TWI433430B - 一種電池的加熱電路 - Google Patents
一種電池的加熱電路 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI433430B TWI433430B TW100143165A TW100143165A TWI433430B TW I433430 B TWI433430 B TW I433430B TW 100143165 A TW100143165 A TW 100143165A TW 100143165 A TW100143165 A TW 100143165A TW I433430 B TWI433430 B TW I433430B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- switching device
- battery
- current
- storage element
- charge storage
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y02E60/12—
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
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的話,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的話,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。
本發明提供了一種用於電池的加熱電路,其中,電池、阻尼元件、第一電流記憶元件、第一開關裝置以及第一電荷記憶元件相串聯,構成電池放電電路;第二電流記憶元件與第一單向半導體元件相串聯,由該相串聯的第二電流記憶元件與第一單向半導體元件構成的串聯電路並聯於所述第一開關裝置兩端,依次串聯的第一電荷記憶元件、第二電流記憶元件以及第一單向半導體元件構成電池回充電路;以及第二開關裝置並聯於相串聯的所述第一電荷記憶元件和第二電流記憶元件兩端,以與所述第二電流記憶元件一起構成所述第一電荷記憶元件的電壓調節及極性反轉電路。
本發明通過使得電池回充電路與電壓調節及極性反轉電路共用同一第二電流記憶元件,從而可節省元件。另外,通過對電壓調節及極性反轉電路中的第二開關裝置的控制,可在電池回充電路將第一電荷記憶元件中所存儲的電能部分回充至電池之後,使得第一電荷記憶元件中所存儲的剩餘電能進一步回充至電池,從而可靈活調整第一電荷記憶元件的電壓。
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。
本發明提供了一種用於電池的加熱電路,其中,電池、阻尼元件、第一電流記憶元件、第一開關裝置以及第一電荷記憶元件相串聯,構成電池放電電路;第二電流記憶元件與第一單向半導體元件相串聯,由該相串聯的第二電流記憶元件與第一單向半導體元件構成的串聯電路並聯於所述第一開關裝置兩端,依次串聯的第一電荷記憶元件、第二電流記憶元件以及第一單向半導體元件構成電池回充電路;以及第二開關裝置並聯於相串聯的所述第一電荷記憶元件和第二電流記憶元件兩端,以與所述第二電流記憶元件一起構成所述第一電荷記憶元件的電壓調節及極性反轉電路。
本發明通過使得電池回充電路與電壓調節及極性反轉電路共用同一第二電流記憶元件,從而可節省元件。另外,通過對電壓調節及極性反轉電路中的第二開關裝置的控制,可在電池回充電路將第一電荷記憶元件中所存儲的電能部分回充至電池之後,使得第一電荷記憶元件中所存儲的剩餘電能進一步回充至電池,從而可靈活調整第一電荷記憶元件的電壓。
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“開關裝置”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,例如可以為電阻等;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的電感值較小的理想電池時,阻尼元件R1指的是電池外接的阻尼元件;當“電池”為包含有內部寄生電阻和寄生電感的電池包時,阻尼元件R1既可以指電池外接的阻尼元件,也可以指電池包內部的寄生電阻。
在本發明的實施例中,為了保證電池的使用壽命,需要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。
在電池的實際應用中,隨著環境的改變,可以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。
第1圖為本發明第一實施方式的電池加熱電路的電路圖。如第1圖所示,本發明提供了一種電池的加熱電路,其中,電池E、阻尼元件R1、第一電流記憶元件L1、第一開關裝置DK1以及第一電荷記憶元件C1相串聯,構成電池放電電路;第二電流記憶元件L2與第一單向半導體元件D3相串聯,由該相串聯的第二電流記憶元件L2與第一單向半導體元件D3構成的串聯電路並聯於第一開關裝置DK1兩端,依次串聯的第一電荷記憶元件C1、第二電流記憶元件L2以及第一單向半導體元件D3構成電池回充電路;以及第二開關裝置DK2並聯於相串聯的第一電荷記憶元件C1和第二電流記憶元件L2兩端,以與第二電流記憶元件L2一起構成第一電荷記憶元件C1的電壓調節及極性反轉電路。
