TWI433428B - 一種電池的加熱電路 - Google Patents
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Description
本發明屬於電子設備技術領域，尤其涉及一種電池的加熱電路。
考慮到汽車需要在複雜的路況和環境條件下行駛，或者有些電子設備需要在較差的環境條件中使用的情況，所以，作為電動車或電子設備電源的電池就需要適應這些複雜的狀況。而且除了需要考慮這些狀況，還需考慮電池的使用壽命及電池的充放電迴圈性能，尤其是當電動車或電子設備處於低溫環境中時，更需要電池具有優異的低溫充放電性能和較高的輸入輸出功率性能。
一般而言，如果在低溫條件下對電池充電，將會導致電池的阻抗增大，極化增強，從而導致電池的容量下降，最終導致電池壽命的降低。
一般而言，如果在低溫條件下對電池充電，將會導致電池的阻抗增大，極化增強，從而導致電池的容量下降，最終導致電池壽命的降低。
本發明的目的是針對電池在低溫條件下會導致電池的阻抗增大，極化增強，由此導致電池的容量下降的問題，提供一種電池的加熱電路。為了保持電池在低溫條件下的容量，提高電池的充放電性能，本發明提供了一種電池的加熱電路。
本發明提供的電池的加熱電路包括開關裝置、開關控制模組、阻尼元件、儲能電路以及能量疊加和轉移單元，所述儲能電路用於與所述電池連接，所述儲能電路包括電流記憶元件和電荷記憶元件，所述阻尼元件、開關裝置、電流記憶元件和電荷記憶元件串聯，所述開關控制模組與開關裝置連接，用於控制開關裝置導通和關斷，以控制能量在所述電池與所述儲能電路之間的流動，所述能量疊加和轉移單元與所述儲能電路連接，用於在開關裝置關斷後，將儲能電路中的能量轉移至儲能元件中，之後將儲能電路中的剩餘能量與電池中的能量進行疊加。
本發明提供的加熱電路能夠提高電池的充放電性能，並且在該加熱電路中，儲能電路與電池串聯，當給電池加熱時，由於串聯的電荷記憶元件的存在，能夠避免開關裝置失效短路引起的安全性問題，能夠有效地保護電池。同時，由於本發明提供的加熱電路中，能量疊加和轉移單元能夠在開關裝置關斷後將儲能電路中的能量轉移至儲能元件中，之後將儲能電路中的剩餘能量與電池中的能量進行疊加，因此還能提高加熱電路的工作效率，同時實現對能量的回收利用。
本發明的其他特徵和優點將在隨後的具體實施方式部分予以詳細說明。
本發明提供的電池的加熱電路包括開關裝置、開關控制模組、阻尼元件、儲能電路以及能量疊加和轉移單元，所述儲能電路用於與所述電池連接，所述儲能電路包括電流記憶元件和電荷記憶元件，所述阻尼元件、開關裝置、電流記憶元件和電荷記憶元件串聯，所述開關控制模組與開關裝置連接，用於控制開關裝置導通和關斷，以控制能量在所述電池與所述儲能電路之間的流動，所述能量疊加和轉移單元與所述儲能電路連接，用於在開關裝置關斷後，將儲能電路中的能量轉移至儲能元件中，之後將儲能電路中的剩餘能量與電池中的能量進行疊加。
本發明提供的加熱電路能夠提高電池的充放電性能，並且在該加熱電路中，儲能電路與電池串聯，當給電池加熱時，由於串聯的電荷記憶元件的存在，能夠避免開關裝置失效短路引起的安全性問題，能夠有效地保護電池。同時，由於本發明提供的加熱電路中，能量疊加和轉移單元能夠在開關裝置關斷後將儲能電路中的能量轉移至儲能元件中，之後將儲能電路中的剩餘能量與電池中的能量進行疊加，因此還能提高加熱電路的工作效率，同時實現對能量的回收利用。
本發明的其他特徵和優點將在隨後的具體實施方式部分予以詳細說明。
以下結合附圖對本發明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用於說明和解釋本發明，並不用於限制本發明。
需要指出的是，除非特別說明，當下文中提及時，術語“開關控制模組”為任意能夠根據設定的條件或者設定的時刻輸出相應的控制指令（例如具有相應占空比的脈衝波形）從而控制與其連接的開關裝置相應地導通或關斷的控制器，例如可以為PLC（可編程控制器）等；當下文中提及時，術語“開關”指的是可以通過電信號實現通斷控制或者根據元器件自身的特性實現通斷控制的開關，既可以是單向開關，例如由雙向開關與二極體串聯構成的可單嚮導通的開關等，也可以是雙向開關，例如金屬氧化物半導體型場效應管（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET）或帶有反並續流二極體的IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型電晶體）等；當下文中提及時，術語“雙向開關”指的是可以通過電信號實現通斷控制或者根據元器件自身的特性實現通斷控制的可雙嚮導通的開關，例如MOSFET或帶有反並續流二極體的IGBT等；當下文中提及時，單向半導體元件指的是具有單嚮導通功能的半導體元件，例如二極體等；當下文中提及時，術語“電荷記憶元件”指任意可以實現電荷存儲的裝置，例如電容等；當下文中提及時，術語“電流記憶元件”指任意可以對電流進行存儲的裝置，例如電感等；當下文中提及時，術語“正向”指能量從電池向儲能電路流動的方向，術語“反向”指能量從儲能電路向電池流動的方向；當下文中提及時，術語“電池”包括一次電池（例如乾電池、鹼性電池等）和二次電池（例如鋰離子電池、鎳鎘電池、鎳氫電池或鉛酸電池等）；當下文中提及時，術語“阻尼元件”指任意通過對電流的流動起阻礙作用以實現能量消耗的裝置，例如電阻等；當下文中提及時，術語“主回路”指的是電池與阻尼元件、開關裝置以及儲能電路串聯組成的回路。
這裏還需要特別說明的是，考慮到不同類型的電池的不同特性，在本發明中，“電池”可以指不包含內部寄生電阻和寄生電感、或者內部寄生電阻的阻值和寄生電感的電感值較小的理想電池，也可以指包含有內部寄生電阻和寄生電感的電池包，因此，本領域技術人員應當理解的是，當“電池”為不包含內部寄生電阻和寄生電感、或者內部寄生電阻的阻值和寄生電感電感值較小的理想電池時，第一阻尼元件R1指的是電池外部的阻尼元件，第一電流記憶元件L1指的是電池外部的電流記憶元件；當“電池”為包含有內部寄生電阻和寄生電感的電池包時，第一阻尼元件R1既可以指電池外部的阻尼元件，也可以指電池包內部的寄生電阻，同樣地，第一電流記憶元件L1既可以指電池外部的電流記憶元件，也可以指電池包內部的寄生電感。
為了保證電池的使用壽命，可以在低溫情況下對電池進行加熱，當達到加熱條件時，控制加熱電路開始工作，對電池進行加熱，當達到停止加熱條件時，控制加熱電路停止工作。
在本發明的實施例中，在電池的實際應用中，隨著環境的改變，需要根據實際的環境情況對電池的加熱條件和停止加熱條件進行設置，以對電池的溫度進行更精確的控制，從而保證電池的充放電性能。
為了對處於低溫環境中的電池E進行加熱，本發明提供了一種電池E的加熱電路，如第1圖所示，該加熱電路包括開關裝置1、開關控制模組100、第一阻尼元件R1、儲能電路以及能量疊加和轉移單元，所述儲能電路用於與電池E連接，儲能電路包括第一電流記憶元件L1和第一電荷記憶元件C1，第一阻尼元件R1、開關裝置1、第一電流記憶元件L1和第一電荷記憶元件C1串聯，所述開關控制模組100與開關裝置1連接，用於控制開關裝置1導通和關斷，以控制能量在所述電池E與所述儲能電路之間的流動，所述能量疊加和轉移單元與所述儲能電路連接，用於在開關裝置1導通後再關斷時後，將儲能電路中的能量轉移至儲能元件中，之後將儲能電路中的剩餘能量與電池中的能量進行疊加。需要說明的是，上述儲能電路僅為本發明的優選實施方式，該儲能電路只要能滿足能量的存儲即可，從而與電池E之間進行能量流動。因此本領域技術人員可基於此思想對上述儲能電路進行等同的修改或變化以達到儲能的效果，這些均應包含在本發明的保護之內。
根據本發明的技術方案，當達到加熱條件時，開關控制模組100控制開關裝置1導通，電池E與儲能電路串聯構成回路，電池E可以通過回路放電，即對第一電荷記憶元件C1進行充電，當回路中的電流經過電流峰值後正向為零時，第一電荷記憶元件C1開始通過回路放電，即是對電池E充電；在電池E的充放電過程中，回路中的電流正向、反向均能流過第一阻尼元件R1，通過第一阻尼元件R1的發熱可以達到給電池E加熱的目的，通過控制開關裝置1的導通和關斷時間，可以控制電池E僅通過放電來加熱，或者通過放電和充電兩種方式來加熱。當達到停止加熱條件時，開關控制模組100可以控制開關裝置1關斷，加熱電路停止工作。
所述能量疊加和轉移單元與所述儲能電路連接，用於在開關裝置1導通再關斷後，將儲能電路中的能量轉移至儲能元件中，之後將儲能電路中的剩餘能量與電池E中的能量進行疊加，對能量的轉移實現了對能量的回收利用，並且對能量的疊加使得在開關裝置1再次導通時，能夠提高加熱回路中的放電電流，從而提高加熱電路的工作效率。
所述能量轉移的目的在於對存儲電路中的能量進行回收利用，所述儲能元件可以是外接電容、低溫電池或者電網以及其他用電設備。為了更大地提高加熱電路的工作效率，優選情況下，所述儲能元件為本發明提供的電池E，通過將儲能電路中的能量轉移到電池E中，能夠在開關裝置1再次導通後對被轉移的能量進行迴圈利用。
將儲能電路中的剩餘能量與電池E中的能量進行疊加可以通過多種方式來實現，例如通過將第一電荷記憶元件C1的電壓極性進行反轉來實現，極性反轉後的第一電荷記憶元件C1的電壓能夠與電池E的電壓串聯相加。
因此，根據本發明的一種實施方式，如第2圖所示，本發明提供的加熱電路中，所述能量疊加和轉移單元包括DC-DC模組4，該DC-DC模組4與所述第一電荷記憶元件C1和所述電池E分別連接，所述開關控制模組100還與所述DC-DC模組4連接，用於通過控制DC-DC模組4工作來將所述第一電荷記憶元件C1中的能量轉移至儲能元件中，之後將所述第一電荷記憶元件C1中的剩餘能量與電池E中的能量進行疊加。在該實施方式中，所述儲能元件為所述電池E。
所述DC-DC模組4是本領域中常用的用於實現能量轉移和電壓極性反轉的直流變直流轉換電路，本發明不對DC-DC模組4的具體電路結構作任何限制，只要能夠實現對第一電荷記憶元件C1的能量轉移和電壓極性反轉即可，本領域技術人員可以根據實際操作的需要對其電路中的元件進行增加、替換或刪減。
作為DC-DC模組4的一種實施方式，如第3圖所示，該DC-DC模組4包括：雙向開關S1、雙向開關S2、雙向開關S3、雙向開關S4、雙向開關S5、雙向開關S6、第四變壓器T4、第二單向半導體元件D13、第二單向半導體元件D14、電流記憶元件L4、以及四個單向半導體元件。在該實施方式中，所述雙向開關S1、雙向開關S2、雙向開關S3、雙向開關S4均為MOSFET，雙向開關S5和雙向開關S6為IGBT。
其中，第四變壓器T4的1腳和3腳為同名端，所述四個單向半導體元件中的兩個單向半導體元件負極相接成組，接點通過電流記憶元件L4與電池E的正端連接，另兩個單向半導體元件正極相接成組，接點與電池E的負端連接，且組與組之間的對接點分別通過雙向開關S5和雙向開關S6與第三變壓器T3的3腳和4腳連接，由此構成橋式整流電路。
