CN103165960A - 一种用于电动车电池的加热保温系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电动车电池的加热保温系统，包括由若干电池单体组成的电池组、固定连接在电池盒内壁上的加热膜、专用主线缆和专用充电器，专用主线缆上设置有继电器和冬夏转换开关；专用充电器的输出端设置三根引线为充电器第一正极、充电器第一负极和充电器第二负极；电池盒的三相充电插座上设置有第一正极N、第一负极L和第二负极E；加热膜正极与第一正极N连接，加热膜负极与第二负极E连接；继电器的控制端分别与电池组正极和电池组负极连接，电池组正极与继电器的控制端的连接线路上设置有电源锁。本发明解决了低温中电池充电饱和度低的问题，解决了低温环境中电池在骑行无法加热的问题，提高了低温时电池的放电饱和度及电动自行车续行里程。

Description

一种用于电动车电池的加热保温系统

技术领域

本发明涉及电动自行车领域，特别是一种用于电动车电池的加热保温系统。

背景技术

众所周知，目前电动车在低温环境下电池充电饱和度会大大降低，在低温环境下电池放电容量也会大大降低。电动车用铅酸蓄电池在工作温度低于25℃时，续行里程会在温度每下降1℃时缩短1％，当气温下降至0℃时电池容量随之下降25％；由于充电充入的电量少，放电放不彻底，用户在使用时电动车的续行里程也会大大缩短，给用户出行带来很大不变。为了解决此难题，本发明突破性的开发出电动车“保热墙”技术，解决了温低环境中电动车电池充、放电饱和度低的问题，从而大大提升电动车在低温环境中的续行里程，增强电动车在冬季市场的竞争力。行业内有些厂家尽管有充电器对电池加热膜充电加热的技术，但电池充电与加热膜加热的电路是完全独立的，没实现充电器内部结构的“共正、不共负”或“共负、不共正”的简单结构，从而造成其生产出来的充电器体积大，输出端多的弊端，充电插座的结构也相应的复杂了很多，且充电器不能与行业内的产品通用，成本较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种绝对安全可靠的用于电动车电池的加热保温系统，该系统通过加热辐射对电池体进行加热，其固定在电池盒内壁上，能在低温环境中充、放电时给电池提供源源不断的热环流保温墙，将电池温度提升至常温状态。

为解决上述技术问题，本发明是按如下方式实现的：本发明所述一种用于电动车电池的加热保温系统包括由若干电池单体组成的电池组、固定连接在电池盒内壁上的加热膜、专用主线缆和专用充电器，专用充电器包括整流电路、变换电路、PWM脉宽调制控制电路、采样电阻、光耦、电流和电压反馈控制电路，专用充电器仍采用行业内充电器厂家采用的恒流、恒压、脱离析气区消流充电阶段三段式充电工作原理设计，PWM脉宽调制控制电路通过开关管与变换电路连接，电流和电压反馈控制电路的输入端分别与专用充电器的输出端由变换电路引出的充电器第一正极N及充电器第一负极L连接，其输出端与光耦连接，光耦的另一端与PWM脉宽调制控制电路连接；由变换电路引出的充电器第一负极L的线路上设置有采样电阻，其特征在于：所述专用充电器的输出端还设置有由变换电路引出的充电器第二负极E；所述充电器第二负极E的引出线的引出端连接于专用充电器的采样电阻前端，由采样电阻前端的线路引出，充电器第二负极E的引出线上还设置有切换开关，用于切断充电器第二负极E的输出，从而控制加热膜的供电；充电器第一负极L的引出线上，在采样电阻后端还设置有二极管；从而构成了由充电器第一正极N及充电器第一负极L供电的电池充电输出端，及由充电器第一正极N及充电器第二负极E供电的加热膜供电输出端，电池充电输出端与加热膜供电输出端构成了“共正，不共负”的电路结构；所述电池盒上设置有三相充电插座，三相充电插座上设置有第一正极N、第一负极L和第二负极E；所述电池组正极与第一正极N连接，所述电池组负极与第一负极L连接；所述加热膜正极与第一正极N连接，加热膜负极与第二负极E连接；所述专用主线缆上设置有继电器和冬夏转换开关；所述继电器的控制端分别与电池组正极和电池组负极连接，电池组正极与继电器的控制端的连接线路上设置有电源锁；所述冬夏转换开关的一端与三相充电插座上设置的第一负极L连接，另一端连接于继电器被控端上，继电器另一个被控端与第二负极E连接，可通过控制继电器的控制端通电或者断电来控制继电器两个被控端的连接与断开。

