CN108235453A - 一种电热器件瞬间功率增强装置及其控制方法 - Google Patents

一种电热器件瞬间功率增强装置及其控制方法 Download PDF

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苏宁海
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B1/00—Details of electric heating devices
    • H05B1/02—Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
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Abstract

本发明属于电热器件领域，具体涉及一种电热器件的功率增强装置及其控制方法。一种电热器件瞬间功率增强装置，包括电池模块、供电切换开关、控制器和状态采集器。电池模块可通过连接至交流电源进行充电并可通过供电切换开关连接至电热器件开关进行放电。供电切换开关可切换交流电输入或电池模块对电热器件进行供电。状态采集器用于检测电热器件开关和电热器件的状态并输出信号至控制器，控制器控制电池模块充电或放电，电池模块充电时由交流电输入对电热器件供电。供电切换开关可在电池模块短时间内的高功率输出和电网交流电的额定功率持续输出之间智能快速切换，可应用于已有电热器件升级和新一代电热器件制造。

Description

一种电热器件瞬间功率增强装置及其控制方法
技术领域
本发明属于电热器件领域，具体涉及一种电热器件的功率增强装置及其控制方法。
背景技术
生活中电热器件有着广泛的应用，如远红外热辐射电热地暖、空调电辅热设备、即热型电热水器、室外化学除冰设备等。电热元件在一些情况下需要较大的瞬间功率/电流以达到最佳的加热效果，但电源的功率极限与导线的电流极限限制了最大瞬间功率，极大影响了电热元件的性能发挥。比如，理想的远红外热辐射电热地暖系统与空调电辅热设备应该在启动时输出数倍于正常工作时的加热功率，将电热器件从低温快速提升到设定的工作温度；理想的即热型电热水器应该做到热水即开即出，即提供数倍于额定功率的初始加热功率输出，将处于低温状态的电热器件迅速升温至工作温度，在尽可能短的时间给出预定温度的热水；理想的室外化雪除冰设备也应当迅速将工作区域温度从低于冰点拉升到冰点以上，以实现快速消除前期累积的冰雪。上述理想的电热器件需要数倍于额定功率的的瞬间功率，而这样大功率的负载往往需要对已有电气线路进行改造升级甚至需要升级电网入户线路。这样做不但实施过程复杂、成本高昂，而且增加了电气线路安全隐患。因此，目前这类电热器件只能以牺牲性能为代价来控制最大瞬间功率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种无需改造现有电气线路即可短时间内增强电热器件功率的装置及其控制方法。
为了解决以上技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种电热器件瞬间功率增强装置，包括电池模块、供电切换开关、控制器和状态采集器。电池模块可通过连接至交流电源进行充电并可通过供电切换开关连接至电热器件开关进行放电。供电切换开关可切换交流电输入或电池模块对电热器件进行供电。电池模块内设有与供电切换开关互锁的串并联转换开关与充放电转换开关。状态采集器用于检测电热器件开关和电热器件的状态并输出信号至控制器。控制器接收状态采集器信号，可根据状态采集器的信号控制电池模块内的串并联转换开关与充放电转换开关。电池模块还包括电池电压检测装置，电池电压检测装置用于检测电池的输出电压并将反映电池输出电压的信号传送给控制器，控制器可根据该信号控制电池模块充电或放电。
进一步的，电池模块内串并联转换开关与充放电转换开关共同连接至控制器输出端。
进一步的，电池模块内串并联转换开关和充放电转换开关均与所述供电切换开关逻辑互锁，电池模块处于串联放电状态时，供电切换开关断开交流输入，连接电池模块；电池模块处于并联充电状态时，供电切换开关断开与电池模块连接，连接交流输入。
一种电热器件瞬间功率增强装置的控制方法，当电热器件温度低于预设温度阈值且电热器件开关闭合时，控制器通过控制电池模块内的串并联转换开关与充放电转换开关，使电池模块交流电输入端断开，进入串联放电模式，供电切换开关同时切换至电池模块对电热器件进行供电。
进一步的，当电池模块进入串联放电模式，控制器开始通过电池电压检测装置监测电池输出电压，如果电池输出电压低于预设电压阈值，控制器通过控制串并联转换开关和充放电转换开关，使电池模块交流电输入端闭合，进入并联充电模式，供电切换开关同时切换至交流电输入对电热器件进行供电。
