TWM438034U - Battery heating circuit - Google Patents

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M438034 101年05月11日修正替換頁 五、新型說明： * - "1 1 麵 【新型所屬之技術領域】 [0001]本新型屬於電子設備技術領域’尤其涉及一種電池的加 熱電路。 [先前技術].

[0002] 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，作為電動車或電子设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，還需考虞電 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輪入輸出功率性能。 -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。 [0003] 本新型的目的是針對電池在低溫條件下會導致電歸 抗增大，極化增強，由此導致電池的容量下降的問題 提供-種電池的加熱電路。&了保持電池在低溫條 下的容量’提高電池的纽魏能，本難提供了-電池的加熱電路。 的電池的加熱電路包括開關裝置、開關控 ^组阻尼元件、儲能電路以及能量疊加單元。 中.所述難電路與·連接 荷記憶元件；所述第一阻尼1 電^記憶元件和 尼疋件和開關裝置與所述儲 臓湖产單编號麵1 第4頁/共42頁 1013178590-0 M43S034 101年.05月11日核正替换頁 電路串聯；所述開關控制模組與開關裝置連接，用於控 制饨關裝置導速和關斷，以控制能量在電池與儲能電路 之間的流動；所述能量疊加單元與所述儲能電路連接， 用於在開關裝置導通再關斷後，將儲能電路中的能量與 電池中的能量進行疊加。

本新型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，本新型的加熱電路中還提供了能量疊加單元， 當開關裝置導通再關斷後，該能量疊加單元能夠將儲能 電路中的能量與電池中的能量進行疊加，當下一次控制 開關裝置導通時，提高加熱回路中的放電電流，由此提 高加熱電路的工作效率。 本新型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] 以下結合附圖對本新型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 和解釋本新型，並不用於限制本新型。 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”指的是可以通過電訊號實現 10022219^^^^ A〇101 第5頁/共42頁 1013178590-0 M438034 101年05月11日梭正替換頁 通斷控制或者根據元裝置自身的特性實現通斷控制的開 關，既可以是單向開關，例如由雙向開關與三座'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 電訊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 I 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 I “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、鎳氩電池或鉛 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 10022219^^ A〇101 第6頁/共42頁 1013178590-0 M438034 101年05月11日梭正替换頁

