CN112510290A - 一种锂电池的加热控制装置及太阳能控制系统 - Google Patents

一种锂电池的加热控制装置及太阳能控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及太阳能控制领域，具体涉及一种锂电池的加热控制装置及太阳能控制系统。该加热控制装置包括太阳能板、降压变换电路单元、锂电池、电池加热单元、防倒灌驱动电路单元、加热驱动单元、第一开关单元和第二开关单元，其中，降压变换电路单元串联设置在太阳能板与锂电池之间；电池加热单元用于为锂电池加热，且与锂电池并联设置；第一开关单元串联设置于锂电池与太阳能板之间；第二开关单元串联设置于电池加热单元与太阳能板之间；防倒灌驱动电路单元与第一开关单元的控制端连接，加热驱动单元与第二开关单元的控制端连接，控制将太阳能板的能量分配至锂电池或电池加热单元。本发明成本低，通用性良好且对电池加热效果良好。

Description

一种锂电池的加热控制装置及太阳能控制系统
技术领域
本发明涉及太阳能控制领域，具体涉及一种锂电池的加热控制装置及太阳能控制系统。
背景技术
在太阳能控制系统中，锂电池的应用越来越广泛，但由于锂电池的材料特殊性，锂电池的低温特性较差，当锂电池处于低温环境下，电池特性受到影响，因此，需要对锂电池进行加热。
目前对锂电池加热采用以下几个方案：
1.采用隔温材料包裹锂电池，在温度过低时，使锂电池隔绝电池箱和环境温度，该方案成本高，效果差；
2.采用加热电阻膜包裹锂电池，在温度过低时，直接利用太阳能板的电压加到电阻膜上，使电阻膜发热，给锂电池加热，该方案能量利用率低，且电阻膜的阻值需要根据太阳能的电压和功率做阻抗匹配，通用差；
3.低温时，直接采用电池自身的能量给包裹的电阻膜加热，但低温下电池自身能量利用率。
现亟需设计一种低成本，通用性良好且对锂电池的加热效果良好的锂电池加热方案。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种锂电池的加热控制装置及太阳能控制系统，解决现有太阳能控制系统中锂电池加热成本高、通用性差，且锂电池加热效果差的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种锂电池的加热控制装置，包括太阳能板、降压变换电路单元、锂电池、电池加热单元、防倒灌驱动电路单元、加热驱动单元、第一开关单元和第二开关单元，其中，
所述降压变换电路单元串联设置在太阳能板与锂电池之间；
所述电池加热单元用于为锂电池加热，且与锂电池并联设置；
所述第一开关单元串联设置于锂电池与太阳能板之间；
所述第二开关单元串联设置于电池加热单元与太阳能板之间；
所述防倒灌驱动电路单元与第一开关单元的控制端连接，控制第一开关单元导通，所述太阳能板通过降压变换电路单元为锂电池充电，或者，控制第一开关单元截止，阻挡锂电池为电池加热单元提供能量；
所述加热驱动单元与第二开关单元的控制端连接，控制第一开关单元导通或截止，所述太阳能板通过降压变换电路单元为电池加热单元提供能量，或停止提供能量。
本发明的更进一步优选方案是：所述第一开关单元包括MOS管Q1，所述MOS管Q1的栅极与防倒灌驱动电路单元连接，源极与锂电池连接，漏极接地；所述第二开关单元包括MOS管Q2，所述MOS管Q2的栅极与加热驱动单元连接，漏极与电池加热单元连接，源极接地。
本发明的更进一步优选方案是：所述防倒灌驱动电路单元包括驱动电压模块、三极管Q3、三极管Q4、电阻R1和电阻R2，所述驱动电压模块分别与降压变换电路单元的输出端和MOS管Q1的栅极连接，所述三极管Q3的基极与集电极、三极管Q4的基极连接，发射极接地，所述电阻R1串联设置于三极管Q3的基极与集电极的连接节点与降压变换电路单元的输出端之间，所述三极管Q4的集电极与驱动电压模块连接，发射极接地，所述电阻R2串联设置在降压变换电路单元的输出端与三极管Q3的发射极之间。
本发明的更进一步优选方案是：所述驱动电压模块包括电阻R3和电阻R4，所述电阻R3和电阻R4依次串联并设于降压变换电路单元的输出端与MOS管Q1的栅极之间，且所述电阻R3和电阻R4的连接节点连接至三极管Q4的集电极。
