CN116095895A - 电池电芯加热装置和锂电设备 - Google Patents

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CN116095895A CN202310040919.2A CN202310040919A CN116095895A CN 116095895 A CN116095895 A CN 116095895A CN 202310040919 A CN202310040919 A CN 202310040919A CN 116095895 A CN116095895 A CN 116095895A
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Abstract

本申请涉及一种电池电芯加热装置和锂电设备。该电池电芯加热装置包括：整流变频电源、线圈模组和用于感应加热的铁心结构，其中，整流变频电源用于连接电网侧，接收电网输出的电流，并对电流进行整流变频；线圈模组连接整流变频电源，线圈模组中的第一励磁线圈、第二励磁线圈和第三励磁线圈分别用于接收经整流变频后的电流，且第一励磁线圈、第二励磁线圈和第三励磁线圈分别缠绕在铁心结构中相应的金属芯柱上，以此对靠近金属芯柱的电池电芯进行感应加热；本申请中在各金属芯柱上各缠绕一个励磁线圈，提升总功率的同时，减少了对线路的负荷，并且在总功率相等的情况下，降低了对电流大小的要求、减小发热损耗，提升了加热效果。

Description

电池电芯加热装置和锂电设备
技术领域
本申请涉及电池加热技术领域，特别是涉及一种电池电芯加热装置和锂电设备。
背景技术
在电池电芯加热中，传统采用电阻丝、电热薄膜等方式给电芯加热，效率低、能耗大是普遍存在的问题，对此，随着电池加热领域的发展，目前出现了电磁感应加热原理技术用以给电芯加热，该技术是一种高效率、低能耗的加热技术，在家电、工业冶炼中已有广泛运用。
然而，由于电设备中电芯加热过程中的特殊的工作特性，在电磁加热线圈的设计中，一般采用单相电源进行励磁激励，但是，目前这种采用单相电源的电磁感应加热方案，存在加热效果不佳的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提升加热效果的电池电芯加热装置和锂电设备。
第一方面，本申请提供了一种电池电芯加热装置。电池电芯加热装置包括：
整流变频电源，整流变频电源用于连接电网侧，整流变频电源用于接收电网侧输出的电压、电流，并对电压和电流进行整流变频；
线圈模组，线圈模组连接整流变频电源，线圈模组包括第一励磁线圈、第二励磁线圈和第三励磁线圈；第一励磁线圈、第二励磁线圈和第三励磁线圈分别用于接收经整流变频后的电压和电流，
用于感应加热的铁心结构，铁心结构包括若干靠近电池电芯的金属芯柱，第一励磁线圈、第二励磁线圈和第三励磁线圈分别缠绕在相应的金属芯柱上，使得金属芯柱对电池电芯进行感应加热。
在其中一个实施例中，整流变频电源包括第一输出端、第二输出端和第三输出端；
第一输出端、第二输出端和第三输出端用于输出相位差为120°的三相交流电。
在其中一个实施例中，第一输出端、第二输出端和第三输出端分别连接相应的第一励磁线圈、第二励磁线圈和第三励磁线圈。
在其中一个实施例中，金属芯柱为铁心芯柱；铁心结构还包括铁心轭柱；
铁心轭柱与铁心芯柱形成呈山字型结构的三柱铁心。
在其中一个实施例中，第一励磁线圈、第二励磁线圈和第三励磁线圈分别缠绕在相应的铁心芯柱上，使得三柱铁心对电池电芯进行感应加热。
在其中一个实施例中，三柱铁心的数量为多个；
多个三柱铁心中的任一三柱铁心靠近电池电芯的一侧，多个三柱铁心中的另一三柱铁心靠近电池电芯的另一侧，以对电池电芯进行双向加热。
在其中一个实施例中，线圈模组包括三角形连接的第一励磁线圈、第二励磁线圈和第三励磁线圈；