其中,阻尼元件R1和第一電流記憶元件L1可分別為電池E的寄生電阻和寄生電感。第一開關裝置DK1可包括相串聯的第一開關元件K1和第二單向半導體元件D1,第二開關裝置DK2可包括相串聯的第二開關元件K2和第三單向半導體元件D2。需要說明的是,上述單向半導體元件僅為本發明的優選實施方式,本發明並不限於此,其他可實現單嚮導通功能的元件亦適用於此,因此本領域技術人員可基於此思想對上述單向半導體元件進行等同的修改或變化以達到單嚮導通功能的效果,這些均應包含在本發明的保護之內。
其中,加熱電路還包括開關控制模組100,該開關控制模組100分別與第一開關裝置DK1和第二開關裝置DK2電連接,用於:控制第一開關裝置DK1導通,第二開關裝置DK2斷開,以使得電池E的電能充入第一電荷記憶元件C1中;在電池E的電能充入第一電荷記憶元件C1的過程中,當流經電池E的電流經正半週期為零時,控制第一開關裝置DK1斷開,以使得存儲於第一電荷記憶元件C1中的電能回充至電池E;在存儲於第一電荷記憶元件C1中的電能回充至電池E的過程中,當流經電池E的電流經負半週期為零時,控制第二開關裝置DK2導通,以使得存儲於第一電荷記憶元件C1中的電能充至第二電流記憶元件L2,再由該第二電流記憶元件L2將電能回充至第一電荷記憶元件C1;以及當流經電壓調節及極性反轉電路的電流經正半週期為零時,控制第二開關裝置DK2斷開,此時第一電荷記憶元件C1極性反轉。在該過程中,通過使電能於電池E、第一電荷記憶元件C1、第二電流記憶元件L2之間循環往復流動,可使得電流流經電池E,實現電池E的自加熱。
第2圖為第1圖所示的電池加熱電路的波形時序圖,以下參考第2圖具體描述上述開關控制模組100的控制,其中主回路電流I主 表示流經電池E的電流,VC1 表示第一電荷記憶元件C1的電壓,電壓調節及極性反轉電路電流I反表示流經電壓調節及極性反轉電路的電流,即流經第二開關裝置DK2的電流。首先,開關控制模組100控制第一開關裝置DK1導通,第二開關裝置DK2斷開,以使得電池E的電能充入第一電荷記憶元件C1中(參見第2圖中的時間段t1);之後,當流經電池E的電流經正半週期為零時,控制第一開關裝置DK1斷開,以使得存儲於第一電荷記憶元件C1中的電能回充至電池E(參見第2圖中的時間段t2);之後,當流經電池E的電流經負半週期為零時(此時,表示第一電荷記憶元件C1的電壓與電池E的電壓持平,已無法將該第一電荷記憶元件C1內所存儲的電能充入電池E),控制第二開關裝置DK2導通,以使得第一電荷記憶元件C1中的電能充至第二電流記憶元件L2,再由該第二電流記憶元件L2將電能回充至第一電荷記憶元件C1(參見第2圖中的時間段t3);當流經電壓調節及極性反轉電路的電流經負半週期為零時,表示第一電荷記憶元件C1極性反轉完成,控制第二開關裝置DK2斷開。之後,可控制第一開關裝置DK1導通,以迴圈執行以上操作,藉此使得電流不斷流經電池E,實現電池加熱。
優選地,在開關控制模組10還用於:當流經電壓調節及極性反轉電路的電流達到第一電流設定值時,控制第二開關裝置DK2斷開,以使得存儲於第二電流記憶元件L2的電能續流至電池E;以及步驟c2):當流經電壓調節及極性反轉電路的電流達到第二電流設定值時,控制第二開關裝置DK2導通,以使得第一電荷記憶元件C1中的電能充至第二電流記憶元件L2,第二電流預定值小於第一電流預定值,迴圈執行以上操作,直至第一電荷記憶元件C1的電壓達到電壓設定值為止。藉此,可靈活的控制第一電荷記憶元件C1的電壓,使其可到達位於電池E的電壓之下的電壓值。第一電流設定值的設置亦可實現對步驟c2)中續流流經電池E的電流的控制,使得續流回充至電池E的電流不至於過大,損壞電池。
第3圖為第1圖所示的電池加熱電路的另一波形時序圖,其中,電流IL2 表示流經第二電流記憶元件L2的電流,電壓VC1 表示第一電荷記憶元件C1的電壓。如第3圖所示,時段t0-t8表示了第一電荷記憶元件C1中的電能通過電池回充電路回充至電池E的過程,在該過程結束之後,第一電荷記憶元件C1的電壓等於電池E的電壓,此時已無法實現第一電荷記憶元件C1至電池E的能量回充。之後,開關控制模組100導通第二開關裝置DK2,存儲於第一電荷記憶元件C1的能量開始通過電壓調節及極性反轉電路而存儲於第一電流記憶元件L1中,當流經電壓調節及極性反轉電路的電流達到第一電流設定值時,開關控制模組100控制第二開關裝置DK2斷開,以使得存儲於第二電流記憶元件L2的電能續流至電池E(參見第3圖中的時段t9-t10)。之後,當流經電壓調節及極性反轉電路的電流達到第二電流設定值時,控制第二開關裝置DK2導通,以使得第一電荷記憶元件C1中的電能繼續充至第二電流記憶元件L2(參見第3圖中的時段t10-t11)。重複上述過程,可不斷降低第一電荷記憶元件C1的電壓,直至達到所期望達到的電壓為止。注意,為方便起見,在第3圖以及以下第5圖中,均以流經第二電流記憶元件L2的電流代表了不同時期流經電池回充電路的電流以及流經電壓調節及極性反轉電路的電流。