其中，雙向開關S1的源極與雙向開關S3的漏極連接，雙向開關S2的源極與雙向開關S4的漏極連接，雙向開關S1、雙向開關S2的漏極通過第二單向半導體元件D13與第一電荷記憶元件C1的正端連接，雙向開關S3、雙向開關S4的源極通過第二單向半導體元件D14與第一電荷記憶元件C1的負端連接，由此構成全橋電路。
在該全橋電路中，雙向開關S1、雙向開關S2為上橋臂，雙向開關S3、雙向開關S4為下橋臂，第四變壓器T4的1腳與雙向開關S1和雙向開關S3之間的節點連接、2腳與雙向開關S2和雙向開關S4之間的節點連接。
其中，雙向開關S1、雙向開關S2、雙向開關S3和雙向開關S4、雙向開關S5和雙向開關S6分別通過所述開關控制模組100的控制來實現導通和關斷。
下面對所述DC-DC模組4的工作過程進行描述：
1、在開關裝置1關斷後，當需要對第一電荷記憶元件C1執行電量回灌操作（即將能量從第一電荷記憶元件C1轉移回到電池E中）以實現能量轉移時，所述開關控制模組100控制雙向開關S5和S6導通，控制雙向開關S1和雙向開關S4同時導通以構成A相，控制雙向開關S2、雙向開關S3同時導通以構成B相，通過控制所述A相、B相交替導通以構成全橋電路進行工作；
2、當所述全橋電路工作時，第一電荷記憶元件C1上的能量通過第四變壓器T4和整流電路轉移到電池E上，所述整流電路將輸入的交流電轉化為直流電輸出至電池E，達到電量回灌的目的；
3、當需要對第一電荷記憶元件C1進行極性反轉以實現能量疊加時，所述開關控制模組100控制雙向開關S5和雙向開關S6關斷，控制雙向開關S1和雙向開關S4或者雙向開關S2和雙向開關S3兩組中的任意一組導通；此時，第一電荷記憶元件C1中的能量通過其正端、雙向開關S1、第四變壓器T4的原邊、雙向開關S4反向回到其負端，或者通過其正端、雙向開關S2、第四變壓器T4的原邊、雙向開關S3反向回到其負端，利用T4的原邊勵磁電感，達到對第一電荷記憶元件C1進行電壓極性反轉的目的。
根據另一種實施方式，在本發明提供的加熱電路中，所述能量疊加和轉移單元可以包括能量疊加單元和能量轉移單元，所述能量轉移單元與所述儲能電路連接，用於在開關裝置1導通再關斷後，將儲能電路中的能量轉移至儲能元件中，所述能量疊加單元與所述儲能電路連接，用於在所述能量轉移單元進行能量轉移之後，將儲能電路中的剩餘能量與電池E中的能量進行疊加。
為了更大地提高加熱電路的工作效率，優選情況下，所述儲能元件為本發明提供的電池E，所述能量轉移單元包括電量回灌單元103，該電量回灌單元103與所述儲能電路連接，用於在開關裝置1導通再關斷後，將儲能電路中的能量轉移至所述電池E中，由此實現對被轉移的能量的迴圈利用，如第4圖所示。
將儲能電路中的剩餘能量與電池E中的能量進行疊加可以通過多種方式來實現，例如對第一電荷記憶元件C1的電壓極性進行反轉來實現，作為一種實施方式，如第4圖所示，所述能量疊加單元包括極性反轉單元102，該極性反轉單元102與所述儲能電路連接，用於在所述能量轉移單元進行能量轉移之後，對第一電荷記憶元件C1的電壓極性進行反轉。
下面通過具體實施方式對所述電量回灌單元103和極性反轉單元102的具體工作過程進行描述。
作為電量回灌單元103的一種實施方式，如第5圖所示，所述電量回灌單元103包括第二DC-DC模組3，該第二DC-DC模組3與所述第一電荷記憶元件C1和所述電池E分別連接，所述開關控制模組100還與所述第二DC-DC模組3連接，用於通過控制第二DC-DC模組3工作來將第一電荷記憶元件C1中的能量轉移到所述電池E中。
所述第二DC-DC模組3是本領域中常用的用於實現能量轉移的直流變直流轉換電路，本發明不對第二DC-DC模組3的具體電路結構作任何限制，只要能夠實現對第一電荷記憶元件C1的能量進行轉移即可，本領域技術人員可以根據實際操作的需要對其電路中的元件進行增加、替換或刪減。
第5圖為本發明提供的第二DC-DC模組3的一種實施方式，如第5圖所示，所述第二DC-DC模組3包括：雙向開關S1、雙向開關S2、雙向開關S3、雙向開關S4、第三變壓器T3、電流記憶元件L4、以及四個單向半導體元件。在該實施方式中，所述雙向開關S1、雙向開關S2、雙向開關S3、雙向開關S4均為MOSFET。
其中，所述第三變壓器T3的1腳和3腳為同名端，所述四個單向半導體元件中的兩個單向半導體元件負極相接成組，接點通過電流記憶元件L4與電池E的正端連接，另兩個單向半導體元件正極相接成組，接點與電池E的負端連接，且組與組之間的對接點分別與第三變壓器T3的3腳和4腳連接，由此構成橋式整流電路。
其中，雙向開關S1的源極與雙向開關S3的漏極連接，雙向開關S2的源極與雙向開關S4的漏極連接，雙向開關S1、雙向開關S2的漏極與第一電荷記憶元件C1的正端連接，雙向開關S3、雙向開關S4的源極與第一電荷記憶元件C1的負端連接，由此構成全橋電路。
在該全橋電路中，雙向開關S1、雙向開關S2為上橋臂，雙向開關S3、雙向開關S4為下橋臂，第三變壓器T3的1腳與雙向開關S1和雙向開關S3之間的節點連接、2腳與雙向開關S2和雙向開關S4之間的節點連接。
其中，雙向開關S1、雙向開關S2、雙向開關S3和雙向開關S4分別通過所述開關控制模組100的控制來實現導通和關斷。
下面對所述第二DC-DC模組3的工作過程進行描述：
1、在開關裝置1關斷後，所述開關控制模組100控制雙向開關S1和雙向開關S4同時導通以構成A相，控制雙向開關S2、雙向開關S3同時導通以構成B相，通過控制所述A相、B相交替導通以構成全橋電路進行工作；
2、當所述全橋電路工作時，第一電荷記憶元件C1上的能量通過第三變壓器T3和整流電路轉移到電池E上，所述整流電路將輸入的交流電轉化為直流電輸出至電池E，達到電量回灌的目的。
作為極性反轉單元102的一種實施方式，如第6圖所示，所述極性反轉單元102包括第一單刀雙擲開關J1和第二單刀雙擲開關J2，所述第一單刀雙擲開關J1和第二單刀雙擲開關J2分別位於所述第一電荷記憶元件C1兩端，所述第一單刀雙擲開關J1的入線連接在所述儲能電路中，所述第一單刀雙擲開關J1的第一出線連接所述第一電荷記憶元件C1的第一極板，所述第一單刀雙擲開關J1的第二出線連接所述第一電荷記憶元件C1的第二極板，所述第二單刀雙擲開關J2的入線連接在所述儲能電路中，所述第二單刀雙擲開關J2的第一出線連接所述第一電荷記憶元件C1的第二極板，所述第二單刀雙擲開關J2的第二出線連接在所述第一電荷記憶元件C1的第一極板，所述開關控制模組100還與所述第一單刀雙擲開關J1和第二單刀雙擲開關J2分別連接，用於通過改變所述第一單刀雙擲開關J1和第二單刀雙擲開關J2各自的入線和出線的連接關係來對所述第一電荷記憶元件C1的電壓極性進行反轉。
根據該實施方式，可以預先對第一單刀雙擲開關J1和第二單刀雙擲開關J2各自的入線和出線的連接關係進行設置，使得當開關裝置K1導通時，所述第一單刀雙擲開關J1的入線與其第一出線連接，而所述第二單刀雙擲開關J2的入線與其第一出線連接，當開關裝置K1關斷時，通過開關控制模組100控制第一單刀雙擲開關J1的入線切換到與其第二出線連接，而所述第二單刀雙擲開關J2的入線切換到與其第二出線連接，由此第一電荷記憶元件C1達到電壓極性反轉的目的。
作為極性反轉單元102的另一種實施方式，如第7圖所示，所述極性反轉單元102包括第一單向半導體元件D3、第二電流記憶元件L2以及第一開關K9，所述第一電荷記憶元件C1、第二電流記憶元件L2和第一開關K9順次串聯形成回路，所述第一單向半導體元件D3和串聯在所述第一電荷記憶元件C1與第二電流記憶元件L2或所述第二電流記憶元件L2與第一開關K9之間，所述開關控制模組100還與所述第一開關K9連接，用於通過控制第一開關K9導通來對所述第一電荷記憶元件C1的電壓極性進行反轉。
根據上述實施方式，當開關裝置1關斷時，可以通過開關控制模組100控制第一開關K9導通，由此，第一電荷記憶元件C1與第一單向半導體元件D3、第二電流記憶元件L2以及第一開關K9形成LC振盪回路，第一電荷記憶元件C1通過第二電流記憶元件L2放電，振盪回路上的電流流經正半週期後，流經第二電流記憶元件L2的電流為零時達到第一電荷記憶元件C1電壓極性反轉的目的。
作為極性反轉單元102的又一種實施方式，如第8圖所示，所述極性反轉單元102包括第一DC-DC模組2和第二電荷記憶元件C2，該第一DC-DC模組2與所述第一電荷記憶元件C1和第二電荷記憶元件C2分別連接，所述開關控制模組100還與所述第一DC-DC模組2連接，用於通過控制第一DC-DC模組2工作來將所述第一電荷記憶元件C1中的能量轉移至所述第二電荷記憶元件C2，再將所述第二電荷記憶元件C2中的能量反向轉移回所述第一電荷記憶元件C1，以實現對所述第一電荷記憶元件C1的電壓極性的反轉。
所述第一DC-DC模組2是本領域中常用的用於實現電壓極性反轉的直流變直流轉換電路，本發明不對第一DC-DC模組2的具體電路結構作任何限制，只要能夠實現對第一電荷記憶元件C1的電壓極性反轉即可，本領域技術人員可以根據實際操作的需要對其電路中的元件進行增加、替換或刪減。
第9圖為本發明提供的第一DC-DC模組2的一種實施方式，如第9圖所示，所述第一DC-DC模組2包括：雙向開關Q1、雙向開關Q2、雙向開關Q3、雙向開關Q4、第一變壓器T1、單向半導體元件D4、單向半導體元件D5、電流記憶元件L3、雙向開關Q5、雙向開關Q6、第二變壓器T2、單向半導體元件D6、單向半導體元件D7、以及單向半導體元件D8。
在該實施方式中，所述雙向開關Q1、雙向開關Q2、雙向開關Q3和雙向開關Q4為MOSFET，所述雙向開關Q5和雙向開關Q6為IGBT。
所述第一變壓器T1的1腳、4腳、5腳為同名端，第二變壓器T2的2腳與3腳為同名端。
其中，單向半導體元件D7的陽極與第一電荷記憶元件C1的a端連接，單向半導體元件D7的陰極與雙向開關Q1和雙向開關Q2的漏極連接，雙向開關Q1的源極與雙向開關Q3的漏極連接，雙向開關Q2的源極與雙向開關Q4的漏極連接，雙向開關Q3、雙向開關Q4的源極與第一電荷記憶元件C1的b端連接，由此構成全橋電路，此時第一電荷記憶元件C1的電壓極性為a端為正，b端為負。
在該全橋電路中，雙向開關Q1、雙向開關Q2為上橋臂，雙向開關Q3、雙向開關Q4為下橋臂，該全橋電路通過第一變壓器T1與所述第二電荷記憶元件C2相連；第一變壓器T1的1腳與第一節點N1連接、2腳與第二節點N2連接，3腳和5腳分別連接至單向半導體元件D4和單向半導體元件D5的陽極；單向半導體元件D4和單向半導體元件D5的陰極與電流記憶元件L3的一端連接，電流記憶元件L3的另一端與第二電荷記憶元件C2的d端連接；變壓器T1的4腳與第二電荷記憶元件C2的c端連接，單向半導體元件D8的陽極與第二電荷記憶元件C2的d端連接，單向半導體元件D8的陰極與第一電荷記憶元件C1的b端連接，此時第二電荷記憶元件C2的電壓極性為c端為負，d端為正。
