TWM438067U - Battery heating circuit - Google Patents

Description

M438067 101年.05月 五、新型說明： 【新型所屬之技術領域】 [0001] 本創作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輪入輸出功率性能。 一般而S，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。 【新型内容】 _本創頻目岐針對電池在低溫條件下會導致電池的阻 抗增大、極化增強從而引起電池的容量下降的問題提 供一種電_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，本創作提供了-種電池 的加熱電路。 '開關控制 本創作提供的L加熱電路包㈣關裝置 模，，且儲月b電路、能量限制電路以及儲能電路能量控制 單元’所述儲能電路用於與所述電池連接，所述儲:電 路包括第件和第—電荷記憶元件，所述開 1002221#單編號A01〇l 帛4頁/共36頁 1013192747-0 M438067 101年.05月18日修正替換頁 關裝置、第一電流記憶元件和第一電荷記憶元件串聯，

所述開關控制模組與開關裝置連接，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，所述能量限制電路用於限制由儲能電路流向電池 的電流大小，所述儲能電路能量控制單元用於在開關控 制模組控制開關裝置導通再關斷後，控制儲能電路中的 能量轉換成預定值。本創作提供的加熱電路能夠提高電 池的充放電性能，並且由於在該加熱電路中，儲能電路 與電池串聯，當給電池加熱時，由於串聯的第一電荷記 憶元件的存在，能夠避免開關裝置失效短路時電流過大 引起的安全性問題，能夠有效地保護電池。 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 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 1()()22219(^單編號A0101 第5頁/共36頁 1013192747-0 M438067 101年05月18日按正替换頁 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，絕緣栅雙極型電晶體）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 4 ;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 10_9(P编號 A〇101 第6頁/共36頁 1013192747-0 M438067 101年.05月18日修正替換頁 的電感值較小的理想電池，也听丨、，此—a」-— %可以指包含有内部寄生電 阻和寄生電感的電池包έ卧此 〇 % 本領域技術人員應當理 解的是，# “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R1指的是電池外接賴尼元件， 第-電流記憶ML1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，阻尼元件R1既可以指電池外接的阻尼元件 ，也可以 才曰電池包内部的寄生電阻，同樣地，第一電流記憶元件 L1既可以指電池外接的電流記憶元件，也可以指電池包 内部的寄生電感。 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。 為了對處於低溫環境中的電池E進行加熱，本創作提供了 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、阻尼元件R1、儲能電路 、能量限制電路以及儲能電路能量控制單元，該儲能電 路用於與電池E連接。本創作的一個實施例中，該儲能電 路包括第一電流記憶元件L1和第一電荷記憶元件C1 ’其 中’阻尼元件R1、開關裝置1、第一電流記憶元件L1和第 10022219(^單編號 A0101 第 7 頁 / 共 36 頁 1nn M438067 101年05月18日修正替換頁 一電荷記憶元件C1串聯，開關控制模組100與開關裝置1 .....連接，用於控制珂關裝置Γ導通>1斤斷^，'·—以使得當開關裝 置1導通時，能量在電池E與儲能電路之間往復流動，能 量限制電路用於限制由儲能電路流向電池的電流大小， 儲能電路能量控制單元與儲能電路連接，用於在開關控 制模組100控制開關裝置1導通後再關斷時，控制儲能電 路中的能量轉換成預定值。需要說明的是，上述儲能電 路僅為本創作的優選實施方式，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。 考慮到不同類型的電池E的不同特性，如果電池E内部的 寄生電阻阻值和寄生電感自感較大，阻尼元件R1也可以 為電池内部的寄生電阻，第一電流記憶元件L1也可以為 電池内部的寄生電感。 開關裝置1與儲能電路串聯，在導通時能夠實現電池E與 儲能電路之間的能量往復流動，開關裝置1具有多種實現 i 方式，本創作對開關裝置的實現方式不作限制。在本創 作的一個實施例中，開關裝置1可以包括用於實現能量從 電池流向儲能電路的第一單向支路和用於實現能量從儲 能電路流向電池的第二單向支路，開關控制模組10 0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。能量限制電路可 以包括第二電流記憶元件L11，該第二電流記憶元件L11 串聯在第二單向支路中，以用於限制流向電池E的電流大 m222l9^W A0101 第8頁/共36頁 1013192747-0 1101年05月18日j 為開關裝置的-種實施方式，如圖2所示，開關裝置】 包括第一開_…第一單向半導體元伴D1 Γ-以友‘第二皐瓦 半導體元件D12，第-開祕和第一單向半導體元件川 彼此串聯以構成第-單向支路，第二單向半導體元件㈣ 構成第一單向支路，開關控制模組1〇〇與第一開關連接 ’用於通過控制第-開嶋的導通和_來控制第一單 向支路的導通己憶元件L11與第二單向 半導體元件D12串聯。在如第2圖所示的開關裝置ltj7，當

