CN204189921U - 电动汽车、供电系统及电池加热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电动汽车、供电系统及电池加热装置，其中电池加热装置包括：第一电容；第二电容；第一直流源，第一直流源与第一电容并联，其输出电压小于电池的预设安全电压；第二直流源，第二直流源与第二电容并联，其输出电压大于电池的预设安全电压；第一开关单元和第二开关单元，第一开关单元的一端与电池的另一端相连，第一开关单元的另一端与第一电容的另一端相连，第二开关单元的一端与电池的另一端相连，第二开关单元的另一端与第二电容的另一端相连，其中，通过控制第一开关单元和第二开关单元先后开通以使电池的内部产生高频的交变电流。该电池加热装置能够使电池的内部产生高频的交变电流来实现对电池均匀加热。

Description

电动汽车、供电系统及电池加热装置

技术领域

本实用新型涉及电动汽车技术领域，特别涉及一种电池加热装置、一种具有该电池加热装置的供电系统以及一种电动汽车。

背景技术

随着电动汽车的技术越来越成熟，电动汽车得到了广泛的发展。其中，动力电池作为电动汽车的储能载体，其性能决定了电动汽车的发展，目前电动汽车的动力电池主要以锂电池和磷酸铁锂电池为主。磷酸铁锂电池最大不足是在低温-20℃以下时，只能放出额定电量的50％-70％，因此在电池处于低温状态下时需要对电池进行加热，就能提高电池放出的电量。

目前对磷酸铁锂电池的加热主要是通过对磷酸铁锂电池进行大电流充放电，利用电池本身内阻在通电流时发热，通过热传导对电池进行加热，即是利用电池本身的电量对自身进行加热。但是，采用该方式对电池加热时，会导致整个加热系统的发热严重，容易造成电池加热不均匀，使电池出现过热损坏。

实用新型内容

本实用新型是基于发明人对以下问题的认识和研究作出的：

相关技术中，利用电池本身内阻在通电流时发热以对电池进行加热时，电池加热系统如图1所示，该电池加热系统的工作原理为：

首先开通IGBT1，使得电池对电容C进行充电，其中电流流向如图2所示。由于电池中寄生电感ESL的存在，会使充电后电容C的电压高于电池的电压。当ESL中电流降到0后，电容C通过IGBT1中二极管对电池进行充电，电池中电流流向如图3所示，并且在此期间IGBT1关断。然后在电池对电容C完成充电后，开通IGBT2，利用电感L，使电容C上的电压进行极性的翻转，电流流向如图4所示，电容C上的电压极性翻转完成后，再次开通IGBT1，进入下一循环，从而实现电池内部寄生电阻ESR在通电流时发热以实现电池加热。

然而，发明人在研究时发现，在电池加热时，流过IGBT和电容C的电流较大，使得整个加热系统的发热严重，并且在电池加热工作中产生的交变大电流，造成电流噪音很大且对外会产生很大的磁辐射。同时电容C两端一直是大纹波电流，使得电容C发热十分严重。此外，加热系统的工作电流会随着电池温度的上升而变大，这是因为电池本身的特性造成，磷酸铁锂电池在低温时，由于内部离子活性降低，导致电池内阻增大，当电池温度上升后，离子活性增强，内阻变小，而内阻变小会导致系统工作电流变大，存在一定的安全隐患。

为解决上述技术问题，本实用新型的第一个目的在于提出一种电池加热装置，利用第一、第二直流源，通过控制第一开关单元和第二开关单元先后开通以使电池的内部产生高频的交变电流来实现对电池加热，使得电池加热均匀，并且由于电池加热过程中的工作电流小，可降低电流噪音。