其中，第二電荷記憶元件C2的c端連接雙向開關Q5的發射極，雙向開關Q5的集電極與變壓器T2的2腳連接，變壓器T2的1腳與第一電荷記憶元件C1的a端連接，變壓器T2的4腳與第一電荷記憶元件C1的a端連接，變壓器T2的3腳連接單向半導體元件D6的陽極，單向半導體元件D6的陰極與雙向開關Q6的集電極連接，雙向開關Q6的發射極與第二電荷記憶元件C2的b端連接。
其中，雙向開關Q1、雙向開關Q2、雙向開關Q3、雙向開關Q4、雙向開關Q5和雙向開關Q6分別通過所述開關控制模組100的控制來實現導通和關斷。
下面對所述第一DC-DC模組2的工作過程進行描述：
1、在開關裝置1關斷後，所述開關控制模組100控制雙向開關Q5、雙向開關Q6關斷，控制雙向開關Q1和雙向開關Q4同時導通以構成A相，控制雙向開關Q2、雙向開關Q3同時導通以構成B相，通過控制所述A相、B相交替導通以構成全橋電路進行工作；
2、當所述全橋電路工作時，第一電荷記憶元件C1上的能量通過第一變壓器T1、單向半導體元件D4、單向半導體元件D5、以及電流記憶元件L3轉移到第二電荷記憶元件C2上，此時第二電荷記憶元件C2的電壓極性為c端為負，d端為正。
3、所述開關控制模組100控制雙向開關Q5導通，第一電荷記憶元件C1通過第二變壓器T2和單向半導體元件D8與第二電荷記憶元件C2構成通路，由此，第二電荷記憶元件C2上的能量向第一電荷記憶元件C1反向轉移，其中，部分能量將儲存在第二變壓器T2上；此時，所述開關控制模組100控制雙向開關Q5關斷、雙向開關Q6閉合，通過第二變壓器T2和單向半導體元件D6將儲存在第二變壓器T2上的能量轉移至第一電荷記憶元件C1，此時第一電荷記憶元件C1的電壓極性反轉為a端為負，b端為正，由此達到了將第一電荷記憶元件C1的電壓極性反向的目的。
為了避免第一電荷記憶元件C1給處於低溫情況下的電池E充電，保證電池E的充放電性能，作為本發明提供的加熱電路的一種優選實施方式，所述開關控制模組100用於控制開關裝置1導通和關斷，以控制能量僅從電池E流向儲能電路，由此，可以避免第一電荷記憶元件C1對電池E進行充電。
為了控制能量僅從電池E流向第一電荷記憶元件C1，根據本發明的一種實施方式，如第10圖所示，所述開關裝置1包括第二開關K1和第二單向半導體元件D1，所述第二開關K1和第二單向半導體元件D1彼此串聯之後串聯在所述儲能電路中，所述開關控制模組100與第二開關K1連接，用於通過控制第二開關K1的導通和關斷來控制開關裝置1導通和關斷。通過串聯第二單向半導體元件D1，在第二開關K1失效的情況下，可以阻止第一電荷記憶元件C1中的能量回流，避免對電池E充電。
對於能量僅從電池E流向儲能電路的實施方式，所述開關控制模組100用於在開關裝置1導通後流經開關裝置1的電流為零時或為零前控制開關裝置1關斷，只要保證電流僅從電池E流向第一電荷記憶元件C1即可。
由於第二開關K1關斷時導致的電流下降速率較高會在第一電流記憶元件L1上感應出較高的過電壓，容易導致第二開關K1關斷時由於其電流、電壓超出安全工作區而損壞，因此，優選情況下，所述開關控制模組100用於在流經開關裝置1的電流為零時控制第二開關K1關斷。
為了提高加熱效率，優選情況下，根據本發明的另一種實施方式，如第11圖所示，所述開關控制模組100用於在開關裝置1導通後流經開關裝置1的電流為零前控制開關裝置1關斷，所述開關裝置1包括第三單向半導體元件D9、第四單向半導體元件D10、第三開關K2、第二阻尼元件R4以及第三電荷記憶元件C3，所述第三單向半導體元件D9與第三開關K2順次串聯在所述儲能電路中，所述第二阻尼元件R4與第三電荷記憶元件C3串聯之後並聯在所述第三開關K2的兩端，所述第四單向半導體元件D10並聯在第二阻尼元件R4的兩端，用於在第三開關K2關斷時對第一電流記憶元件L1進行續流，所述開關控制模組100與所述第三開關K2連接，用於通過控制第三開關K2的導通和關斷來控制開關裝置1導通和關斷。
所述第四單向半導體元件D10、第二阻尼元件R4以及第三電荷記憶元件C3組成了吸收回路，用於在第三開關K2關斷時降低儲能電路中電流的下降速率。由此，當第三開關K2關斷時，第一電流記憶元件L1上產生的感應電壓會迫使第四單向半導體元件D10導通並通過第三電荷記憶元件C3實現續流，使得第一電流記憶元件L1中電流變化速率降低，限制了第一電流記憶元件L1兩端的感應電壓，可以保證第三開關K2兩端的電壓在安全工作區內。當第三開關K2再次閉合時，存儲在第三電荷記憶元件C3上的能量可以通過第二阻尼元件R4進行消耗。
另外，為了提高加熱電路的工作效率，可以控制能量在電池E與儲能電路之間往復流動，利用電流正向和反向流經第一阻尼元件R1來實現加熱。
因此，作為本發明提供的加熱電路的一種優選實施方式，所述開關控制模組100用於控制開關裝置1導通和關斷，以使得當開關裝置1導通時，能量在所述電池E與所述儲能電路之間往復流動。
為了實現能量在電池E與儲能電路之間的往復流動，根據本發明的一種實施方式，所述開關裝置1為第一雙向開關K3，如第12圖所示。由開關控制模組100控制第一雙向開關K3的導通與關斷，當需要對電池E加熱時，導通第一雙向開關K3即可，如暫停加熱或者不需要加熱時關斷第一雙向開關K3即可。
單獨使用一個第一雙向開關K3實現開關裝置1，電路簡單，佔用系統面積小，容易實現，但是為了實現對反向電流的關斷，本發明還提供了如下開關裝置1的優選實施方式。
優選地，所述開關裝置1包括用於實現能量從電池E流向儲能電路的第一單向支路和用於實現能量從儲能電路流向電池E的第二單向支路，所述開關控制模組100與所述第一單向支路和第二單向支路中的一者或兩者分別連接，用以控制所連接的支路的導通和關斷。當電池需要加熱時，導通第一單向支路和第二單向支路兩者，如暫停加熱可以選擇關斷第一單向支路和第二單向支路中的一者或兩者，當不需要加熱時，可以關斷第一單向支路和第二單向支路兩者。優選地，第一單向支路和第二單向支路兩者都能夠受開關控制模組100的控制，這樣，可以靈活實現能量正向流動和反向流動。
作為開關裝置1的另一種實施方式，如第13圖所示，所述開關裝置1可以包括第二雙向開關K4和第三雙向開關K5，所述第二雙向開關K4和第三雙向開關K5彼此反向串聯以構成所述第一單向支路和第二單向支路，所述開關控制模組100與所述第二雙向開關K4和第三雙向開關K5分別連接，用於通過控制第二雙向開關K4和第三雙向開關K5的導通和關斷來控制第一單向支路和第二單向支路的導通和關斷。當需要對電池E加熱時，導通第二雙向開關K4和K5即可，如暫停加熱可以選擇關斷第二雙向開關K4和第三雙向開關K5中的一者或者兩者，在不需要加熱時關斷第二雙向開關K4和第三雙向開關K5即可。這種開關裝置1的實現方式能夠分別控制第一單向支路和第二單向支路的導通和關斷，靈活實現電路的正向和反向能量流動。
作為開關裝置1的另一種實施方式，如第14圖所示，所述開關裝置1可以包括第四開關K6、第五單向半導體元件D11以及第六單向半導體元件D12，第四開關K6和第五單向半導體元件D11彼此串聯以構成所述第一單向支路，第六單向半導體元件D12構成所述第二單向支路，所述開關控制模組100與第四開關K6連接，用於通過控制第四開關K6的導通和關斷來控制第一單向支路的導通和關斷。在如第14圖所示的開關裝置1中，當需要加熱時，導通第四開關K6即可，不需要加熱時，關斷第四開關K6即可。
如第14圖中所示的開關裝置1的實現方式雖然實現了能量往返沿著相對獨立的支路流動，但是還不能實現能量反向流動時的關斷功能。本發明還提出了開關裝置1的另一種實施方式，如第15圖所示，所述開關裝置1還可以包括位於第二單向支路中的第五開關K7，該第五開關K7與第六單向半導體元件D12串聯，所述開關控制模組100還與第五開關K7連接，用於通過控制第五開關K7的導通和關斷來控制第二單向支路的導通和關斷。這樣在第15圖示出的開關裝置1中，由於兩個單向支路上均存在開關（即第四開關K6和第五開關K7），同時具備能量正向和反向流動時的關斷功能。
優選地，所述開關裝置1還可以包括與所述第一單向支路和/或第二單向支路串聯的電阻，用於減小電池E加熱回路的電流，避免回路中電流過大對電池E造成損害。例如，可以在第13圖中示出的開關裝置1中添加與第二雙向開關K4和第三雙向開關K5串聯的電阻R6，得到開關裝置1的另一種實現方式，如第16圖所示。第17圖中也示出了開關裝置1的一種實施方式，其是在第16圖中示出的開關裝置1中的兩個單向支路上分別串聯電阻R2、電阻R3得到的。
對於能量在電池E與儲能電路之間往復流動的實施方式，開關裝置1可以在一個週期或多個週期內的任意時間點關斷，開關裝置1的關斷時刻可以是任何時刻，例如流經開關裝置1的電流為正向/反向時、為零時/不為零時均可以實施關斷。根據所需要的關斷策略可以選擇開關裝置1的不同的實現形式，如果只需要實現正向電流流動時關斷，則選用例如第12圖、第14圖所示的開關裝置1的實現形式即可，如果需要實現正向電流和反向電流時均可以關斷，則需要選用如第13圖、第15圖所示的兩個單向支路均可控的開關裝置。
優選地，所述開關控制模組100用於在開關裝置1導通後流經開關裝置1的電流為零時或為零後控制開關裝置1關斷。更加優選地，所述開關控制模組100用於在開關裝置1導通後流經開關裝置1的電流為零時控制開關裝置1關斷，採用零時關斷對整個電路影響較小。
作為本發明的一種實施方式，可以通過將第一電荷記憶元件C1中的能量進行轉移和疊加來提高加熱電路的工作效率，也可以將第一電荷記憶元件C1中的一部分能量消耗掉之後，再將第一電荷記憶元件C1中的剩餘能量進行轉移和疊加。
因此，如第18圖所示，所述加熱電路還包括與所述第一電荷記憶元件C1連接的能量消耗單元，該能量消耗單元用於在開關裝置1導通再關斷時，對第一電荷記憶元件C1中的能量進行消耗。該能量消耗單元可以與以上包括能量僅從電池流向儲能電路和能量在電池與儲能電路之間往復流動的多種實施方式相結合。
根據一種實施方式，如第19圖所示，所述能量消耗單元包括電壓控制單元101，該電壓控制單元101與所述第一電荷記憶元件C1連接，用於在開關裝置1導通再關斷後、所述能量疊加和轉移單元進行能量轉移之前，將第一電荷記憶元件C1兩端的電壓值轉換成電壓設定值，或者在所述能量疊加和轉移單元進行能量轉移之後進行能量疊加之前，將第一電荷記憶元件C1兩端的電壓值轉換成電壓設定值。上述對第一電荷記憶元件C1中的能量進行消耗以及進行轉移和疊加的順序可以根據實際操作的需要進行設定，本發明不對此進行特別限定。所述電壓設定值可以根據實際操作的需要進行設定。