第一励磁线圈的一端连接第三励磁线圈的一端，第一励磁线圈的另一端连接第二励磁线圈的一端；第二励磁线圈的另一端连接第三励磁线圈的另一端；
第一输出端连接在第二励磁线圈的另一端和第三励磁线圈的另一端之间，第二输出端连接在第一励磁线圈的另一端和第二励磁线圈的一端之间，第三输出端连接在第一励磁线圈的一端和第三励磁线圈的一端之间。
在其中一个实施例中，线圈模组包括星形连接的第一励磁线圈、第二励磁线圈和第三励磁线圈；
第一励磁线圈、第二励磁线圈和第三励磁线圈的公共端用于接地；第一励磁线圈、第二励磁线圈和第三励磁线圈的异名端分别连接整流变频电源；
第一输出端连接第三励磁线圈的一端；第二输出端连接第一励磁线圈的一端；第三输出端连接第二励磁线圈的一端。
第二方面，本申请还提供了一种锂电设备。锂电设备包括电池电芯，还包括上述的电池电芯加热装置。
在其中一个实施例中，电池电芯为锂电池电芯。
上述电池电芯加热装置和锂电设备，包括整流变频电源、线圈模组和用于感应加热的铁心结构，其中，整流变频电源用于连接电网侧，接收电网输出的电流，并对电流进行整流变频；线圈模组连接整流变频电源，线圈模组中的第一励磁线圈、第二励磁线圈和第三励磁线圈分别用于接收经整流变频后的电压和电流，且第一励磁线圈、第二励磁线圈和第三励磁线圈分别缠绕在铁心结构中相应的金属芯柱上，以此对靠近金属芯柱的电池电芯进行感应加热；本申请中在每个金属芯柱上缠绕一个励磁线圈，提升总功率的同时，减少了对线路的负荷，并且在总功率相等的情况下，降低了对电流大小的要求、减小发热损耗，提升了加热效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1a为一个实施例中单相电源双线圈的结构示意图；
图1b为一个实施例中励磁线圈采用串联的方式的电路示意图；
图1c为一个实施例中励磁线圈采用并联的方式的电路示意图；
图2为一个实施例中电池电芯加热装置的结构框图；
图3为一个实施例中电池电芯加热装置的电路示意图；
图4为另一个实施例中电池电芯加热装置的电路示意图；
图5为一个实施例中三柱铁心的结构示意图；
图6为一个实施例中电池电芯加热装置的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。
可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
目前，市面上的电磁加热线圈的设计中，采用单线圈或双线圈单相电源进行励磁激励，即在同一铁心上，励磁线圈的数量为单个或者2个，励磁线圈的数量为2个时，如图1a所示，其中，包括“U”型铁心110、励磁线圈120和电池电芯130，其中，电池电芯130可以为锂电池电芯；励磁线圈采用串联或并联的方式，如图1b、图1c所示，其中，图1b为励磁线圈120采用串联的方式连接至整流变频电源，整流电频电源连接电网侧的A、B、C和N端，同理可得，图1c为励磁线圈120采用并联的方式连接至整流变频电源；但其本质还是使用单相电源进行励磁，在进行大电流、高功率的工作时，需要较大的电源负荷，不仅会增加使用成本且容易引起三相不平衡，还会因电源限制而造成加热功率不够的问题，导致加热效果不佳。并且因为励磁线圈是采用串、并联方式，会导致单相电源的负载过大，限制总功率，如果需要增大功率，只能通过增加电源的方式，存在不经济且设计也较为复杂的问题。
本申请涉及一种电池电芯加热装置和锂电设备，采用3个励磁线圈，可以将原来只有单相电源供电的功率可提高到原来的三倍，在加热总功率不变的情况下，降低单个线圈所需的电流大小，提高可靠性的同时提升加热效果；为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种电池电芯加热装置。装置包括：
整流变频电源210，整流变频电源210用于连接电网侧，整流变频电源210用于接收电网输出的电压、电流，并对电压、电流进行整流变频；