本发明的更进一步优选方案是：所述防倒灌驱动电路单元还包括二极管D1和二极管D2，所述二极管D1的正极与三极管Q4的发射极连接，负极接地，所述二极管D2的正极与三极管Q3的发射极连接，负极接地。
本发明的更进一步优选方案是：所述降压变换电路单元包括MOS管Q5、电感L1、输入电容C1和输出电容C2，所述MOS管Q5与电感L1串联并设置在太阳能板的正极与锂电池的正极之间，所述输入电容C1与太阳能板并联连接，所述输出电容C2与锂电池并联连接。
本发明的更进一步优选方案是：所述加热控制装置还包括MOS管Q6，所述MOS管Q6的漏极连接至MOS管Q5与电感L1的连接节点，源极接地。
本发明的更进一步优选方案是：所述加热控制装置还包括用于防止锂电池对太阳能板充电的防反充保护单元，所述防反充保护单元串联设置于太阳能板的正极与降压变换电路单元的输入端之间。
本发明的更进一步优选方案是：所述防反充保护单元包括MOS管Q7，所述MOS管Q7的源极与太阳能板的正极连接，漏极与降压变换电路单元的输入端连接。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种太阳能控制系统，包括主控单元、用于判断太阳能板运行状态的判断单元、用于检测锂电池温度的温度检测单元和如上述任一所述的锂电池的加热控制装置，所述主控单元与判断单元、温度检测单元和加热控制装置的降压变换电路单元、加热驱动单元连接，并根据判断单元的判断结果、温度检测单元的温度检测结果控制降压变换电路单元、加热驱动单的工作状态，以将太阳能板的全部能量分配至锂电池或电池加热单元。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，通过设置防倒灌电路单元和加热驱动单元，防倒灌驱动电路单元与第一开关单元的控制端连接，控制第一开关单元的导通或截止，使得太阳能板通过降压变换电路单元将全部能量分配至锂电池充电，或者阻挡锂电池为电池加热单元提供能量，加热驱动单元与第二开关单元的控制端连接，控制第二开关单元导通或截止，使得太阳能板通过降压变换电路单元将全部能量分配至电池加热单元，或停止为电池加热单元提供能量，从而实现合理分配太阳能板的能量为锂电池加热或为锂电池充电，并避免锂电池的能量流向电池加热单元，整个加热控制装置成本低，通用性良好且对电池加热效果良好，以及，通过MPPT最大功率追踪的方式采用降压变换电路单元输出电压至电池加热单元，控制加热，能最大限度利用太阳能板的能量进行加热，无需进行阻抗匹配便可充分利用太阳能板的能量。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明的锂电池的加热控制装置的结构框图；
图2是本发明的锂电池的加热控制装置(未示出防倒灌驱动电路单元)的电路示意图；
图3是本发明的防倒灌驱动电路单元的电路示意图；
图4是本发明的太阳能控制系统的结构框图。
具体实施方式
现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。
如图1所示，本发明提供一种锂电池的加热控制装置的优选实施例。
参考图1，所述锂电池30的加热控制装置包括太阳能板10、降压变换电路单元20、锂电池30、电池加热单元40、防倒灌驱动电路单元50、加热驱动单元60、第一开关单元70和第二开关单元80，其中，所述降压变换电路单元20串联设置在太阳能板10与锂电池30之间；所述电池加热单元40用于为锂电池30加热，且与锂电池30并联设置；所述第一开关单元70串联设置于锂电池30与太阳能板10之间；所述第二开关单元80串联设置于电池加热单元40与太阳能板10之间；所述防倒灌驱动电路单元50与第一开关单元70的控制端连接，控制第一开关单元70导通，所述太阳能板10通过降压变换电路单元20为锂电池30充电，或者，控制第一开关单元70截止，阻挡锂电池30为电池加热单元40提供能量；所述加热驱动单元60与第二开关单元80的控制端连接，控制第一开关单元70导通或截止，所述太阳能板10通过降压变换电路单元20为电池加热单元40提供能量，或停止提供能量。