根據一種實施方式，如第19圖所示，所述電壓控制單元101包括第三阻尼元件R5和第六開關K8，所述第三阻尼元件R5和第六開關K8彼此串聯之後並聯在所述第一電荷記憶元件C1的兩端，所述開關控制模組100還與第六開關K8連接，所述開關控制模組100還用於在控制開關裝置1導通再關斷後控制第六開關K8導通。由此，第一電荷記憶元件C1中的能量可以通過第三阻尼元件R5進行消耗。
所述開關控制模組100可以為一個單獨的控制器，通過對其內部程式的設置，可以實現對不同的外接開關的通斷控制，所述開關控制模組100也可以為多個控制器，例如針對每一個外接開關設置對應的開關控制模組100，所述多個開關控制模組100也可以集成為一體，本發明不對開關控制模組100的實現形式作出任何限定。
下面結合第20圖-第23圖對電池E的加熱電路的實施方式的工作方式進行簡單介紹。需要注意的是，雖然本發明的特徵和元素參考第20圖-第23圖以特定的結合進行了描述，但每個特徵或元素可以在沒有其他特徵和元素的情況下單獨使用，或在與或不與其他特徵和元素結合的各種情況下使用。本發明提供的電池E的加熱電路的實施方式並不限於第20圖-第23圖所示的實現方式。另外，所示的波形圖中的網格部分表示在該段時間內可以多次對開關施加驅動脈衝，並且脈衝的寬度可以根據需要進行調節。
在如第20圖所示的電池E的加熱電路中，使用第二開關K1和第二單向半導體元件D1構成開關裝置1，儲能電路包括第一電流記憶元件L1和第一電荷記憶元件C1，第一阻尼元件R1和開關裝置1與所述儲能電路串聯，DC-DC模組4構成將第一電荷記憶元件C1中的能量轉移回電池E並且之後將第一電荷記憶元件C1極性反轉以在下一充放電週期與電池E的能量進行疊加的能量疊加和轉移單元，開關控制模組100可以控制第二開關K1的導通和關斷以及DC-DC模組4的工作與否。第21圖為與第20圖的加熱電路對應的波形時序圖，其中，VC1 指的是第一電荷記憶元件C1的電壓值，I主 指的是流經第二開關K1的電流的電流值。第20圖中的加熱電路的工作過程如下：
a）當需要對電池E進行加熱時，開關控制模組100控制第二開關K1導通，電池E通過第二開關K1、第二單向半導體元件D1和第一電荷記憶元件C1組成的回路放電，如第21圖中所示的t1時間段；開關控制模組100在流經第二開關K1的電流為零時控制第二開關K1關斷，如第21圖中所示的t2時間段；
b）當第二開關K1關斷後，開關控制模組100控制DC-DC模組4工作，第一電荷記憶元件C1通過DC-DC模組4將一部分交流電轉化為直流電輸出到電池E中，實現電量回灌，如第21圖中所示的t2時間段；
c）開關控制模組100控制DC-DC模組4工作，對第一電荷記憶元件C1進行電壓極性反轉，之後控制DC-DC模組4停止工作，如第21圖中所示的t3時間段；
d）重複步驟a）至c），電池E不斷通過放電實現加熱，直至電池E達到停止加熱條件為止。
在如第22圖所示的電池E的加熱電路中，使用相互串聯的第四開關K6、第五單向半導體元件D11（第一單向支路）以及相互串聯的第五開關K7、第六單向半導體元件D12（第二單向支路）構成開關裝置1，儲能電路包括第一電流記憶元件L1和第一電荷記憶元件C1，第一阻尼元件R1和開關裝置1與所述儲能電路串聯，DC-DC模組4構成將第一電荷記憶元件C1中的能量轉移回電池E並且之後將第一電荷記憶元件C1極性反轉以在下一充放電週期與電池E的能量進行疊加的能量疊加和轉移單元，開關控制模組100可以控制第四開關K6、第五開關K7的導通和關斷以及DC-DC模組4的工作與否。第23圖為與第22圖的加熱電路對應的波形時序圖，其中，VC1 指的是第一電荷記憶元件C1的電壓值，I主 指的是流經第二開關K1的電流的電流值。第22圖所示的加熱電路的工作過程如下：
a）開關控制模組100控制第四開關K6、第五開關K7導通，儲能電路開始工作，如第23圖所示的t1時間段，電池E通過第四開關K6、第五單向半導體元件D11、第一電荷記憶元件C1進行正向放電（如第23圖中的t1時間段所示），並且通過第一電荷記憶元件C1、第五開關K7、第六單向半導體元件D12反向充電（如第23圖中的t2時間段所示）；
b）開關控制模組100控制第四開關K6、第五開關K7在反向電流為零時關斷；
c）開關控制模組100控制DC-DC模組4工作，第一電荷記憶元件C1通過DC-DC模組4將交流電轉化為直流電輸出到電池E中，實現電量回灌，然後DC-DC模組4將第一電荷記憶元件C1的極性反轉，在C1極性反轉之後控制DC-DC模組4停止工作，如第23圖中所示的t3、t4時間段；
d）重複步驟a）至c），電池E不斷通過放電實現加熱，直至電池E達到停止加熱條件為止。
本發明提供的加熱電路能夠提高電池的充放電性能，並且在該加熱電路中，儲能電路與電池串聯，當給電池加熱時，由於串聯的電荷記憶元件的存在，能夠避免開關裝置失效短路引起的安全性問題，能夠有效地保護電池。同時，由於本發明提供的加熱電路中，能量疊加和轉移單元能夠在開關裝置關斷後將儲能電路中的能量轉移至儲能元件中，之後將儲能電路中的剩餘能量與電池中的能量進行疊加，因此還能提高加熱電路的工作效率，同時實現對能量的回收利用。
以上結合附圖詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明並不限於上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思範圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬於本發明的保護範圍。
另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特徵，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重複，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。
需要指出的是，除非特別說明，當下文中提及時，術語“開關控制模組”為任意能夠根據設定的條件或者設定的時刻輸出相應的控制指令（例如具有相應占空比的脈衝波形）從而控制與其連接的開關裝置相應地導通或關斷的控制器，例如可以為PLC（可編程控制器）等；當下文中提及時，術語“開關”指的是可以通過電信號實現通斷控制或者根據元器件自身的特性實現通斷控制的開關，既可以是單向開關，例如由雙向開關與二極體串聯構成的可單嚮導通的開關等，也可以是雙向開關，例如金屬氧化物半導體型場效應管（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET）或帶有反並續流二極體的IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型電晶體）等；當下文中提及時，術語“雙向開關”指的是可以通過電信號實現通斷控制或者根據元器件自身的特性實現通斷控制的可雙嚮導通的開關，例如MOSFET或帶有反並續流二極體的IGBT等；當下文中提及時，單向半導體元件指的是具有單嚮導通功能的半導體元件，例如二極體等；當下文中提及時，術語“電荷記憶元件”指任意可以實現電荷存儲的裝置，例如電容等；當下文中提及時，術語“電流記憶元件”指任意可以對電流進行存儲的裝置，例如電感等；當下文中提及時，術語“正向”指能量從電池向儲能電路流動的方向，術語“反向”指能量從儲能電路向電池流動的方向；當下文中提及時，術語“電池”包括一次電池（例如乾電池、鹼性電池等）和二次電池（例如鋰離子電池、鎳鎘電池、鎳氫電池或鉛酸電池等）；當下文中提及時，術語“阻尼元件”指任意通過對電流的流動起阻礙作用以實現能量消耗的裝置，例如電阻等；當下文中提及時，術語“主回路”指的是電池與阻尼元件、開關裝置以及儲能電路串聯組成的回路。
這裏還需要特別說明的是，考慮到不同類型的電池的不同特性，在本發明中，“電池”可以指不包含內部寄生電阻和寄生電感、或者內部寄生電阻的阻值和寄生電感的電感值較小的理想電池，也可以指包含有內部寄生電阻和寄生電感的電池包，因此，本領域技術人員應當理解的是，當“電池”為不包含內部寄生電阻和寄生電感、或者內部寄生電阻的阻值和寄生電感電感值較小的理想電池時，第一阻尼元件R1指的是電池外部的阻尼元件，第一電流記憶元件L1指的是電池外部的電流記憶元件；當“電池”為包含有內部寄生電阻和寄生電感的電池包時，第一阻尼元件R1既可以指電池外部的阻尼元件，也可以指電池包內部的寄生電阻，同樣地，第一電流記憶元件L1既可以指電池外部的電流記憶元件，也可以指電池包內部的寄生電感。
為了保證電池的使用壽命，可以在低溫情況下對電池進行加熱，當達到加熱條件時，控制加熱電路開始工作，對電池進行加熱，當達到停止加熱條件時，控制加熱電路停止工作。
在本發明的實施例中，在電池的實際應用中，隨著環境的改變，需要根據實際的環境情況對電池的加熱條件和停止加熱條件進行設置，以對電池的溫度進行更精確的控制，從而保證電池的充放電性能。
為了對處於低溫環境中的電池E進行加熱，本發明提供了一種電池E的加熱電路，如第1圖所示，該加熱電路包括開關裝置1、開關控制模組100、第一阻尼元件R1、儲能電路以及能量疊加和轉移單元，所述儲能電路用於與電池E連接，儲能電路包括第一電流記憶元件L1和第一電荷記憶元件C1，第一阻尼元件R1、開關裝置1、第一電流記憶元件L1和第一電荷記憶元件C1串聯，所述開關控制模組100與開關裝置1連接，用於控制開關裝置1導通和關斷，以控制能量在所述電池E與所述儲能電路之間的流動，所述能量疊加和轉移單元與所述儲能電路連接，用於在開關裝置1導通後再關斷時後，將儲能電路中的能量轉移至儲能元件中，之後將儲能電路中的剩餘能量與電池中的能量進行疊加。需要說明的是，上述儲能電路僅為本發明的優選實施方式，該儲能電路只要能滿足能量的存儲即可，從而與電池E之間進行能量流動。因此本領域技術人員可基於此思想對上述儲能電路進行等同的修改或變化以達到儲能的效果，這些均應包含在本發明的保護之內。
根據本發明的技術方案，當達到加熱條件時，開關控制模組100控制開關裝置1導通，電池E與儲能電路串聯構成回路，電池E可以通過回路放電，即對第一電荷記憶元件C1進行充電，當回路中的電流經過電流峰值後正向為零時，第一電荷記憶元件C1開始通過回路放電，即是對電池E充電；在電池E的充放電過程中，回路中的電流正向、反向均能流過第一阻尼元件R1，通過第一阻尼元件R1的發熱可以達到給電池E加熱的目的，通過控制開關裝置1的導通和關斷時間，可以控制電池E僅通過放電來加熱，或者通過放電和充電兩種方式來加熱。當達到停止加熱條件時，開關控制模組100可以控制開關裝置1關斷，加熱電路停止工作。
所述能量疊加和轉移單元與所述儲能電路連接，用於在開關裝置1導通再關斷後，將儲能電路中的能量轉移至儲能元件中，之後將儲能電路中的剩餘能量與電池E中的能量進行疊加，對能量的轉移實現了對能量的回收利用，並且對能量的疊加使得在開關裝置1再次導通時，能夠提高加熱回路中的放電電流，從而提高加熱電路的工作效率。