所述电流和电压反馈控制电路的其中一个输入端连接在采样电阻和充电器第一负极L引出线路上的二极管之间。

所述电池组正极与第一正极N连接的线路上设置有保险管。

所述加热膜正极与第一正极N连接的线路上设置有温控开关。

所述专用充电器的输出端设置充电器第一正极N、充电器第一负极L和充电器第二负极E分别与电池盒的三相充电插座上设置的第一正极N、第一负极L和第二负极E对接。

所述充电器上设置有功能按钮开关，当环境温度低于10℃，按下功能按钮开关，启动加热膜充电加热功能；当环境温度高于10℃时，为防止电池充电温度过高，可将功能按钮开关弹起，停止加热膜充电加热功能。

本发明的积极效果：本发明所述一种用于电动车电池的加热保温系统不仅解决了温度较低的环境中电动车电池充电饱和度低的问题，而且有效地解决了温度较低的环境中电动车电池在骑行无法加热的问题，极大地提高了在低温环境中电动车电池的放电饱和度，能将电动车在低温环境中的续行里程提高35％以上，具备一定的先进水平；当前在该领域只有温低环境中对电动车电池充电加热的技术，没有在温度较低的环境中对电池放电加热的技术，不能解决电动车在低温环境下放电不彻底的难题；电池充电输出端与加热膜供电输出端构成了“共正，不共负”的电路结构，加热膜供电输出的电压、电流不会对电池充电输出端的各充电参数产生影响，保证电池充满而不充坏，对电池的使用寿命有保障；专用充电器结构简单，体积小，电池盒上采用的三相充电插座与普通电动车使用的插座相同，便于采购，成本较低。在充电器第二负极E的引出线上设置有切换开关，使得加热保温系统的电路结构，即使在没有随车配套的专用充电器时，也可以临时借用行业内同规格、同极性的通用充电器来应急充电，给骑行者带来极大的方便。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是三相充电插座的接线示意图

图2是单电池盒加热保温系统的接线示意图

图3是双电池盒加热保温系统的接线示意图

图4是充电器工作原理示意图

图中，1三相充电插座    2保险管

3加热膜          31加热膜a      32加热膜b

4温控开关        41温控开关a    42温控开关b

5电源锁          6继电器        7冬夏转换开关

8电池盒外接插件  9开关管        10切换开关

11采样电阻       12二极管

具体实施方式

如图1、图2所示，作为特殊的实施案例，本发明所述一种用于电动车电池的加热保温系统包括由安装于电池盒内部的若干电池单体组成的电池组、固定连接在电池盒内壁上的加热膜(3)、专用主线缆和专用充电器；专用充电器包括整流电路、变换电路、PWM脉宽调制控制电路、采样电阻(11)、光耦、电流和电压反馈控制电路，专用充电器仍采用行业内充电器厂家采用的恒流、恒压、脱离析气区消流充电阶段三段式充电工作原理设计，PWM脉宽调制控制电路通过开关管(9)与变换电路连接，电流和电压反馈控制电路的一个输入端与专用充电器的输出端由变换电路引出的充电器第一正极N连接，电流和电压反馈控制电路的另一个输入端连接在采样电阻(11)和充电器第一负极L引出线路上的二极管(12)之间，电流和电压反馈控制电路的输出端与光耦连接；光耦的另一端与PWM脉宽调制控制电路连接；所述专用充电器的输出端还设置有由变换电路引出的充电器第二负极E；所述充电器第二负极E的引出线的引出端连接于专用充电器的采样电阻(11)前端，由采样电阻(11)前端的线路引出，充电器第二负极E的引出线上还设置有切换开关(10)，用于切断充电器第二负极E的输出，从而控制加热膜(3)的供电；充电器第一负极L的引出线上，在采样电阻(11)后端还设置有二极管(12)；从而构成了由充电器第一正极N及充电器第一负极L供电的电池充电输出端，及由充电器第一正极N及充电器第二负极E供电的加热膜供电输出端，电池充电输出端与加热膜供电输出端构成了“共正，不共负”的电路结构；所述电池盒上设置有三相充电插座(1)，三相充电插座(1)上设置有第一正极N、第一负极L和第二负极E；所述电池组正极与第一正极N连接，电池组正极与第一正极N连接的线路上设置有保险管(2)，所述电池组负极与第一负极L连接；所述加热膜(3)正极与第一正极N连接，加热膜(3)正极与第一正极N连接的线路上设置有温控开关(4)，温控开关(4)的设定温度为40℃，当电池盒内部温度超过40℃时，温控开关(4)自动断开，当电池盒内部温度低于40℃时，温控开关(4)自动导通；加热膜(3)负极与第二负极E连接；所述继电器(6)的控制端分别与电池组正极和电池组负极连接，电池组正极与继电器(6)的控制端的连接线路上设置有电源锁(5)；所述专用主线缆上设置有继电器(6)和冬夏转换开关(7)；所述冬夏转换开关(7)的一端与三相充电插座(1)上设置的第一负极L连接，另一端连接于继电器(6)被控端上，继电器(6)另一个被控端与第二负极E连接，可通过控制继电器(6)的控制端通电或者断电来控制继电器(6)两个被控端的连接与断开；此结构总体为加热膜(3)的正极与电池组的正极为共同使用一个正极结构，而加热膜(3)的负极与电池组负极为分开的两个负极，彼此之间通过控制电路连接，整体电路构成了共正不共负的结构。