需要加熱時’導通第一開關K6即可，不需要加熱時，關 斷第一開關Κ6即可。 如第2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。本創作還提出了開關裝置丨的另一 種實施方式，如第3圖所示，開關裝置丨還可以包括位於 第一單向支路中的第二開關Κ7，該第二開關Κ7與第二單 向半導體元件D12串聯，開關控制模組1〇〇還與第二開關 Κ7連接，用於通過控制第二開關Κ7的導通和關斷來控制 第一單向支路的導通和關斷。這樣在第3圖示出的開關裝 置1中，由於兩個單向支路上均存在開關（即第一開關Κ6 和第-開關Κ7)，同時具備能量正向和反向流動時的關 斷功能。第二電流記憶元件Lii串聯在第二單向半導體元 件D1 2與第二開關κ 7之間以實現限制流向電池Ε的電流的 作用。 根據本創作的技術方案，當需要對電池£加熱時，開關控 制模組100控制開關裝置1導通，電池Ε與儲能電路串聯構 成回路，電池Ε對第一電荷記憶元件ci進行充電，當回路 10022219#單編號Α〇101 第9頁/共36頁 1013192747-0 M438067 101年05月18日修正替換頁 中的電流流經電流峰值後正向為零時，第一電荷記憶元 ’件ci開始放電，電流從第一電荷記憶元件en流回電池ev， 回路中的正向、反向電流均流過阻尼元件R1，通過阻尼 元件R1的發熱可以達到給電池Ε加熱的目的。上述充放電 過程迴圈進行，當電池Ε的溫度升高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。 〜 在上述加熱過程中，當電流從儲能電路流回電池Ε時，第 一電荷記憶元件C1中的能量不會完全流回電池Ε，最終使 得第一電荷記憶元件C1電壓接近或等於電池電壓，從而 使得從電池Ε向第一電荷記憶元件C1的能量流動不能進行 ，不利於加熱電路的迴圈工作。因此，本創作提供的加 熱電路中還包括用於在開關裝置1導通後再關斷時控制儲 能電路上的能量轉換成預定值的儲能電路能量控制單元 。在達到一定時刻時，關斷開關裝置1，啟動儲能電路能 量控制單元，以對第一電荷記憶元件C1中的能量進行控 制。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，例如回 路中的電流為正向/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2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3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100用於在開關裝置1導通後流過開 關裝置1的電流為零時或為零後關斷開關裝置1，這樣回 10022219(f·^^^ A〇101 第10頁/共36頁 1013192747-0 M438067 101年05月18日按正替換頁 路效率高，且回路中電流為零再關斷開關裝置1對整個電 硌影響d〆·

