CN113650529A - 加热电池包的方法、装置、电路以及电池包 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种加热电池包的方法、装置、电路以及电池包,所述加热电池包的方法,包括:获取加热指令;将所述加热指令发送至直流转换功率电源DC/DC;所述直流转换功率电源DC/DC根据所述加热指令将电池包加热至预设温度。本发明的技术方案,通过电池包内两个或多个大模组或模块之间的充、放电过程,依靠电芯中产生的电化学热,欧姆热等,使电池包自身热量聚集,温度升高,解决了电池包在低温情况下的正常充、放电,车辆正常充电和行驶的问题。

Description

加热电池包的方法、装置、电路以及电池包
技术领域
本发明属于电动汽车技术领域,尤其涉及一种加热电池包的方法、装置、电路以及电池包。
背景技术
目前新能源汽车动力电池包由于受当前电芯技术限制,在低温环境,尤其零下情况下,充、放电性能将受到极大影响,性能严重衰减一半以上。
为了解决这一问题,保证电池包在低温情况下能正常充、放电,车辆可以正常充电和行驶使用,目前行业内的做法基本上采用各种外部装置来提供热量对电池包内部模组、电芯利用传导方式进行加热,如采用加热电阻丝、PTC(positivetemperaturecoefficient)正温度系数热敏材料、热泵等直接或间接技术和方式。
但是,以上这些方式基本都需要外界提供电源,然后将电能转换为热能,再通过各种热传导组件将热量传导给电池包内的电芯和模组,一般热传导组件有导热膜、导热胶、液体管路、泵、阀等、液冷板和流体等媒介,从而使电池包内的电芯、模组温度升高到正常工作温度,因而,导致各种附加设备和部件较多,工艺复杂,传导损失大,加热效率低下,而且还需要考虑各种高压绝缘等安全问题。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此,本发明的一个目的在于提出一种可以通过自身产热实现电池包的温度升高的加热电池包的方法、装置、电路以及电池包。
为了解决上述技术问题,本发明的实施例提供如下技术方案:
一种加热电池包的方法,包括:
获取加热指令;
将所述加热指令发送至直流转换功率电源DC/DC;
所述直流转换功率电源DC/DC根据所述加热指令将电池包加热至预设温度。
可选的,所述获取加热指令,包括:
通过电池包内电控系统获取所述电池包的运行信息或者整车控制系统的指令;
根据所述电池包的运行信息或者整车控制系统的指令,生成所述加热指令。
可选的,在所述将所述加热指令发送至直流转换功率电源DC/DC之前:
控制接触器断开。
可选的,所述直流转换功率电源DC/DC根据所述加热指令将电池包加热至预设温度,包括:
通过所述直流转换功率电源DC/DC对第一待升温模块进行升压,使得所述第一待升温模块的电压高于第二待升温模块的电压;通过所述第一待升温模块对所述第二待升温模块进行充电,将所述第一待升温模块与所述第二待升温模块升温至第一温度;
通过所述直流转换功率电源DC/DC对第二待升温模块进行升压,使得所述第二待升温模块的电压高于第一待升温模块的电压;通过所述第二待升温模块对所述第一待升温模块进行充电,将所述第一待升温模块与所述第二待升温模块的温度由第一温度升温至第二温度;
若所述第二温度小于所述预设温度,则重复上述步骤;反之,则停止加热;
其中,所述电池包包括至少两个模块,所述第一待升温模块以及第二待升温模块为多个所述模块中的任意两个模块,所述第一待升温模块与第二待升温模块连接。
可选的,还包括:
调节第一模块以及第二模块的电压差至预设电压差;
其中,所述第一模块为达到预设温度的所述第一待升温模块,所述第二模块为达到预设温度的所述第二待升温模块。
可选的,所述调节第一模块以及第二模块的电压差至预设电压差,包括:
通过所述直流转换功率电源DC/DC将第一模块与所述第二模块连通;
控制所述第一模块给所述第二模块进行充电,至所述第一模块与第二模块的电压差为预设电压差;
其中,所述第一模块的电压高于所述第二模块的电压。
可选的,所述第一待升温模块与所述第二待升温模块串联连接。
可选的,所述第一待升温模块与所述第二待升温模块出并联连接。
可选的,所述模块的个数大于2,多个所述模块串联连接或者并联连接。
本发明的实施例还提供一种加热电池包的装置,包括:
获取模块,用于获取加热指令;
发送模块,用于将所述加热指令发送至直流转换功率电源DC/DC;
加热模块,用于所述直流转换功率电源DC/DC根据所述加热指令将电池包加热至预设温度。
