TWM438023U - Battery heating circuit - Google Patents

Description

101年.06月04日接正替換頁 五、新型說明： 【新祕4¾¾秦禮域】 ·:·.......

[0001] 本創作屬於電子設備技術領域，尤其涉及種雷.也的加 熱電路。 【先前技術】 [0002]

考慮到汽車需要在複雜的路况和環, 有些電子設備需要在較差的環境條件中使况= 以，作為電動核電子設備電_電池就需要適應這此 複雜的狀況。而且除了需要考慮這些㈣，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人輪出功率性能。 一般而言’如果在低溫條件下對電池充電崎，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。 【新型内容】

闕本創_目的是針對電池在低溫條件T會導致電池的阻 抗增大，極化料，由此導致·的容量下降的問題， 提r二種料的加—路。為了保持電池在低溫條件下 的谷量’提高電池的充放電性能，本創作提供了一種電 池的加熱電路。 本創作提供的用於電池的加熱電路包括開關裝置、開關 H且、單向半導體元件、以及變壓器，所述開關控 術莫組與所述開關裝置電連接；所述電池、Μ器的第 線圈、以及開關裝置相互串聯，以構成電池放電電路 1〇〇22m(P織删1 第3頁/共17頁 1013211641-0 M438023 101年06月04日核正替换頁 ;以及所述電池、變壓器的第二線圈'以及單向半導體 •元#相互奉:ΪΓ，ϋ構灸電池充一€"*4蝽-。 在需要對電池加熱時，可利用所述開關控制模組控制所 述開關裝置導通，並於所述電池放電電路中的電流達到 預設值時關斷，之後所述變壓器將其所存儲的電能回充 至電池。在此過程中，所述阻尼元件因流過其中的電流 而發熱，從而對電池進行加熱。所述變壓器可起到限流 的作用，且所述預設值是可根據電池的自身屬性進行設 定的，因此，電池充放電電路中的電流大小是可控的，

避免了電流過大而對電池造成損害。此外，該電流大小 的可控亦可對所述開關裝置進行相應的保護，避免其因 發熱巨大而燒毁。 另外，本創作的變壓器為儲能元件且存在限流的作用， 其可完全將自身所存儲的能量通過所述電池充電電路回 充至電池，減少了加熱過程中的能量損耗。 本創作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。 【實施方式】 [0004] 以下結合附圖對本創作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 和解釋本創作，並不用於限制本創作。 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 1013211641-0 1002210#^^ Α〇101 ^ 4 1 7 ^ 17 1 M438023 101年.06月04日按正替換頁 文中提及時，術語“開關”指的是可以通過電信號實現 通斷控制或考'樨據形锲管^讀1晌約生實現货;鄭控•制?的哨和' 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裝置自身的特性實現通 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 (Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型電晶體）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、驗性電池等）和二次電池（例如链離子電池、錄錢 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 1002210#W A〇101 第5頁/共17頁 1013211641-0 M438023 101年06月04日梭正替換頁 儲能電路串聯組成的回路。 i裏還需，要嘴’另丨!說明的是，考慮到不同類型钠.電池钓不 同特性，在本創作中，“電池”可以指不包含内部寄生 電阻和寄生電感、或者内部寄生電阻的阻值和寄生電感 的電感值較小的理想電池，也可以指包含有内部寄生電 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”為不包含内部寄生電阻和寄生電感 、或者内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R指的是電池外接的阻尼元件；當