第4圖為本發明第二實施方式的電池加熱電路的電路圖。如第4圖所示,該加熱電路還包括第三開關裝置DK4和第四開關裝置DK5,該第四開關裝置DK5位於第一電荷記憶元件C1至第二電流記憶元件L2的通路中,該第三開關裝置DK4並聯於第一電荷記憶元件C1兩端,以作續流之用。可于流經電池回充電路的電流達到第一電流設定值時,控制該第四開關裝置DK5斷開,第三開關裝置DK4導通,從而減小主回路回充電流,避免大的主回路回充電流損壞電池E,使得存儲於第二電流記憶元件L2的電能續流至電池E。在流經電池回充電路的電流減小至第二電流設定值時,可斷開第三開關裝置DK4,導通第四開關裝置DK5,使得存儲於第一電荷記憶元件C1的電能再次經第二電流記憶元件L2回充至電池E。重複上述操作,直至第一電荷記憶元件C1的電壓小於或等於電池E的電壓為止。
本發明第二實施方式的加熱電路可包括開關控制模組100,該開關控制模組100分別與第三開關裝置DK4和第四開關裝置DK5電連接,用於執行以下操作:當流經電池回充電路的電流達到第一電流設定值時,控制第四開關裝置DK5斷開,第三開關裝置DK4導通,以使得存儲於第二電流記憶元件L2的電能續流至電池E;以及當流經電池回充電路的電流達到第二電流設定值時,控制第三開關裝置DK4斷開,第四開關裝置DK5導通,以使得存儲於第一電荷記憶元件C1中的電能繼續經第二電流記憶元件L2充至電池E,迴圈執行以上操作,直至第一電荷記憶元件C1的電壓小於或等於電池E的電壓為止。
第5圖為第4圖所示的電池加熱電路的波形時序圖,其中,電流IL2 表示流經第二電流記憶元件L2的電流,電壓VC1 表示第一電荷記憶元件C1的電壓。如第5圖中的時段t0-t8所示,當流經電池回充電路的電流達到第一電流設定值時,開關控制模組100控制第四開關裝置DK5斷開,第三開關裝置DK4導通,以使得存儲於第二電流記憶元件L2的電能經第三開關裝置DK4續流至電池E(參見第5圖中的時段t1-t2、t3-t4、t5-t6以及t7-t8);以及當流經電池回充電路的電流達到第二電流設定值時,開關控制模組100控制第三開關裝置DK4斷開,第四開關裝置DK5導通,以使得存儲於第一電荷記憶元件C1中的電能經第二電流記憶元件L2充至電池E(參見第5圖中的時刻t2-t3、t4-t5以及t6-t7)。在此,通過利用第三開關裝置DK4的續流作用,可保證回充至電池E的電流小於第一電流設定值,避免大的回充電流損壞電池E。
第6圖為本發明第三實施方式的電池加熱電路的電路圖。該加熱電路還可包括第二電荷記憶元件C2以及與該第二電荷記憶元件C2相對應的第五開關裝置DK6和第六開關裝置DK7,電池E、阻尼元件R1、第二電流記憶元件L2、第五開關裝置DK6以及第二電荷記憶元件C2相串聯,構成另一電池放電電路;相串聯的第二電流記憶元件L2和第一單向半導體元件D3還並聯在第五開關裝置DK6兩端,以使得依次串聯的第二電荷記憶元件C2、第二電流記憶元件L2以及第一單向半導體元件D3構成另一電池回充電路,且第六開關裝置DK7位於第二電荷記憶元件C2至第二電流記憶元件L2的通路上。在此,採用了一個或多個與第一電荷記憶元件C1相類似配置的第二電荷記憶元件C2,第一電荷記憶元件C1和C2可分不同的時段將其所存儲的能量經由第二電流記憶元件L2回充至電池E,從而減小了第二電流記憶元件L2的儲能負擔,採用小的第二電流記憶元件L2亦可滿足本電池加熱電路。
其中,發明第三實施方式的電池加熱電路還可包括開關控制模組100,該開關控制模組100分別與第一開關裝置DK1、第二開關裝置DK2、第三開關裝置DK4、第四開關裝置DK5、第五開關裝置DK6和第六開關裝置DK7電連接,用於對該第一開關裝置DK1、第二開關裝置DK2、第三開關裝置DK4、第四開關裝置DK5、第五開關裝置DK6和第六開關裝置DK7的通斷進行控制,以使得第二電荷記憶元件C2和第一電荷記憶元件C1被同時充電,並分時放電和極性反轉。
第7圖為第6圖所示的電池加熱電路的波形時序圖,其中,電壓VC1 表示第一電荷記憶元件C1的電壓,電壓VC2 表示第二電荷記憶元件C2的電壓。下面參考第7圖描述本發明第三實施方式的電池加熱電路的操作。開關控制模組100控制第一開關裝置DK1導通,電池E中的電能存入第一電荷記憶元件C1和C2中(參見第7圖中的時段t1)。當主回路電流I主 經正半週期為零時,斷開第一開關裝置DK1,導通第四開關裝置DK5,使得存儲於第一電荷記憶元件C1的電能經第二電流記憶元件L2回充至電池E,期間為防止大的回充電流損壞電池,可控制第三開關裝置DK4導通,間歇性的導通和關斷第四開關裝置DK5,以實現限流續流的目的(參見第7圖中的時段t2)。在下一時段t3,可對第六開關裝置DK7執行與類似於第四開關裝置DK5的操作,以實現存儲於第二電荷記憶元件C2的電能回充至電池E的回充以及限流續流。在時段t4,開關控制模組100控制第二開關裝置DK2和第四開關裝置DK5導通,以實現第一電荷記憶元件C1的極性反轉;之後,控制第四開關裝置DK5斷開,開關裝置DK3導通,以實現電壓儲能元件C2的極性反轉。t1至t4構成了一完整的週期T,重複以上操作,可使得電流不斷流經電池E,以實現電池自加熱。