在给电池组充电时，专用充电器的输出端设置充电器第一正极N、充电器第一负极L和充电器第二负E极分别与电池盒的三相充电插座(1)上设置的第一正极N、第一负极L和第二负极E对接；在给充电器接入外接电源之后，由于电池组正极与三相充电插座(1)上第一正极N连接，电池组负极与三相充电插座(1)上第一负极L连接，而充电器第一正极与第一正极N连接，充电器第一负极与第一负极L连接，构成了充电闭环回路，所以充电器开始给电池组充电；由于加热膜(3)正极与三相充电插座(1)上第一正极N连接，加热膜(3)负极与第二负极E连接，而充电器第一正极与第一正极N连接，充电器第二负极与第二负极E连接，构成了加热膜(3)供电闭环回路，所以加热膜(3)开始给电池组加热保温，此刻充电器为加热膜提供的是恒流恒压；当电池盒内部温度超过40℃时，温控开关(4)自动断开，加热膜(3)停止工作，当电池盒内部温度低于40℃时，温控开关(4)自动导通，加热膜(3)继续工作，保证电池盒内部温度稳定。充电器上设置有功能按钮开关，当环境温度低于10℃，按下功能按钮开关，启动加热膜(3)充电加热功能，加热膜(3)才能够正常工作；当环境温度高于10℃时，为防止电池充电温度过高，可将功能按钮开关弹起，停止加热膜(3)充电加热功能，加热膜(3)即便是在充电时也不会进行加热保温工作。

在骑行状态下，电池放电时，通过电池为加热膜(3)加热的工作过程为：打开电源锁(5)，继电器(6)的控制端通电，从而继电器(6)的两个被控端连接；打开冬夏转换开关(7)，其设定状态为在冬夏转换开关(7)打开状态下为冬季模式，电路处于导通状态，即第一负极L与第二负极E短接；由于电池组正极与第一正极N连接，电池组负极与第一负极L连接，加热膜(3)正极与第一正极N连接，加热膜(3)负极与第二负极E连接，在冬夏转换开关(7)打开的状态下，第一负极L与第二负极E短接，从而构成通过电池组为加热膜(3)供电的闭合回路，加热膜(3)开始工作。从而保证了不论在外界任何环境下，骑行过程中本系统会保证电池盒内部温度稳定在40℃左右。

图3所示为双电池盒加热保温系统的接线示意图，其基本结构与图2所示的结构相同，区别只是在两个电池组的接线部分及两部分加热膜(3)的接线部分。对于双电池盒加热保温系统，包括加热膜a(31)和加热膜b(32)；加热膜a(31)和加热膜b(32)通过电池盒外接插件(8)并联在一起，加热膜a(31)和加热膜b(32)正极对接，加热膜a(31)和加热膜b(32)负极也对接；加热膜a(31)和加热膜b(32)在其正极的输出端线路上分别设有温控开关a(41)和温控开关b(42)，从而可以保证两个电池盒内部的温度稳定；两个电池组串联，串联后电池组正极与三相充电插座(1)的第一正极N连接，串联后电池组负极与三相充电插座(1)的第一负极L连接；两组并联的加热膜a(31)和加热膜b(32)的正极与三相充电插座(1)的第一正极N连接连接，两组并联的加热膜a(31)和加热膜b(32)的负极与三相充电插座(1)上设置的第二负极E连接；剩余部分的结构与单电池盒加热保温系统的接线完全相同，工作原理两者也相同。

通过在25℃的常温状态下及-15℃的低温环境状态下48V10AH的新电池的充电容量进行数据对比，我们发现在25℃的常温下充电的话，48V10AH的新电池的充电容量可达到12.5AH左右；而在-15℃的低温环境状态下充电，48V10AH的新电池的充电容量仅为7AH左右，相对比而言，同一组新电池分别在25℃的常温状态下及-15℃的低温环境状态下充电容量会相差40％多。

将48V10AH的新电池在25℃的常温状态下进行充电后，放置于-15℃的低温环境状态下进行放电，其能放出9.9AH容量的电；而将48V10AH的新电池在-15℃的低温环境状态下进行充电后，仍放置于-15℃的低温环境状态下进行放电，其能放出6.9AH容量的电，二者对比相差约30％。