“電池”為包含有内部寄生電阻和寄生電感的電池包時 ，阻尼元件R既可以指電池外接的阻尼元件，也可以指電 池包内部的寄生電阻。 在本創作的實施例中，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圖為本創作提供的加熱電路的電路圖。如第1圖所示 ，本創作提供了一種電池的加熱電路，該加熱電路包括 開關裝置10、開關控制模組100、第一單向半導體元件 D10、第一阻尼元件R、以及變壓器T，開關控制模組100 與開關裝置10電連接；電池E、第一阻尼元件R、變壓器T 的第一線圈、以及開關裝置10相互串聯，以構成電池放 10022101(P编號 A0101 第6頁/共17頁 1013211641-0 M438023 101年-06月04日慘正替換頁 電電路；以及電池E、第一阻尼元件R、變壓器T的第二線 爾辦購0·^陶竿.學德元件])1 〇相1嗶瞒举缴麟成 充電電路。 其中’開關控制裝置100可在流經電池E的電流於正半週 期到達預設值時，控制開關裝置1〇關斷，並在流經電池E 的電流於負半週期到達零時，控制開關裝置1〇導通。通 過不斷使電流流經第一阻尼元件R，使該第一阻尼元件R 產生熱量，從而對電池E進行加熱。 第2圖為本創作提供的加.熱電路的波形時序圖。以下結合 第2圖描述本創作提供的加熱電路的具體工作過程。首先 ’開關控制模組1〇〇控制開關裝置10導通，此時電池E正 負極導通’電池E内的電流I主因變壓器T的電感量的存在 而緩慢上升（請參見11時間段），且部分能量存儲在變 壓器T中。當電池E内的電流I主達到預設值時，開關控制 模組100控制開關裝置10斷開，此時變壓器T將所存儲的 能量通過第一單向半導體元件D10回充至電池，如t2時間 段所示。之後，在電池E内的電流為零時，開關控制模組 10 0再次控制開關裝置1 〇導通’再次開始一個迴圈週期。 以此循環往復’直至電池E加熱完畢為止。 在加熱電路的以上工作過程中，由於變壓器T的電感量的 存在，電池E内的電流I主得到了限制，另外亦可通過開關 控制模組100控制開關裝置1〇的關斷時機’以控制電池E 内的電流I主大小。此外’還可通過改變變壓器T的第一線 圈（即，初級線圈）與第二線圈（即，次級線圈）之間 的匝數比，以控制對電池E的充放電電流的大小，例如， 第一線圈與第一線圈之間的匝數比越大，由第二線圈回 1013211641-0 1002·(Ρ編號删1 第7頁/共17頁 M438023 1101年06月04日修正替換頁 充至毛池E的電流越小。 1D由.導通狀態谢換至關斷’狀贫時器辩始 一線圈會感生出很大的電壓，當該電壓與電池£的電壓一 起疊加至開關裝置1〇時，會對該開關裝置1〇造成損害。 優選地，如第3圖所示，加熱電路還可包括第一電壓吸收 電路210,該第一電壓吸收電路21〇並聯於變壓器τ的第一 線圈兩端，用於在開關裝置10關斷時，消耗第一線圈感 應產生的電壓，以避免該電壓損壞開關裝置1〇。該第一 電壓吸收電路210可包括第二單向半導體元件、第一電 荷s己憶元件ci以及第二阻尼元件R1，第二單向半導體元 件D1與第一電荷記憶元件C1相串聯，第二阻尼元件^並 聯於第一電荷記憶元件。兩端。藉此，當開關裝置1〇由 導通狀態切換至關斷狀態時，變壓器τ的第一線圈所感生 的電壓會迫使第二單向半導體元件D1導通，電能會通過 第電荷汜憶元件C1續流，並在之後由第二阻尼元件R1 消耗掉，從而吸收變壓器T的第一線圈所感生的電壓，避 免其損壞其下方的開關裝置10。 優選地，如第4圖所示，加熱電路亦可包括位於開關裝置 10兩端的第二電壓吸收電路22〇，第二電壓吸收電路220 亦用於消耗變壓器T的第一線圈感應產生的電壓，避免該 電壓損壞開關裝置1〇 ^該第二電壓吸收電路22〇包括第三 單向半導體元件])2、第二電荷記憶元件C2以及第三阻尼 元件R2，第三單向半導體元件D2與第二電荷記憶元件c2 相串聯，第三阻尼元件R2並聯於第三單向半導體元件!>2 兩端。