线圈模组220，线圈模组220连接整流变频电源210，线圈模组220包括第一励磁线圈、第二励磁线圈和第三励磁线圈；第一励磁线圈、第二励磁线圈和第三励磁线圈分别用于接收经整流变频后的电流；
用于感应加热的铁心结构230，铁心结构230包括若干靠近电池电芯的金属芯柱，第一励磁线圈、第二励磁线圈和第三励磁线圈分别缠绕在相应的金属芯柱上，使得金属芯柱对电池电芯进行感应加热。
具体而言，如图2所示，电网侧共有4根电源线，相线A、相线B、相线C和中性线N，整流变频电源210接收电网侧输出的电流，对电流的大小和频率分别进行整流调频，输出整流变频后的电流至线圈模组220，线圈模组220中的第一励磁线圈、第二励磁线圈和第三励磁线圈分别缠绕在铁心结构230中相应的金属芯柱上，以此产生电磁感应现象，给靠近金属芯柱的电池电芯进行感应加热。
进一步地，感应加热可以指利用电磁感应的方法使被加热的材料的内部产生电流，依靠这些涡流的能量达到加热目的。感应加热系统的基本组成包括感应线圈，交流电源和工件。根据加热对象不同，可以把线圈制作成不同的形状。线圈和电源相连，电源为线圈提供交变电流，流过线圈的交变电流产生一个通过工件的交变磁场，该磁场使工件产生涡流来加热。同理，本申请中励磁线圈第一励磁线圈、第二励磁线圈和第三励磁线圈接收整流变频电源210输出的经整流变频后的电压、电流，流过第一励磁线圈、第二励磁线圈和第三励磁线圈的电流产生一个磁场，以此产生电磁感应现象，给靠近金属芯柱的电池电芯进行感应加热。
在一些示例中，整流变频电源210包括隔离变压器，其中，变压器是利用电磁感应原理来改变交流电压的装置，主要功能有电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压(磁饱和变压器)等。变压器包括铁芯(或磁芯)和线圈，线圈有两个或两个以上的绕组，其中与交流电源相连的绕组叫初级线圈(一次侧线圈、原线圈)，其余的绕组叫次级线圈(二次侧线圈、副线圈)。最简单的铁心变压器是由一个软磁材料做成的铁心和套在铁心上匝数不等的初级线圈L1和次级线圈L2构成。当变压器的初级线圈L1接在交流电源上时，铁心中便产生交变磁通，交变磁通在次级线圈L2上感应产生交变电流。本申请中以隔离变压器为例进行说明。隔离变压器是指初级线圈L1与次级线圈L2带电气隔离的变压器，隔离变压器用以避免偶然同时触及带电体，变压器的隔离是隔离原、副线圈各自的电流。
在其中一个实施例中，如图3所示，整流变频电源包括第一输出端(W)、第二输出端(U)和第三输出端(V)；
第一输出端(W)、第二输出端(U)和第三输出端(V)用于输出相位差为120°的三相交流电。
具体而言，如图3所示，相较于单相电源供电，单相电源的输出端只有L和N，实际只有1根电源线工作，另外一根为零线，而本申请采用相位差为120°的三相交流电输出后，由U、V、W三相同时工作，在同等电流大小的情况下，输出功率可提升至单相的3倍；在加热总功率不变的情况下，采用相位差为120°的三相交流电还可减少单个励磁线圈的电流，提升可靠性。
在一些示例中，在采用单相电源给励磁线圈供电时，功率为P1＝U1I1，其中，P1为单相电源的输出功率；U1为单相电源的输出电压；I1为单相电源的输出电流。在采用三相电源给励磁线圈供电时，功率为P2＝3U2I2，其中，P2为三相电源的输出功率；U2为三相电源的输出电压；I2为三相电源的输出电流。
在其中一个实施例中，第一输出端、第二输出端和第三输出端分别连接相应的第一励磁线圈、第二励磁线圈和第三励磁线圈。
具体的，每个励磁线圈都可以对应一相电源，可最大化利用电源功率。
在其中一个实施例中，如图3所示，线圈模组包括三角形连接的第一励磁线圈310、第二励磁线圈320和第三励磁线圈330；