将容量为12AH的两个电池组，在-5℃的温度下进行续行里程对比，两组电池的区别在于一组电池增加了本发明所述的加热保温系统，另一个为普通电池，结果为安装有加热保温系统的电动自行车的续行里程为40Km，未安装加热保温系统的电动自行车的续行里程为29.5Km。

将容量为20AH的两个电池组，在-10℃的温度下进行续行里程对比，两组电池的区别在于一组电池增加了本发明所述的加热保温系统，另一个为普通电池，结果为安装有加热保温系统的电动自行车的续行里程为58Km，未安装加热保温系统的电动自行车的续行里程为43Km。

本发明所述的一种用于电动车电池的加热保温系统其采用的充电器为专用充电器，在专用充电器内部与加热膜相连的加热膜供电输出端的充电器第二负极E，接在专用充电器的采样电阻前端，并在充电器第一负极L上增加二极管隔离，电池充电输出端与加热膜供电输出端构成了“共正，不共负”的电路结构，在充电时如果直接使用共正共负的电路结构给电池及加热膜同时供电，通过加热膜的电流会直接影响充电器的电流和电压反馈控制电路，会对电池充电输出端的各充电参数产生影响，不能满足电池充电的需求，有可能对电池造成充不满，热失控，充电时电池膨胀等故障。

由于加热膜负载是恒定的，加热膜供电输出端的电压、电流恒定不变；在充电器第一负极L上增加二极管隔离，解决了在给加热膜供电加热时，对电流和电压反馈控制电路的干扰；同时，由于与加热膜相连的加热膜供电输出端的充电器第二负极E接在专用充电器的采样电阻前端，并前置于电流和电压反馈控制电路，其不会对电池充电输出端的各充电参数产生影响，同时满足了充电时对电池的加热需求。在充电器第二负极E的引出线上设置有切换开关，在环境温度高于10℃时，可关闭加热输出功能，防止电池充电过热。

上面所述的只是用图解说明本发明相关的一种用于电动车电池的加热保温系统的一些特殊的实施案例，由于对相同技术领域的技术人员来说很容易在此基础上进行若干的修改，因此本说明书并非要将本发明所述的一种用于电动车电池的加热保温系统局限在所示或者所述的具体机构及适用范围内，故凡是可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明专利的保护范围。

Claims (3)

1.一种用于电动车电池的加热保温系统，包括由若干电池单体组成的电池组、固定连接在电池盒内壁上的加热膜、专用主线缆和专用充电器，专用充电器包括整流电路、变换电路、PWM脉宽调制控制电路、采样电阻、光耦、电流和电压反馈控制电路，PWM脉宽调制控制电路通过开关管与变换电路连接，电流和电压反馈控制电路的输入端分别与专用充电器的输出端由变换电路引出的充电器第一正极N及充电器第一负极L连接，其输出端与光耦连接，光耦的另一端与PWM脉宽调制控制电路连接；由变换电路引出的充电器第一负极L的线路上设置有采样电阻，其特征在于：所述专用充电器的输出端还设置有由变换电路引出的充电器第二负极E；所述充电器第二负极E的引出线的引出端连接于专用充电器的采样电阻前端，由采样电阻前端的线路引出，充电器第二负极E的引出线上还设置有切换开关，用于切断充电器第二负极E的输出，从而控制加热膜的供电；充电器第一负极L的引出线上，在采样电阻后端还设置有二极管，构成了由充电器第一正极N及充电器第一负极L供电的电池充电输出端，及由充电器第一正极N及充电器第二负极E供电的加热膜供电输出端；所述电池盒上设置有三相充电插座，三相充电插座上设置有第一正极N、第一负极L和第二负极E；所述电池组正极与第一正极N连接，所述电池组负极与第一负极L连接；所述加热膜正极与第一正极N连接，加热膜负极与第二负极E连接；所述专用主线缆上设置有继电器和冬夏转换开关；所述继电器的控制端分别与电池组正极和电池组负极连接，电池组正极与继电器的控制端的连接线路上设置有电源锁；所述冬夏转换开关的一端与三相充电插座上设置的第一负极L连接，另一端连接于继电器被控端上，继电器另一个被控端与第二负极E连接，可通过控制继电器的控制端通电或者断电来控制继电器两个被控端的连接与断开。

2.根据权利要求1所述的一种用于电动车电池的加热保温系统机，其特征在于：所述电流和电压反馈控制电路的其中一个输入端连接在采样电阻和充电器第一负极L引出线路上的二极管之间。

3.根据权利要求1所述的一种用于电动车电池的加热保温系统，其特征在于：所述专用充电器的输出端设置充电器第一正极N、充电器第一负极L和充电器第二负E极分别与电池盒的三相充电插座上设置的第一正极N、第一负极L和第二负极E对接。

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