通过设置防倒灌电路单元和加热驱动单元60，防倒灌驱动电路单元50与第一开关单元70的控制端连接，控制第一开关单元70的导通或截止，使得太阳能板10将全部能量分配至锂电池30充电，或者阻挡锂电池30为电池加热单元40提供能量，加热驱动单元60与第二开关单元80的控制端连接，控制第二开关单元80导通或截止，使得太阳能板10将全部能量分配至电池加热单元40，或停止为电池加热单元40提供能量，从而实现合理分配太阳能板10的能量为锂电池30加热或为锂电池30充电，并避免锂电池30的能量流向电池加热单元40，整个加热控制装置成本低，通用性良好且对电池加热效果良好，以及，通过MPPT最大功率追踪的方式采用降压变换电路单元输出电压至电池加热单元，控制加热，能最大限度利用太阳能板的能量进行加热，无需进行阻抗匹配便可充分利用太阳能板的能量。
其中，电池加热单元40可包括用于为电池加热的电阻膜或电阻套。本实施例中的电池加热单元40优选采用电阻膜，太阳能板10通过降压变换电路单元20降压后的能量全部给电阻膜，电阻膜获得能量后发热使锂电池30温度上升，无需阻抗匹配便可充分利用太阳能板10的能量对锂电池30进行加热。
进一步地，参考图2，所述第一开关单元70包括MOS管Q1，所述MOS管Q1的栅极与防倒灌驱动电路单元50连接，源极与锂电池30连接，漏极接地；所述第二开关单元80包括MOS管Q2，所述MOS管Q2的栅极与加热驱动单元60连接，漏极与电池加热单元40连接，源极接地。在锂电池30需要充电时，防倒灌驱动电路单元50控制MOS管Q1导通，加热驱动单元60控制MOS管Q2截止，太阳能板10将全部能量分配给锂电池30充电；在锂电池30需要加热时，防倒灌驱动电路单元50控制MOS管Q1截止，加热驱动单元60控制MOS管Q2导通，太阳能板10将全部能量分配给电池加热单元40，且锂电池30的能量不会流向电池加热单元40。
参考图2和图3，所述防倒灌驱动电路单元50包括驱动电压模块、三极管Q3、三极管Q4、电阻R1和电阻R2，所述驱动电压模块分别与降压变换电路单元20的输出端和MOS管Q1的栅极连接，所述三极管Q3的基极与集电极、三极管Q4的基极连接，发射极接地，所述电阻R1串联设置于三极管Q3的基极与集电极的连接节点与降压变换电路单元20的输出端之间，所述三极管Q4的集电极与驱动电压模块连接，发射极接地，所述电阻R2串联设置在降压变换电路单元20的输出端与三极管Q3的发射极之间。驱动电压模块与MOS管Q1的栅极连接，即与MOS管Q1的栅极连接，为栅极提供驱动电压。电阻R1为三极管Q3的基极提供电流。电阻R2的作用是在三极管Q4截止时为MOS管Q1的栅极电源电压VGS提供泄放回路，从而快速关断MOS管Q1。
其中，所述驱动电压模块包括电阻R3和电阻R4，所述电阻R3和电阻R4依次串联并设于降压变换电路单元20的输出端与MOS管Q1的栅极之间，且所述电阻R3和电阻R4的连接节点连接至三极管Q4的集电极。MOS管Q1的栅极驱动电压由降压变换电路单元20的输出电压通过电阻R3和R4提供，其中电阻R4可以调节MOS管Q1的导通和关断速度。
进一步地，所述防倒灌驱动电路单元50还包括二极管D1和二极管D2，所述二极管D1的正极与三极管Q4的发射极连接，负极接地，所述二极管D2的正极与三极管Q3的发射极连接，负极接地。二极管D1和D2可防止锂电池30接反时导致电路损坏。
所述防倒灌驱动电路单元50的具体工作原理为：当判断太阳能板10可以对锂电池30进行充电时，太阳能板10输出电压，通过降压变换电路单元20降压给锂电池30充电，此时，MOS管Q1的体二极管正向导通，三极管Q3和二极管D2导通且抽取三极管Q4的基极电流，使三极管Q4临界状态，MOS管Q4的栅极驱动电压由降压后的电压信号通过电阻R3和R4提供，其中电阻R4可以调节MOS管Q4的开通和关断速度；且此时的MOS管Q2处于截止状态，太阳能板10的全部能量分配给锂电池30充电。当判断需要给锂电池30加热时，加热驱动单元60控制MOS管Q2导通，太阳能板10输出电压，通过降压变换电路单元20降压，为电池加热单元40提供能量，电池加热单元40工作，为锂电池30加热，使锂电池30温度上升，此时，当MOS管Q1的漏极电压比源极电压高时，三极管Q3发射极电压升高，由于三极管Q3的集电极和基极短接，会导致与之相连的三极管Q4的基极电压升高，从而使三极管Q4进入饱和导通状态，使MOS管Q1的栅极电压被拉低，即MOS管Q1处于关闭状态，电流只能由MOS管Q1的源极流向漏极，而不会由漏极流向源极，避免了锂电池30的能量流向电池加热单元40，避免了在太阳能板10能量给电池加热单元40加热时锂电池30向电池加热单元40放电。