需要說明的是,上述說明中所提及的開關裝置均可由單向半導體元件和開關元件構成,例如,開關裝置DK3由第一單向半導體元件D3和開關元件K3構成,於此不再對第三開關裝置DK4、第四開關裝置DK5、第五開關裝置DK6和第六開關裝置DK7進行一一說明。然而,雖然附圖中所示的開關裝置均由單向半導體元件和開關元件構成,為單向開關,但本領域技術人員可以預見,只要時序控制合適(例如,可依照第2圖、第3圖、第5圖以及第7圖所示的時序圖進行控制),開關裝置為雙向開關亦可實現本發明的目的。至於第2圖、第5圖以及第7圖所示的時序圖的網格部分,僅是針對開關裝置由單向半導體元件和開關元件構成的情形而言的,在此情形下,對構成開關裝置的開關元件的導通和關斷控制可於第2圖、第5圖以及第7圖中所示的網格區段進行。
另外,在第6圖中,第五開關裝置DK6與第一開關裝置DK1共用了同一第一開關元件K1,以節省元件。以上所出現的“第一電流設定值”和“第二電流設定值”應根據電池E以及加熱電路中其他元器件/元件可承受的電流來設定,該值的設定應同時兼顧加熱效率以及不對電池E造成損害,同時還可考慮加熱電路的體積、重量和成本。“電壓設定值”可為所期望的任意電壓值。
本發明具備以下優點:(1)電池回充電路與電壓調節及極性反轉電路共用同一第二電流記憶元件L2,可節省元件;(2)可通過對第二開關裝置DK2進行控制,將第一電荷記憶元件C1的電壓調至電池E的電壓之下的任意電壓水準,實現第一電荷記憶元件C1的電壓的靈活控制;以及(3)通過配置第一電荷記憶元件C1以及一個或多個與該第一電荷記憶元件C1相類似配置的第二電荷記憶元件C2,可減少第二電流記憶元件L2的儲能負擔,採用小的第二電流記憶元件L2即可滿足本發明的電池加熱電路。
雖然本發明已通過上述實施例所公開,然而上述實施例並非用以限定本發明,任何本發明所屬技術領域中技術人員,在不脫離本發明的精神和範圍內,應當可以作各種的變動與修改。因此本發明的保護範圍應當以所附申請專利範圍所界定的範圍為準。
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“開關裝置”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,例如可以為電阻等;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的電感值較小的理想電池時,阻尼元件R1指的是電池外接的阻尼元件;當“電池”為包含有內部寄生電阻和寄生電感的電池包時,阻尼元件R1既可以指電池外接的阻尼元件,也可以指電池包內部的寄生電阻。
在本發明的實施例中,為了保證電池的使用壽命,需要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。
在電池的實際應用中,隨著環境的改變,可以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。
第1圖為本發明第一實施方式的電池加熱電路的電路圖。如第1圖所示,本發明提供了一種電池的加熱電路,其中,電池E、阻尼元件R1、第一電流記憶元件L1、第一開關裝置DK1以及第一電荷記憶元件C1相串聯,構成電池放電電路;第二電流記憶元件L2與第一單向半導體元件D3相串聯,由該相串聯的第二電流記憶元件L2與第一單向半導體元件D3構成的串聯電路並聯於第一開關裝置DK1兩端,依次串聯的第一電荷記憶元件C1、第二電流記憶元件L2以及第一單向半導體元件D3構成電池回充電路;以及第二開關裝置DK2並聯於相串聯的第一電荷記憶元件C1和第二電流記憶元件L2兩端,以與第二電流記憶元件L2一起構成第一電荷記憶元件C1的電壓調節及極性反轉電路。
其中,阻尼元件R1和第一電流記憶元件L1可分別為電池E的寄生電阻和寄生電感。第一開關裝置DK1可包括相串聯的第一開關元件K1和第二單向半導體元件D1,第二開關裝置DK2可包括相串聯的第二開關元件K2和第三單向半導體元件D2。需要說明的是,上述單向半導體元件僅為本發明的優選實施方式,本發明並不限於此,其他可實現單嚮導通功能的元件亦適用於此,因此本領域技術人員可基於此思想對上述單向半導體元件進行等同的修改或變化以達到單嚮導通功能的效果,這些均應包含在本發明的保護之內。
其中,加熱電路還包括開關控制模組100,該開關控制模組100分別與第一開關裝置DK1和第二開關裝置DK2電連接,用於:控制第一開關裝置DK1導通,第二開關裝置DK2斷開,以使得電池E的電能充入第一電荷記憶元件C1中;在電池E的電能充入第一電荷記憶元件C1的過程中,當流經電池E的電流經正半週期為零時,控制第一開關裝置DK1斷開,以使得存儲於第一電荷記憶元件C1中的電能回充至電池E;在存儲於第一電荷記憶元件C1中的電能回充至電池E的過程中,當流經電池E的電流經負半週期為零時,控制第二開關裝置DK2導通,以使得存儲於第一電荷記憶元件C1中的電能充至第二電流記憶元件L2,再由該第二電流記憶元件L2將電能回充至第一電荷記憶元件C1;以及當流經電壓調節及極性反轉電路的電流經正半週期為零時,控制第二開關裝置DK2斷開,此時第一電荷記憶元件C1極性反轉。在該過程中,通過使電能於電池E、第一電荷記憶元件C1、第二電流記憶元件L2之間循環往復流動,可使得電流流經電池E,實現電池E的自加熱。