根據本創作的一種實施方式，如第4圖所示，本創作提供 的加熱電路中的儲能電路能量控制單元可以包括極性反 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導通後再關斷時，對第一電荷記憶元件C1的 電壓極性進行反轉，這樣第一電荷記憶元件C1的電壓與 電池E的電壓極性形成串聯相加關係，由此在開關裝置1 再次導通時，第一電荷記憶元件C1反轉後的能量與電池E 的能量能夠疊加放電，並再次以正向電流充入第一電荷 記憶元件C1，由此第一電荷記憶元件C1中的能量被迴圈 利用，提高了加熱電路的工作效率。根據本創作的另一 種實施方式，如第5圖所示，本創作提供的加熱電路中的 儲能電路能量控制單元可以包括電量回灌單元103，該電 量回灌單元103能量轉移單元與所述儲能電路連接，用於 在開關裝置1導通後再關斷時，將儲能電路中的能量轉移 至電池E中。電量回灌單元103目的在於對存储電路中的 能量進行回收利用。 作為極性反轉單元102的一種實施方式，如第6圖所示， 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，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的兩端，第一單刀雙擲開 關J1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 10022219(^^^^ A〇101 第11頁/共36頁 1013192747-0 M438067 101年.05月18日梭正替換頁 ，第二單刀雙擲開關J2的第一出線連接第一電荷記憶元 伴Γ1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100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。 根據上述實施方式，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，第一單刀雙擲開關J1 ^ 的入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，由此實現第一電荷記憶元件C1電壓極 性反轉的目的。 作為極性反轉單元102的另一種實施方式，如第7圖所示 ，該極性反轉單元102包括第三單向半導體元件D3、第三 電流記憶元件L2以及第三開關K9，第一電荷記憶元件C1 、第三電流記憶元件L2和第三開關K9順次串聯形成回路 ，第三單向半導體元件D3和串聯在第一電荷記憶元件C1 與第三電流記憶元件L2之間或第三電流記憶元件L2與第 三開關K9之間，開關控制模組100還與第三開關K9連接， 用於通過控制第三開關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 1002221#^^^ A0101 第12頁/共36頁 1013192747-0 M438067 101年.05月18日修正替^頁 控制模組100控制第三開關K9導通，由此，第一電荷記憶 元件C1與第三單向半導體元件！)3、第三電流記憶元件L2 以及第三開關K9形成LC振盪回路，第一電荷記憶元件ci 通過第三電流記憶元件L2放電，振盪回路上的電流流經 正半週期後，流經第三電流記憶元件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1〇2的又一種實施方式，如第8圖所示 ，該極性反轉單元1 〇2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 作來將第一電荷記憶元件C1中的能量轉移至第二電荷記 憶元件C2，再將第二電荷記憶元件C2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，本創作不對第一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β 第9圖為本創作提供的第一 DC-DC模組2的一種實施方式， 如第9圖所示，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 1013192747-0 10〇22219产單編號A0101 第13頁/共36頁 導體元件D6、D8。 單向半導體元件D7 |Τ〇1年05月18日梭正替换 以及單向半導體元件 在該實施方式中，雙向開關Q1 卯和雙向開關q4均為M〇sm， 為IGBT。 、雙向開關Q2、雙向開關 雙向開關Q5和雙向開關q6 3511的1腳、4腳、5腳為 壓器T2的2腳與3腳為同名端 、中單向半導體疋件1^的陽極與電容(：1的3端連接，單 。半導體το件D7的陰極與雙向關Q1和雙向開削2的漏 極連接’雙㈣_1的源極與雙向開_3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的源極與電容Cwb端連接，由此構成全 橋電路’此時電容C1的電壓極性為3端為正，_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T1 的1腳與第一節點Ni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 10022219(^^^ A0101 第14頁/共36頁 1013192747-0 M438067 101年.05月18日核正替換頁 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TIT#第一‘嘗荷纪憶元件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t2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 100的控制來實現導通和關斷。 