同特性，在本新型中，“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，第一阻尼元件R1指的是電池外接的阻尼元 件，第一電流記憶元件L1指的是電池外接的電流記憶元 件；當“電池”為包含有内部寄生電阻和寄生電感的電 池包時，第一阻尼元件R1既可以指電池外部的阻尼元件 ，也可以指電池包内部的寄生電阻，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 指電池包内部的寄生電感。 在本新型的實施例中，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。 為了對處於低溫環境中的電池E進行加熱，本新型提供了 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 電路以及能量疊加單元，該儲能電路與電池E連接。在本 新型的一個實施例中，該儲能電路包括第一電流記憶元 10022219夢單編號 A〇101 第7頁/共42頁 1013178590-0 M t 101年05月11日修正替换頁 1和第-電荷記憶元件π，其中，第_阻尼元件R1、 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’開關控制模組100與開關裝置i連接，用於控制開 關裝置1的導通和關斷，以控制能量在電池E與儲能電路 之間的流動’能量疊加單元與儲能電路連接，用於在開 ^裝置1導通再關斷後，將健能電路中的能量與電池中的 =量進行疊加。需，要說明的是，上述儲能電路僅為本新 =優選實施方式能電路只要能滿足能量的存儲 。從而與電AE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錢 · 化以達到儲能的效果，這些均應包含在本新型的保護之 内。 根據本新型的技術方案，當達到加熱條件時，開關控制 模組m控制開關裝置i導通，電池E與儲能電路串聯構成 回路’電池E可以通過該回路放電，即對第—電荷記憶元 件C1進行充電1該㈣中的電流經過電流峰值後正向 為零時’第-電荷記憶元件C1開始通過該回路放電，即 對電池E充電；而在電糾的充放電過程中回路中的電 · 流正向、反向均能流過第-阻尼元細，從而通過第一 阻尼元件R1的發熱可以達到給電池£加熱的目的。本新型 實施例可以通過控制開關裝L的導通和關斷時間，從而 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1達到停止加熱條件時，開關控㈣ 組iOO可以控制開關裝置i關斷，加熱電路停止工作。 1013178590-0 能量疊加單元㈣能電路連接’用於在開關裝置i導通再 關斷後，將儲能電路中的能量與電池E中的能量進行疊加 10〇22219^^^ A〇101 第 8 頁 / 共 42 頁 M438034 101年05月11日修正替換頁 ，以使得在開關裝置1再次導通時，提高加熱回路中的放 電電流，從而提高加熱電路的i作效率。 根據本新型的一種實施方式，如第2圖所示，能量疊加單 元包括極性反轉單元102，該極性反轉單元102與儲能電 路連接，用於在開關裝置1導通再關斷後，對第一電荷記 憶元件C1的電壓極性進行反轉，由於極性反轉後的第一 電荷記憶元件C1的電壓能夠與電池E的電壓串聯相加，當 開關裝置1再次導通時，能夠提高加熱回路中的放電電流 〇 • • 作為極性反轉單元102的一種實施方式，如第3圖所示， 極性反轉單元1 02包括第一單刀雙擲開關J1和第二單刀雙 擲開關J2。第一單刀雙擲開關J1和第二單刀雙擲開關J2 分別位於第一電荷記憶元件C1兩端，其中，第一單刀雙 擲開關Π的入線連接在儲能電路中，第一單刀雙擲開關 J1的第一出線連接第一電荷記憶元件C1的第一極板，第 一單刀雙擲開關J1的第二出線連接第一電荷記憶元件C1 的第二極板；第二單刀雙擲開關J2的入線連接在儲能電 路中，第二單刀雙擲開關J2的第一出線連接第一電荷記 憶元件C1的第二極板，第二單刀雙擲開關J2的第二出線 連接在第一電荷記憶元件C1的第一極板。開關控制模組 1 00還與第一單刀雙擲開關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 1002221#^ A〇101 第9頁/共42頁 1013178590-0 M438034 101年05月11日核正替换頁 置，使得當開關裝置K1導通時，第一單刀雙擲開關J1的 ' 人線與其第一出線連接，而第二單刀雙擲開關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實現電壓極性 反轉的目的。 作為極性反轉單元102的另一種實施方式，如第4圖所示 ，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。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， 第一單向半導體元件D3和串聯在第一電荷記憶元件C1與 第二電流記憶元件L2或第二電流記憶元件L2與第一開關 K9之間。開關控制模組100還與第一開關K9連接，用於通 過控制第一開關K9導通來對第一電荷記憶元件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 I 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5圖所示 ，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與第一電荷記憶元件C1和 10022219^^^^ A〇101 第10頁/共42頁 1013178590-0 101年.05月11日按正s«頁 第二電荷記憶元件C2分別連接，開關控制模組1〇〇還與第 —DC-DC模组2連接，用於通過控制第一DC-DC模組2工作 來將第一電荷記憶元件C1中的能量轉移至第二電荷記憶 το件C2 ’再將第二電荷記憶元件以中的能量反向轉移回 第一電荷記憶元件C1，以實現對第一電荷記憶元件C1的 電壓極性的反轉。 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’本新型不對第一 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 记憶兀件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6圖為本新型提供的第—DC_DC模組2的一種實施方式， 如第6圖所不，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、第一變壓器T1、 單向半導體it件D4、單向半導體元件的、電流記憶元件 L3、雙向開關Q5、雙向開關如、第二變壓器T2、單向半 導體元件D6、單向半導體元物、以及單向半導體元件 D8 〇 在該實施方式巾，雙向開陳、雙向開_2、雙向開關 Q3和雙向開關Q4為M〇SFET，雙向開祕和雙向開關⑽為 IGBT。 第變麼器T1的1腳、4腳、5卿為同名端，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—電荷記憶元件π 10022219#單編號 端連接*向半導體疋件的的陰極與雙向開關^和雙 〇101 第Π頁/共42頁 1013178590-0 M438034 I101年05月u日修 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與第二電荷記憶元件C2相連；第一變壓器π 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!)5的 鲁 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(^的3端連接，變壓器T2的 4腳與第一電荷記憶元件ci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 —電荷記憶元件C 2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分別通過開關控制模組 1013178590-0 10022219#單編號A0101 第12頁/共42頁 M438034 101年05月11日修正替换頁 100的控制來實現導通和關斷。 下面對第一 DC-DC模組2的i作過程進行描述： 1、 在開關裝置1關斷後，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A相、B相交替導通以構成全橋電 路進行工作；

