CN103560307A - 一种振荡式电池组快速加热电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种振荡式电池组快速加热电路及方法，包括串接在电池组两端的由电感和电容串接成的振荡电路，电容两端并联有并联可控开关，振荡电路和电池组之间串接有串联可控开关,电感和电容的串接线路上安装有电压电流检测器，还包括与电压电流检测器、并联可控开关和串联可控开关电连接的控制器。所述并联可控开关和串联可控开关为继电器。所述电池组为单体电池或串并联在一起的单体电池组合。还包括与控制器输入端电连接的温度传感器。采用这种结构的振荡式电池组快速加热电路及方法能使电池组内部预热，加热效率高、加热速度快、热量浪费少，且成本较低，特别适合在电动车电池组上使用。

Description

一种振荡式电池组快速加热电路及方法

技术领域

 本发明涉及一种振荡式电池组快速加热电路及方法。

背景技术

能源危机、环境保护、气候变化等多种因素使得世界各国普遍重视新能源汽车，特别是纯电动汽车的发展。目前影响电动汽车发展的最关键技术是电池的性能。锂电池是目前公认的最具潜力的电动汽车储能电池。锂电池相对目前比较成熟的其他几种主要储能电池，具有寿命、能量密度、功率密度等综合优势。但是锂电池的低温性能目前还没有很好解决。低温环境下锂电池，特别是磷酸铁锂电池的容量和充电性能急剧下降，使得锂电池在寒冷气候条件下的应用受到很大影响，甚至无法使用。目前常规的热管理系统采用外部发热装置加热的方式给电池组加热，升温。一是采用空气或液体流体加热的方式。二是采用在电池单体外部包裹发热器件的方式。这两种方式共同的缺点是升温速度慢，加热效率低，结构复杂，成本高。主要原因是从电池外部加热，使得电池内部只能通过热传导的方式得到热量升温，由于外部热源的温度受多种因素的制约，不可能很高，所以外部加热的升温速度不能很好满足实际需要，同时造成大量热量浪费，加热效率低。同时需要一套复杂的流体控温或发热装置，使得结构复杂，成本高。因此，目前急需一种快速、高效、结构简单、成本低廉的锂电池加热技术和系统，解决锂电池低温环境的性能问题，有力推动锂电池电动汽车的发展和普及。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述不足提供一种结构合理，使电池组内部预热，加热效率高、加热速度快、热量浪费少，且成本较低的一种振荡式电池组快速加热电路及方法。

为解决上述技术问题，本振荡式电池组快速加热电路的结构特点是：包括串接在电池组两端的由电感和电容串接成的振荡电路，电容两端并联有并联可控开关，振荡电路和电池组之间串接有串联可控开关,电感和电容的串接线路上安装有电压电流检测器，还包括与电压电流检测器、并联可控开关和串联可控开关电连接的控制器。

作为一种实现方式，所述并联可控开关和串联可控开关为继电器。

作为改进，所述电池组为单体电池或串并联在一起的单体电池组合。

作为进一步改进，还包括与控制器输入端电连接的温度传感器。

本振荡式电池组快速加热电路的加热方法是：

第一阶段是触发阶段或电感储能阶段，即控制器根据控制指令控制串联可控开关和并联可控开关导通，此时电容两端被短路，电池组两端通过电感和并联可控开关构成通电回路，电池组对电感进行充电；

第二阶段是电感泄能及电容储能阶段，即控制器根据事先存储的由电池组、电感和电容等参数计算出电感充电时间，在该充电时间到来时，控制并联可控开关断路，此时电池组两端通过电感和电容构成通电回路，电感开始对电容进行充电；

第三阶段是电容泄能或电池组储能加热阶段，即电感电流减小到零时，电容储存全部电能，电压高于电池组电压，电容转入放电或泄能过程，并对电池组进行回馈充电，该回馈电流通过电池组内阻对电池组进行内部预热；

第四阶段是触发续能阶段，控制器根据电压电流检测器采集到电感和电容串接线路的电压和电流信号判断电感和电容的串接线路电压过零时，控制并联可控开关接通，以使电感电流继续增加，补偿电流在电池组内阻发热消耗的电能，维持电流振荡幅度；