下面對第一DC-DC模組2的工作過程進行描述： 1、 在開關裝置1關斷後，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 1002221#^ A〇101 第15頁/共36頁 1013192747-0 101年05月18日修正替换頁 ϋΤ2和單向半導體元件㈣將儲存在第二變壓謂上的能 ，量轉㈣第。·魏^件π，⑽現對第—1荷⑽ π件C1進行反向充電，此時第—電荷記憶元件Q的電麼 極性反轉為a端為負，b端為正，由此達到了將第一第一 電荷记憶元件C1的電壓極性反向的目的。 作為電量回灌單元103的-種實施方式，電量回灌單元 103包括第二DC-DC模組3 ’該第二DC_DC模組3與第一電 荷記憶元件C1和電池e分別連接，開關控制模組1〇〇還與 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-電荷記憶元件C1中的能量轉移到電池£中。帛 i :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’本創作不對第：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令的元件進行增加、替換或刪減 〇 第10圖為本創作提供的第二DC-DC模組3的一種實施方式 ，如第10圖所示’第二DC-DC模組3包括：雙向開關si、 ^ 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’雙向開關S1 '雙向開關“、雙向開關幻、雙 向開關S4均為MOSFET。 其中，第三變壓器Τ3的1腳和3腳為同名端，四個單向半 導體元#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Ε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Ε的負端連接，且組 A0101 1013192747-0 第16頁/共36頁 M438067 .· 3- 一 * 101年.05月18日修正_換頁 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13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分別通過開關控制模組100的控制來實現導通和關斷 • 下面對第二DC-DC模組3的工作過程進行描述： 1、 在開關裝置1關斷後，開關控制模組100控制雙向開關 S1和雙向開關S 4同時導通以構成A相*控制雙向開關S 2、 雙向開關S3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 過第三變壓器T3和整流電路轉移到電池E上，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。 作為本創作的又一種實施方式，如第11圖所示，儲能電 路的能量限制電路可以包括上面的極性反轉單元102和電 量回灌單元103兩者，在開關裝置1關斷後，電量回灌單 1002221#W A〇101 第17頁/共36頁 1013192747-0 M438067 101年.05月18日核正替換頁 元1〇3先將第一電荷記憶元件^中的能量轉移至電池e中 Λ，之後極性反轉單元10Z對第一電荷記憶元件•的電壓極 性進行反轉。 作為本創作的再一種實施方式，如第12圖所示，儲能電 路能量控制單元可以包括DC_DC模組4，該])(：_1)(：模組4與 第電荷5己憶元件C1和電池E分別連接，開關控制模組 100還與DC-DC模組4連接，用於在開關裝置j導通後再關 斷時，通過控制DC-DC模組4工作來將第一電荷記憶元件 C1中的能量轉移至儲能元件中，之後將第一電荷記憶元 件C1中的剩餘能量與電池E中的能量進行疊加。 DC-DC模組4是本領域令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，本創作不對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·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-種實施方式，如第13圖所示，該 DC DC权組4包括.雙向開關S1、雙向開關％、雙向開關 S3雙向開關S4、雙向開關85、雙向開關％、第四變壓 器T4、單向半導體疋件邮、單向半導體元件⑽、電流 記憶元件L4、以及四個單向半導體it件。在該實施方式 中又向開關S1 '雙向開關52、雙向開關S3、雙向開關 S4均為隱ET，雙向開_和雙㈣I 其中，第四變壓器Τ4的1聊和3腳為同名端，四個單向半 — 向半導體元件負極相接成組，接點 100222l9(f·單編號 ΑΟίοι ^過電流記憶元件L4與電池E的正端連接，另兩個單向半 第18頁/共36頁 1013192747-0 M438067 101年.05月18日修正替換頁 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分別通過開關控制模組 100的控制來實現導通和關斷。 下面對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 執行電量回灌以實現能量轉移時，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 過第四變壓器T4和整流電路轉移到電池E上，整流電路將 10022219(^^^ A〇101 第19頁/共36頁 1013192747-0 M438067 101年05月18日梭正替换頁 輸入的交流電轉化為直流電輸出至電池E，達到電量回灌 的洎的； '

