CN112601297B - 一种用于动力电池的复合交流加热装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于动力电池的复合交流加热装置，包括外部直流电源、电流控制电路模块、逆变电路模块、PTC单元以及由多个电池单体串联组成的电池组；其中，所述外部直流电源、电流控制电路模块、PTC单元、逆变电路模块串联构成回路；所述电池组与所述逆变电路模块的交流输出端；所述电流控制电路模块用于将外部直流单元的电压降低，输出低压以控制整个加热装置的电流大小；所述PTC单元在对电池组进行外部加热的同时，还可减小所述电流控制电路模块的压降；所述逆变电路模块用于产生交流输出作用与所述电池组的内阻，实现对电池组的加热。该装置既有效解决了电池预热的问题，还能够显著提升加热的速率，并且具有结构简单、成本低廉的优点。

Description

一种用于动力电池的复合交流加热装置
技术领域
本发明涉及动力电池加热技术领域，尤其涉及结合了PTC直流外部加热与交流内部加热方式的复合加热装置。
背景技术
现有的针对动力电池预热的技术中大多以采用PTC的加热方式为主，但是PTC加热存在加热效率低，均匀性不好、安全隐患高、控制精确性差、升温速率慢等缺点；传统的液体加热会大幅度降低动力电池的能量密度，同时也存在加热效率低、升温速率慢等问题。近年来出现的利用电池内部加电阻的加热技术虽然提升了加热速率，但是也存在着管控成本过高，控制过于复杂等问题，并且现有技术对于电池预热的问题也缺乏有效的解决手段。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种用于动力电池的复合交流加热装置，具体包括以下部分：
外部直流电源、电流控制电路模块、逆变电路模块、PTC单元以及由多个电池单体串联组成的电池组；
其中，所述外部直流电源、电流控制电路模块、PTC单元、逆变电路模块串联构成回路；所述电池组与所述逆变电路模块的交流输出端；
所述外部直流电源用于提供加热所需的电能；
所述电流控制电路模块用于将外部直流单元的电压降低，输出低压以控制整个加热装置的电流大小；
所述PTC单元包裹在所述电池组周围，用于对电池组进行外部加热，并同时减小所述电流控制电路模块的压降；
所述逆变电路模块用于产生交流输出作用与所述电池组的内阻，实现对电池组的加热。
进一步地，所述加热装置还包括电容组模块，所述电容组模块与电池组各自的一端分别与所述逆变电路模块的交流输出端连接，电容组模块与电池组各自的另一端相互连接；所述电容组模块由多个电容串联组成，用于平衡作用于电池组上的电势。
进一步地，所述电流控制电路模块由P型MOSFET Q0作为控制输入端与外部直流电源一端连接，由电感L0、快速恢复二极管D0、电容C0、功率电阻R0构成BUCK电路结构，三极管Q5的基极与功率电阻R0连接、集电极与Q0连接、发射极与PTC单元连接。通过控制输入Q0的PWM0来控制Q0的通断，从而控制输出到R0两端的电压，控制Q5基集的电压即R0的端电压，可直接控制决定整个电路电流的大小。
进一步地，可以由宽线金属加热膜替代所述PTC单元。
进一步地，所述逆变电路模块采用由Q1、Q2、Q3、Q4四个MOSFET组成的全桥结构，由两对互补的PWM信号分别控制；其中，PWM1控制Q1和Q4同时开启时，PWM2控制Q2和Q3同时关闭，而当PWM1控制Q1和Q4同时关闭时，PWM2则控制Q2和Q3同时处于开启。通过一定频率的开启/关闭操作，流经电池组和电容组的电流即为交流电。
上述本发明所提供的用于动力电池的复合交流加热装置，在现有的单独采用PTC元件进行外部加热的基础上，设计了提供交流电流作用于电池组的部分，能够同步利用电池组的内阻，实现直流与交流、电池组内部与外部共同作用的复合加热方式，既有效解决了电池预热的问题，还能够显著提升加热的速率，并且具有结构简单、成本低廉的优点。
附图说明
图1为本发明所提供的用于动力电池的复合交流加热装置。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明所提供的用于动力电池的复合交流加热装置，如图1所示，具体包括以下部分：
外部直流电源、电流控制电路模块、逆变电路模块、PTC单元以及由多个电池单体串联组成的电池组；
其中，所述外部直流电源、电流控制电路模块、PTC单元、逆变电路模块串联构成回路；所述电池组与所述逆变电路模块的交流输出端；
所述外部直流电源用于提供加热所需的电能；