第五阶段是重复阶段，即重复第二至第四阶段，到达预热时间后，控制器控制串联可控开关断开。

作为改进，只有当控制器通过温度传感器检测到环境或电池组本体温度低于设定温度时，控制器才会控制并联可控开关和串联可控开关动作。

具体而言，当温度过低时，控制器根据预先设定的程序或算法确定电池组需要加热时，首先导通并联可控开关，此时电流的流动方向是：电池组正极→电感→并联可控开关→电池组负极。电感处于储能过程。经过设定时间后，控制器关断并联可控开关，电感中电流流入电容，此时电流方向是：电池组正极→电感→电容→电池组负极。电容处于储能过程。

为方便叙述，将电感与电容的连接位置称为串接点，将电容与电池组的连接点称为连接点。当电感电流减小到零时，电容储存全部电能，电压高于电池组电压，电容转入放电过程，此时电流方向是：电容与串接点连接的一端→电感→电池组正极→电池组负极→电容与串接点连接的一端。电容放电，电池组充电。电能返回电池组。

当电容电流减小到零时，串接点电压低于连接点电压，电池组转入放电过程，此时电流方向是：电池组正极→电感→电容→电池组负极。电容充电，串接点电压逐渐升高。

控制器通过采集接点A点电压和电流信号，当串接点的电压处于过零点时，控制器导通并联可控开关，电感电流继续增加，补偿电流在电池组内阻发热消耗的电能，维持电流振荡幅度。经过设定时间，关断并联可控开关，电感中电流流入电容。系统按照上述步骤循环操作。由于电池组存在内阻，因此在电池组的电能往复振荡过程中，一部分电能通过电池组的内阻转变为热量，加热电池组。

与现有其他电池组加热技术相比，本发明所公开的电路和方法具有以下明显优点：

（1）加热速度快。这种发热方式是利用循环电流在电池组内阻上发热，是在电池组内部发热，因此加热速度快。

（2）加热效率高。电能在电路中是往复转移，理论上没有损耗，因此加热效率高。

（3）结构简单，成本低。系统不需要外部发热器件或流体传热系统，因此结构简单，成本低。

综上所述，采用这种结构的振荡式电池组快速加热电路及方法能使电池组内部预热，加热效率高、加热速度快、热量浪费少，且成本较低，特别适合在电动车电池组上使用。

附图说明

结合附图对本发明作进一步详细说明：

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

如图所示，该振荡式电池组快速加热电路包括串接在电池组1两端的由电感2和电容3串接成的振荡电路，电容3两端并联有并联可控开关5，振荡电路和电池组1之间串接有串联可控开关8,电感2和电容3的串接线路上安装有电压电流检测器4，还包括与电压电流检测器4、并联可控开关5和串联可控开关8电连接的控制器6。

在本实施例中，并联可控开关5和串联可控开关8均采用快速继电器，以实现在控制器控制下快速通断的功能。所述电池组1为单体电池或串并联在一起的单体电池组1合。本振荡式电池组快速加热电路还包括与控制器6输入端电连接的温度传感器7，这样就可以为控制器提供环境或电池组的温度参数，为电池组预热提供可靠的加热保障。

本振荡式电池组1快速加热电路的加热方法是：

第一阶段是触发阶段或电感2储能阶段，即控制器6根据控制指令控制串联可控开关8和并联可控开关5导通，此时电容3两端被短路，电池组1两端通过电感2和并联可控开关5构成通电回路，电池组1对电感2进行充电；

第二阶段是电感2泄能及电容3储能阶段，即控制器6根据事先存储的由电池组1、电感2和电容3等参数计算出电感2充电时间，在该充电时间到来时，控制并联可控开关5断路，此时电池组1两端通过电感2和电容3构成通电回路，电感2开始对电容3进行充电；

第三阶段是电容3泄能或电池组1储能加热阶段，即电感2电流减小到零时，电容3储存全部电能，电压高于电池组1电压，电容3转入放电或泄能过程，并对电池组1进行回馈充电，该回馈电流通过电池组1内阻对电池组1进行内部预热；

第四阶段是触发续能阶段，控制器6根据电压电流检测器4采集到电感2和电容3串接线路的电压和电流信号判断电感2和电容3的串接线路电压过零时，控制并联可控开关5接通，以使电感2电流继续增加，补偿电流在电池组1内阻发热消耗的电能，维持电流振荡幅度；