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，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。 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 個外接開關設置對應的開關控制模組100，多個開關控制 模組100也可以集成為一體，本創作不對開關控制模組 100的實現形式作出任何限定。 下面結合第14圖-第16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，雖然本創作 的特徵和元素參考第14圖、第16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。本創作提供的電池E的加熱電路的實施 方式並不限於第14圖、第16圖所示的實現方式。第15圖 顯示的是第14圖所示的實施方式的對應波形圖，波形圖 中的網格部分表示在該段時間内可以多次對開關施加驅 10022219(ΡΜ AQ1()1 第20頁/共36頁 1013192747-0 M438067 101年.05月18日接正_^頁 動脈衝’並且脈衝的寬度可以根據需要進行調節。 在b第Γ41%Γ示妗電池E的加熱電路中，第一開關K6和第 一單向半導體元件D11串聯構成開關裝置1的第一單向支 路’第二單向半導體元件D12構成開關裝置1的第二單向 支路’第二電流記憶元件L11作為能量限制電路設置在第 二單向支路中’與第二單向半導體元件D12串聯，第三單 向半導體元件D3、第三電流記憶元件L2和第三開關Κ9構 成極性反轉單元102，開關控制模組1〇〇可以控制第三開 關Κ9和第一開關Κ6的導通和關斷。第15圖示出了第14圖 所示的加熱電路的主回路電流I 、C1電壓V和極性反轉 回路電流IL2波形圖’第14圖所示的加熱電路的工作過程 如下： a)開關控制模組1〇〇控制第一開關K6導通，電池E通過第 一開關K6、第一單向半導體元件D11、第一電荷記憶元件 C1進行正向放電（如第15圖中的tl時間段所示），並且 通過第二電流記憶元件L11和第二單向半導體元件D12反 向充電（如第15圖中的t2時間段所示），從第15圖的t2 時間段可以看出由於第二電流記憶元件L11的存在，在向 電池充電時，主回路電流被限制地較小； b )開關控制模組1 〇 〇控制第一開關K 6在反向電流為零時 關斷； c)開關控制模組1〇〇控制第三開關K9導通，極性反轉單 元102工作，第一電荷記憶元件C1通過第三單向半導體元 件D3、第三電流記憶元件L2和第三開關K9組成的回路放 電，並達到電壓極性反轉的目的，之後，開關控制模組 10 0控制第三開關K9關斷，如第15圖中的t3時間段所示 100娜細1 第21頁/共36頁 1013192747-0 M438067 101年05月18日 5正熟頁| 尸重複步驟於至V) ·;·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。 在第16圖中顯示的電池e的加熱電路中，，使用相互串聯 的第一開關K6、第一單向半導體元件Du (第一單向支路 )以及相互_聯的第二開關K7、第二單向半導體元件D12 (第二單向支路）構成開關裝置1，使用第二電流記憶元 件L11作為能量限制電路串聯在第二開關κ 7和第二單向半 導體元件D12之間，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中極性反轉以在下一充放電週期與電池E的能量進行疊 加的儲能電路能量控制單元，開關控制模組1〇〇可以控制 第一開關K6、第二開關K7的導通和關斷以及dc-DC模組4 的工作與否。第16圖所示的加熱電路的工作過程如下： a )開關控制模組1 〇〇控制第一開關K6、第二開關K7導通 ，電池E通過第一開關K6、第一單向半導體元件D11、第 一電荷記憶元件C1進行正向放電，並且通過第一電荷記 憶元件C1、第二開關K7、第二單向半導體元件m2反向充 電，由於第二電流記憶元件L11的存在，在向電池E充電 時，主回路的電流被限制地較小； b) 開關控制模組100控制第一開關K6、第二開關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 1002221A〇101 第22頁/共36頁 1013192747-0 M438067

