CN107634286A - 一种电池直流/交流加热装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池直流/交流加热装置，该装置直流电源和交流电源；直流电源、交流电源和电池构成并联电路；直流电源包括变压器、整流滤波和稳压；交流电源输出峰值电压高于直流电源的输出电压。本发明所提出的电源加热装置，可以在低温下快速加热电池，并且不需要额外增加加热介质或管路，具有加热速度快、加热效率高、结构简单和可靠性高等优势，结构简单，易于操作。

Description

一种电池直流/交流加热装置及方法
技术领域
本发明涉及锂电池领域，尤其是一种电池直流/交流加热装置及方法。
背景技术
能源匮乏和环境污染的双重压力助推了化学电源技术的快速发展，目前锂电池已经成为电动汽车、手机、无人机和电动工具等用电产品的心脏，其性能的好坏直接影响着用电产品的使用效果。锂电池是一种化学电源，通过化学反应来实现充电和放电，其由电池卷芯、电解液和电池外壳等组成，锂电池工作时，锂离子以电解液为载体，在电池卷芯的正负极之间移动，以实现电池的充放电。然而，低温环境下由于锂电池的材料电导率、化学反应速率下降，导致锂离子的迁移速率会变慢，从而导致充电时锂电池大量析锂以及放电时锂电池的放电容量损失很大，进而影响用户对移动终端的使用。例如，手机在低温地区外面使用时，待机时间会明显减少。又例如在冬季电动汽车的续驶里程和放电功率明显下降。更糟糕的是，低温环境下对锂电池进行充电非常困难，低温环境下充电产生的副反应导致金属锂在负极表面沉积，加速电池寿命衰减，甚至有可能刺破隔膜，引起锂电池内部短路，最终导致热失控的安全事故。
如果采用热敏电阻PTC(Positive Temperature Coefficient)直接加热的方式对电池加热，会导致加热散热不均匀，加热速度较慢且持续时间较长。如果采用独立的液冷箱或相变换热器，借助外部电源通过加热液体对电池进行加热，将要需要外部电源先加热液体，再通过液体加热电池，导致加热效率较低，成本也较高。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术散热不均以及加热效率较低，成本也较高的不足，提供了一种电池直流/交流加热装置及方法。
为实现上述目的，一方面本发明提供了一种电池直流/交流加热装置，该装置包括：包括：直流电源和交流电源；所述直流电源、所述交流电源和电池构成并联电路；所述直流电源包括变压器、整流滤波和稳压；所述交流电源输出峰值电压高于直流电源的输出电压。
优选的，直流电源和所述交流电源回路分别采用二极管进行短路保护。
优选的，直流电源输出电压为110V～1000V。
优选的，交流电源的电压输出范围为220V～1000V；所述交流电源的频率为30HZ～10000HZ。
优选的，交流电源输出峰值电压高于直流电源的输出电压的差值范围为0.1～20V。
优选的，直流电源的文波系数≤2％。
优选的，直流电源的输出电压调整率≤5％。
优选的，电池包括磷酸铁锂锂离子电池、三元锂离子电池、锂硫电池或锂空气电池中的任意一种。
另一方面，本发明提供了一种电池直流/交流加热方法，该方法包括以下步骤：通过并联连接的直流电源和交流电源给负载电池输出能量；直流电源输出稳定的电压，交流电源的输出电压随时间成周期性变化；直流电压值和交流电压值进行叠加，当二者叠加值为零时，负载电池呈短路状态；电池自身发热起到加热的效果。
优选的，交流电源输出峰值电压高于直流电源的输出电压。
本发明所提出的直流/交流电源加热装置，可以在低温下快速加热电池，并且不需要额外增加加热介质或管路，具有加热速度快、加热效率高、结构简单和可靠性高等优势，结构简单，易于操作。
附图说明
图1为本发明实施例提供的电池直流/交流加热装置原理示意图；
图2为本发明实施例提供的电池直流/交流加热装置中直流电压和交流电压输出值随时间的变化示意图；
图3为本发明实施例提供的电池直流/交流加热方法流程示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
实施例1