本实用新型的第二个目的在于提出一种供电系统。本实用新型的第三个目的在于提出一种电动汽车。

为达到上述目的，本实用新型一方面提出的一种电池加热装置，包括：第一电容，所述第一电容的一端与电池的一端相连；第二电容，所述第二电容的一端与所述电池的一端相连；第一直流源，所述第一直流源与所述第一电容并联，所述第一直流源的输出电压小于电池的预设安全电压；第二直流源，所述第二直流源与所述第二电容并联，所述第二直流源的输出电压大于所述电池的预设安全电压；第一开关单元和第二开关单元，所述第一开关单元的一端与所述电池的另一端相连，所述第一开关单元的另一端与所述第一电容的另一端相连，所述第二开关单元的一端与所述电池的另一端相连，所述第二开关单元的另一端与所述第二电容的另一端相连，其中，通过控制所述第一开关单元和第二开关单元先后开通以使所述电池的内部产生高频的交变电流，以对所述电池进行加热。

根据本实用新型的电池加热装置，利用第一、第二直流源分别稳定第一电容的最低电压和第二电容的最低电压，通过控制第一开关单元和第二开关单元先后开通以使电池的内部产生高频的交变电流来实现对电池加热，使得电池加热均匀，避免电池因加热不均匀而损坏。并且，可通过调节第一电容和第二电容的电压以调节整个加热装置的工作电流，实现工作电流可调，不致工作电流很大，从而使得电池加热过程中没有大电流，电流噪音小，能够保证电池安全可靠地加热。

其中，所述第一开关单元包括第一双极结型晶体管BJT和第一续流二极管，所述第二开关单元包括第二BJT和第二续流二极管，其中，所述第一BJT的集电极分别与所述第一续流二极管的阴极和所述电池的另一端相连，所述第一BJT的发射极分别与所述第一续流二极管的阳极和所述第一电容的另一端相连，所述第二BJT的发射极分别与所述第二续流二极管的阳极和所述电池的另一端相连，所述第二BJT的集电极分别与所述第二续流二极管的阴极和所述第二电容的另一端相连。

并且，在所述第一直流源的正极端与所述第一电容的另一端之间连接有第三二极管，所述第三二极管的阳极与所述第一直流源的正极端相连，所述第三二极管的阴极与所述第一电容的另一端相连。

优选地，所述第一电容和第二电容可以为塑料薄膜电容。由于塑料薄膜电容无极性，绝缘阻抗高，介质损失小，因此，第一电容和第二电容采用塑料薄膜电容，在电池加热过程中发热量较小。

具体地，所述第一BJT和所述第二BJT的开关频率大于等于1MHZ。

具体地，所述电池为磷酸铁锂电池。

为达到上述目的，本实用新型的另一方面提出的一种供电系统，包括：电池；上述的电池加热装置；第一可控开关，所述第一可控开关和所述电池加热装置串联后与所述电池并联；第二可控开关，所述第二可控开关与负载串联后与所述电池并联；其中，当所述第一可控开关闭合且所述第二可控开关断开时，所述电池加热装置进行工作以使所述电池进行加热，当所述第一可控开关断开且所述第二可控开关闭合时，所述电池给所述负载供电。

根据本实用新型的供电系统，在电池加热装置对电池进行加热时，利用第一、第二直流源分别稳定第一电容的最低电压和第二电容的最低电压，通过控制第一开关单元和第二开关单元先后开通以使电池的内部产生高频的交变电流来实现对电池加热，使得电池加热均匀，避免电池因加热不均匀而损坏，并且，可通过调节第一电容和第二电容的电压以调节整个加热装置的工作电流，实现工作电流可调，不致工作电流很大，从而使得电池加热过程中没有大电流，电流噪音小，能够保证电池安全可靠地加热。

其中，所述第一可控开关和所述第二可控开关为继电器。

此外，本实用新型还提出了一种电动汽车，其包括上述的供电系统。

该电动汽车通过供电系统中的电池加热装置对电池进行加热时，能够使得电池的内部产生高频的交变电流来实现对电池加热，从而使得电池加热均匀，避免电池因加热不均匀而损坏，并且，可实现电池加热装置的工作电流可调，不致工作电流很大，从而使得电池加热过程中没有大电流，电流噪音小，能够保证电池安全可靠地加热。

本实用新型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，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为相关技术中电池加热系统的电路示意图；