101年.05月18日修正替換頁 組4停止工作； 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。 採用本創作提供的加熱電路，由於儲能電路與電池E串聯 ，當給電池E加熱時，由於第一電荷記憶元件C1的存在， 能夠避免開關裝置1失效短路時引起的安全問題，從而有 效地保護電池E。 以上結合附圖詳細描述了本創作的優選實施方式，但是 ，本創作並不限於上述實施方式中的具體細節，在本創 作的技術構思範圍内，可以對本創作的技術方案進行多 種簡單變型，這些簡單變型均屬於本創作的保護範圍。 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，本創作對 各種可能的組合方式不再另行說明。此外，本創作的各 種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不 違背本創作的思想，其同樣應當視為本創作所公開的内 容。 【圖式簡單說明】 [0005] 第1圖為本創作提供的電池的加熱電路的示意圖； 第2圖為第1圖中的開關裝置的一種實施方式的示意圖；. 第3圖為第1圖中的開關裝置的一種實施方式的示意圖； 第4圖為本創作提供的電池的加熱電路的一種優選實施方 式的示意圖，其中儲能電路能量控制單元包括極性反轉 單元； 第5圖為本創作提供的電池的加熱電路的一種優選實施方 1013192747-0 1(){)22219(^單編號 A0101 第 23 頁 / 共 36 頁 M438067 101年.05月18日接正替换頁 式的示意圖’其中儲能電路能量控制單元包括電量回灌 單元； 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5圖中的電量回灌單元的一種實施方式的示意 園， 第11圖為本創作提供的電池的加熱電路的一種優選實施 方式的示意圖’其中儲能電路能量控制單元包括極性反 轉單元和電量回灌單元； 第12圖為本創作提供的電池的加熱電路的一種優選實施 方式的示意圖，其中儲能電路能量控制單元包括DC-DC模 組； · 第1 3圖為第1 2圖中的DC-DC模組的一種實施方式的示意 rs · 圆， 第14圖為本創作提供的電池的加熱電路的一種實施方式 的示意圖； 第15圖為第14圖所示的加熱電路對應的波形時序圖； 第16圖為本創作提供的電池的加熱電路的一種實施方式 的示意圖。 【主要元件符號說明】 臓2219(P编號 A〇101 第24頁/共36頁 1013192747-0 M438067 101年.05月18日修正替換頁 [0006] 1開關裝置 L1、L2、L4、L11電流記憶元件 L3陰極與電流記憶元件 R1阻尼元件 Cl、C2電荷記憶元件 E電池 K6、K7、K9 開關 D3、D4、D5、D6、D7 、D8、D11、D12、D1 3、D14 單向半導體元件