所述能量轉移的目的在於對存儲電路中的能量進行回收利用，所述儲能元件可以是外接電容、低溫電池或者電網以及其他用電設備。為了更大地提高加熱電路的工作效率，優選情況下，所述儲能元件為本發明提供的電池E，通過將儲能電路中的能量轉移到電池E中，能夠在開關裝置1再次導通後對被轉移的能量進行迴圈利用。
將儲能電路中的剩餘能量與電池E中的能量進行疊加可以通過多種方式來實現，例如通過將第一電荷記憶元件C1的電壓極性進行反轉來實現，極性反轉後的第一電荷記憶元件C1的電壓能夠與電池E的電壓串聯相加。
因此，根據本發明的一種實施方式，如第2圖所示，本發明提供的加熱電路中，所述能量疊加和轉移單元包括DC-DC模組4，該DC-DC模組4與所述第一電荷記憶元件C1和所述電池E分別連接，所述開關控制模組100還與所述DC-DC模組4連接，用於通過控制DC-DC模組4工作來將所述第一電荷記憶元件C1中的能量轉移至儲能元件中，之後將所述第一電荷記憶元件C1中的剩餘能量與電池E中的能量進行疊加。在該實施方式中，所述儲能元件為所述電池E。
所述DC-DC模組4是本領域中常用的用於實現能量轉移和電壓極性反轉的直流變直流轉換電路，本發明不對DC-DC模組4的具體電路結構作任何限制，只要能夠實現對第一電荷記憶元件C1的能量轉移和電壓極性反轉即可，本領域技術人員可以根據實際操作的需要對其電路中的元件進行增加、替換或刪減。
作為DC-DC模組4的一種實施方式，如第3圖所示，該DC-DC模組4包括：雙向開關S1、雙向開關S2、雙向開關S3、雙向開關S4、雙向開關S5、雙向開關S6、第四變壓器T4、第二單向半導體元件D13、第二單向半導體元件D14、電流記憶元件L4、以及四個單向半導體元件。在該實施方式中，所述雙向開關S1、雙向開關S2、雙向開關S3、雙向開關S4均為MOSFET，雙向開關S5和雙向開關S6為IGBT。
其中，第四變壓器T4的1腳和3腳為同名端，所述四個單向半導體元件中的兩個單向半導體元件負極相接成組，接點通過電流記憶元件L4與電池E的正端連接，另兩個單向半導體元件正極相接成組，接點與電池E的負端連接，且組與組之間的對接點分別通過雙向開關S5和雙向開關S6與第三變壓器T3的3腳和4腳連接，由此構成橋式整流電路。
其中，雙向開關S1的源極與雙向開關S3的漏極連接，雙向開關S2的源極與雙向開關S4的漏極連接，雙向開關S1、雙向開關S2的漏極通過第二單向半導體元件D13與第一電荷記憶元件C1的正端連接，雙向開關S3、雙向開關S4的源極通過第二單向半導體元件D14與第一電荷記憶元件C1的負端連接，由此構成全橋電路。
在該全橋電路中，雙向開關S1、雙向開關S2為上橋臂，雙向開關S3、雙向開關S4為下橋臂，第四變壓器T4的1腳與雙向開關S1和雙向開關S3之間的節點連接、2腳與雙向開關S2和雙向開關S4之間的節點連接。
其中，雙向開關S1、雙向開關S2、雙向開關S3和雙向開關S4、雙向開關S5和雙向開關S6分別通過所述開關控制模組100的控制來實現導通和關斷。
下面對所述DC-DC模組4的工作過程進行描述：
1、在開關裝置1關斷後，當需要對第一電荷記憶元件C1執行電量回灌操作（即將能量從第一電荷記憶元件C1轉移回到電池E中）以實現能量轉移時，所述開關控制模組100控制雙向開關S5和S6導通，控制雙向開關S1和雙向開關S4同時導通以構成A相，控制雙向開關S2、雙向開關S3同時導通以構成B相，通過控制所述A相、B相交替導通以構成全橋電路進行工作；
2、當所述全橋電路工作時，第一電荷記憶元件C1上的能量通過第四變壓器T4和整流電路轉移到電池E上，所述整流電路將輸入的交流電轉化為直流電輸出至電池E，達到電量回灌的目的；
3、當需要對第一電荷記憶元件C1進行極性反轉以實現能量疊加時，所述開關控制模組100控制雙向開關S5和雙向開關S6關斷，控制雙向開關S1和雙向開關S4或者雙向開關S2和雙向開關S3兩組中的任意一組導通；此時，第一電荷記憶元件C1中的能量通過其正端、雙向開關S1、第四變壓器T4的原邊、雙向開關S4反向回到其負端，或者通過其正端、雙向開關S2、第四變壓器T4的原邊、雙向開關S3反向回到其負端，利用T4的原邊勵磁電感，達到對第一電荷記憶元件C1進行電壓極性反轉的目的。
根據另一種實施方式，在本發明提供的加熱電路中，所述能量疊加和轉移單元可以包括能量疊加單元和能量轉移單元，所述能量轉移單元與所述儲能電路連接，用於在開關裝置1導通再關斷後，將儲能電路中的能量轉移至儲能元件中，所述能量疊加單元與所述儲能電路連接，用於在所述能量轉移單元進行能量轉移之後，將儲能電路中的剩餘能量與電池E中的能量進行疊加。
為了更大地提高加熱電路的工作效率，優選情況下，所述儲能元件為本發明提供的電池E，所述能量轉移單元包括電量回灌單元103，該電量回灌單元103與所述儲能電路連接，用於在開關裝置1導通再關斷後，將儲能電路中的能量轉移至所述電池E中，由此實現對被轉移的能量的迴圈利用，如第4圖所示。
將儲能電路中的剩餘能量與電池E中的能量進行疊加可以通過多種方式來實現，例如對第一電荷記憶元件C1的電壓極性進行反轉來實現，作為一種實施方式，如第4圖所示，所述能量疊加單元包括極性反轉單元102，該極性反轉單元102與所述儲能電路連接，用於在所述能量轉移單元進行能量轉移之後，對第一電荷記憶元件C1的電壓極性進行反轉。
下面通過具體實施方式對所述電量回灌單元103和極性反轉單元102的具體工作過程進行描述。
作為電量回灌單元103的一種實施方式，如第5圖所示，所述電量回灌單元103包括第二DC-DC模組3，該第二DC-DC模組3與所述第一電荷記憶元件C1和所述電池E分別連接，所述開關控制模組100還與所述第二DC-DC模組3連接，用於通過控制第二DC-DC模組3工作來將第一電荷記憶元件C1中的能量轉移到所述電池E中。
所述第二DC-DC模組3是本領域中常用的用於實現能量轉移的直流變直流轉換電路，本發明不對第二DC-DC模組3的具體電路結構作任何限制，只要能夠實現對第一電荷記憶元件C1的能量進行轉移即可，本領域技術人員可以根據實際操作的需要對其電路中的元件進行增加、替換或刪減。
第5圖為本發明提供的第二DC-DC模組3的一種實施方式，如第5圖所示，所述第二DC-DC模組3包括：雙向開關S1、雙向開關S2、雙向開關S3、雙向開關S4、第三變壓器T3、電流記憶元件L4、以及四個單向半導體元件。在該實施方式中，所述雙向開關S1、雙向開關S2、雙向開關S3、雙向開關S4均為MOSFET。
其中，所述第三變壓器T3的1腳和3腳為同名端，所述四個單向半導體元件中的兩個單向半導體元件負極相接成組，接點通過電流記憶元件L4與電池E的正端連接，另兩個單向半導體元件正極相接成組，接點與電池E的負端連接，且組與組之間的對接點分別與第三變壓器T3的3腳和4腳連接，由此構成橋式整流電路。
其中，雙向開關S1的源極與雙向開關S3的漏極連接，雙向開關S2的源極與雙向開關S4的漏極連接，雙向開關S1、雙向開關S2的漏極與第一電荷記憶元件C1的正端連接，雙向開關S3、雙向開關S4的源極與第一電荷記憶元件C1的負端連接，由此構成全橋電路。
在該全橋電路中，雙向開關S1、雙向開關S2為上橋臂，雙向開關S3、雙向開關S4為下橋臂，第三變壓器T3的1腳與雙向開關S1和雙向開關S3之間的節點連接、2腳與雙向開關S2和雙向開關S4之間的節點連接。
其中，雙向開關S1、雙向開關S2、雙向開關S3和雙向開關S4分別通過所述開關控制模組100的控制來實現導通和關斷。
下面對所述第二DC-DC模組3的工作過程進行描述：
1、在開關裝置1關斷後，所述開關控制模組100控制雙向開關S1和雙向開關S4同時導通以構成A相，控制雙向開關S2、雙向開關S3同時導通以構成B相，通過控制所述A相、B相交替導通以構成全橋電路進行工作；
2、當所述全橋電路工作時，第一電荷記憶元件C1上的能量通過第三變壓器T3和整流電路轉移到電池E上，所述整流電路將輸入的交流電轉化為直流電輸出至電池E，達到電量回灌的目的。
作為極性反轉單元102的一種實施方式，如第6圖所示，所述極性反轉單元102包括第一單刀雙擲開關J1和第二單刀雙擲開關J2，所述第一單刀雙擲開關J1和第二單刀雙擲開關J2分別位於所述第一電荷記憶元件C1兩端，所述第一單刀雙擲開關J1的入線連接在所述儲能電路中，所述第一單刀雙擲開關J1的第一出線連接所述第一電荷記憶元件C1的第一極板，所述第一單刀雙擲開關J1的第二出線連接所述第一電荷記憶元件C1的第二極板，所述第二單刀雙擲開關J2的入線連接在所述儲能電路中，所述第二單刀雙擲開關J2的第一出線連接所述第一電荷記憶元件C1的第二極板，所述第二單刀雙擲開關J2的第二出線連接在所述第一電荷記憶元件C1的第一極板，所述開關控制模組100還與所述第一單刀雙擲開關J1和第二單刀雙擲開關J2分別連接，用於通過改變所述第一單刀雙擲開關J1和第二單刀雙擲開關J2各自的入線和出線的連接關係來對所述第一電荷記憶元件C1的電壓極性進行反轉。
根據該實施方式，可以預先對第一單刀雙擲開關J1和第二單刀雙擲開關J2各自的入線和出線的連接關係進行設置，使得當開關裝置K1導通時，所述第一單刀雙擲開關J1的入線與其第一出線連接，而所述第二單刀雙擲開關J2的入線與其第一出線連接，當開關裝置K1關斷時，通過開關控制模組100控制第一單刀雙擲開關J1的入線切換到與其第二出線連接，而所述第二單刀雙擲開關J2的入線切換到與其第二出線連接，由此第一電荷記憶元件C1達到電壓極性反轉的目的。
作為極性反轉單元102的另一種實施方式，如第7圖所示，所述極性反轉單元102包括第一單向半導體元件D3、第二電流記憶元件L2以及第一開關K9，所述第一電荷記憶元件C1、第二電流記憶元件L2和第一開關K9順次串聯形成回路，所述第一單向半導體元件D3和串聯在所述第一電荷記憶元件C1與第二電流記憶元件L2或所述第二電流記憶元件L2與第一開關K9之間，所述開關控制模組100還與所述第一開關K9連接，用於通過控制第一開關K9導通來對所述第一電荷記憶元件C1的電壓極性進行反轉。
根據上述實施方式，當開關裝置1關斷時，可以通過開關控制模組100控制第一開關K9導通，由此，第一電荷記憶元件C1與第一單向半導體元件D3、第二電流記憶元件L2以及第一開關K9形成LC振盪回路，第一電荷記憶元件C1通過第二電流記憶元件L2放電，振盪回路上的電流流經正半週期後，流經第二電流記憶元件L2的電流為零時達到第一電荷記憶元件C1電壓極性反轉的目的。
