L2的电流为零时达到电荷存储元件C1电压极性反转的目的。
作为极性反转单元102的又一种实施方式，如图13所示，所述极性反转单元102包括第一DC-DC模块2和电荷存储元件C2，该第一DC-DC模块2与所述电荷存储元件C1和电荷存储元件C2分别连接，所述开关控制模块100还与所述第一DC-DC模块2连接，用于通过控制第一DC-DC模块2工作来将所述电荷存储元件C1中的能量转移至所述电荷存储元件C2，再将所述电荷存储元件C2中的能量反向转移回所述电荷存储元件C1，以实现对所述电荷存储元件C1的电压极性的反转。
所述第一DC-DC模块2是本领域中常用的用于实现电压极性反转的直流变直流转换电路，本发明不对第一DC-DC模块2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的电压极性反转即可，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14为本发明提供的第一DC-DC模块2的一种实施方式，如图14所示，所述第一DC-DC模块2包括：双向开关Q1、双向开关Q2、双向开关Q3、双向开关Q4、第一变压器T1、单向半导体元件D4、单向半导体元件D5、电流存储元件L3、双向开关Q5、双向开关Q6、第二变压器T2、单向半导体元件D6、单向半导体元件D7、以及单向半导体元件D8。
在该实施方式中，所述双向开关Q1、双向开关Q2、双向开关Q3和双向开关Q4为MOSFET，所述双向开关Q5和双向开关Q6为IGBT。
所述第一变压器T1的1脚、4脚、5脚为同名端，第二变压器T2的2脚与3脚为同名端。
其中，单向半导体元件D7的阳极与电荷存储元件C1的a端连接，单向半导体元件D7的阴极与双向开关Q1和双向开关Q2的漏极连接，双向开关Q1的源极与双向开关Q3的漏极连接，双向开关Q2的源极与双向开关Q4的漏极连接，双向开关Q3、双向开关Q4的源极与电荷存储元件C1的b端连接，由此构成全桥电路，此时电荷存储元件C1的电压极性为a端为正，b端为负。
在该全桥电路中，双向开关Q1、双向开关Q2为上桥臂，双向开关Q3、双向开关Q4为下桥臂，该全桥电路通过第一变压器T1与所述电荷存储元件C2相连；第一变压器T1的1脚与第一节点N1连接、2脚与第二节点N2连接，3脚和5脚分别连接至单向半导体元件D4和单向半导体元件D5的阳极；单向半导体元件D4和单向半导体元件D5的阴极与电流存储元件L3的一端连接，电流存储元件L3的另一端与电荷存储元件C2的d端连接；变压器T1的4脚与电荷存储元件C2的c端连接，单向半导体元件D8的阳极与电荷存储元件C2的d端连接，单向半导体元件D8的阴极与电荷存储元件C1的b端连接，此时电荷存储元件C2的电压极性为c端为负，d端为正。
其中，电荷存储元件C2的c端连接双向开关Q5的发射极，双向开关Q5的集电极与变压器T2的2脚连接，变压器T2的1脚与电荷存储元件C1的a端连接，变压器T2的4脚与电荷存储元件C1的a端连接，变压器T2的3脚连接单向半导体元件D6的阳极，单向半导体元件D6的阴极与双向开关Q6的集电极连接，双向开关Q6的发射极与电荷存储元件C2的b端连接。
其中，双向开关Q1、双向开关Q2、双向开关Q3、双向开关Q4、双向开关Q5和双向开关Q6分别通过所述开关控制模块100的控制来实现导通和关断。
下面对所述第一DC-DC模块2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Q5、双向开关Q6关断，控制双向开关Q1和双向开关Q4同时导通以构成A相，控制双向开关Q2、双向开关Q3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上的能量通过第一变压器T1、单向半导体元件D4、单向半导体元件D5、以及电流存储元件L3转移到电荷存储元件C2上，此时电荷存储元件C2的电压极性为c端为负，d端为正。
3、所述开关控制模块100控制双向开关Q5导通，电荷存储元件C1通过第二变压器T2和单向半导体元件D8与电荷存储元件C2构成通路，由此，电荷存储元件C2上的能量向电荷存储元件C1反向转移，其中，部分能量将储存在第二变压器T2上；此时，所述开关控制模块100控制双向开关Q5关断、双向开关Q6闭合，通过第二变压器T2和单向半导体元件D6将储存在第二变压器T2上的能量转移至电荷存储元件C1，此时电荷存储元件C1的电压极性反转为a端为负，b端为正，由此达到了将电荷存储元件C1的电压极性反向的目的。
作为本发明的一种实施方式，可以通过将电荷存储元件C1中的能量直接与电池E中的能量进行叠加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中的剩余能量进行叠加。
因此，如图15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、所述能量叠加单元进行能量叠加之前对电荷存储元件C1中的能量进行消耗。
根据一种实施方式，如图16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用于在开关装置1导通再关断后、所述能量叠加单元进行能量叠加之前将电荷存储元件C1两端的电压值转换成电压设定值。该电压设定值可以根据实际操作的需要进行设定。
如图16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的实现形式做出任何限定。
下面结合图17-图22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17-图22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17-图22所示的实现方式。另外，所示的波形图中的各个时间段之间的间隔时间可以根据实际操作的需要进行调节。