本发明的实施例还提供一种加热电池包的电路,包括:
至少两个模块;
多个接触器,多个所述接触器设置在所述模块之间并与所述模块连接;
至少一个直流转换功率电源DC/DC,所述直流转换功率电源DC/DC并联在所述模块的两端。
本发明的实施例还提供一种电池包,包括如上所述的加热电池包的电路。
本发明的实施例,具有如下技术效果:
本发明的上述技术方案,通过电池包内两个或多个大模组或模块之间的充、放电过程,依靠电芯中产生的电化学热,欧姆热等,使电池包自身热量聚集,温度升高,保证电池包充、放电性能正常,车辆能够正常工作,解决了电池包在低温情况下的正常充、放电,车辆正常充电和行驶的问题。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是本发明实施例提供的加热电池包的方法的流程示意图;
图2是本发明实施例提供的两个模块串联的加热电池包的电路的结构示意图;
图3是本发明实施例提供的两个模块并联的加热电池包的电路的结构示意图;
图4是本发明实施例提供的多个模块串联的加热电池包的电路的结构示意图;
图5是本发明实施例提供的多个模块并联的加热电池包的电路的结构示意图;
图6是本发明实施例提供的电池包的工作流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示,本发明的实施例提供一种加热电池包的方法,包括:
步骤S1:获取加热指令;
具体的,整车钥匙门打开进入工作状态,同时电池包内电控系统进入待机状态;结合整车输入状态或指令信息、电池包内电控系统对电芯及电池包的监控信息,由电池包内电控系统根据整车需求、环境温度、电池包电量和电芯温度等信息,决定进入正常上电状态还是自加热状态,并由内电控系统生成加热指令。
步骤S2:将所述加热指令发送至直流转换功率电源DC/DC;
具体的,DC/DC为直流转换功率电源,可实现双向升压电能传递,且两侧电压范围都很大,可自适应调整和控制。
例如:此时DC/DC一侧系统电压为150VDC,另一侧系统电压为100VDC,此时通过DC/DC可将系统电压为100VDC一侧电压升高到200VDC,如此可以实现将低压100V侧的电能输入给150VDC的一侧,由此实现DC/DC两侧电能的自由流通,即相互充放电过程。
步骤S3:所述直流转换功率电源DC/DC根据所述加热指令将电池包加热至预设温度。
具体的,预设温度可以根据环境的温度、电芯以及整车系统的具体情况进行设定。
本发明的该实施例,通过电池包内模块或模块间充放电过程中产生的热量实现自身温度升高,首先仅仅是能量的相互传递,非大量消耗,其次通过电芯充放电过程中发生的电化学反应所产生的热量和欧姆热等热量,基本都被自身吸收,损耗非常小,利用率高,很直接的提高自身温度,效率比传导方式要高,且低温下通过极小的充放电功率电流即可实现温度快速升高,不会因低温大功率输出和输入导致电芯寿命受的影响,解决了电池包在低温情况下的正常充、放电,车辆正常充电和行驶的问题。
本发明一可选的实施例,步骤S1中,所述获取加热指令,包括:
步骤S11:通过电池包内电控系统获取所述电池包的运行信息或者整车控制系统的指令;
具体的,整车控制系统的指令包括:整车系统发出行车或充电指令,整车远程等环境下未发出提前预热指令。
电池包的运行信息包括:当前电芯温度和电量等可支持电池包正常充放电;以及其它影响电池包运行的因素。
步骤S12:根据所述电池包的运行信息或者整车控制系统的指令,生成所述加热指令。
具体的,步骤S11中的条件满足则,电池包可以正常上电,步骤S11中的任一条件不满足,则生成加热指令。
本发明一可选的实施例,步骤S2,在所述将所述加热指令发送至直流转换功率电源DC/DC之前:
控制接触器断开。
具体的,在步骤S11中的任一条件不满足时,电池包进入自加热状态,电池包内电控系统发出控制信号,保证所有的接触器处于断开状态,给DC/DC发出加热指令(使能),判断且保证所有接触器都处于断开状态的情况下,DC/DC进入工作状态。
其中,接触器包括S0、S00、S1、S2、S3和charge+、charge-:这些开关器件为控制高压回路通断的高压元器件,一般为高压接触器。
本发明一可选的实施例,步骤S3中,所述直流转换功率电源DC/DC根据所述加热指令将电池包加热至预设温度,包括:
步骤S31中,通过所述直流转换功率电源DC/DC对第一待升温模块进行升压,使得所述第一待升温模块的电压高于第二待升温模块的电压;通过所述第一待升温模块对所述第二待升温模块进行充电,将所述第一待升温模块与所述第二待升温模块升温至第一温度;