图2为相关技术中电池对电容C进行充电的电流流向示意图；

图3为相关技术中对电池进行充电时电池中电流流向示意图；

图4为相关技术中电容C上的电压进行极性的翻转时的电流流向示意图；

图5为根据本实用新型实施例的电池加热装置的电路示意图；

图6为根据本实用新型一个实施例的电池加热装置在工作过程1中的电流流向示意图；

图7为根据本实用新型一个实施例的电池加热装置在工作过程2中的电流流向示意图；

图8为根据本实用新型一个实施例的电池加热装置工作时流过电池的近似电流波形图；

图9为根据本实用新型一个实施例的电池加热装置在工作过程3中的电流流向示意图；

图10为根据本实用新型一个实施例的电池加热装置在工作过程4中的电流流向示意图；

图11为根据本实用新型一个实施例的电池加热装置在工作过程5中的电流流向示意图；以及

图12为根据本实用新型实施例的供电系统的方框示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，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，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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的具体含义。

下面参照附图来描述根据本实用新型实施例提出的电池加热装置、具有该电池加热装置的供电系统以及具有该供电系统的电动汽车。

图5为根据本实用新型实施例的电池加热装置的电路示意图。如图5所示，该电池加热装置包括第一电容C1、第二电容C2、第一直流源DC1、第二直流源DC2、第一开关单元10和第二开关单元20。

其中，第一电容C1的一端与电池100的一端相连，第二电容C2的一端与电池100的一端相连。根据本实用新型的一个实施例，第一电容C1和第二电容C2可以为塑料薄膜电容，由于塑料薄膜电容无极性，绝缘阻抗高，介质损失小，因此，第一电容和第二电容采用塑料薄膜电容，在电池加热过程中发热量较小。并且，电池可以为磷酸铁锂电池。

第一直流源DC1与第一电容C1并联，第一直流源DC1的输出电压小于电池的预设安全电压即电池的最低安全电压，第二直流源DC2与第二电容C2并联，第二直流源DC2的输出电压大于所述电池的预设安全电压。并且，第一直流源DC1和第二直流源DC2均为高压直流源，第一直流源DC1的主要功能是稳定第一电容C1上的最低电压；第二直流源DC2的主要功能是稳定第二电容C2上的最低电压，同时也可以对电池100充电。

如图5所示，第一开关单元10的一端与电池100的另一端相连，第一开关单元10的另一端与第一电容C1的另一端相连，第二开关单元20的一端与电池100的另一端相连，第二开关单元20的另一端与第二电容C2的另一端相连，其中，通过控制第一开关单元10和第二开关单元20先后开通以使所述电池的内部产生高频的交变电流，以对所述电池进行加热。

具体地，根据本实用新型的一个实施例，如图5所示，第一开关单元10包括第一BJT1(Bipolar Junction Transistor，双极结型晶体管)和第一续流二极管D1，第二开关单元20包括第二BJT2和第二续流二极管D2，第一BJT的集电极分别与第一续流二极管D1的阴极和电池的另一端相连，第一BJT的发射极分别与第一续流二极管D1的阳极和第一电容C1的另一端相连，第二BJT的发射极分别与第二续流二极管D2的阳极和所述电池的另一端相连，第二BJT的集电极分别与第二续流二极管D2的阴极和第二电容C2的另一端相连。其中，第一BJT1和第二BJT2构成半桥电路，且电路中第一BJT1和第二BJT2的选型要求为耐高压，峰值电流可以为15A，开关频率大于等于1MHZ。

并且，BJT1的主要功能是控制电池100对第一电容C1的充电，即电池的放电过程，BJT2的主要功能是控制高压直流源DC2和第二电容C2对电池的充电；续流二极管D1主要功能是，当BJT2关断后，提供电池中电流的续流回路，续流二级管D3主要功能是，当BJT1关断后，提供电池中电流的续流回路。