第2圖為第1圖所示的電池加熱電路的波形時序圖,以下參考第2圖具體描述上述開關控制模組100的控制,其中主回路電流I主 表示流經電池E的電流,VC1 表示第一電荷記憶元件C1的電壓,電壓調節及極性反轉電路電流I反表示流經電壓調節及極性反轉電路的電流,即流經第二開關裝置DK2的電流。首先,開關控制模組100控制第一開關裝置DK1導通,第二開關裝置DK2斷開,以使得電池E的電能充入第一電荷記憶元件C1中(參見第2圖中的時間段t1);之後,當流經電池E的電流經正半週期為零時,控制第一開關裝置DK1斷開,以使得存儲於第一電荷記憶元件C1中的電能回充至電池E(參見第2圖中的時間段t2);之後,當流經電池E的電流經負半週期為零時(此時,表示第一電荷記憶元件C1的電壓與電池E的電壓持平,已無法將該第一電荷記憶元件C1內所存儲的電能充入電池E),控制第二開關裝置DK2導通,以使得第一電荷記憶元件C1中的電能充至第二電流記憶元件L2,再由該第二電流記憶元件L2將電能回充至第一電荷記憶元件C1(參見第2圖中的時間段t3);當流經電壓調節及極性反轉電路的電流經負半週期為零時,表示第一電荷記憶元件C1極性反轉完成,控制第二開關裝置DK2斷開。之後,可控制第一開關裝置DK1導通,以迴圈執行以上操作,藉此使得電流不斷流經電池E,實現電池加熱。
優選地,在開關控制模組10還用於:當流經電壓調節及極性反轉電路的電流達到第一電流設定值時,控制第二開關裝置DK2斷開,以使得存儲於第二電流記憶元件L2的電能續流至電池E;以及步驟c2):當流經電壓調節及極性反轉電路的電流達到第二電流設定值時,控制第二開關裝置DK2導通,以使得第一電荷記憶元件C1中的電能充至第二電流記憶元件L2,第二電流預定值小於第一電流預定值,迴圈執行以上操作,直至第一電荷記憶元件C1的電壓達到電壓設定值為止。藉此,可靈活的控制第一電荷記憶元件C1的電壓,使其可到達位於電池E的電壓之下的電壓值。第一電流設定值的設置亦可實現對步驟c2)中續流流經電池E的電流的控制,使得續流回充至電池E的電流不至於過大,損壞電池。
第3圖為第1圖所示的電池加熱電路的另一波形時序圖,其中,電流IL2 表示流經第二電流記憶元件L2的電流,電壓VC1 表示第一電荷記憶元件C1的電壓。如第3圖所示,時段t0-t8表示了第一電荷記憶元件C1中的電能通過電池回充電路回充至電池E的過程,在該過程結束之後,第一電荷記憶元件C1的電壓等於電池E的電壓,此時已無法實現第一電荷記憶元件C1至電池E的能量回充。之後,開關控制模組100導通第二開關裝置DK2,存儲於第一電荷記憶元件C1的能量開始通過電壓調節及極性反轉電路而存儲於第一電流記憶元件L1中,當流經電壓調節及極性反轉電路的電流達到第一電流設定值時,開關控制模組100控制第二開關裝置DK2斷開,以使得存儲於第二電流記憶元件L2的電能續流至電池E(參見第3圖中的時段t9-t10)。之後,當流經電壓調節及極性反轉電路的電流達到第二電流設定值時,控制第二開關裝置DK2導通,以使得第一電荷記憶元件C1中的電能繼續充至第二電流記憶元件L2(參見第3圖中的時段t10-t11)。重複上述過程,可不斷降低第一電荷記憶元件C1的電壓,直至達到所期望達到的電壓為止。注意,為方便起見,在第3圖以及以下第5圖中,均以流經第二電流記憶元件L2的電流代表了不同時期流經電池回充電路的電流以及流經電壓調節及極性反轉電路的電流。
第4圖為本發明第二實施方式的電池加熱電路的電路圖。如第4圖所示,該加熱電路還包括第三開關裝置DK4和第四開關裝置DK5,該第四開關裝置DK5位於第一電荷記憶元件C1至第二電流記憶元件L2的通路中,該第三開關裝置DK4並聯於第一電荷記憶元件C1兩端,以作續流之用。可于流經電池回充電路的電流達到第一電流設定值時,控制該第四開關裝置DK5斷開,第三開關裝置DK4導通,從而減小主回路回充電流,避免大的主回路回充電流損壞電池E,使得存儲於第二電流記憶元件L2的電能續流至電池E。在流經電池回充電路的電流減小至第二電流設定值時,可斷開第三開關裝置DK4,導通第四開關裝置DK5,使得存儲於第一電荷記憶元件C1的電能再次經第二電流記憶元件L2回充至電池E。重複上述操作,直至第一電荷記憶元件C1的電壓小於或等於電池E的電壓為止。
本發明第二實施方式的加熱電路可包括開關控制模組100,該開關控制模組100分別與第三開關裝置DK4和第四開關裝置DK5電連接,用於執行以下操作:當流經電池回充電路的電流達到第一電流設定值時,控制第四開關裝置DK5斷開,第三開關裝置DK4導通,以使得存儲於第二電流記憶元件L2的電能續流至電池E;以及當流經電池回充電路的電流達到第二電流設定值時,控制第三開關裝置DK4斷開,第四開關裝置DK5導通,以使得存儲於第一電荷記憶元件C1中的電能繼續經第二電流記憶元件L2充至電池E,迴圈執行以上操作,直至第一電荷記憶元件C1的電壓小於或等於電池E的電壓為止。