第一励磁线圈310的一端连接第三励磁线圈330的一端，第一励磁线圈310的另一端连接第二励磁线圈320的一端；第二励磁线圈320的另一端连接第三励磁线圈330的另一端；
第一输出端(W)连接在第二励磁线圈320的另一端和第三励磁线圈330的另一端之间，第二输出端(U)连接在第一励磁线圈310的另一端和第二励磁线圈320的一端之间，第三输出端(V)连接在第一励磁线圈310的一端和第三励磁线圈330的一端之间。
具体地，每个励磁线圈有头尾两根引线，每个励磁线圈之间采用三角形连接，这样每个励磁线圈都可以对应一相电源，可最大化利用电源功率。
进一步地，励磁线圈采用三角形连接方式，即两两励磁线圈的首尾端互联，此时，相较于原来只有单相电源供电的功率，可提高到原来功率的三倍。
在其中一个实施例中，如图4所示，线圈模组包括星形连接的第一励磁线圈410、第二励磁线圈420和第三励磁线圈430；
第一励磁线圈410、第二励磁线圈420和第三励磁线圈430的公共端用于接地；第一励磁线圈410、第二励磁线圈420和第三励磁线圈430的异名端分别连接整流变频电源；
第一输出端(W)连接第三励磁线圈430的一端；第二输出端(U)连接第一励磁线圈410的一端；第三输出端(V)连接第二励磁线圈420的一端。
具体而言，在部分整流变频电源不使用隔离变压器的情况，此时励磁线圈之间的连接方式应该为星形接法，即三个励磁线圈的公共端统一连接到电网侧的中性点，而电网侧的中性点直接接地，异名端分别接到整流变频电源输出端的U、V、W三相上；此效果与励磁线圈之间的连接方式为三角形接法时是一致的，只是整流变频电源的电路设计不同导致励磁线圈的接法及结构设计不同。
在其中一个实施例中，如图5所示，金属芯柱为铁心芯柱520；铁心结构还包括铁心轭柱530；
铁心轭柱530与铁心芯柱520形成呈山字型结构的三柱铁心510。
具体地，如图5所示，铁心结构采用山字型结构并在每个铁心芯柱520上套上一个励磁线圈530，三个励磁线圈530分别对应三相电源中的U相、V相和W相，相比于原来采用单相电源并使用串并联方案时，总功率可提高至原来的三倍，对线路的负荷大大减小，并且在总功率相等的情况下，采用三相电源分别对应三个励磁线圈530相比于单相电源对应单个励磁线圈，电流也会减少，励磁线圈的发热损耗也会降低。
在其中一个实施例中，如图5所示，第一励磁线圈、第二励磁线圈和第三励磁线圈分别缠绕在相应的铁心芯柱上，使得三柱铁心对电池电芯进行感应加热。
具体而言，第一励磁线圈、第二励磁线圈和第三励磁线圈分别接收对应的一相电源，产生一个磁场，以此产生电磁感应现象，给靠近金属芯柱的电池电芯进行感应加热。
在其中一个实施例中，如图6所示，三柱铁心610的数量为多个；
多个三柱铁心610中的任一三柱铁心610靠近电池电芯630的一侧，多个三柱铁心610中的另一三柱铁心610靠近电池电芯630的另一侧，以对电池电芯630进行双向加热。
具体而言，如图6所示，电池电芯630的两侧可采用双向加热模式，电池电芯630的两侧都有三柱铁心610和缠绕在三柱铁心610上的励磁线圈620，以此使得加热速度更快、更均匀，其中，上下两组励磁线圈620可采用串并联的方式，上下对应的励磁线圈620的磁极可根据实际工作情况切换成同极性或者异极性，可共用一组电源或者单独两个电源进行工作。
在一个实施例中，本申请还提供了一种锂电设备。锂电设备包括电池电芯，还包括上述的电池电芯加热装置。
在其中一个实施例中，电池电芯为锂电池电芯。
以上，以本申请实施例及上一个实施例中以该装置应用于锂电设备进行说明，其中锂电设备中的电池电芯为锂电池电芯；本申请采用山字型的三柱铁心，并通过在三个铁心芯柱上缠绕一个励磁线圈，提升总功率的同时，减少了对线路的负荷，并且在总功率相等的情况下，降低了对电流大小的要求、减小发热损耗，提升了加热效果。