本发明的有益之处在于，供电切换开关可在电池模块短时间内的高功率输出和电网交流电的额定功率持续输出之间智能快速切换，使得电热器件的可在短时间的以高于额定功率的状态运行；装置内强弱电电路通过开关器件隔离，内置开关逻辑互锁机制，装置整体安全性高；装置整体结构简单，预期成本较低，安装方便，可应用于已有电热器件升级和新一代电热器件制造。
附图说明
图1为本发明的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细描述：
本发明如图1所示，瞬时功率增强装置包括电池模块、供电切换开关、状态采集器和控制器。电池模块可切换至并联状态，通过交流电输入进行充电，也可切换至串联状态，通过供电切换开关连接至电热器件开关进行放电。供电切换开关可切换交流电输入或电池模块为电热器件供电，采用交流电输入为电热器件供电时，电热器件以额定功率运行，可长时间工作，采用电池模块为电热器件供电时，电热器件以高功率运行，但使用时间受限于电池模块的容量。串并联转换开关与充放电转换开关均与供电切换开关逻辑互锁，确保同一时间内电池模块与交流电输入不会同时向电热器件供电。状态采集器按照预设采样间隔采集电热器件开关的状态和电热器件的状态并输出信号至控制器。控制器根据状态采集器信号，控制电池模块内串并联转换开关与充放电转换开关。
在电热器件需要瞬间大功率时，即电热器件开关闭合且电热器件温度低于预设温度阈值，控制器通过控制电池模块内的串并联转换开关与充放电转换开关，使电池模块交流电输入端断开，进入串联放电模式，由于串并联转换开关与充放电转换开关均与供电切换开关逻辑互锁，所以供电切换开关同时切换至电池模块对电热器件进行供电，由电池模块向电热器件提供高电压直流输出。
电池模块进入串联放电模式后，电池电压检测装置开始检测电池输出电压，并输出信号至控制器，当电池输出电压低于预设电压阈值，控制器通过控制串并联转换开关和充放电转换开关，使电池模块交流电输入端闭合，进入并联充电模式，供电切换开关同时切换至交流电输入对电热器件进行供电。
当电热器件开关断开或者电热器件温度高于预设温度阈值时，供电切换开关切换至交流电供电模式。与此同时，串并联转换开关将电池模块由串联模式切换为并联模式，电池模块进入并联充电模式，电网交流电经整流滤波后向电池组提供直流电进行充电。
本发明中强弱电电路通过开关器件隔离，内置开关逻辑互锁机制，装置安全性好。
本发明中的电池模块中进行串并联转换的单元部件可为单个电池，也可为电池组。
本发明中电池模块也可向电热器件提供额定电压下大电流输出，适用于基于正温度系数热敏电阻（PTC）材料的电热器件。
需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种电热器件瞬间功率增强装置，其特征在于：包括电池模块、供电切换开关、控制器和状态采集器；所述电池模块可通过连接至交流电源进行充电并可通过供电切换开关连接至电热器件开关进行放电；所述供电切换开关可切换交流电输入或电池模块对电热器件进行供电；所述电池模块内设有与供电切换开关互锁的串并联转换开关与充放电转换开关；所述状态采集器用于检测电热器件开关和电热器件的状态并输出信号至控制器；所述控制器接收状态采集器信号，可根据状态采集器的信号控制电池模块内的串并联转换开关与充放电转换开关；所述电池模块还包括电池电压检测装置，所述电池电压检测装置用于检测电池的输出电压并将反映电池输出电压的信号传送给控制器，所述控制器可根据该信号控制电池模块充电或放电。
2.根据权利要求1所述的电热器件瞬间功率增强装置，其特征在于：所述电池模块内串并联转换开关与充放电转换开关共同连接至控制器输出端。
3.根据权利要求1所述的电热器件瞬间功率增强装置，其特征在于：所述电池模块内串并联转换开关和充放电转换开关均与所述供电切换开关逻辑互锁，电池模块处于串联放电状态时，供电切换开关断开交流输入，连接电池模块；电池模块处于并联充电状态时，供电切换开关断开与电池模块连接，连接交流输入。
4.一种根据权利要求1所述的电热器件瞬间功率增强装置的控制方法，其特征在于：当电热器件温度低于预设温度阈值且电热器件开关闭合时，所述控制器通过控制电池模块内的串并联转换开关与充放电转换开关，使电池模块交流电输入端断开，进入串联放电模式，供电切换开关同时切换至电池模块对电热器件进行供电。
5.根据权利要求4所述的电热器件瞬间功率增强装置的控制方法，其特征在于：当电池模块进入串联放电模式，所述控制器开始通过电池电压检测装置监测电池输出电压，如果电池输出电压低于预设电压阈值，所述控制器通过控制串并联转换开关和充放电转换开关，使电池模块交流电输入端闭合，进入并联充电模式，供电切换开关同时切换至交流电输入对电热器件进行供电。
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