2、 當全橋電路工作時，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、 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，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，作為本新型提供的加熱 電路的一種優選實施方式，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 10022219产單編號 A〇101 第13頁/共42頁 1013178590-0 M438034 101年05月11日梭正替换頁 路，由此，可以避免第一電荷記憶元件。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 本新型的一種實施方式，如第7圖所示，開關裝置i包括 第二開關K1和第二單向半導體元*D1，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儲能電路中， 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！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^中的能量回流，避免 麵 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，開關控制 模組100用於在開關裝置1導通後流經開關裝置i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ci即可。 由於第二開關κι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 塌 壞’因此’優選情況下’開關控制模組1 〇 〇用於在開關裝 置1導通後流經開關裝置1的電流為零時控制第二開關K1 關斷。 為了提南加熱效率，優選情況下，根據本新型的另一種 實施方式’如第8圖所示，開關控制模組1〇〇用於在開關 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，開關裝置1包括第三單向半導體元件])9、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 第14頁/共42頁 1013178590-0 M438034

101年.05月11日修正 電荷記憶元件C3。第三單向半導體先件D9與第三開關K2 順次串-聯在儲能電路中’第二阻尼元件R4與第三電荷記 憶元件C3串聯之後並聯在第三開關Κ2的兩端’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關斷時對第〆電流記憶元件L1進行續流’開關 控制模組100與第三開關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。 第四單向半導體元件Dl〇、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K 2 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内。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β 另外，為了提高加熱電路的工作效率’可以控制能量在 電池Ε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’作為本新型提供的加熱電路的一種優選實施方式 ，開關控制模組1〇〇用於控制開關裝置i導通和關斷，以 使得當開關裴置1導通時，能量在電池E與儲能電路之間 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 本新型的一種實施方式，開關裝置1為第一雙向開關K3， 1013178590-0

10022219#單舰麵1 » 15 I / λ 42 I M438034 101年05月11日梭正替换頁 如第9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，本新型還提供了如下開關裝置1的優選實施方 式。

優選地，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 I 池E的第二單向支路，開關控制模組100與第一單向支路 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 I ，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1 0圖所示，開關 裝置1可以包括第二雙向開關K4和第三雙向開關K5，第二 雙向開關K4和第三雙向開關K5彼此反向串聯以構成第一 單向支路和第二單向支路，開關控制模組100與第二雙向 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。 10022219^^ A〇101 第16頁/共42頁 1013178590-0 M.438034 , 101年OS月11日 當需要對電池E加熱時，導通第二 開關K5即可’如暫停加熱可以選擇關斷第二雙向開驟 和第三雙向關K5中的-者或者兩者，在不需要加熱時 關斷第二雙向開關K4和第三雙向開継5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 支路的導通和騎，靈活實現電料正向和反向能量流 動0 #為開關裝置1的另-種實施方式’如第u圖所示，開關 裝置1可以包括第四開關o'第五單向半導體元件DU以 • 及第六單向半導體元件D12，第四開祕和第五單向半導 體元件du彼此串聯以構成第—單向支路，第六單向半導 體元件D12構成第二單向支路，開關控制模組1〇〇與第四 開關K6連接，用於通過控制第四開關_導通和關斷來 控制第-單向支路的導通和關斷。在如第u圖所示的開 關裝置1 t，當需要加熱時，導通第四開關“即可，不需 要加熱時，關斷第四開關K6即可。 如第11圖中所示的開關裝置i的實現方式雖然實現了能量 • 純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。本新型還提出了開關裝置丨的另一 種實施方式，如第12圖所示，開關裝置〗還可以包括位於 第一單向支路中的第五開關K7，該第五開關以與第六單 向半導體元件D12串聯，開關控制模組1〇〇還與第五開關 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12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 Κ6和第五開關Κ7)，同時具備能量正向和反向流動時的 丽·产單編號A0101 S Π頁/共42頁 1013178590-0 M438034 [ιοί年05另11日按正替換 關斷功能。 優選地，開關裝置1還可以包括與第一單向支路和/或第 二單向支路串聯的電阻，用於減小電池5；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ίο圖中示出的開關裝置i _添加與第二雙向開關K4和第 三雙向開關Κ5串聯的電阻R6，得到開關裝置1的另一種實 現方式，如第13圖所示。第14圖令也示出了開關裝置1的 種實施方式，其是在第12圖中示出的開關裝置【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内的任意時間點關 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丄的 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9圖、第11圖所示的開關裝置】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10圖 '第12圖所示的兩個單向支路 均可控的開關裝置。 優選地’開關控制模組1〇〇用於在開關裝置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，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。 作為本新型的一種實施方式，可以通過將第一電荷記憶 元件C1中的能量直接與電池E中的能量進行疊加來提高加 10022219^ 單编號 A0101 第18頁/共42頁 1013178590-0 M43&034 101年05月11日梭正替換頁 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 剩餘能量進行疊加。 因此，如第15圖所示，加熱電路還包括與第一電荷記憶 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導通再關斷後、能量疊加單元進行能量疊加之前 對第一電荷記憶元件C1中的能量進杆消耗。該能量消耗 單元可以與以上包括能量僅從電池E流向儲能電路和能量