第5圖為第4圖所示的電池加熱電路的波形時序圖,其中,電流IL2 表示流經第二電流記憶元件L2的電流,電壓VC1 表示第一電荷記憶元件C1的電壓。如第5圖中的時段t0-t8所示,當流經電池回充電路的電流達到第一電流設定值時,開關控制模組100控制第四開關裝置DK5斷開,第三開關裝置DK4導通,以使得存儲於第二電流記憶元件L2的電能經第三開關裝置DK4續流至電池E(參見第5圖中的時段t1-t2、t3-t4、t5-t6以及t7-t8);以及當流經電池回充電路的電流達到第二電流設定值時,開關控制模組100控制第三開關裝置DK4斷開,第四開關裝置DK5導通,以使得存儲於第一電荷記憶元件C1中的電能經第二電流記憶元件L2充至電池E(參見第5圖中的時刻t2-t3、t4-t5以及t6-t7)。在此,通過利用第三開關裝置DK4的續流作用,可保證回充至電池E的電流小於第一電流設定值,避免大的回充電流損壞電池E。
第6圖為本發明第三實施方式的電池加熱電路的電路圖。該加熱電路還可包括第二電荷記憶元件C2以及與該第二電荷記憶元件C2相對應的第五開關裝置DK6和第六開關裝置DK7,電池E、阻尼元件R1、第二電流記憶元件L2、第五開關裝置DK6以及第二電荷記憶元件C2相串聯,構成另一電池放電電路;相串聯的第二電流記憶元件L2和第一單向半導體元件D3還並聯在第五開關裝置DK6兩端,以使得依次串聯的第二電荷記憶元件C2、第二電流記憶元件L2以及第一單向半導體元件D3構成另一電池回充電路,且第六開關裝置DK7位於第二電荷記憶元件C2至第二電流記憶元件L2的通路上。在此,採用了一個或多個與第一電荷記憶元件C1相類似配置的第二電荷記憶元件C2,第一電荷記憶元件C1和C2可分不同的時段將其所存儲的能量經由第二電流記憶元件L2回充至電池E,從而減小了第二電流記憶元件L2的儲能負擔,採用小的第二電流記憶元件L2亦可滿足本電池加熱電路。
其中,發明第三實施方式的電池加熱電路還可包括開關控制模組100,該開關控制模組100分別與第一開關裝置DK1、第二開關裝置DK2、第三開關裝置DK4、第四開關裝置DK5、第五開關裝置DK6和第六開關裝置DK7電連接,用於對該第一開關裝置DK1、第二開關裝置DK2、第三開關裝置DK4、第四開關裝置DK5、第五開關裝置DK6和第六開關裝置DK7的通斷進行控制,以使得第二電荷記憶元件C2和第一電荷記憶元件C1被同時充電,並分時放電和極性反轉。
第7圖為第6圖所示的電池加熱電路的波形時序圖,其中,電壓VC1 表示第一電荷記憶元件C1的電壓,電壓VC2 表示第二電荷記憶元件C2的電壓。下面參考第7圖描述本發明第三實施方式的電池加熱電路的操作。開關控制模組100控制第一開關裝置DK1導通,電池E中的電能存入第一電荷記憶元件C1和C2中(參見第7圖中的時段t1)。當主回路電流I主 經正半週期為零時,斷開第一開關裝置DK1,導通第四開關裝置DK5,使得存儲於第一電荷記憶元件C1的電能經第二電流記憶元件L2回充至電池E,期間為防止大的回充電流損壞電池,可控制第三開關裝置DK4導通,間歇性的導通和關斷第四開關裝置DK5,以實現限流續流的目的(參見第7圖中的時段t2)。在下一時段t3,可對第六開關裝置DK7執行與類似於第四開關裝置DK5的操作,以實現存儲於第二電荷記憶元件C2的電能回充至電池E的回充以及限流續流。在時段t4,開關控制模組100控制第二開關裝置DK2和第四開關裝置DK5導通,以實現第一電荷記憶元件C1的極性反轉;之後,控制第四開關裝置DK5斷開,開關裝置DK3導通,以實現電壓儲能元件C2的極性反轉。t1至t4構成了一完整的週期T,重複以上操作,可使得電流不斷流經電池E,以實現電池自加熱。
需要說明的是,上述說明中所提及的開關裝置均可由單向半導體元件和開關元件構成,例如,開關裝置DK3由第一單向半導體元件D3和開關元件K3構成,於此不再對第三開關裝置DK4、第四開關裝置DK5、第五開關裝置DK6和第六開關裝置DK7進行一一說明。然而,雖然附圖中所示的開關裝置均由單向半導體元件和開關元件構成,為單向開關,但本領域技術人員可以預見,只要時序控制合適(例如,可依照第2圖、第3圖、第5圖以及第7圖所示的時序圖進行控制),開關裝置為雙向開關亦可實現本發明的目的。至於第2圖、第5圖以及第7圖所示的時序圖的網格部分,僅是針對開關裝置由單向半導體元件和開關元件構成的情形而言的,在此情形下,對構成開關裝置的開關元件的導通和關斷控制可於第2圖、第5圖以及第7圖中所示的網格區段進行。
另外,在第6圖中,第五開關裝置DK6與第一開關裝置DK1共用了同一第一開關元件K1,以節省元件。以上所出現的“第一電流設定值”和“第二電流設定值”應根據電池E以及加熱電路中其他元器件/元件可承受的電流來設定,該值的設定應同時兼顧加熱效率以及不對電池E造成損害,同時還可考慮加熱電路的體積、重量和成本。“電壓設定值”可為所期望的任意電壓值。
本發明具備以下優點:(1)電池回充電路與電壓調節及極性反轉電路共用同一第二電流記憶元件L2,可節省元件;(2)可通過對第二開關裝置DK2進行控制,將第一電荷記憶元件C1的電壓調至電池E的電壓之下的任意電壓水準,實現第一電荷記憶元件C1的電壓的靈活控制;以及(3)通過配置第一電荷記憶元件C1以及一個或多個與該第一電荷記憶元件C1相類似配置的第二電荷記憶元件C2,可減少第二電流記憶元件L2的儲能負擔,採用小的第二電流記憶元件L2即可滿足本發明的電池加熱電路。