在本实用新型的一个实施例中，如图5所示，在第一直流源DC1的正极端与第一电容C1的另一端之间连接有第三二极管D3，第三二极管D3的阳极与第一直流源DC1的正极端相连，第三二极管D3的阴极与第一电容C1的另一端相连，并在第二直流源DC2的正极端与第二电容C2的另一端之间连接有第四二极管D4，第四二极管D4的阳极与第二直流源DC2的正极端相连，第四二极管D4的阴极与第二电容C2的另一端相连。

其中，二极管D3和D4的主要功能是，防止来自电池中的高压损坏高压直流源DC1和DC2。

在本实用新型的实施例中，上述的电池加热装置的工作原理是利用电池内部的寄生电感ESL中电流不能突变来实现的，其工作过程如下：

1、启动电池加热装置时，首先是高压直流源DC1和DC2对电容C1和C2进行充电，这个过程中电流流向如图6所示，有利于控制BJT1和BJT2开通时电流的大小。通过调节电容C1和C2两端的电压，就可以调节电池加热装置的工作电流，因此，本实用新型实施例的电池加热装置的工作电流可调，所以工作电流不致很大。

2、开始对电池加热时，首先开通BJT1，由于电容C1两端电压低于电池的电压，电池100对电容C1进行充电，电流流经BJT1。电池中由于寄生电感ESL的存在，电流呈一定斜率上升，这一过程中电流流动方向如图7所示，电流波形如图8中斜线1所示。

3、当达到BJT1关断时间时，由于电池内部寄生电感ESL不为0，寄生电感ESL中电流通过第二续流二极管D2进行续流，电路中电流流向如图9所示，电流波形如图8中斜线2所示。

4、当到达BJT2开通时，由于第二电容C2两端电压高于电池的电压，高压直流电源DC2和电容C2同时对电池进行充电，电流流经BJT2。这一过程中电流流向如图10所示，电流波形如图8中斜线3所示。

5、当达到BJT2的关断时间时，由于寄生电感ESL中电流不为0，寄生电感ESL中电流通过第一续流二极管D1进行续流。在此过程中电流流向如图11所示，电流波形如图8中斜线4所示。

在电池加热的过程中，本实用新型实施例的电池加热装置的工作过程主要是循环重复2-5这四个过程，实现对电池加热。

综上所述，本实用新型实施例的电池加热装置利用第一直流源和第二直流源，通过控制BJT1、BJT2的开通和关断以控制对电池的充放电频率，以使电池内部产生高频的交变电流，从而是电池内部产生涡流而发热，发热部分更加均匀，使得电池均匀加热。

根据本实用新型实施例的电池加热装置，利用第一、第二直流源分别稳定第一电容的最低电压和第二电容的最低电压，通过控制第一开关单元和第二开关单元先后开通以使电池的内部产生高频的交变电流来实现对电池加热，使得电池加热均匀，避免电池因加热不均匀而损坏。并且，可通过调节第一电容和第二电容的电压以调节整个加热装置的工作电流，实现工作电流可调，不致工作电流很大，从而使得电池加热过程中没有大电流，电流噪音小，能够保证电池安全可靠地加热。

图12为根据本实用新型实施例的供电系统的方框示意图。如图12所示，该供电系统包括电池100、电池加热装置200、第一可控开关K1和第二可控开关K2。

其中，第一可控开关K1和电池加热装置200串联后与电池100并联，第二可控开关K2与负载300串联后与电池100并联。其中，当第一可控开关K1闭合且第二可控开关K2断开时，电池加热装置200进行工作以使电池100进行加热，当第一可控开关K1断开且第二可控开关K2闭合时，电池100给负载300供电。

根据本实用新型的一个实施例，第一可控开关K1和第二可控开关K2可以为继电器。

也就是说，在本实用新型的实施例中，电池加热装置200工作时，需要断开电池100后端的负载即断开第二可控开关K2，以减小负载中容性负载对电池加热装置的影响。即言，电池加热装置200工作时，第二可控开关K2断开，第一可控开关K1闭合。当电池温度达到设定值时，电池加热装置停止工作，第一可控开关K1断开，在第二可控开关K2闭合后，电池100可以给后端负载300供电。