在如图17所示的电池E的加热电路中，开关K6和单向半导体元件D11串联构成开关装置1的第一单向支路，单向半导体元件D12和开关K7串联构成开关装置1的第二单向支路，该开关装置1与阻尼元件R1、电荷存储元件C1以及电流存储元件L1串联，单向半导体元件D3、电流存储元件L2和开关K9构成极性反转单元102，单向半导体元件D20和开关K20构成续流电路20，开关控制模块100可以控制开关K6、开关K7、开关K9和开关K20的导通和关断。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主指的是流经开关装置1的电流的电流值，IL2指的是极性反转回路的电流值，IC1指的是电荷存储元件C1上的电流值，ID20指的是单向半导体元件D20上的电流值。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导通，电池E通过与开关K6、单向半导体元件D11、电荷存储元件C1组成的回路进行正向放电(如图18中的t1时间段所示)；
b)开关控制模块100控制开关K6在电流经过第一个正半周期峰值后为零时关断；
c)开关控制模块100控制开关K7导通，电池E通过与电荷存储元件C1、开关K7、半导体器件D12组成的回路进行反向充电；开关控制模块100控制开关K7在电流经过第一个负半周期峰值后过零前24度时关断(如图18中的t2时间段所示)；
d)开关控制模块100在控制开关K7关断的同时，控制开关K20导通，电流存储元件L1通过开关K20、单向半导体元件D20续流，开关控制模块100在流向电池E的电流为零时控制开关K20关断(如图18中的t3时间段所示)；
e)开关控制模块100控制开关K9导通，电荷存储元件C1通过单向半导体元件D3、电流存储元件L2和开关K9组成的回路放电，并达到电压极性反转的目的，之后，开关控制模块100控制开关K9关断(如图18中的t4时间段所示)；
f)重复步骤a)至e)，电池E不断通过充放电实现加热，直至电池达到停止加热条件为止。
在如图19所示的电池E的加热电路中，开关K6和单向半导体元件D11串联构成开关装置1的第一单向支路，单向半导体元件D12和开关K7串联构成开关装置1的第二单向支路，该开关装置1与阻尼元件R1、电荷存储元件C1以及电流存储元件L1串联，单向半导体元件D3、电流存储元件L2和开关K9构成极性反转单元102，单向半导体元件D21、阻尼元件R21和电荷存储元件C21构成续流电路20，开关控制模块100可以控制开关K6、开关K7和开关K9的导通和关断。图20为与图19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主指的是流经开关装置1的电流的电流值，IL2指的是极性反转回路的电流值，IC1指的是电荷存储元件C1上的电流值，IC21指的是电荷存储元件C21上的电流值。图19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、K7导通，电池E通过与开关K6、单向半导体元件D11、电荷存储元件C1组成的回路进行正向放电(如图20中的t1时间段所示)以及与开关K7、单向半导体元件D12、电荷存储元件C1组成的回路进行反向充电(如图20中的t2时间段所示)；
b)开关控制模块100控制开关K6、K7在电流的第二个正半周期峰值前过零后25度时关断(如图20中的t3时间段所示)，电流存储元件L1通过单向半导体元件D21和电荷存储元件C21续流(如图20中的t4时间段所示)；
c)开关控制模块100控制开关K9导通，电荷存储元件C1通过单向半导体元件D3、电流存储元件L2和开关K9组成的回路放电，并达到电压极性反转的目的，之后，开关控制模块100控制开关K9关断(如图20中的t5时间段所示)；
d)重复步骤a)至c)，电池E不断通过充放电实现加热，直至电池达到停止加热条件为止。
需要说明的是，图19中的续流电路20于t1和t2时间段亦有电流流过，出于清楚绘示续流电路20于本加热电路内的作用的目的，图20中仅示出了续流电路20于体现其具体作用的时间段的电流情况，而未示出续流电路20于t1和t2时间段的电流情况，以避免混淆本发明。
在如图21所示的电池E的加热电路中，使用一个双向开关K3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，单向半导体元件D3、电流存储元件L2和开关K9构成极性反转单元102，开关控制模块100可以控制开关K9和双向开关K3的导通和关断。图22为与图21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主指的是流经双向开关K3的电流的电流值，IL2指的是极性反转回路的电流值。图21所示的加热电路的工作过程如下：
a)开关控制模块100控制双向开关K3导通，储能电路开始工作，如图20所示的t1时间段，电池E通过双向开关K3、电荷存储元件C1组成的回路进行正向放电和反向充电(如图22中的t1时间段所示)；
b)开关控制模块100在流经双向开关K3的电流的经过负半周期峰值后为零时(即反向电流为零时)控制双向开关K3关断；
c)开关控制模块100控制开关K9导通，极性反转单元102工作，电荷存储元件C1通过单向半导体元件D3、电流存储元件L2和开关K9组成的回路放电，达到电压极性反转的目的，之后，开关控制模块100控制开关K9关断(如图22中的t2时间段所示)；
d)重复步骤a)至c)，电池E不断通过充放电实现加热，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问题，能够有效地保护电池。