雖然本發明已通過上述實施例所公開,然而上述實施例並非用以限定本發明,任何本發明所屬技術領域中技術人員,在不脫離本發明的精神和範圍內,應當可以作各種的變動與修改。因此本發明的保護範圍應當以所附申請專利範圍所界定的範圍為準。
100‧‧‧開關控制模組
C1‧‧‧電荷記憶元件
L1‧‧‧第一電流記憶元件
R1‧‧‧阻尼元件
E‧‧‧電池
L2‧‧‧第二電流記憶元件
D1‧‧‧第二單向半導體元件
D2‧‧‧第三單向半導體元件
D3‧‧‧第一單向半導體元件
DK1‧‧‧第一開關裝置
DK2‧‧‧第二開關裝置
DK4‧‧‧第三開關裝置
DK5‧‧‧第四開關裝置
K1‧‧‧第一開關元件
K2‧‧‧第二開關元件
C2‧‧‧第二電荷記憶元件
DK6‧‧‧第五開關裝置
DK7‧‧‧第六開關裝置
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圖為本發明第一實施方式的電池加熱電路的電路圖;
第2圖為第1圖所示的電池加熱電路的波形時序圖;
第3圖為第1圖所示的電池加熱電路的另一波形時序圖;
第4圖為本發明第二實施方式的電池加熱電路的電路圖;
第5圖為第4圖所示的電池加熱電路的波形時序圖;
第6圖為本發明第三實施方式的電池加熱電路的電路圖;以及
第7圖為第6圖所示的電池加熱電路的波形時序圖。
第1圖為本發明第一實施方式的電池加熱電路的電路圖;
第2圖為第1圖所示的電池加熱電路的波形時序圖;
第3圖為第1圖所示的電池加熱電路的另一波形時序圖;
第4圖為本發明第二實施方式的電池加熱電路的電路圖;
第5圖為第4圖所示的電池加熱電路的波形時序圖;
第6圖為本發明第三實施方式的電池加熱電路的電路圖;以及
第7圖為第6圖所示的電池加熱電路的波形時序圖。
100‧‧‧開關控制模組
C1‧‧‧電荷記憶元件
L1‧‧‧第一電流記憶元件
R1‧‧‧阻尼元件
E‧‧‧電池
L2‧‧‧第二電流記憶元件
D1‧‧‧第二單向半導體元件
D2‧‧‧第三單向半導體元件
D3‧‧‧第一單向半導體元件
DK1‧‧‧第一開關裝置
DK2‧‧‧第二開關裝置
K1‧‧‧第一開關元件
K2‧‧‧第二開關元件
Claims (9)
- 一種電池的加熱電路,其特徵在於,包括:
電池、阻尼元件、第一電流記憶元件、第一開關裝置以及第一電荷記憶元件相串聯,構成電池放電電路;
第二電流記憶元件與第一單向半導體元件相串聯,由所述相串聯的第二電流記憶元件與第一單向半導體元件構成的串聯電路並聯於所述第一開關裝置兩端,依次串聯的所述第一電荷記憶元件、第二電流記憶元件以及第一單向半導體元件構成電池回充電路;以及
第二開關裝置並聯於相串聯的所述第一電荷記憶元件和第二電流記憶元件兩端,以與所述第二電流記憶元件一起構成所述第一電荷記憶元件的電壓調節及極性反轉電路。 - 如申請專利範圍第1項所述的加熱電路,其特徵在於,所述阻尼元件和第一電流記憶元件分別為所述電池的寄生電阻和寄生電感。
- 如申請專利範圍第1項所述的加熱電路,其特徵在於,所述第一開關裝置包括相串聯的第一開關元件和第二單向半導體元件,所述第二開關裝置包括相串聯的第二開關元件和第三單向半導體元件。
- 如申請專利範圍第1項所述的加熱電路,其特徵在於,所述加熱電路還包括開關控制模組,所述開關控制模組分別與所述第一開關裝置和第二開關裝置電連接,用於控制所述第一開關裝置導通,所述第二開關裝置斷開,以使得所述電池的電能充入所述第一電荷記憶元件中;
在所述電池的電能充入所述第一電荷記憶元件的過程中,當流經所述電池的電流經正半週期為零時,控制所述第一開關裝置斷開,以使得存儲於所述第一電荷記憶元件中的電能回充至所述電池;
在存儲於所述第一電荷記憶元件中的電能回充至所述電池的過程中,當流經所述電池的電流經負半週期為零時,控制所述第二開關裝置導通,以使得存儲於所述第一電荷記憶元件中的電能充至所述第二電流記憶元件,再由所述第二電流記憶元件將電能回充至所述第一電荷記憶元件;以及
當流經所述電壓調節及極性反轉電路的電流經正半週期為零時,控制所述第二開關裝置斷開。 - 如申請專利範圍第4項所述的加熱電路,其特徵在於,所述開關控制模組還用於:
當流經所述電壓調節及極性反轉電路的電流達到第一電流設定值時,控制所述第二開關裝置斷開,以使得存儲於所述第二電流記憶元件的電能續流至電池;以及
當流經所述電壓調節及極性反轉電路的電流達到第二電流設定值時,控制所述第二開關裝置導通,以使得存儲於所述第一電荷記憶元件中的電能充至所述第二電流記憶元件,所述第二電流預定值小於所述第一電流預定值。 - 如申請專利範圍第1項所述的加熱電路,其特徵在於,所述加熱電路還包括第三開關裝置和第四開關裝置,所述第四開關裝置位於所述第一電荷記憶元件至所述第二電流記憶元件的通路中,所述第三開關裝置並聯於所述第一電荷記憶元件兩端,以作續流之用。
- 如申請專利範圍第6項所述的加熱電路,其特徵在於,所述加熱電路還包括開關控制模組,所述開關控制模組分別與所述第三開關裝置和第四開關裝置電連接,用於:
當流經所述電池回充電路的電流達到第一電流設定值時,控制所述第四開關裝置斷開,所述第三開關裝置導通,以使得存儲於所述第二電流記憶元件的電能通過所述第三開關裝置續流至所述電池;以及