Jl、J2單刀雙擲開關

Ql、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、SI、S2、S3、S4、S5、S6 雙向開關

Nl、N2節點 T2、T3、T4變壓器 tl、t2、t3時間段 vei Cl電壓

11主回路電流 I 極性反轉回路電流

La L· a正端 b負端 c負端 d正端 1002221#^^^ A〇101 第25頁/共36頁 1013192747-0

Claims (1)

1. M438067 101年05月18日核正替換頁 六、申請專利範圍： — 1. 一種電池的加熱電路，，奋如'熱·電括： 開關裝置； 儲能電路，所述儲能電路用於與電池連接，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，所述開關裝 置、第一電流記憶元件和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， 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； 能量限制電路，所述能量限制電路用於限制由所述儲能電 路流向所述電池的電流大小；以及 儲能電路能量控制單元，所述儲能電路能量控制單元與所 述儲能電路連接，用於在所述開關控制模組控制開關裝置 導通後關斷時，控制所述儲能電路中的能量轉換成預定值 〇 2 .如申請專利範圍第1項所述的加熱電路，其特徵在於，還 | 包括阻尼元件，所述阻尼元件與所述開關裝置、第一電流 記憶元件和第一電荷記憶元件串聯。 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；或者，所述阻尼元件 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1項所述的加熱電路，其特徵在於，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 1002221#單職删1 第26頁/共36頁 1013192747-0 M438067 101年.05月18日按正替換頁 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。 5 .如申請專利範圍第4項所述的加熱電路，其特徵在於，所 述能量限制電路包括第二電流記憶元件，所述第二電流記 憶元件串聯在所述第二單向支路中。 6 .如申請專利範圍第5項所述的加熱電路，其特徵在於，所 述開關裝置包括第一開關、第一單向半導體元件以及第二 單向半導體元件，所述第一開關和第一單向半導體元件彼 此串聯以構成所述第一單向支路，所述第二單向半導體元 件構成所述第二單向支路’所述開關控制模組與所述第一 開關連接，用於通過控制所述第一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，所述第二電流記憶元 件與所述第二單向半導體元件串聯。 7 .如申請專利範圍第6項所述的電池的加熱電路，其特徵在 於，所述開關裝置還包括第二開關，所述第二開關與所述 第二單向半導體元件串聯在所述第二單向支路中，所述開 ，關控制模組還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第二單向支路的導通和關 斷，所述第二電流記憶元件串聯在所述第二單向半導體元 件與所述第二開關之間。 8.如申請專利範圍第1項所述的加熱電路，其特徵在於，所 述儲能電路能量控制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後 再關斷時’對所述第一電荷記憶元件的電壓極性進行反轉 1013192747-0 l〇〇22219(f·單編號A0101 第27頁/共36頁 M438067 101年.05月18日修正替換頁 9 .如申讀專利範圍第8項所述的加熱電路，'其'•特徵'在於’，所 述儲能電路能量控制單元還包括電量回灌單元，用於在所 述開關裝置導通再關斷後，所述極性反轉單元對所述第一 電荷記憶元件的電壓極性進行反轉之前，將所述儲能電路 中的能量轉移至所述電池中。 10 .如申請專利範圍第8或第9項所述的加熱電路，其特徵在於 ，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。 11 .如申請專利範圍第8或第9項所述的加熱電路，其特徵在於 ，所述極性反轉單元包括第三單向半導體元件、第三電流 記憶元件以及第三開關，所述第一電荷記憶元件、第三電 流記憶元件和第三開關順次串聯形成回路，所述第三單向 半導體元件串聯在所述第一電荷記憶元件與第三電流記憶 1013192747-0 第28頁/共36頁 12

   13

   14 15 二關控制模組還與所述第三開關連接 第三開關導通來對所述第-電荷記憶轉的電壓極性= 反轉 申請專利範園第8或第9項所述的加熱電路，其特徵在於 ’所述極性反轉單元包括第-DC_DC模組和第二電荷纪憶 :件’所述第-DC-DC模組與所述第—電荷記憶元件和^ ~電荷記憶元件分別連接，所述切關控制模組還與所述第 — DC-DC模組連接，用於通過控制所述第_DC_DC模組工 作來將所述第一電荷記憶元件的能量轉移至所述第二電荷 6己憶元件，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1項所述的加熱電路，其特徵在於，所 述儲能電路能量控制單元還包括電量回灌單元，所述電量 回灌單元用於在所述開關裝置導通後再關斷時，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9或第13項所述的加熱電路，其特徵在 於，所述電量回灌單元包括第二DC-DC模組，所述第二 D C - D C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一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1項所述的電池的加熱電路，其特徵在 於，所述儲能電路能量控制單元包括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 脈單舰細丨 帛29頁/共36真 1013192747-0 M438067 101年.05月18日修正替換頁 ，所述開關控制模組還與所述DC-DC模組連接，用於在所 <述開關裝置導通後再關斷時，通過控制所述DC=D’C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電路中 ，之後將所述第一電荷記憶元件中的剩餘能量與電池中的 能量進行疊加。

   10022219(PM AQ1Q1 第30頁/共36頁 1013192747-0