藉此，當開關裝置1 〇由導通狀態切換至關斷狀態 時，變壓器T的第一線圈所感生的電壓會迫使第三單向半 1013211641-0 10022101(^單編號A0101 第8頁/共17頁 M438023 101·年.06月04日梭正 導體το件D2導通，電能會通過第二電荷記憶元件C2續流 ’.-龙祖廷'德·當-間關’>裝置1 〇導通時r靜常查雜竭潘伴极消 耗掉，從而吸收變壓器τ的第一線圈所感生的電壓，避免 其損★展開關裝置1 1 ^ 第一電壓吸收電路210和第二電壓吸收電路220可同時包 含於本創作的加熱電路中，如第5圖所示，此時可達到更 好的電壓吸收效果，更益於保護開關裝置1〇。當然第一 電壓吸收電路210和第二電壓吸收電路22〇的結構並不限 於以上電路結構’任何可適用於此的吸收電路皆可應用 於此。 另外，需要說明的是，以上所出現的“預設值，，應根據 電池E以及加熱電路中其他元裝置/元件可承受的電流來 5史定，該值的設定應同時兼顧加熱效率以及不對電池5：造 成損害，同時也應考慮加熱電路的體積、重量和成本。 第6圖為本創作提供的加熱電路中的開關裝置的一實施方 式的電路圖《如第6圖所示，開關裝置1〇可包括第一開關 B K11和與該第一開關K11反向並聯的第四單向半導體元件 D11，間關控制模組1 〇 〇與第一開關κ〗1電連接，用於通 過控制第一開關K11的導通和關斷來控制開關裝置丨〇的正 向支路導通和關斷。 第7圖為本創作提供的加熱電路中的開關裝置的另一實施 方式的電路圖。如第7圖所示，開關裝置1〇亦可包括相互 串聯的第二開關K12和第五單向半導體元件!)12，開關控 制模組100與第二開關K1 2電連接，用於通過控制第二開 關K12的導通和關斷來控制開關裝置丨〇導通和關斷。 本創作所提供的加熱電路具備以下優點： 10022101#單編號Α〇1ίΠ 第9頁/共π頁 1013211641-0 M438023 101年06月04日梭正替換頁 (1) 變壓器T的限流作用可對電池充放電電路的中的電 ]、诞淹兔y-選行m制—，"避免’大電4澈精5弯凝^補燦嗜； ：： (2) 對開關裝置10的關斷時機的控制亦可控制電池充放 電電路的中的電流大小，避免大電流損害電池和開關裝 置；以及 (3) 變壓器T為儲能元件，·其可對電池放電過程中的能 量進行存儲，並在之後回充至電池，減小了電池加熱過 程中的能量損耗。 雖然本創作已通過上述實施例所公開，然而上述實施例 並非用以限定本創作，任何本創作所屬技術領域中技術 < 人員，在不脫離本創作的精神和範圍内，應當可以作各 種的變動與修改。因此本創作的保護範圍應當以所附申 請專利範圍書所界定的範圍為准。 【圖式簡單說明】 [0005] 附圖是用來提供對本創作的進一步理解，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創 作，但並不構成對本創作的限制。在附圖中： 彳 第1圖為本創作提供的加熱電路的電路圖； 第2圖為本創作提供的加熱電路的波形時序圖； 第3圖為根據本創作第一實施方式的加熱電路的電路圖； 第4圖為根據本創作第二實施方式的加熱電路的電路圖； 第5圖為根據本創作第三實施方式的加熱電路的電路圖； 第6圖為本創作提供的加熱電路中的開關裝置的一實施方 式的電路圖，以及 第7圖為本創作提供的加熱電路中的開關裝置的另一實施 方式的電路圖。 10022101(f·單编號 A〇101 第10頁/共17頁 1013211641-0 M438023 101年.06月04日修正替換頁 【主要元件符號說明】 ，10 蘭關.裝. 100 開關控制模組 210 第一電壓吸收電路 220 第二電壓吸收電路 C1 第一電荷記憶元件 C2 第二電荷記憶元件 D1 第二單向半導體元件 D2 第三單向半導體元件 D10 第一單向半導體元件 D11 第四單向半導體元件 D12 第五單向半導體元件 E 電池 K11 第一開關 K12 第二開關 R 第一阻尼元件 R1 第二阻尼元件 R2 第三阻尼元件 T 變壓器 10022101产單編號 Α〇101 第11頁/共17.頁 1013211641-0