當流經所述電池回充電路的電流達到第二電流設定值時,控制所述第三開關裝置斷開,所述第四開關裝置導通,以使得存儲於所述第一電荷記憶元件中的電能經所述第二電流記憶元件充至所述電池,所述第二電流預定值小於所述第一電流預定值。 - 如申請專利範圍第6項所述的加熱電路,其特徵在於,所述加熱電路還包括第二電荷記憶元件以及與該第二電荷記憶元件相對應的第五開關裝置和第六開關裝置,
所述電池、阻尼元件、第二電流記憶元件、第五開關裝置以及第二電荷記憶元件相串聯,構成另一電池放電電路;
相串聯的第二電流記憶元件和第一單向半導體元件還並聯在所述第五開關裝置兩端,以使得依次串聯的第二電荷記憶元件、第二電流記憶元件以及第一單向半導體元件構成另一電池回充電路,且所述第六開關裝置位於所述第二電荷記憶元件至所述第二電流記憶元件的通路中。 - 如申請專利範圍第8項所述的加熱電路,其特徵在於,所述加熱電路還包括開關控制模組,所述開關控制模組分別與所述第一開關裝置、第二開關裝置、第三開關裝置、第四開關裝置、第五開關裝置和第六開關裝置電連接,用於對所述第一開關裝置、第二開關裝置、第三開關裝置、第四開關裝置、第五開關裝置和第六開關裝置的通斷進行控制,以使得所述第二電荷記憶元件和第一電荷記憶元件被同時充電,並分時放電和極性反轉。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN2011100808537A CN102170030B (zh) | 2010-07-30 | 2011-03-31 | 一种电池的加热电路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
TW201240274A TW201240274A (en) | 2012-10-01 |
TWI433430B true TWI433430B (zh) | 2014-04-01 |
Family
ID=47226544
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
TW100222193U TWM436953U (en) | 2011-03-31 | 2011-11-24 | Battery heating circuit |
TW100143165A TWI433430B (zh) | 2011-03-31 | 2011-11-24 | 一種電池的加熱電路 |
Family Applications Before (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
TW100222193U TWM436953U (en) | 2011-03-31 | 2011-11-24 | Battery heating circuit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
TW (2) | TWM436953U (zh) |
-
2011
- 2011-11-24 TW TW100222193U patent/TWM436953U/zh not_active IP Right Cessation
- 2011-11-24 TW TW100143165A patent/TWI433430B/zh active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
TW201240274A (en) | 2012-10-01 |
TWM436953U (en) | 2012-09-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN202076381U (zh) | 一种电池的加热电路 | |
TWI477026B (zh) | 一種電池的加熱電路 | |
CN202009059U (zh) | 一种电池的加热电路 | |
US20120280658A1 (en) | Heating circuits and methods based on battery discharging and charging using resonance components in series and freewheeling circuit components | |
TWI477027B (zh) | 一種電池的加熱電路 | |
TWI433430B (zh) | 一種電池的加熱電路 | |
TWI433429B (zh) | 一種電池的加熱電路 | |
TWI454012B (zh) | 一種電池的加熱電路 | |
TWI465001B (zh) | 一種電池的加熱電路 | |
TWI493830B (zh) | 一種電池的加熱電路 | |
TWI469473B (zh) | 一種電池的加熱電路 | |
TWI430536B (zh) | 一種電池的加熱電路 | |
TWI430537B (zh) | 一種電池的加熱電路 | |
TWI464999B (zh) | 一種電池的加熱電路 | |
TWI433428B (zh) | 一種電池的加熱電路 | |
TWI427894B (zh) | 一種電池的加熱電路 |