具体的,所述第一待升温模块处于DC/DC的任意一侧,所述第一待升温模块进行放电同时对位于所述DC/DC另一侧的所述第二待升温模块进行充电,充放电的过程中,发生的化学反应以及欧姆热等热量被所述第一待升温模块以及第二待升温模块吸收,进而实现对所述第一待升温模块以及所述第二待升温模块进行升温。
其中,充放电的时间T根据电芯状态和升温需求等进行确定,当达到充电时间T后,则控制DC/DC停止对所述第一待升温模块进行升压。
步骤S32中,通过所述直流转换功率电源DC/DC对第二待升温模块进行升压,使得所述第二待升温模块的电压高于第一待升温模块的电压;通过所述第二待升温模块对所述第一待升温模块进行充电,将所述第一待升温模块与所述第二待升温模块的温度由第一温度升温至第二温度;
步骤S33中,若所述第二温度小于所述预设温度,则重复上述步骤,通过DC/DC交替对所述第一待升温模块以及所述第二待升温模块进行升压;反之,则停止加热;
其中,所述电池包包括至少两个模块,所述第一待升温模块以及第二待升温模块为多个所述模块中的任意两个模块,所述第一待升温模块与第二待升温模块连接。
本发明的该实施例,能耗低、效率高、成本低、工艺简单、辅助器件少,占用电池包内部的空间小,更安全,从而提升整个电池包的环境适应性和续驶里程,推动电动汽车的推广和发展。
本发明一可选的实施例,还包括:
步骤S4中,调节第一模块以及第二模块的电压差至预设电压差;
其中,所述第一模块为达到预设温度的所述第一待升温模块,所述第二模块为达到预设温度的所述第二待升温模块。
本发明一可选的实施例,步骤S4中,所述调节第一模块以及第二模块的电压差至预设电压差,包括:
步骤S41中,通过所述直流转换功率电源DC/DC将第一模块与所述第二模块连通;
步骤S42中,控制所述第一模块给所述第二模块进行充电,至所述第一模块与第二模块的电压差为预设电压差;
其中,所述第一模块的电压高于所述第二模块的电压。
具体的,预设电压差一般小于10mV,预设电压差的值根据电芯和系统的情况设定。
本发明一可选的实施例,所述第一待升温模块与所述第二待升温模块串联连接。
具体的,本发明的该实施例通过如下方式实现:
如图2所示,B1、B2串联连接,电池包进入自加热状态,电池包内电控系统发出控制信号,保证所有接触器处于断开状态,给DC/DC发出加热指令(使能),判断且保证所有接触器都处于断开情况下,DC/DC进入工作状态,通过升高B1(DC/DC的任意一侧)的电压,使VB1>VB2,如此B1的放电,同时对B2进行充电,T时间后,通过升高B2电压,使VB2>VB1,实现B2的放电,同时对B1进行充电,如此交替往复直至B1、B2温度达到预设温度,然后再通过DC/DC自适应调节B1、B2的电压差,使其达到预设电压差,调节电压差的过程中,DC/DC不进行升压,仅为导通电路,最终满足电池包充放电要求。
其中,B1、B2:为由多个电芯、模块通过串、并联方式组成大的电池模块;
Fuse:此为熔断器或保险,用来进行电回路的短路保护。
用电设备:包括各种功能的电机、压缩机等;
充电设备:包括车载充电设备、地面充电设备和无线充电设备等;
Rs:此为功率电阻,对用电设备中的各种并联电容进行预充电,以保证系统正常工作。
本发明一可选的实施例,所述第一待升温模块与所述第二待升温模块出并联连接。
具体的,本发明的该实施例通过如下方式实现:
如图3所示,B1、B2并联连接,电池包进入自加热状态,电池包内电控系统发出控制信号,保证所有接触器处于断开状态,给DC/DC发出加热指令(使能),判断且保证所有接触器都处于断开情况下,DC/DC进入工作状态,通过升高B1(DC/DC的任意一侧)的电压,使VB1>VB2,如此B1的放电,同时对B2进行充电,T时间后,通过升高B2电压,使VB2>VB1,实现B2的放电,同时对B1进行充电,如此交替往复直至B1、B2温度满足要求,然后再通过DC/DC自适应调节B1、B2的电压差,使其达到预设电压差,调节电压差的过程中,DC/DC不进行升压,仅为导通电路,最终满足电池包充放电要求。
本发明一可选的实施例,所述模块的个数大于2,多个所述模块串联连接或者并联连接。
具体的,本发明的该实施例通过如下方式实现:
如图4所示,B1、B2……Bn-1,Bn串联连接(n为大于2的正整数),电池包进入自加热状态,电池包内电控系统发出控制信号,保证所有接触器处于断开状态,给DC/DC发出加热指令(使能),判断且保证所有接触器都处于断开情况下,DC/DC进入工作状态,通过升高B1(DC/DC的任意一侧)的电压,使VB1>VB2,如此B1的放电,同时对B2进行充电,T时间后,通过升高B2电压,使VB2>VB1,实现B2的放电,同时对B1进行充电,如此交替往复直至B1、B2温度满足要求,然后再通过DC/DC自适应调节B1、B2的电压差,使其达到预设电压差,调节电压差的过程中,DC/DC不进行升压,仅为导通电路,最终满足电池包充放电要求。
如图5所示,B1、B2……Bn-1,Bn并联连接,电池包进入自加热状态,电池包内电控系统发出控制信号,保证所有接触器处于断开状态,给DC/DC发出加热指令(使能),判断且保证所有接触器都处于断开情况下,DC/DC进入工作状态,通过升高B1(DC/DC的任意一侧)的电压,使VB1>VB2,如此B1的放电,同时对B2进行充电,T时间后,通过升高B2电压,使VB2>VB1,实现B2的放电,同时对B1进行充电,如此交替往复直至B1、B2温度满足要求,然后再通过DC/DC自适应调节B1、B2的电压差,使其达到预设电压差,调节电压差的过程中,DC/DC不进行升压,仅为导通电路,最终满足电池包充放电要求。
本发明的该实施例,若在加热完成后,经内电控系统进行检测,存在某个模块未达到预设温度,则对该模块继续进行加热,直至所有的模块的温度达到预设温度后,停止加热。
本发明的实施例还提供一种加热电池包的装置,包括:
获取模块,用于获取加热指令;
发送模块,用于将所述加热指令发送至直流转换功率电源DC/DC;
加热模块,用于所述直流转换功率电源DC/DC根据所述加热指令将电池包加热至预设温度。
如图2至图6所示,本发明的实施例还提供一种加热电池包的电路,包括:
至少两个模块;
多个接触器,多个所述接触器设置在所述模块之间并与所述模块连接;
至少一个直流转换功率电源DC/DC,所述直流转换功率电源DC/DC并联在所述模块的两端。
具体的:
1)加热完成后,可根据整车的状态或指令信息决定返回待机状态,或者进入上电状态;
2)满足条件情况下,电池包将进入上电状态,电池包内电控系统发出控制信号;其中,
当模块串联连接,首先闭合S0和S3,T0时间后闭合S2,此时电控系统开始判断预充完成与否,当完成后闭合S1,T1时间后断开S2,至此完成高压上电流程;
当模块并联连接,则首先闭合S0、S00和S3,T0时间后闭合S2(T0时间用于确保接触器等元器件闭合,以保证电路的安全运行),此时内电控系统开始判断预充完成与否,当完成后闭合S1,T1时间后断开S2,至此完成高压上电流程;
此步需要判断整车需求,是否有充电指令,如果有则需闭合charge+和charge-,从而接通充电高压回路,准备进入充电工作状态;如果无充电指令,则直接进入放电工作状态;
3)当电池包完成充电或者整车发出停止充放电指令等信息后,内电控进行下电操作,断开所有接触器,进入待机状态。
如图6所示,本发明的实施例还提供一种电池包,包括如上所述的加热电池包的电路。
具体的,待机:指整车钥匙门打开,电池包接入低压电源,电池包内电控系统处于工作状态,通过实时监测电池包各项数据,保证系统正常,各参数正常,无故障报警,与整车控制系统交互,保证电池包可随时进行高压上电等下一步操作;
上电:是指电池包内电控系统通过控制电池包内各种开关器件等实现对外的充、放电电路接通,即高压电回路处于通路,当用电设备、充电设备使能后即可工作;
自加热:指在低温等特殊环境下,通过接通、断开或使能相关元器件,实现电池包自加热,温度升高;
下电:是指通过控制电池包内各种开关器件等实现对外的充、放电回路断开,即高压电回路处于断路,不能进行电池包的充、放电操作,进入待机状态。
另外,本发明实施例的结构的其他构成及作用对本领域的技术人员来说是已知的,为减少冗余,此处不做赘述。
需要说明的是,在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤,例如,可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表,可以具体实现在任何计算机可读介质中,以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用,或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。