所述电流控制电路模块用于将外部直流单元的电压降低，输出低压以控制整个加热装置的电流大小；
所述PTC单元包裹在所述电池组周围，用于对电池组进行外部加热，并同时减小所述电流控制电路模块的压降；
所述逆变电路模块用于产生交流输出作用与所述电池组的内阻，实现对电池组的加热。
在本发明的一个优选实施方式中，所述加热装置还包括电容组模块，所述电容组模块与电池组各自的一端分别与所述逆变电路模块的交流输出端连接，电容组模块与电池组各自的另一端相互连接；所述电容组模块由多个电容串联组成，用于平衡作用于电池组上的电势。
电容组中的具体电容个数和取值大小根据电池组电压大小与交流电频率大小决定，由于电池组存在一定的电压，会导致流经电池组的电流正负大小不一致，加电容组后可以平衡其电势，电容组临界值大小计算公式为：
Q＝It，
C＝Q/U
其中，Q为电荷量，I为电流，t为时间，C为电容，U为电容组两端的电压。
在本发明的一个优选实施方式中，所述电流控制电路模块由P型MOSFET Q0作为控制输入端与外部直流电源一端连接，由电感L0、快速恢复二极管D0、电容C0、功率电阻R0构成BUCK电路结构，三极管Q5的基极与功率电阻R0连接、集电极与Q0连接、发射极与PTC单元连接。通过控制输入Q0的PWM0来控制Q0的通断，从而控制输出到R0两端的电压，控制Q5基集的电压即R0的端电压，可直接控制决定整个电路电流的大小。
PTC单元为具有一定阻值原件，其主要有两个功能，一是由于外部电源DC与电池组之间存在一定压差，流经一定电流时，三极管Q5需要的散热功率非常大，设计PTC阻值，加PTC原件可以直接减小三极管Q5的压降，并将三极管Q5的散热压力转移，二是由于热量产生在PTC自身，故同时还可以作为外部热源直接加热电池。在本发明的一个优选实施方式中，，可以由宽线金属加热膜替代所述PTC单元。
在本发明的一个优选实施方式中，所述逆变电路模块采用由Q1、Q2、Q3、Q4四个MOSFET组成的全桥结构，由两对互补的PWM信号分别控制；其中，PWM1控制Q1和Q4同时开启时，PWM2控制Q2和Q3同时关闭，而当PWM1控制Q1和Q4同时关闭时，PWM2则控制Q2和Q3同时处于开启。通过一定频率的开启/关闭操作，流经电池组和电容组的电流即为交流电。
应理解，本发明实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.一种用于动力电池的复合交流加热装置，其特征在于：具体包括以下部分：
外部直流电源、电流控制电路模块、逆变电路模块、PTC单元以及由多个电池单体串联组成的电池组；
其中，所述外部直流电源、电流控制电路模块、PTC单元、逆变电路模块串联构成回路；所述电池组与所述逆变电路模块的交流输出端连接；
所述外部直流电源用于提供加热所需的电能；
所述电流控制电路模块用于将外部直流单元的电压降低，输出低压以控制整个加热装置的电流大小；所述电流控制电路模块由P型MOSFET Q0作为控制输入端与外部直流电源一端连接，由电感L0、快速恢复二极管D0、电容C0、功率电阻R0构成BUCK电路结构，三极管Q5的基极与功率电阻R0连接，三极管Q5的集电极与P型MOSFET Q0连接，三极管Q5的发射极与PTC单元连接；
所述PTC单元包裹在所述电池组周围，用于对电池组进行外部加热，并同时减小所述电流控制电路模块的压降；
所述逆变电路模块用于产生交流输出并作用于所述电池组的内阻，实现对电池组的加热；所述逆变电路模块采用由Q1、Q2、Q3、Q4四个MOSFET组成的全桥结构，由两对互补的PWM信号分别控制；其中，PWM1控制Q1和Q4同时开启时，PWM2控制Q2和Q3同时关闭，而当PWM1控制Q1和Q4同时关闭时，PWM2则控制Q2和Q3同时处于开启，通过一定频率的开启/关闭操作，使流经电池组和电容组的电流为交流电；
所述加热装置还包括电容组模块，所述电容组模块与电池组各自的一端分别与所述逆变电路模块的交流输出端连接，电容组模块与电池组各自的另一端相互连接；所述电容组模块由多个电容串联组成，用于平衡作用于电池组上的电势；电容组模块中的电容个数和取值大小根据电池组电压大小与交流电频率大小决定。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：由宽线金属加热膜替代所述PTC单元。
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