在電池E與儲能電路之間往復流動的多種實施方式相結合 〇 根據本新型一種具體實施方式，如第16圖所示，能量消 耗單元包括電壓控制單元101，該電壓控制單元101用於 在開關裝置1導通再關斷後、能量疊加單元進行能量疊加 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。該電壓設定值可以根據實際操作的需要進行設定

如第16圖所示，電壓控制單元101包括第三阻尼元件R5和 第六開關K8，第三阻尼元件R5和第六開關K8彼此串聯之 後並聯在第一電荷記憶元件C1的兩端，開關控制模組100 還與第六開關K8連接，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》 開關控制模組100可以為一個單獨的控制器，通過對其内 部程式的設置，可以實現對不同的外接開關的通斷控制 ，開關控制模組100也可以為多個控制器，例如針對每一 10022219^M§fe A〇101 第19頁/共42頁 1013178590-0 M438034 101年05月11日修正替换頁 個外接開關設置對應的間關控制模組丨〇 〇，多個開關控制 模組1 0 0也可以集成為一體，本新型不對開關控制模組 100的實現形式作出任何限定。 下面結合第17圖-第20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β需要注意的是，雖然本新型 的特徵和元素參考第17圖-第20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。本新型提供的電池的加熱電路的實施方 式並不限於第17圖-第20圖所示的實現方式β另外’所示 · 的波形圖争的網格部分表示在該段時間内可以多次對開 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17圖所示的電池Ε的加熱電路中，使用第二開關£1 和第二單向半導體元件^構成開關裝置i，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與儲能電路串聯，第—單向半導體元 件D3、第二電流記憶元件L2以及第一開關K9構成能量疊 加單元中的極性反轉單元102，開關控制模組1〇〇可以控 制第一開關Κ1和第一開關Κ9的導通和關斷。第18圖為愈 第17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。該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1〇〇控制第 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18 1{)()222I9f單编號A0101 第20頁/共42頁 1013178590-0 101年05月11日修正替換頁 圖中所不的tl時間段；開關控制模組1〇〇在流經第二開關 K1的電流為零時控制第二開關^關斷如第18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控制第一開 關K9導通，第—電荷記憶元件C1通過第一單向半導體元 件D3、第二電流記憶元件L2和第一開關Κ9組成的回路放 電’達到電壓極性反轉的目的，之後開關控制模組100控 制第一開關Κ9關斷，如第18圖中所示的t2時間段； % c)重複步驟a)和b)，電池E不斷通過放電實現加熱， 直至達到停止加熱條件為止。 在如第19圖所示的電池e的加熱電路中，使用一個第一雙 向開關K3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與儲能電路串聯，第一單向半導體元件!)3、第二電流 記憶元件L2和第一開關K9構成極性反轉單元102，開關控 制模組100可以控制第一開關K9和第一雙向開關K3的導通 • 和關斷。第20圖為與第19圖的加熱電路對應的波形時序 圖’其中，vci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，I指的是極性 L· L· 反轉回路的電流值。第19圖所示的加熱電路的工作過程 如下： a)開關控制模組1〇〇控制第一雙向開關K3導通，儲能電 路開始工作，如第20圖所示的tl時間段，電池E通過第一 雙向開關K3、第一電荷記憶元件C1組成的回路進行正向 放電（如第20圖中的tl時間段即流經第二開關K1的電流 的正半週期所示）和反向充電（如第20圖中的tl時間段 1013178590-0 10022219#單编號A〇101 第21頁/共42頁 M438034 μ〇ι年 〇5月 即流經第二開關κ 1的電流的負半週期所示·) ； '~ b)’開關控制模組1 〇 〇-控制第一雙向開關κ 3在反向電流為 零時關斷；