根据本实用新型实施例的供电系统，在电池加热装置对电池进行加热时，利用第一、第二直流源分别稳定第一电容的最低电压和第二电容的最低电压，通过控制第一开关单元和第二开关单元先后开通以使电池的内部产生高频的交变电流来实现对电池加热，使得电池加热均匀，避免电池因加热不均匀而损坏，并且，可通过调节第一电容和第二电容的电压以调节整个加热装置的工作电流，实现工作电流可调，不致工作电流很大，从而使得电池加热过程中没有大电流，电流噪音小，能够保证电池安全可靠地加热。

此外，本实用新型实施例还提出了一种电动汽车，其包括上述的供电系统。

该电动汽车通过供电系统中的电池加热装置对电池进行加热时，能够使得电池的内部产生高频的交变电流来实现对电池加热，从而使得电池加热均匀，避免电池因加热不均匀而损坏，并且，可实现电池加热装置的工作电流可调，不致工作电流很大，从而使得电池加热过程中没有大电流，电流噪音小，能够保证电池安全可靠地加热。

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实用新型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。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型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，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (9)

1.一种电池加热装置，其特征在于，包括： 

第一电容，所述第一电容的一端与电池的一端相连； 

第二电容，所述第二电容的一端与所述电池的一端相连； 

第一直流源，所述第一直流源与所述第一电容并联，所述第一直流源的输出电压小于所述电池的预设安全电压； 

第二直流源，所述第二直流源与所述第二电容并联，所述第二直流源的输出电压大于所述电池的预设安全电压； 

第一开关单元和第二开关单元，所述第一开关单元的一端与所述电池的另一端相连，所述第一开关单元的另一端与所述第一电容的另一端相连，所述第二开关单元的一端与所述电池的另一端相连，所述第二开关单元的另一端与所述第二电容的另一端相连，其中，通过控制所述第一开关单元和第二开关单元先后开通以使所述电池的内部产生高频的交变电流，以对所述电池进行加热。 

2.如权利要求1所述的电池加热装置，其特征在于，所述第一开关单元包括第一BJT和第一续流二极管，所述第二开关单元包括第二BJT和第二续流二极管，其中，所述第一BJT的集电极分别与所述第一续流二极管的阴极和所述电池的另一端相连，所述第一BJT的发射极分别与所述第一续流二极管的阳极和所述第一电容的另一端相连，所述第二BJT的发射极分别与所述第二续流二极管的阳极和所述电池的另一端相连，所述第二BJT的集电极分别与所述第二续流二极管的阴极和所述第二电容的另一端相连。 

3.如权利要求1所述的电池加热装置，其特征在于，在所述第一直流源的正极端与所述第一电容的另一端之间连接有第三二极管，所述第三二极管的阳极与所述第一直流源的正极端相连，所述第三二极管的阴极与所述第一电容的另一端相连。 

4.如权利要求1所述的电池加热装置，其特征在于，所述第一电容和第二电容为塑料薄膜电容。 

5.如权利要求2所述的电池加热装置，其特征在于，所述第一BJT和所述第二BJT的开关频率大于等于1MHZ。 

6.如权利要求1-5中任一项所述的电池加热装置，其特征在于，所述电池为磷酸铁锂电池。 

7.一种供电系统，其特征在于，包括： 

电池； 

如权利要求1-6中任一项所述的电池加热装置； 

第一可控开关，所述第一可控开关和所述电池加热装置串联后与所述电池并联； 

第二可控开关，所述第二可控开关与负载串联后与所述电池并联； 

其中，当所述第一可控开关闭合且所述第二可控开关断开时，所述电池加热装置进行工作以使所述电池进行加热，当所述第一可控开关断开且所述第二可控开关闭合时，所述电池给所述负载供电。 

8.如权利要求7所述的供电系统，其特征在于，所述第一可控开关和所述第二可控开关为继电器。 

9.一种电动汽车，其特征在于，包括如权利要求7或8所述的供电系统。