图1为本发明实施例提供的装置原理示意图，如图1所示，该装置包括：直流电源1和交流电源2，上述直流电源1、交流电源2和电池3构成并联电路。直流电源包括：变压器、整流滤波和稳压，所述交流电源输出峰值电压高于直流电源的输出电压。
直流电源输出电压为110V～1000V；交流电源的电压输出范围为220V～1000V；交流电源的频率为30HZ～10000HZ。
优选的，交流电源输出峰值电压高于直流电源的输出电压的差值范围为0.1～20V。进一步优选的，差值范围为0.5～10V。
优选地，对直流电源回路进行短路保护。比如，对直流电源回路采用二极管进行短路保护。对交流电源回路进行短路保护。比如，对交流电源回路采用二极管进行短路保护。
优选地，直流电源的文波系数≤2％。进一步优选的，文波系数≤1％。
优选地，直流电源的输出电压调整率≤5％。进一步优选的，直流电源的输出电压调整率≤3％。
具体地，电池为锂电池。比如，磷酸铁锂锂离子电池、三元锂离子电池、锂硫电池或锂空气电池中的任意一种。
需要说明的是，本申请所采用的直流电源，是一种能量转换装置，可以把其他形式的能量转换为电能供给电路，并能够使电路两端之间维持恒定的电位差，以维持电流的稳恒流动。
本发明所提出的电源加热装置，可以在低温下快速加热电池，并且不需要额外增加加热介质或管路，具有加热速度快、加热效率高、结构简单和可靠性高等优势，结构简单，易于操作。
图2为本发明实施例提供的电池直流/交流加热装置中直流电压和交流电压输出值随时间的变化示意图。如图2所示，直流电源输出稳定的电压，而交流电源的输出电压随时间呈周期性变化，直流电源输出电压值与交流电源输出电压值进行叠加，当二者的叠加值为零时，负载锂电池呈短路状态，并产生两个短路点，此时电池自身会发热，起到加热的效果。同时，交流电源也可直接对电池进行加热，两种加热效果的叠加使得电池的温度迅速升高。
需要特别注意的是，为了防止直流电源和交流电源短路，造成电路损伤，需要再对电源进行防短路保护，以保证电源的正常工作。
本发明的提供的电池加热装置，简单、可以给锂电池均匀、高效的加热，利用电池自身发热来加热电池，而无需增加额外的加热介质，本发明提出电池加热装置，可以造成电池极短时短路，同时交流电也可起到加热电池的作用，最终实现电池的边充电变加热的功能。
图3为本发明实施例提供的电池直流/交流加热方法流程示意图，如图3所示，步骤包括S101-S102。
步骤S101，通过并联连接的直流电源和交流电源给负载电池输出能量；所述直流电源输出稳定的电压，所述交流电源的输出电压随时间成周期性变化。
具体地，交流电源输出峰值电压高于直流电源的输出电压。
步骤S102，直流电压值和所述交流电压值进行叠加，当二者叠加值为零时，所述负载电池呈短路状态；所述电池自身发热起到加热的效果。
本发明的提供的电池加热装置，简单、可以给锂电池均匀、高效的加热，利用电池自身发热来加热电池，而无需增加额外的加热介质，本发明提出电池加热装置，可以造成电池极短时短路，同时交流电也可起到加热电池的作用，最终实现电池的边充电变加热的功能。
为更好的理解本发明提供的技术方案，下述以多个具体实例分别说明应用本发明上述装置对电池进行加热的具体过程。
实施例2
直流电源、交流电源并联在电池两端，直流输出电压为380V，交流输出电压为385V，频率为50HZ，电池为三元锂离子电池，直流电源和交流电源回路分别采用二极管进行短路保护，直流电源的纹波系数为1％，直流电源的输出电压调整率为3％，在交流电源输出每20ms的变化周期内，会出现2个短路点，此时电池短路发热，温度升高。在-15℃的环境温度下，采用该方式对三元锂电池一边充电一边加热，三元锂电池的温度从-13.5℃升高至10℃，所用时间为2810s。
实施例3
直流电源、交流电源并联在电池两端，直流输出电压为380V，交流输出电压为385V，频率为1000HZ，电池为三元锂离子电池，直流电源和交流电源回路分别采用二极管进行短路保护，直流电源的纹波系数为1％，直流电源的输出电压调整率为3％，在交流电源输出每1ms的变化周期内，会出现2个短路点，此时电池短路发热，温度升高。在-15℃的环境温度下，采用该方式对三元锂电池一边充电一边加热，三元锂电池的温度从-13.5℃升高至10℃，所用时间为310s。
实施例4