另外，在本发明的加热电路中，由于开关装置的关断时机是根据开关装置的额定电压而选取的，可以避免因回路中的电流存储元件产生的感应电压过大而损坏开关装置，使得加热电路的安全性更高，对整个电路影响较小。
同时，本发明的加热电路中还提供了能量叠加单元，当开关装置关断后，该能量叠加单元能够将储能电路中的能量与电池中的能量进行叠加，当下一次控制开关装置导通时，提高加热回路中的放电电流，由此提高加热电路的工作效率。
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 (16)

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、储能电路以及能量叠加单元，所述储能电路用于与所述电池连接以构成回路，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、开关装置（1）、电流存储元件L1和电荷存储元件C1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，所述能量叠加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与电池中的能量进行叠加；所述开关控制模块（100）还用于在开关装置（1）导通后流经开关装置（1）的电流的第一正半周期之后控制开关装置（1）关断，且该开关装置（1）关断时施加到该开关装置（1）上的电压小于该开关装置（1）的额定电压。
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，所述能量叠加单元包括极性反转单元（102），该极性反转单元（102）与所述储能电路连接，用于在开关装置（1）导通再关断后，对电荷存储元件C1的电压极性进行反转。
5.根据权利要求4所述的加热电路，其中，所述极性反转单元（102）包括单刀双掷开关J1和单刀双掷开关J2，所述单刀双掷开关J1和单刀双掷开关J2分别位于所述电荷存储元件C1两端，所述单刀双掷开关J1的入线连接在所述储能电路中，所述单刀双掷开关J1的第一出线连接所述电荷存储元件C1的第一极板，所述单刀双掷开关J1的第二出线连接所述电荷存储元件C1的第二极板，所述单刀双掷开关J2的入线连接在所述储能电路中，所述单刀双掷开关J2的第一出线连接所述电荷存储元件C1的第二极板，所述单刀双掷开关J2的第二出线连接在所述电荷存储元件C1的第一极板，所述开关控制模块（100）还与所述单刀双掷开关J1和单刀双掷开关J2分别连接，用于通过改变所述单刀双掷开关J1和单刀双掷开关J2各自的入线和出线的连接关系来对所述电荷存储元件C1的电压极性进行反转。
6.根据权利要求4所述的加热电路，其中，所述极性反转单元（102）包括单向半导体元件D3、电流存储元件L2以及开关K9，所述电荷存储元件C1、电流存储元件L2和开关K9顺次串联形成回路，所述单向半导体元件D3串联在所述电荷存储元件C1与电流存储元件L2或所述电流存储元件L2与开关K9之间，所述开关控制模块（100）还与所述开关K9连接，用于通过控制开关K9导通来对所述电荷存储元件C1的电压极性进行反转。
7.根据权利要求4所述的加热电路，其中，所述极性反转单元（102）包括第一DC-DC模块（2）和电荷存储元件C2，该第一DC-DC模块（2）与所述电荷存储元件C1和电荷存储元件C2分别连接，所述开关控制模块（100）还与所述第一DC-DC模块（2）连接，用于通过控制第一DC-DC模块（2）工作来将所述电荷存储元件C1中的能量转移至所述电荷存储元件C2，再将所述电荷存储元件C2中的能量反向转移回所述电荷存储元件C1，以实现对所述电荷存储元件C1的电压极性的反转。
8.根据权利要求1所述的加热电路，其中，所述开关装置（1）为双向开关K3。
9.根据权利要求1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。
10.根据权利要求9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。
11.根据权利要求9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、开关K7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，开关K7与单向半导体元件D12彼此串联以构成所述第二单向支路，所述开关控制模块（100）与开关K6和开关K7分别连接，用于通过控制开关K6和开关K7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。
12.根据权利要求9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。
13.根据权利要求1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）的电流经过负半周期峰值后为零时控制开关装置（1）关断。
14.根据权利要求1-13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、所述能量叠加单元进行能量叠加之前，对电荷存储元件C1中的能量进行消耗。
15.根据权利要求14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、所述能量叠加单元进行能量叠加之前，将电荷存储元件C1两端的电压值转换成电压设定值。
16.根据权利要求15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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