参考图2，本实施例中的降压变换电路单元20包括MOS管Q5、电感L1、输入电容C1和输出电容C2，所述MOS管Q5与电感L1串联并设置在太阳能板10的正极与锂电池30的正极之间，所述输入电容C1与太阳能板10并联连接，所述输出电容C2与锂电池30并联连接。输入电容C1用于存储太阳能板10输出的能量，输出电容C2存储降压变换电路单元20输出的能量，并为锂电池30充电。其中的太阳能板10的正极输出的电流流经MOS管Q5、电感L1、锂电池30，流回太阳能板10的负极，形成太阳能板10对锂电池30充电的整流回路；太阳能板10的正极输出的电流流经MOS管Q5、电感L1、电池加热单元40，流回太阳能板10的负极，形成太阳能板10对电池加热单元40供电的整流回路。对锂电池30进行充电的过程中，锂电池30未充满时采用恒流充电，锂电池30接近充满时采用恒压充电，对锂电池30进行加热时，输出电容C2的电压为设置的电池恒压充电电压。
进一步地，所述加热控制装置还包括MOS管Q6，所述MOS管Q6的漏极连接至MOS管Q5与电感L1的连接节点，源极接地。MOS管Q6、电感L1、锂电池30和MOS管Q1形成续流回路，当太阳能板10、MOS管Q5、电感L1、锂电池30形成的充电回路突然关断，电感L1存储的能量通过续流回路释放，防止对电路中的其他部件造成损坏。
进一步地，所述加热控制装置还包括充电电流采样电阻RS1和加热电流采样电阻RS2，所述充电电流采样电阻RS1串联设置在太阳能板10与MOS管Q1的漏极之间，加热电流采样电阻RS2串联设置在充电电流采样电阻RS1与MOS管Q2的源极之间，可通过检测充电电流采样电阻RS1两端的电压，并通过检测到的电压和该充电电流采样电阻RS1的阻值获取锂电池30的充电电流，对锂电池30的充电电流进行监控，避免因充电电流过大损坏锂电池30；以及通过检测加热电流采样电阻RS2两端的电压，并通过检测到的电压和该加热电流采样电阻RS2的阻值获取电池加热单元40的加热电流，对电池加热单元40的加热电流进行监控，避免因充电电流过大损坏电池加热单元40。
进一步地，所述加热控制装置还包括用于防止锂电池30对太阳能板10充电的防反充保护单元90，所述防反充保护单元90串联设置于太阳能板10的正极与降压变换电路单元20的输入端之间。防反充保护单元90可防止在夜间太阳能板10无法工作的情况下，锂电池30对反过来对太阳能板10进行充电，避免夜间消耗锂电池30的能量。具体地，该防反充保护单元90包括MOS管Q7，所述MOS管Q7的源极与太阳能板10的正极连接，漏极与降压变换电路单元20的输入端连接，MOS管Q7可起到夜间防反充的作用。
参考图4，本发明还提供一种太阳能控制系统的优选实施例。
所述太阳能控制系统包括主控单元100、用于判断太阳能板10运行状态的判断单元110、用于检测锂电池30温度的温度检测单元120和如上述所述的锂电池30的加热控制装置，所述主控单元100与判断单元110、温度检测单元120和加热控制装置的降压变换电路单元20、加热驱动单元60连接，并根据判断单元110的判断结果、温度检测单元120的检测结果控制降压变换电路单元20、防倒灌驱动电路单元50和加热驱动单元60的工作状态，以将太阳能板10的全部能量分配至锂电池30或电池加热单元40。通过控制降压变换电路单元20、加热驱动单元60的工作状态，在太阳能板10可以对锂电池30进行充电时，控制降压变换电路单元20工作，且防倒灌驱动电路单元50驱动第一开关单元70工作，第二开关单元80截止，太阳能板10将全部能量分配至锂电池30，为锂电池30充电，在电池温度低于预设温度时，控制加热驱动单元60工作，驱动第二开关单元80工作，防倒灌驱动单元控制第一开关单元70截止，太阳能板10将全部能量分配至电池加热单元40，且阻挡锂电池30为电池加热单元40提供能量，实现合理分配太阳能板10的能量给锂电池30加热或给锂电池30充电，并避免锂电池30的能量流向电池加热单元40，整个太阳能控制系统成本低，通用性良好且对电池加热效果良好，以及，通过MPPT最大功率追踪的方式采用降压变换电路单元20输出电压至电池加热单元40，控制加热，能最大限度利用太阳能板10的能量进行加热，无需进行阻抗匹配便可充分利用太阳能板10的能量。