直流电源、交流电源并联在电池两端，直流输出电压为380V，交流输出电压为385V，频率为5000HZ，电池为三元锂离子电池，直流电源和交流电源回路分别采用二极管进行短路保护。上述直流电源的纹波系数为2％，直流电源的输出电压调整率为2％，在交流电源输出每0.2ms的变化周期内，会出现2个短路点，此时电池短路发热，温度升高。在-15℃的环境温度下，采用该方式进行电池边充电变加热，电池的温度从-14.1℃升高至10℃，所用时间为180s。
实施例5
直流电源、交流电源并联在电池两端，直流输出电压为600V，交流输出电压为605V，频率为8000HZ，电池为三元锂离子电池，上述直流电源的纹波系数为2％，直流电源的输出电压调整率为5％，直流电源和交流电源回路分别采用二极管进行短路保护，在交流电源输出每0.125ms的变化周期内，会出现2个短路点，此时电池短路发热，温度升高。在-20℃的环境温度下，采用该方式进行电池边充电变加热，电池的温度从-20℃升高至20℃，所用时间为200s。
实施例6
直流电源、交流电源并联在电池两端，直流输出电压为800V，交流输出电压为805V，频率为8000HZ，电池为三元锂离子电池，直流电源和交流电源回路分别采用二极管进行短路保护，上述直流电源的纹波系数为1％，在交流电源输出每0.125ms的变化周期内，会出现2个短路点，此时电池短路发热，温度升高。在-20℃的环境温度下，采用该方式进行电池边充电变加热，电池的温度从-20℃升高至20℃，所用时间为145s。
本发明所提出的电源加热装置，可以在低温下快速加热电池，并且不需要额外增加加热介质或管路，具有加热速度快、加热效率高、结构简单和可靠性高等优势，结构简单，易于操作。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执轨道的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池直流/交流加热装置，其特征在于，包括：直流电源和交流电源；所述直流电源、所述交流电源和电池构成并联电路；所述直流电源包括变压器、整流滤波和稳压；所述交流电源输出峰值电压高于直流电源的输出电压。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述直流电源和所述交流电源回路分别采用二极管进行短路保护。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述直流电源输出电压为110V～1000V。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述交流电源的电压输出范围为220V～1000V；所述交流电源的频率为30HZ～10000HZ。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述交流电源输出峰值电压高于直流电源的输出电压的差值范围为0.1～20V。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述直流电源的文波系数≤2％。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述直流电源的输出电压调整率≤5％。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电池包括磷酸铁锂锂离子电池、三元锂离子电池、锂硫电池或锂空气电池中的任意一种。
9.一种电池直流/交流加热方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过并联连接的直流电源和交流电源给负载电池输出能量；所述直流电源输出稳定的电压，所述交流电源的输出电压随时间成周期性变化；
所述直流电压值和所述交流电压值进行叠加，当二者叠加值为零时，所述负载电池呈短路状态；所述电池自身发热起到加热的效果。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述交流电源输出峰值电压高于直流电源的输出电压。
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