作為極性反轉單元102的又一種實施方式，如第8圖所示，所述極性反轉單元102包括第一DC-DC模組2和第二電荷記憶元件C2，該第一DC-DC模組2與所述第一電荷記憶元件C1和第二電荷記憶元件C2分別連接，所述開關控制模組100還與所述第一DC-DC模組2連接，用於通過控制第一DC-DC模組2工作來將所述第一電荷記憶元件C1中的能量轉移至所述第二電荷記憶元件C2，再將所述第二電荷記憶元件C2中的能量反向轉移回所述第一電荷記憶元件C1，以實現對所述第一電荷記憶元件C1的電壓極性的反轉。
所述第一DC-DC模組2是本領域中常用的用於實現電壓極性反轉的直流變直流轉換電路，本發明不對第一DC-DC模組2的具體電路結構作任何限制，只要能夠實現對第一電荷記憶元件C1的電壓極性反轉即可，本領域技術人員可以根據實際操作的需要對其電路中的元件進行增加、替換或刪減。
第9圖為本發明提供的第一DC-DC模組2的一種實施方式，如第9圖所示，所述第一DC-DC模組2包括：雙向開關Q1、雙向開關Q2、雙向開關Q3、雙向開關Q4、第一變壓器T1、單向半導體元件D4、單向半導體元件D5、電流記憶元件L3、雙向開關Q5、雙向開關Q6、第二變壓器T2、單向半導體元件D6、單向半導體元件D7、以及單向半導體元件D8。
在該實施方式中，所述雙向開關Q1、雙向開關Q2、雙向開關Q3和雙向開關Q4為MOSFET，所述雙向開關Q5和雙向開關Q6為IGBT。
所述第一變壓器T1的1腳、4腳、5腳為同名端，第二變壓器T2的2腳與3腳為同名端。
其中，單向半導體元件D7的陽極與第一電荷記憶元件C1的a端連接，單向半導體元件D7的陰極與雙向開關Q1和雙向開關Q2的漏極連接，雙向開關Q1的源極與雙向開關Q3的漏極連接，雙向開關Q2的源極與雙向開關Q4的漏極連接，雙向開關Q3、雙向開關Q4的源極與第一電荷記憶元件C1的b端連接，由此構成全橋電路，此時第一電荷記憶元件C1的電壓極性為a端為正，b端為負。
在該全橋電路中，雙向開關Q1、雙向開關Q2為上橋臂，雙向開關Q3、雙向開關Q4為下橋臂，該全橋電路通過第一變壓器T1與所述第二電荷記憶元件C2相連；第一變壓器T1的1腳與第一節點N1連接、2腳與第二節點N2連接，3腳和5腳分別連接至單向半導體元件D4和單向半導體元件D5的陽極；單向半導體元件D4和單向半導體元件D5的陰極與電流記憶元件L3的一端連接，電流記憶元件L3的另一端與第二電荷記憶元件C2的d端連接；變壓器T1的4腳與第二電荷記憶元件C2的c端連接，單向半導體元件D8的陽極與第二電荷記憶元件C2的d端連接，單向半導體元件D8的陰極與第一電荷記憶元件C1的b端連接，此時第二電荷記憶元件C2的電壓極性為c端為負，d端為正。
其中，第二電荷記憶元件C2的c端連接雙向開關Q5的發射極，雙向開關Q5的集電極與變壓器T2的2腳連接，變壓器T2的1腳與第一電荷記憶元件C1的a端連接，變壓器T2的4腳與第一電荷記憶元件C1的a端連接，變壓器T2的3腳連接單向半導體元件D6的陽極，單向半導體元件D6的陰極與雙向開關Q6的集電極連接，雙向開關Q6的發射極與第二電荷記憶元件C2的b端連接。
其中，雙向開關Q1、雙向開關Q2、雙向開關Q3、雙向開關Q4、雙向開關Q5和雙向開關Q6分別通過所述開關控制模組100的控制來實現導通和關斷。
下面對所述第一DC-DC模組2的工作過程進行描述：
1、在開關裝置1關斷後，所述開關控制模組100控制雙向開關Q5、雙向開關Q6關斷，控制雙向開關Q1和雙向開關Q4同時導通以構成A相，控制雙向開關Q2、雙向開關Q3同時導通以構成B相，通過控制所述A相、B相交替導通以構成全橋電路進行工作；
2、當所述全橋電路工作時，第一電荷記憶元件C1上的能量通過第一變壓器T1、單向半導體元件D4、單向半導體元件D5、以及電流記憶元件L3轉移到第二電荷記憶元件C2上，此時第二電荷記憶元件C2的電壓極性為c端為負，d端為正。
3、所述開關控制模組100控制雙向開關Q5導通，第一電荷記憶元件C1通過第二變壓器T2和單向半導體元件D8與第二電荷記憶元件C2構成通路，由此，第二電荷記憶元件C2上的能量向第一電荷記憶元件C1反向轉移，其中，部分能量將儲存在第二變壓器T2上；此時，所述開關控制模組100控制雙向開關Q5關斷、雙向開關Q6閉合，通過第二變壓器T2和單向半導體元件D6將儲存在第二變壓器T2上的能量轉移至第一電荷記憶元件C1，此時第一電荷記憶元件C1的電壓極性反轉為a端為負，b端為正，由此達到了將第一電荷記憶元件C1的電壓極性反向的目的。
為了避免第一電荷記憶元件C1給處於低溫情況下的電池E充電，保證電池E的充放電性能，作為本發明提供的加熱電路的一種優選實施方式，所述開關控制模組100用於控制開關裝置1導通和關斷，以控制能量僅從電池E流向儲能電路，由此，可以避免第一電荷記憶元件C1對電池E進行充電。
為了控制能量僅從電池E流向第一電荷記憶元件C1，根據本發明的一種實施方式，如第10圖所示，所述開關裝置1包括第二開關K1和第二單向半導體元件D1，所述第二開關K1和第二單向半導體元件D1彼此串聯之後串聯在所述儲能電路中，所述開關控制模組100與第二開關K1連接，用於通過控制第二開關K1的導通和關斷來控制開關裝置1導通和關斷。通過串聯第二單向半導體元件D1，在第二開關K1失效的情況下，可以阻止第一電荷記憶元件C1中的能量回流，避免對電池E充電。
對於能量僅從電池E流向儲能電路的實施方式，所述開關控制模組100用於在開關裝置1導通後流經開關裝置1的電流為零時或為零前控制開關裝置1關斷，只要保證電流僅從電池E流向第一電荷記憶元件C1即可。
由於第二開關K1關斷時導致的電流下降速率較高會在第一電流記憶元件L1上感應出較高的過電壓，容易導致第二開關K1關斷時由於其電流、電壓超出安全工作區而損壞，因此，優選情況下，所述開關控制模組100用於在流經開關裝置1的電流為零時控制第二開關K1關斷。
為了提高加熱效率，優選情況下，根據本發明的另一種實施方式，如第11圖所示，所述開關控制模組100用於在開關裝置1導通後流經開關裝置1的電流為零前控制開關裝置1關斷，所述開關裝置1包括第三單向半導體元件D9、第四單向半導體元件D10、第三開關K2、第二阻尼元件R4以及第三電荷記憶元件C3，所述第三單向半導體元件D9與第三開關K2順次串聯在所述儲能電路中，所述第二阻尼元件R4與第三電荷記憶元件C3串聯之後並聯在所述第三開關K2的兩端，所述第四單向半導體元件D10並聯在第二阻尼元件R4的兩端，用於在第三開關K2關斷時對第一電流記憶元件L1進行續流，所述開關控制模組100與所述第三開關K2連接，用於通過控制第三開關K2的導通和關斷來控制開關裝置1導通和關斷。
所述第四單向半導體元件D10、第二阻尼元件R4以及第三電荷記憶元件C3組成了吸收回路，用於在第三開關K2關斷時降低儲能電路中電流的下降速率。由此，當第三開關K2關斷時，第一電流記憶元件L1上產生的感應電壓會迫使第四單向半導體元件D10導通並通過第三電荷記憶元件C3實現續流，使得第一電流記憶元件L1中電流變化速率降低，限制了第一電流記憶元件L1兩端的感應電壓，可以保證第三開關K2兩端的電壓在安全工作區內。當第三開關K2再次閉合時，存儲在第三電荷記憶元件C3上的能量可以通過第二阻尼元件R4進行消耗。
另外，為了提高加熱電路的工作效率，可以控制能量在電池E與儲能電路之間往復流動，利用電流正向和反向流經第一阻尼元件R1來實現加熱。
因此，作為本發明提供的加熱電路的一種優選實施方式，所述開關控制模組100用於控制開關裝置1導通和關斷，以使得當開關裝置1導通時，能量在所述電池E與所述儲能電路之間往復流動。
為了實現能量在電池E與儲能電路之間的往復流動，根據本發明的一種實施方式，所述開關裝置1為第一雙向開關K3，如第12圖所示。由開關控制模組100控制第一雙向開關K3的導通與關斷，當需要對電池E加熱時，導通第一雙向開關K3即可，如暫停加熱或者不需要加熱時關斷第一雙向開關K3即可。
單獨使用一個第一雙向開關K3實現開關裝置1，電路簡單，佔用系統面積小，容易實現，但是為了實現對反向電流的關斷，本發明還提供了如下開關裝置1的優選實施方式。
優選地，所述開關裝置1包括用於實現能量從電池E流向儲能電路的第一單向支路和用於實現能量從儲能電路流向電池E的第二單向支路，所述開關控制模組100與所述第一單向支路和第二單向支路中的一者或兩者分別連接，用以控制所連接的支路的導通和關斷。當電池需要加熱時，導通第一單向支路和第二單向支路兩者，如暫停加熱可以選擇關斷第一單向支路和第二單向支路中的一者或兩者，當不需要加熱時，可以關斷第一單向支路和第二單向支路兩者。優選地，第一單向支路和第二單向支路兩者都能夠受開關控制模組100的控制，這樣，可以靈活實現能量正向流動和反向流動。
作為開關裝置1的另一種實施方式，如第13圖所示，所述開關裝置1可以包括第二雙向開關K4和第三雙向開關K5，所述第二雙向開關K4和第三雙向開關K5彼此反向串聯以構成所述第一單向支路和第二單向支路，所述開關控制模組100與所述第二雙向開關K4和第三雙向開關K5分別連接，用於通過控制第二雙向開關K4和第三雙向開關K5的導通和關斷來控制第一單向支路和第二單向支路的導通和關斷。當需要對電池E加熱時，導通第二雙向開關K4和K5即可，如暫停加熱可以選擇關斷第二雙向開關K4和第三雙向開關K5中的一者或者兩者，在不需要加熱時關斷第二雙向開關K4和第三雙向開關K5即可。這種開關裝置1的實現方式能夠分別控制第一單向支路和第二單向支路的導通和關斷，靈活實現電路的正向和反向能量流動。
作為開關裝置1的另一種實施方式，如第14圖所示，所述開關裝置1可以包括第四開關K6、第五單向半導體元件D11以及第六單向半導體元件D12，第四開關K6和第五單向半導體元件D11彼此串聯以構成所述第一單向支路，第六單向半導體元件D12構成所述第二單向支路，所述開關控制模組100與第四開關K6連接，用於通過控制第四開關K6的導通和關斷來控制第一單向支路的導通和關斷。在如第14圖所示的開關裝置1中，當需要加熱時，導通第四開關K6即可，不需要加熱時，關斷第四開關K6即可。
如第14圖中所示的開關裝置1的實現方式雖然實現了能量往返沿著相對獨立的支路流動，但是還不能實現能量反向流動時的關斷功能。本發明還提出了開關裝置1的另一種實施方式，如第15圖所示，所述開關裝置1還可以包括位於第二單向支路中的第五開關K7，該第五開關K7與第六單向半導體元件D12串聯，所述開關控制模組100還與第五開關K7連接，用於通過控制第五開關K7的導通和關斷來控制第二單向支路的導通和關斷。這樣在第15圖示出的開關裝置1中，由於兩個單向支路上均存在開關（即第四開關K6和第五開關K7），同時具備能量正向和反向流動時的關斷功能。
優選地，所述開關裝置1還可以包括與所述第一單向支路和/或第二單向支路串聯的電阻，用於減小電池E加熱回路的電流，避免回路中電流過大對電池E造成損害。例如，可以在第13圖中示出的開關裝置1中添加與第二雙向開關K4和第三雙向開關K5串聯的電阻R6，得到開關裝置1的另一種實現方式，如第16圖所示。第17圖中也示出了開關裝置1的一種實施方式，其是在第16圖中示出的開關裝置1中的兩個單向支路上分別串聯電阻R2、電阻R3得到的。