应当理解的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而所有这些修改和替换，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种锂电池的加热控制装置，其特征在于，包括太阳能板、降压变换电路单元、锂电池、电池加热单元、防倒灌驱动电路单元、加热驱动单元、第一开关单元和第二开关单元，其中，
所述降压变换电路单元串联设置在太阳能板与锂电池之间；
所述电池加热单元用于为锂电池加热，且与锂电池并联设置；
所述第一开关单元串联设置于锂电池与太阳能板之间；
所述第二开关单元串联设置于电池加热单元与太阳能板之间；
所述防倒灌驱动电路单元与第一开关单元的控制端连接，控制第一开关单元导通，所述太阳能板通过降压变换电路单元为锂电池充电，或者，控制第一开关单元截止，阻挡锂电池为电池加热单元提供能量；
所述加热驱动单元与第二开关单元的控制端连接，控制第一开关单元导通或截止，所述太阳能板通过降压变换电路单元为电池加热单元提供能量，或停止提供能量。
2.根据权利要求1所述的加热控制装置，其特征在于，所述第一开关单元包括MOS管Q1，所述MOS管Q1的栅极与防倒灌驱动电路单元连接，源极与锂电池连接，漏极接地；所述第二开关单元包括MOS管Q2，所述MOS管Q2的栅极与加热驱动单元连接，漏极与电池加热单元连接，源极接地。
3.根据权利要求2所述的加热控制装置，其特征在于，所述防倒灌驱动电路单元包括驱动电压模块、三极管Q3、三极管Q4、电阻R1和电阻R2，所述驱动电压模块分别与降压变换电路单元的输出端和MOS管Q1的栅极连接，所述三极管Q3的基极与集电极、三极管Q4的基极连接，发射极接地，所述电阻R1串联设置于三极管Q3的基极与集电极的连接节点与降压变换电路单元的输出端之间，所述三极管Q4的集电极与驱动电压模块连接，发射极接地，所述电阻R2串联设置在降压变换电路单元的输出端与三极管Q3的发射极之间。
4.根据权利要求3所述的加热控制装置，其特征在于，所述驱动电压模块包括电阻R3和电阻R4，所述电阻R3和电阻R4依次串联并设于降压变换电路单元的输出端与MOS管Q1的栅极之间，且所述电阻R3和电阻R4的连接节点连接至三极管Q4的集电极。
5.根据权利要求3所述的加热控制装置，其特征在于，所述防倒灌驱动电路单元还包括二极管D1和二极管D2，所述二极管D1的正极与三极管Q4的发射极连接，负极接地，所述二极管D2的正极与三极管Q3的发射极连接，负极接地。
6.根据权利要求1-5任一所述的加热控制装置，其特征在于，所述降压变换电路单元包括MOS管Q5、电感L1、输入电容C1和输出电容C2，所述MOS管Q5与电感L1串联并设置在太阳能板的正极与锂电池的正极之间，所述输入电容C1与太阳能板并联连接，所述输出电容C2与锂电池并联连接。
7.根据权利要求6所述的加热控制装置，其特征在于，所述加热控制装置还包括MOS管Q6，所述MOS管Q6的漏极连接至MOS管Q5与电感L1的连接节点，源极接地。
8.根据权利要求1所述的加热控制装置，其特征在于，所述加热控制装置还包括用于防止锂电池对太阳能板充电的防反充保护单元，所述防反充保护单元串联设置于太阳能板的正极与降压变换电路单元的输入端之间。
9.根据权利要求8所述的加热控制装置，其特征在于，所述防反充保护单元包括MOS管Q7，所述MOS管Q7的源极与太阳能板的正极连接，漏极与降压变换电路单元的输入端连接。
10.一种太阳能控制系统，其特征在于，包括主控单元、用于判断太阳能板运行状态的判断单元、用于检测锂电池温度的温度检测单元和如权利要求1-9任一所述的锂电池的加热控制装置，所述主控单元与判断单元、温度检测单元和加热控制装置的降压变换电路单元、加热驱动单元连接，并根据判断单元的判断结果、温度检测单元的温度检测结果控制降压变换电路单元、加热驱动单的工作状态，以将太阳能板的全部能量分配至锂电池或电池加热单元。
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