在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征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描述不一定指的是相同的实施例或示例。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电池电芯加热装置，其特征在于，所述电池电芯加热装置包括：
整流变频电源，所述整流变频电源用于连接电网侧，所述整流变频电源用于接收所述电网侧输出的电压、电流，并对所述电压和所述电流进行整流变频；
线圈模组，所述线圈模组连接所述整流变频电源，所述线圈模组包括第一励磁线圈、第二励磁线圈和第三励磁线圈；所述第一励磁线圈、所述第二励磁线圈和所述第三励磁线圈分别用于接收经整流变频后的所述电压和所述电流，
用于感应加热的铁心结构，所述铁心结构包括若干靠近电池电芯的金属芯柱，所述第一励磁线圈、所述第二励磁线圈和所述第三励磁线圈分别缠绕在相应的所述金属芯柱上，使得所述金属芯柱对所述电池电芯进行感应加热。
2.根据权利要求1所述的电池电芯加热装置，其特征在于，所述整流变频电源包括第一输出端、第二输出端和第三输出端；
所述第一输出端、所述第二输出端和所述第三输出端用于输出相位差为120°的三相交流电。
3.根据权利要求2所述的电池电芯加热装置，其特征在于，所述第一输出端、所述第二输出端和所述第三输出端分别连接相应的所述第一励磁线圈、所述第二励磁线圈和所述第三励磁线圈。
4.根据权利要求1所述的电池电芯加热装置，其特征在于，所述金属芯柱为铁心芯柱；所述铁心结构还包括铁心轭柱；
所述铁心轭柱与所述铁心芯柱形成呈山字型结构的三柱铁心。
5.根据权利要求4所述的电池电芯加热装置，其特征在于，所述第一励磁线圈、所述第二励磁线圈和所述第三励磁线圈分别缠绕在相应的所述铁心芯柱上，使得所述三柱铁心对所述电池电芯进行感应加热。
6.根据权利要求5所述的电池电芯加热装置，其特征在于，所述三柱铁心的数量为多个；
多个所述三柱铁心中的任一所述三柱铁心靠近电池电芯的一侧，多个所述三柱铁心中的另一所述三柱铁心靠近所述电池电芯的另一侧，以对所述电池电芯进行双向加热。
7.根据权利要求3所述的电池电芯加热装置，其特征在于，所述线圈模组包括三角形连接的所述第一励磁线圈、所述第二励磁线圈和所述第三励磁线圈；
所述第一励磁线圈的一端连接所述第三励磁线圈的一端，所述第一励磁线圈的另一端连接所述第二励磁线圈的一端；所述第二励磁线圈的另一端连接所述第三励磁线圈的另一端；
所述第一输出端连接在所述第二励磁线圈的另一端和所述第三励磁线圈的另一端之间，所述第二输出端连接在所述第一励磁线圈的另一端和所述第二励磁线圈的一端之间，所述第三输出端连接在所述第一励磁线圈的一端和所述第三励磁线圈的一端之间。
8.根据权利要求3所述的电池电芯加热装置，其特征在于，所述线圈模组包括星形连接的所述第一励磁线圈、所述第二励磁线圈和所述第三励磁线圈；
所述第一励磁线圈、所述第二励磁线圈和所述第三励磁线圈的公共端用于接地；所述第一励磁线圈、所述第二励磁线圈和所述第三励磁线圈的异名端分别连接所述整流变频电源；
所述第一输出端连接所述第三励磁线圈的一端；所述第二输出端连接所述第一励磁线圈的一端；所述第三输出端连接所述第二励磁线圈的一端。
9.一种锂电设备，其特征在于，所述锂电设备包括电池电芯，还包括权利要求1至8中任一项所述的电池电芯加热装置。
10.根据权利要求9所述的锂电设备，其特征在于，所述电池电芯为锂电池电芯。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116669245A (zh) * 2023-07-28 2023-08-29 海目星激光科技集团股份有限公司 感应加热装置和电芯热压设备

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