對於能量在電池E與儲能電路之間往復流動的實施方式，開關裝置1可以在一個週期或多個週期內的任意時間點關斷，開關裝置1的關斷時刻可以是任何時刻，例如流經開關裝置1的電流為正向/反向時、為零時/不為零時均可以實施關斷。根據所需要的關斷策略可以選擇開關裝置1的不同的實現形式，如果只需要實現正向電流流動時關斷，則選用例如第12圖、第14圖所示的開關裝置1的實現形式即可，如果需要實現正向電流和反向電流時均可以關斷，則需要選用如第13圖、第15圖所示的兩個單向支路均可控的開關裝置。
優選地，所述開關控制模組100用於在開關裝置1導通後流經開關裝置1的電流為零時或為零後控制開關裝置1關斷。更加優選地，所述開關控制模組100用於在開關裝置1導通後流經開關裝置1的電流為零時控制開關裝置1關斷，採用零時關斷對整個電路影響較小。
作為本發明的一種實施方式，可以通過將第一電荷記憶元件C1中的能量進行轉移和疊加來提高加熱電路的工作效率，也可以將第一電荷記憶元件C1中的一部分能量消耗掉之後，再將第一電荷記憶元件C1中的剩餘能量進行轉移和疊加。
因此，如第18圖所示，所述加熱電路還包括與所述第一電荷記憶元件C1連接的能量消耗單元，該能量消耗單元用於在開關裝置1導通再關斷時，對第一電荷記憶元件C1中的能量進行消耗。該能量消耗單元可以與以上包括能量僅從電池流向儲能電路和能量在電池與儲能電路之間往復流動的多種實施方式相結合。
根據一種實施方式，如第19圖所示，所述能量消耗單元包括電壓控制單元101，該電壓控制單元101與所述第一電荷記憶元件C1連接，用於在開關裝置1導通再關斷後、所述能量疊加和轉移單元進行能量轉移之前，將第一電荷記憶元件C1兩端的電壓值轉換成電壓設定值，或者在所述能量疊加和轉移單元進行能量轉移之後進行能量疊加之前，將第一電荷記憶元件C1兩端的電壓值轉換成電壓設定值。上述對第一電荷記憶元件C1中的能量進行消耗以及進行轉移和疊加的順序可以根據實際操作的需要進行設定，本發明不對此進行特別限定。所述電壓設定值可以根據實際操作的需要進行設定。
根據一種實施方式，如第19圖所示，所述電壓控制單元101包括第三阻尼元件R5和第六開關K8，所述第三阻尼元件R5和第六開關K8彼此串聯之後並聯在所述第一電荷記憶元件C1的兩端，所述開關控制模組100還與第六開關K8連接，所述開關控制模組100還用於在控制開關裝置1導通再關斷後控制第六開關K8導通。由此，第一電荷記憶元件C1中的能量可以通過第三阻尼元件R5進行消耗。
所述開關控制模組100可以為一個單獨的控制器，通過對其內部程式的設置，可以實現對不同的外接開關的通斷控制，所述開關控制模組100也可以為多個控制器，例如針對每一個外接開關設置對應的開關控制模組100，所述多個開關控制模組100也可以集成為一體，本發明不對開關控制模組100的實現形式作出任何限定。
下面結合第20圖-第23圖對電池E的加熱電路的實施方式的工作方式進行簡單介紹。需要注意的是，雖然本發明的特徵和元素參考第20圖-第23圖以特定的結合進行了描述，但每個特徵或元素可以在沒有其他特徵和元素的情況下單獨使用，或在與或不與其他特徵和元素結合的各種情況下使用。本發明提供的電池E的加熱電路的實施方式並不限於第20圖-第23圖所示的實現方式。另外，所示的波形圖中的網格部分表示在該段時間內可以多次對開關施加驅動脈衝，並且脈衝的寬度可以根據需要進行調節。
在如第20圖所示的電池E的加熱電路中，使用第二開關K1和第二單向半導體元件D1構成開關裝置1，儲能電路包括第一電流記憶元件L1和第一電荷記憶元件C1，第一阻尼元件R1和開關裝置1與所述儲能電路串聯，DC-DC模組4構成將第一電荷記憶元件C1中的能量轉移回電池E並且之後將第一電荷記憶元件C1極性反轉以在下一充放電週期與電池E的能量進行疊加的能量疊加和轉移單元，開關控制模組100可以控制第二開關K1的導通和關斷以及DC-DC模組4的工作與否。第21圖為與第20圖的加熱電路對應的波形時序圖，其中，VC1 指的是第一電荷記憶元件C1的電壓值，I主 指的是流經第二開關K1的電流的電流值。第20圖中的加熱電路的工作過程如下：
a）當需要對電池E進行加熱時，開關控制模組100控制第二開關K1導通，電池E通過第二開關K1、第二單向半導體元件D1和第一電荷記憶元件C1組成的回路放電，如第21圖中所示的t1時間段；開關控制模組100在流經第二開關K1的電流為零時控制第二開關K1關斷，如第21圖中所示的t2時間段；
b）當第二開關K1關斷後，開關控制模組100控制DC-DC模組4工作，第一電荷記憶元件C1通過DC-DC模組4將一部分交流電轉化為直流電輸出到電池E中，實現電量回灌，如第21圖中所示的t2時間段；
c）開關控制模組100控制DC-DC模組4工作，對第一電荷記憶元件C1進行電壓極性反轉，之後控制DC-DC模組4停止工作，如第21圖中所示的t3時間段；
d）重複步驟a）至c），電池E不斷通過放電實現加熱，直至電池E達到停止加熱條件為止。
在如第22圖所示的電池E的加熱電路中，使用相互串聯的第四開關K6、第五單向半導體元件D11（第一單向支路）以及相互串聯的第五開關K7、第六單向半導體元件D12（第二單向支路）構成開關裝置1，儲能電路包括第一電流記憶元件L1和第一電荷記憶元件C1，第一阻尼元件R1和開關裝置1與所述儲能電路串聯，DC-DC模組4構成將第一電荷記憶元件C1中的能量轉移回電池E並且之後將第一電荷記憶元件C1極性反轉以在下一充放電週期與電池E的能量進行疊加的能量疊加和轉移單元，開關控制模組100可以控制第四開關K6、第五開關K7的導通和關斷以及DC-DC模組4的工作與否。第23圖為與第22圖的加熱電路對應的波形時序圖，其中，VC1 指的是第一電荷記憶元件C1的電壓值，I主 指的是流經第二開關K1的電流的電流值。第22圖所示的加熱電路的工作過程如下：
a）開關控制模組100控制第四開關K6、第五開關K7導通，儲能電路開始工作，如第23圖所示的t1時間段，電池E通過第四開關K6、第五單向半導體元件D11、第一電荷記憶元件C1進行正向放電（如第23圖中的t1時間段所示），並且通過第一電荷記憶元件C1、第五開關K7、第六單向半導體元件D12反向充電（如第23圖中的t2時間段所示）；
b）開關控制模組100控制第四開關K6、第五開關K7在反向電流為零時關斷；
c）開關控制模組100控制DC-DC模組4工作，第一電荷記憶元件C1通過DC-DC模組4將交流電轉化為直流電輸出到電池E中，實現電量回灌，然後DC-DC模組4將第一電荷記憶元件C1的極性反轉，在C1極性反轉之後控制DC-DC模組4停止工作，如第23圖中所示的t3、t4時間段；
d）重複步驟a）至c），電池E不斷通過放電實現加熱，直至電池E達到停止加熱條件為止。
本發明提供的加熱電路能夠提高電池的充放電性能，並且在該加熱電路中，儲能電路與電池串聯，當給電池加熱時，由於串聯的電荷記憶元件的存在，能夠避免開關裝置失效短路引起的安全性問題，能夠有效地保護電池。同時，由於本發明提供的加熱電路中，能量疊加和轉移單元能夠在開關裝置關斷後將儲能電路中的能量轉移至儲能元件中，之後將儲能電路中的剩餘能量與電池中的能量進行疊加，因此還能提高加熱電路的工作效率，同時實現對能量的回收利用。
以上結合附圖詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明並不限於上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思範圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬於本發明的保護範圍。
另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特徵，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重複，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。
1‧‧‧開關裝置
2、3、4‧‧‧DC-DC模組
100‧‧‧開關控制模組
102‧‧‧極性反轉單元
103‧‧‧電量回灌單元
L1、L2、L3、L4‧‧‧電流記憶元件
R1、R4、R5‧‧‧阻尼元件
E‧‧‧電池
C1、C2、C3‧‧‧電荷記憶元件
S1~S6、Q1~Q6、K3、K4、K5‧‧‧雙向開關
T1、T2、T3、T4‧‧‧變壓器
D3、D4、D5、D6、D7、D8、D10、D11、D12、D13、D14‧‧‧單向半導體元件
J1、J2‧‧‧單刀雙擲開關
K1、K2、K6、K7、K8、K9‧‧‧開關
N1、N2‧‧‧節點
R2、R3、R6‧‧‧電阻
VC1‧‧‧第一電荷記憶元件C1的電壓值
I主‧‧‧流經第二開關K1的電流的電流值
t1~t3‧‧‧時間段
附圖是用來提供對本發明的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用於解釋本發明，但並不構成對本發明的限制。在附圖中：
第1圖為本發明提供的電池的加熱電路的示意圖；
第2圖為第1圖中的能量疊加和轉移單元的一種實施方式的示意圖；
第3圖為第2圖中的DC-DC模組的一種實施方式的示意圖；
第4圖為第1圖中的能量疊加和轉移單元的一種實施方式的示意圖；
第5圖為第4圖中的電量回灌單元的一種實施方式的示意圖；
第6圖為第4圖中的極性反轉單元的一種實施方式的示意圖；
第7圖為第4圖中的極性反轉單元的一種實施方式的示意圖；
第8圖為第4圖中的極性反轉單元的一種實施方式的示意圖；
第9圖為第8圖中的第一DC-DC模組的一種實施方式的示意圖；
第10圖為第1圖中的開關裝置的一種實施方式的示意圖；
第11圖為第1圖中的開關裝置的一種實施方式的示意圖；
第12圖為第1圖中的開關裝置的一種實施方式的示意圖；
第13圖為第1圖中的開關裝置的一種實施方式的示意圖；
第14圖為第1圖中的開關裝置的一種實施方式的示意圖；
第15圖為第1圖中的開關裝置的一種實施方式的示意圖；
第16圖為第1圖中的開關裝置的一種實施方式的示意圖；
第17圖為第1圖中的開關裝置的一種實施方式的示意圖；
第18圖為本發明提供的電池的加熱電路的一種實施方式的示意圖；
第19圖為第18圖中的能量消耗單元的一種實施方式的示意圖；
第20圖為本發明提供的電池的加熱電路的一種實施方式的示意圖；
第21圖為與第20圖的加熱電路所對應的波形時序圖；
第22圖為本發明提供的電池的加熱電路的一種實施方式的示意圖；以及
第23圖為與第22圖的加熱電路所對應的波形時序圖。
第1圖為本發明提供的電池的加熱電路的示意圖；