C)開關控制模組10〇控制第一開關Κ9導通，極性反轉單 元102工作，第一電荷記憶元件C1通過第一單向半導體元 件D3、第二電流記憶元件L2和第一開關Κ9組成的回路放 電’達到電壓極性反轉的目的’之後，開關控制模組丨〇〇 控制第一開關Κ9關斷，如第20圖中的t2時間段所示； d)重複步驟a)至(：）’電池e不斷通過充放電實現加熱 ’直至電池E達到停止加熱條件為止。 本新型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 裝置失效知·路引起的安全性問題，能夠有效地保護電池 »同時，本新型的加熱電路中還提供了能量疊加單元， 當開關裝置關斷後，該能量疊加單元能夠將儲能電路中 的月t*量與電池中的能量進行疊加，當下一次控制開關裝 置導通時，提高加熱回路中的放電電流，由此提高加熱 電路的工作效率。 第22頁/共42頁 以上結合附圖詳細描述了本新型的優選實施方式#方 ，本新型並不限於上述實施方式中的具體細節，在本^ 型的技術構思範圍内，可以對本新型的技術方案進行^ 種簡單變型’這些簡單變型均屬於本新型的保護範圍 )另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述€ 各個具體技術特徵，在不矛盾的情況下，可以通過任^ 合適的方式進行組合，為了避免不必要的重複，本新？ 10022219#單編號 A0101 ® 22 頁 / 共 42 頁 1013178590-0 M438034 厂101年.05月11日修正替換i 行說明❶此外，本新型的 以進行任意組合，只要其 對各種可能的組合方式不再另 各種不同的實施方式之間也可 不違背本新型的思想，其同樣應當視為本新型所公開的 内容》 【圖式簡單說明】 陶]附圖是用來提供對本新型的進—步理解並且構成說明 書的部分’與下面的具體實施方式一起用於解釋本新 型，但並不構成對本新型的限制。在附圖中： 鲁第1圖為本新型提供的電池的加熱電路的示意圖； 第2圖為第1圖中的能量疊加單元的—種實施方式的示意 圓， 第3圖為第2圖中的極性反轉單元的一種實施方式的示意 fg!> · 園， 第4圖為第2圖中的極性反轉單元的一種實施方式的示意 園， 第5圖為第2圖中的極性反轉單元的一種實施方式的示意 • 圖； 第6圖為第5圖中的第一DC-DC模組的一種實施方式的示意 圖， 第7圖為第1圖中的開關裝置的一種實施方式的示意圖； 第8圖為第1圖中的開關裝置的一種實施方式的示意圖； 第9圖為第1圖中的開關裝置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； 10022219#單編號 AG1Q1 第 23 頁 / 共 42 胃 1013178590-0 M438034 101年05月11日梭正替换頁 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圖為本新型提供的電訑的>熱電路的一種優選實施 方式的不意圖， 第16圖為第15圖中的能量消耗單元的一種實施方式的示 意圖； 第17圖為本新型提供的電池的加熱電路的一種實施方式 的不意圖， 第18圖為第17圖的加熱電路所對應的波形時序圖； 第19圖為本新型提供的電池的加熱電路的一種實施方式 的示意圖；以及 第20圖為第19圖的加熱電路所對應的波形時序圖。 【主要元件符號說明】 [0006] L1 :第一電流記憶元件 R1 :第一阻尼元件 E :電池

C1 :第一電荷記憶元件 C2 :第二電荷記憶元件 C3 :第三電荷記憶元件 1 :開關裝置 2 :第一DC-DC模組 100 :開關控制模組 101 :電壓控制單元 102 :極性反轉單元 1013178590-0 D1 :第二單向半導體元件 D3 :第一單向半導體元件 D4/D5/D6/D7/D8:單向半導體元件 10022219^^^ A〇101 ^ 24 1 7 ^ 42 1 M438034 101年.05月11日修正#«頁 D9 :第三單向半導體元件 D10 :第四單向半導體元件 ·一· D11 :第五單向半導體元件 D12 :第六單向半導體元件 J1 :第一單刀雙擲開關 J2 :第二單刀雙擲開關 K1 :第二開關 K2、K6 :第三開關 K3 :第一雙向開關