应当理解,本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中,多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如,如果用硬件来实现,和在另一实施方式中一样,可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现:具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路,具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路,可编程门阵列(PGA),现场可编程门阵列(FPGA)等。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (12)

1.一种加热电池包的方法,其特征在于,包括:
获取加热指令;
将所述加热指令发送至直流转换功率电源DC/DC;
所述直流转换功率电源DC/DC根据所述加热指令将电池包加热至预设温度。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述获取加热指令,包括:
通过电池包内电控系统获取所述电池包的运行信息或者整车控制系统的指令;
根据所述电池包的运行信息或者整车控制系统的指令,生成所述加热指令。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,在所述将所述加热指令发送至直流转换功率电源DC/DC之前:
控制接触器断开。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述直流转换功率电源DC/DC根据所述加热指令将电池包加热至预设温度,包括:
通过所述直流转换功率电源DC/DC对第一待升温模块进行升压,使得所述第一待升温模块的电压高于第二待升温模块的电压;通过所述第一待升温模块对所述第二待升温模块进行充电,将所述第一待升温模块与所述第二待升温模块升温至第一温度;
通过所述直流转换功率电源DC/DC对第二待升温模块进行升压,使得所述第二待升温模块的电压高于第一待升温模块的电压;通过所述第二待升温模块对所述第一待升温模块进行充电,将所述第一待升温模块与所述第二待升温模块的温度由第一温度升温至第二温度;
若所述第二温度小于所述预设温度,则重复上述步骤;反之,则停止加热;
其中,所述电池包包括至少两个模块,所述第一待升温模块以及第二待升温模块为多个所述模块中的任意两个模块,所述第一待升温模块与第二待升温模块连接。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,还包括:
调节第一模块以及第二模块的电压差至预设电压差;
其中,所述第一模块为达到预设温度的所述第一待升温模块,所述第二模块为达到预设温度的所述第二待升温模块。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述调节第一模块以及第二模块的电压差至预设电压差,包括:
通过所述直流转换功率电源DC/DC将第一模块与所述第二模块连通;
控制所述第一模块给所述第二模块进行充电,至所述第一模块与第二模块的电压差为预设电压差;
其中,所述第一模块的电压高于所述第二模块的电压。
7.根据权利要求4至6任一项所述的方法,其特征在于,所述第一待升温模块与所述第二待升温模块串联连接。
8.根据权利要求4至6任一项所述的方法,其特征在于,所述第一待升温模块与所述第二待升温模块出并联连接。
9.根据权利要求4至6任一项所述的方法,其特征在于,所述模块的个数大于2,多个所述模块串联连接或者并联连接。
10.一种加热电池包的装置,其特征在于,包括:
获取模块,用于获取加热指令;
发送模块,用于将所述加热指令发送至直流转换功率电源DC/DC;
加热模块,用于所述直流转换功率电源DC/DC根据所述加热指令将电池包加热至预设温度。
11.一种加热电池包的电路,其特征在于,包括:
至少两个模块;
多个接触器,多个所述接触器设置在所述模块之间并与所述模块连接;
至少一个直流转换功率电源DC/DC,所述直流转换功率电源DC/DC并联在所述模块的两端。
12.一种电池包,其特征在于,包括如权利要求9所述的加热电池包的电路。
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