第2圖為第1圖中的能量疊加和轉移單元的一種實施方式的示意圖；
第3圖為第2圖中的DC-DC模組的一種實施方式的示意圖；
第4圖為第1圖中的能量疊加和轉移單元的一種實施方式的示意圖；
第5圖為第4圖中的電量回灌單元的一種實施方式的示意圖；
第6圖為第4圖中的極性反轉單元的一種實施方式的示意圖；
第7圖為第4圖中的極性反轉單元的一種實施方式的示意圖；
第8圖為第4圖中的極性反轉單元的一種實施方式的示意圖；
第9圖為第8圖中的第一DC-DC模組的一種實施方式的示意圖；
第10圖為第1圖中的開關裝置的一種實施方式的示意圖；
第11圖為第1圖中的開關裝置的一種實施方式的示意圖；
第12圖為第1圖中的開關裝置的一種實施方式的示意圖；
第13圖為第1圖中的開關裝置的一種實施方式的示意圖；
第14圖為第1圖中的開關裝置的一種實施方式的示意圖；
第15圖為第1圖中的開關裝置的一種實施方式的示意圖；
第16圖為第1圖中的開關裝置的一種實施方式的示意圖；
第17圖為第1圖中的開關裝置的一種實施方式的示意圖；
第18圖為本發明提供的電池的加熱電路的一種實施方式的示意圖；
第19圖為第18圖中的能量消耗單元的一種實施方式的示意圖；
第20圖為本發明提供的電池的加熱電路的一種實施方式的示意圖；
第21圖為與第20圖的加熱電路所對應的波形時序圖；
第22圖為本發明提供的電池的加熱電路的一種實施方式的示意圖；以及
第23圖為與第22圖的加熱電路所對應的波形時序圖。
1‧‧‧開關裝置
100‧‧‧開關控制模組
L1‧‧‧電流記憶元件
R1‧‧‧阻尼元件
E‧‧‧電池
C1‧‧‧電荷記憶元件
Claims (25)
- 一種電池的加熱電路，所述加熱電路包括：
開關裝置；
第一阻尼元件；
儲能電路，所述儲能電路與所述電池連接，所述儲能電路包括第一電流記憶元件和第一電荷記憶元件，所述第一阻尼元件、所述開關裝置、所述第一電流記憶元件和所述第一電荷記憶元件串聯；
開關控制模組，所述開關控制模組與所述開關裝置連接，用於控制所述開關裝置導通和關斷，以控制能量在所述電池與所述儲能電路之間的流動；以及，
能量疊加和轉移單元，所述能量疊加和轉移單元與所述儲能電路連接，用於在所述開關裝置導通再關斷後，將所述儲能電路中的能量轉移至儲能元件中，之後將所述儲能電路中的剩餘能量與所述電池中的能量進行疊加。 - 如申請專利範圍第1項所述的加熱電路，其中，所述第一阻尼元件為所述電池內部的寄生電阻，所述第一電流記憶元件為所述電池內部的寄生電感，或者，所述第一阻尼元件為外接電阻，所述第一電流記憶元件為外接電感，所述第一電荷記憶元件為電容。
- 如申請專利範圍第2項所述的加熱電路，其中，所述能量疊加和轉移單元包括DC-DC模組，所述DC-DC模組與所述第一電荷記憶元件和所述電池分別連接，所述開關控制模組還與所述DC-DC模組連接，用於通過控制所述DC-DC模組工作來將所述第一電荷記憶元件中的能量轉移至儲能元件中，之後將所述第一電荷記憶元件中的剩餘能量與所述電池中的能量進行疊加。
- 如申請專利範圍第2項所述的加熱電路，其中，所述能量疊加和轉移單元包括能量疊加單元和能量轉移單元，所述能量轉移單元與所述儲能電路連接，用於在所述開關裝置導通再關斷後，將所述儲能電路中的能量轉移至儲能元件中，所述能量疊加單元與所述儲能電路連接，用於在所述能量轉移單元進行能量轉移之後，將所述儲能電路中的剩餘能量與所述電池中的能量進行疊加。
- 如申請專利範圍第4項所述的加熱電路，其中，所述儲能元件為所述電池，所述能量轉移單元包括電量回灌單元，所述電量回灌單元與所述儲能電路連接，用於在所述開關裝置導通再關斷後，將所述儲能電路中的能量轉移至所述電池中。
- 如申請專利範圍第5項所述的加熱電路，其中，所述電量回灌單元包括第二DC-DC模組，所述第二DC-DC模組與所述第一電荷記憶元件和所述電池分別連接，所述開關控制模組還與所述第二DC-DC模組連接，用於通過控制所述第二DC-DC模組工作來將所述第一電荷記憶元件中的能量轉移到所述電池中。
- 如申請專利範圍第4項所述的加熱電路，其中，所述能量疊加單元包括極性反轉單元，所述極性反轉單元與所述儲能電路連接，用於在所述能量轉移單元進行能量轉移之後，對所述第一電荷記憶元件的電壓極性進行反轉。
- 如申請專利範圍第7項所述的加熱電路，其中，所述極性反轉單元包括第一單刀雙擲開關和第二單刀雙擲開關，所述第一單刀雙擲開關和所述第二單刀雙擲開關分別位於所述第一電荷記憶元件兩端，所述第一單刀雙擲開關的入線連接在所述儲能電路中，所述第一單刀雙擲開關的第一出線連接所述第一電荷記憶元件的第一極板，所述第一單刀雙擲開關的第二出線連接所述第一電荷記憶元件的第二極板，所述第二單刀雙擲開關的入線連接在所述儲能電路中，所述第二單刀雙擲開關的第一出線連接所述第一電荷記憶元件的第二極板，所述第二單刀雙擲開關的第二出線連接在所述第一電荷記憶元件的第一極板，所述開關控制模組還與所述第一單刀雙擲開關和所述第二單刀雙擲開關分別連接，用於通過改變所述第一單刀雙擲開關和所述第二單刀雙擲開關各自的入線和出線的連接關係來對所述第一電荷記憶元件的電壓極性進行反轉。
- 如申請專利範圍第7項所述的加熱電路，其中，所述極性反轉單元包括第一單向半導體元件、第二電流記憶元件以及第一開關，所述第一電荷記憶元件、所述第二電流記憶元件和所述第一開關順次串聯形成回路，所述第一單向半導體元件串聯在所述第一電荷記憶元件與所述第二電流記憶元件或所述第二電流記憶元件與所述第一開關之間，所述開關控制模組還與所述第一開關連接，用於通過控制所述第一開關導通來對所述第一電荷記憶元件的電壓極性進行反轉。
- 如申請專利範圍第7項所述的加熱電路，其中，所述極性反轉單元包括第一DC-DC模組和第二電荷記憶元件，所述第一DC-DC模組與所述第一電荷記憶元件和所述第二電荷記憶元件分別連接，所述開關控制模組還與所述第一DC-DC模組連接，用於通過控制所述第一DC-DC模組工作來將所述第一電荷記憶元件中的能量轉移至所述第二電荷記憶元件，再將所述第二電荷記憶元件中的能量反向轉移回所述第一電荷記憶元件，以實現對所述第一電荷記憶元件的電壓極性的反轉。
- 如申請專利範圍第2項所述的加熱電路，其中，所述開關控制模組用於控制所述開關裝置導通和關斷，以控制能量僅從所述電池流向所述儲能電路。
- 如申請專利範圍第11項所述的加熱電路，其中，所述開關裝置包括第二開關和第二單向半導體元件，所述第二開關和所述第二單向半導體元件彼此串聯之後串聯在所述儲能電路中，所述開關控制模組與所述第二開關連接，用於通過控制所述第二開關的導通和關斷來控制所述開關裝置導通和關斷。
- 如申請專利範圍第11項所述的加熱電路，其中，所述開關控制模組用於在所述開關裝置導通後流經所述開關裝置的電流為零時或為零前控制所述開關裝置關斷。
- 如申請專利範圍第13項所述的加熱電路，其中，所述開關控制模組用於在所述開關裝置導通後流經所述開關裝置的電流為零前控制所述開關裝置關斷，所述開關裝置包括第三單向半導體元件、第四單向半導體元件、第三開關、第二阻尼元件以及第三電荷記憶元件，所述第三單向半導體元件與所述第三開關順次串聯在所述儲能電路中，所述第二阻尼元件與所述第三電荷記憶元件串聯之後並聯在所述第三開關的兩端，所述第四單向半導體元件並聯在所述第二阻尼元件的兩端，用於在所述第三開關關斷時對所述第一電流記憶元件進行續流，所述開關控制模組與所述第三開關連接，用於通過控制所述第三開關的導通和關斷來控制所述開關裝置導通和關斷。
- 如申請專利範圍第2項所述的加熱電路，其中，所述開關控制模組用於控制所述開關裝置導通和關斷，以使得當所述開關裝置導通時，能量在所述電池與所述儲能電路之間往復流動。
- 如申請專利範圍第15項所述的加熱電路，其中，所述開關裝置為第一雙向開關。
- 如申請專利範圍第15項所述的加熱電路，其中，所述開關裝置包括用於實現能量從所述電池流向所述儲能電路的第一單向支路和用於實現能量從所述儲能電路流向所述電池的第二單向支路，所述開關控制模組與所述第一單向支路和所述第二單向支路中的一者或兩者分別連接，用於通過控制所連接的支路的導通和關斷來控制所述開關裝置導通和關斷。
- 如申請專利範圍第17項所述的加熱電路，其中，所述開關裝置包括第二雙向開關和第三雙向開關，所述第二雙向開關和所述第三雙向開關彼此反向串聯以構成所述第一單向支路和所述第二單向支路，所述開關控制模組與所述第二雙向開關和所述第三雙向開關分別連接，用於通過控制所述第二雙向開關和所述第三雙向開關的導通和關斷來控制所述第一單向支路和所述第二單向支路的導通和關斷。
- 如申請專利範圍第17項所述的加熱電路，其中，所述開關裝置包括第四開關、第五單向半導體元件以及第六單向半導體元件，所述第四開關和所述第五單向半導體元件彼此串聯以構成所述第一單向支路，所述第六單向半導體元件構成所述第二單向支路，所述開關控制模組與所述第四開關連接，用於通過控制所述第四開關的導通和關斷來控制所述第一單向支路的導通和關斷。
- 如申請專利範圍第19項所述的電池的加熱電路，其中，所述開關裝置還包括位於所述第二單向支路中的第五開關，所述第五開關與所述第六單向半導體元件串聯，所述開關控制模組還與所述第五開關連接，用於通過控制所述第五開關的導通和關斷來控制所述第二單向支路的導通和關斷。
- 如申請專利範圍第17項所述的加熱電路，其中，所述開關裝置還包括與所述第一單向支路和/或所述第二單向支路串聯的阻尼元件。
- 如申請專利範圍第15項所述的加熱電路，其中，所述開關控制模組用於在所述開關裝置導通後流經所述開關裝置的電流為零時或為零後控制所述開關裝置關斷。
- 如申請專利範圍第1-22項中任一項申請專利範圍所述的加熱電路，其中，所述加熱電路還包括與所述第一電荷記憶元件連接的能量消耗單元，所述能量消耗單元用於在所述開關裝置導通再關斷後、所述能量疊加和轉移單元進行能量轉移之前，對所述第一電荷記憶元件中的能量進行消耗，或者在所述能量疊加和轉移單元進行能量轉移之後進行能量疊加之前，對所述第一電荷記憶元件中的能量進行消耗。
- 如申請專利範圍第23項所述的加熱電路，其中，所述能量消耗單元包括電壓控制單元，所述電壓控制單元與所述第一電荷記憶元件連接，用於在所述開關裝置導通再關斷後、所述能量疊加和轉移單元進行能量轉移之前，將所述第一電荷記憶元件兩端的電壓值轉換成電壓設定值，或者在所述能量疊加和轉移單元進行能量轉移之後進行能量疊加之前，將所述第一電荷記憶元件兩端的電壓值轉換成電壓設定值。
- 如申請專利範圍第24項所述的加熱電路，其中，所述電壓控制單元包括第三阻尼元件和第六開關，所述第三阻尼元件和所述第六開關彼此串聯之後並聯在所述第一電荷記憶元件的兩端，所述開關控制模組還與所述第六開關連接，所述開關控制模組還用於在控制所述開關裝置導通再關斷後控制所述第六開關導通。
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