K4 :第二雙向開關 K5 :第三雙向開關 K7 :第五開關 K8 :第六開關 K9 :第一開關 L2 :第二電流記憶元件 L3 :電流記憶元件 N1 :第一節點

N2 :第二節點 Q1/Q2/Q3/Q4/Q5/Q6 :雙向開關 R2/R3/R6 :電阻 R4 :第二阻尼元件 R5 :第三阻尼元件 T1 :第一變壓器 T2 :第二變壓器 11 .流經第二聞關K1的電流的電流值 V ,:第一電荷記憶元件C1的電壓值 cl 10022219产單編號應01 第25頁/共42頁 1013178590-0 M438034 101年05月11日梭正替換頁 1,„ :極性反轉回路的電流值

1〇_，單编號A〇101 第26頁/共42頁 1013178590-0

Claims (1)

1. M438034 101年05月11日慘正替換頁 、申請專利範圍： 1 . 一種電池的加熱電路，包括： 開關裝置； 第一阻尼元件； 儲能電珞，所述儲能電路與電池連接，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，且所述第一阻尼 元件、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 能量疊加單元，所述能量疊加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 能量與所述電池中的能量進行疊加。 2 .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内部的寄生電阻，所述第一電流記憶 元件為所述電池内部的寄生電感。

   3 .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。 4. 如申請專利範圍第3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，用於在所述開關裝置導通再關斷後，對所述 第一電荷記憶元件的電壓極性進行反轉。 5. 如申請專利範圍第4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 1QQ22219#單編號A0101 第27頁/共42頁 1013178590-0 M438034 101年05月11日核正替换頁

   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 述第二電荷記憶元件兩端，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。

   6.如申請專利範圍第4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 導體元件和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。 7 .如申請專利範圍第4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 1002221#^^^ A〇101 第28頁/共42頁 1013178590-0 101年.05月11日修正替换頁 M438034 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。 8 .如申請專利範圍第3項所述的加熱電路，其中，所述開關 控制模組用於所述控制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。 9.如申請專利範圍第8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。 10.如申請專利範圍第8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。 ® 11 .如申請專利範圍第10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 10022219# 單編號 A〇101 第29頁/共42頁 1013178590-0 101年〇5月11日修正替換頁 电流S己憶元件進行續流’所述開關控制模組斑所述第三 開關連接’用於通過所述控制第三開關的導通和關斷來控 制所述開關裝置導通和關斷。 12.如申請專利範圍第3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。 13 .如申請專利範圍第12項所述的加熱電路，其中，所述開關 裝置為第一雙向開關。 14 .如申請專利範圍第12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。 15 .如申請專利範圍第14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14項所述的加熱電路，其中，所述開關 裝置包括第三開關 '第五單向半導體元件，以及第六單向 半導體元件’所述第三開關和所述第五單向半導體元件彼 1013178590-0 10022219^單編號A01〇l 第30頁/共42頁 M438034 [ιοί年11日接正雜頁 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 制所述第一單向支路的導通和關斷。 如申明專利範圍第16項所述的電池的加熱電路，其中，所 述開關裝置還包括位於第二單向支路中的第四開關，所述 第四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二單向支路的導通和關斷。 18 ·如申請專利範圍第丨4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 串聯的電阻。 19 .如申晴專利範圍第12項所述的加熱電路，其中，所述開關 控制模絚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至19項中任一項所述的加熱電路，其 t ’所述加熱電路還包括與所述第一電荷記憶元件連接的 能量消粍單元，所述能量消耗單元用於在所述開關裝置導 通再關斷後 '所述能量疊加單元進行能量疊加之前，對所 述第一電荷記憶元件中的能量進行消耗。 21 .如申請專利範圍第20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 、所述能量疊加單元進行能量疊加之前，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》 22 .如申請專利範圍第21項所述的加熱電路，其中，所述電壓 1013178590-0 10022219#單編號A0101 第31頁/共42頁 M438034 101年05月11日核正替換百 控制單元包括第三阻尼元件和第五開關，所述第三阻尼元 ..... 件和所述第玉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五開關連接， 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 後控制所述第五開關導通。

   10022219^Mft A〇101 第32頁/共42頁 1013178590-0