TWM438023U - Battery heating circuit - Google Patents
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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)
- 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
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