Claims (1)

1. M438023 101年06月04日修正替換頁 六、申請專利範圍： '由魏砰^的加熱電路罐籍錄繁卞常㈤故電洛包括：泛㈠ 開關裝置（10); 開關控制模組（100)，所述開關控制模組（100)與所 述開關裝置（10)電連接； 第一單向半導體元件（D10)和變壓器（τ)，其中， 電池、變壓器（T)的第一線圈、以及開關裝置（1〇)相 互串聯，以構成電池放電電路；以及 所述電池、變壓器（T)的第二線圈、以及第一單向半導 體元件（D10)相互串聯，以構成電池充電電路β ® 2.如申請專利範圍第1項所述的加熱電路，其特徵在於，還 包括第一阻尼元件（R) ’所述第一阻尼元件（R)與所述 變壓器（T)串聯。 3 .如申請專利範圍第2項所述的加熱電路，其特徵在於，所 述第一阻尼元件（R)為所述電池内部的寄生電阻。 4 ‘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： 第一電壓吸收電路（210) ’所述第一電壓吸收電路（ · 210)並聯於所述變壓器（T)的第一線圈兩端，用於在 所述開關裝置（1 0)關斷時，消耗所述第一線圈感應產生 的電壓》 5.如申請專利範圍第4項所述的加熱電路，其特徵在於，所 述第一電壓吸收電路（210)包括： 第二單向半導體元件（D1 )， 第一電荷記憶元件（C1)，所述第二單向半導體元件（ D1)與所述第一電荷記憶元件（ci)相串聯；以及 10022101(f·單編號A01(n 第12頁/共17頁 1013211641-0 1101 年.06月 04 日 第二阻尼元件（R1)，所述第二阻尼元件)並聯於一''' -、所聲第一電ί荷記憶1为^件域碟丨今铕嘴':r • . •如申請專利範圍第5項所述的加熱電路，其特徵在於，所 述第一電荷記憶元件（C1)為電容，所述第二阻尼元件（ R1 )為電阻。 7 .如申凊專利範圍罕丨項或第4項所述的加熱電路，其特徵在 於’所述加熱電路還包括： 第二電壓吸收電路（ 220 )，所述第二電壓吸收電路（ 220)並聯於所述開關裝置（1〇)兩端’用於在所述開關 裝置〇〇)關斷時，消耗所述第一線圈感應產生的電壓。 8 .如申请專利範圍第7項所述的加熱電路，其特徵在於，所 述第二電壓吸收電路（ 220 )包括： 第三單向半導體元件（D2); 第二電荷記憶元件（C2)，所述第三單向半導體元件（ D2)與所述第二電荷記憶元件（C2)相串聯；以及 第三阻尼元件（R2)，所述第三阻尼元件（R2)並聯於 所述第三單向半導體元件（D2)兩端。 9 .如申請專利範圍第8項所述的加熱電路，其特徵在於，所 述第二電荷記憶元件（C2)為電容，所述第三阻尼元件（ R2 )為電阻》 .如申請專利範圍第1項所述的加熱電路，其特徵在於，所 述開關裝置（1 〇 )包括： 第一開關（K11); 第四單向半導體元件（D11)，所述第四單向半導體元件 (D11)與所述第一開關（κιι)反向並聯， 其中 10022101(?·單編號 A0101 ’所述開關控制模組（1 〇 〇 )與所述第一開關（K i i 第13頁/共17頁 1013211641-0 M438023 101年.06月04日梭正替換頁 )電連接，用於通過控制所述第一開關（κιι)的導通和 -關斯·來輕制W述開關變置（制㈣_.向支路導通和關斷。. 11 .如申請專利範圍第1項所述的加熱電路，其特徵在於，所 述開關裝置（10)包括： 相互串聯的第二開關（Κ12)和第五單向半導體元件（pi〗） > 其中，所述開關控制模組（1 0 0 )與所述第二開關（Κ丨2 ) 電連接，用於通過控制所述第二開關（Κ12)的導通和關斷 來控制所述開關裝置（10)導通和關斷。 10022101(f·單编號 Α〇101 第14頁/共Π頁 1013211641-0