第五阶段是重复阶段，即重复第二至第四阶段，到达预热时间后，控制器6控制串联可控开关8断开。

作为改进，只有当控制器6通过温度传感器7检测到环境或电池组1本体温度低于设定温度时，控制器6才会控制并联可控开关5和串联可控开关8动作。

具体而言，当温度过低时，控制器6根据预先设定的程序或算法确定电池组1需要加热时，首先导通并联可控开关5，此时电流的流动方向是：电池组1正极→电感2→并联可控开关5→电池组1负极。电感2处于储能过程。经过设定时间后，控制器6关断并联可控开关5，电感2中电流流入电容3，此时电流方向是：电池组1正极→电感2→电容3→电池组1负极。电容3处于储能过程。

为方便叙述，将电感2与电容3的连接位置称为串接点，将电容3与电池组1的连接点称为连接点。当电感2电流减小到零时，电容3储存全部电能，电压高于电池组1电压，电容3转入放电过程，此时电流方向是：电容3与串接点连接的一端→电感2→电池组1正极→电池组1负极→电容3与串接点连接的一端。电容3放电，电池组1充电。电能返回电池组1。

当电容3电流减小到零时，串接点电压低于连接点电压，电池组1转入放电过程，此时电流方向是：电池组1正极→电感2→电容3→电池组1负极。电容3充电，串接点电压逐渐升高。

控制器6通过采集接点A点电压和电流信号，当串接点的电压处于过零点时，控制器6导通并联可控开关5，电感2电流继续增加，补偿电流在电池组1内阻发热消耗的电能，维持电流振荡幅度。经过设定时间，关断并联可控开关5，电感2中电流流入电容3。系统按照上述步骤循环操作。由于电池组1存在内阻，因此在电池组1的电能往复振荡过程中，一部分电能通过电池组1的内阻转变为热量，加热电池组1。

在本实施例中，控制器和电压电流检测器均采用市场上销售的现成产品，其结构和工作原理属于公知技术，在此不再细述。

Claims (6)

1.一种振荡式电池组快速加热电路，其特征是：包括串接在电池组（1）两端的由电感（2）和电容（3）串接成的振荡电路，电容（3）两端并联有并联可控开关（5），振荡电路和电池组（1）之间串接有串联可控开关（8）,电感（2）和电容（3）的串接线路上安装有电压电流检测器（4），还包括与电压电流检测器（4）、并联可控开关（5）和串联可控开关（8）电连接的控制器（6）。

2.如权利要求1所述的一种振荡式电池组快速加热电路，其特征是：所述并联可控开关（5）和串联可控开关（8）为继电器。

3.如权利要求1或2所述的一种振荡式电池组快速加热电路，其特征是：所述电池组为单体电池或串并联在一起的单体电池组合。

4.如权利要求3所述的一种振荡式电池组快速加热电路，其特征是：还包括与控制器（6）输入端电连接的温度传感器（7）。

5.一种振荡式电池组快速加热方法，其特征是：第一阶段是触发阶段或电感储能阶段，即控制器（6）根据控制指令控制串联可控开关（8）和并联可控开关（5）导通，此时电容（3）两端被短路，电池组（1）两端通过电感（2）和并联可控开关（5）构成通电回路，电池组（1）对电感（2）进行充电；

第二阶段是电感泄能及电容储能阶段，即控制器（6）根据事先存储的由电池组（1）、电感（2）和电容（3）等参数计算出电感（2）充电时间，在该充电时间到来时，控制并联可控开关（5）断路，此时电池组（1）两端通过电感（2）和电容（3）构成通电回路，电感（2）开始对电容（3）进行充电；

第三阶段是电容泄能或电池组储能加热阶段，即电感电流减小到零时，电容（3）储存全部电能，电压高于电池组（1）电压，电容转入放电或泄能过程，并对电池组（1）进行回馈充电，该回馈电流通过电池组内阻对电池组进行内部预热；

第四阶段是触发续能阶段，控制器（6）根据电压电流检测器（4）采集到电感（2）和电容（3）串接线路的电压和电流信号判断电感（2）和电容（3）的串接线路电压过零时，控制并联可控开关（5）接通，以使电感电流继续增加，补偿电流在电池组内阻发热消耗的电能，维持电流振荡幅度；

第五阶段是重复阶段，即重复第二至第四阶段，到达预热时间后，控制器（6）控制串联可控开关（8）断开。

6.如权利要求5所述的一种振荡式电池组快速加热方法，其特征是：只有当控制器通过温度传感器（7）检测到环境或电池组本体温度低于设定温度时，控制器才会控制并联可控开关和串联可控开关动作。