TWM439195U - Battery heating circuit - Google Patents

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TWM439195U
TWM439195U TW100222184U TW100222184U TWM439195U TW M439195 U TWM439195 U TW M439195U TW 100222184 U TW100222184 U TW 100222184U TW 100222184 U TW100222184 U TW 100222184U TW M439195 U TWM439195 U TW M439195U
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switch
energy
battery
turned
switching device
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wen-hui Xu
Yao-Chuan Han
Wei Feng
Qin-Yao Yang
Wen-Jin Xia
shi-bin Ma
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Byd Co Ltd
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Description

M439195 1101年05月11日核正替換頁 五、新型說明： 【新型所屬之技術領域】 '一一 [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。 [0002] [0003] 考慮到汽車需要在複雜的路況和環境條件下行驶芝 有些電子設備需要在較差的環境條件中使況或: 以，作為電動車或f子設備電池就需要適應這咏 複雜的狀況。而且除了需要考慮這此 、二狀况，還需考慮電 池的使用壽命及電池的充放電迴圈 . 、闺丨生能，尤其是當電動 車或電子設備處於低溫環境中時， 吁更需要電池具有優異 的低溫充放電性能和較高的輸入輪出功率性能。、 -般而言，在低溫條件下會導致電池的阻抗:大，極化 增強，由此導致電池的容量下降， 降低。 ^终導致電池壽命的 【新型内容】 本新型的目的是針對電池在低溫條 抗增大，極化增強，由此導 導致電池的阻 電池的容量下降的問顳， 提供一種電池的加熱電路。
认—至 马了保持電池在低溫條件T 的容量，提高電池的充;件下 m 域電性能，本新型提供了-種雷 池的加熱電路8 裡電 本新型提供的電池的加熱電 w „電路，該加熱電路包括開關# 置、開關控制模組、第—阳 關裝 丨且尼元件 '儲能電路以及能f =早^所述η能電路用於與所述電池 :: 月匕電路包括電流記憶元件 述儲 臓麗/單编號麵 第4頁/共36頁 _ 電何記億元件’所述第一阻 1013178586-0 Μ439Ί95 101年05月11日修正替換頁 尼元件和開關裝置與所述儲能電路串聯，所述開關控制 模組與開關裝置連接，用於控制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，所 述能量轉移單元與所述儲能電路連接，用於在開關裝置 關斷後，將儲能電路中的能量轉移至儲能元件中。 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轉移單元， 當開關裝置關斷後，該能量轉移單元能夠將儲能電路中 的能量轉移至其他儲能元件或者提供給其他設備，因此 還起到了能量回收利用的作用。 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 的時刻输出相應的控制指令（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 (可程式設計控制器）等； 當下文尹提及時，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 1013178586-0 H1022218,單職 A〇101 $ 5 頁 / 共 36 頁 9 M439195 101年05月11日梭正替换百 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M0SFET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。 這裡還需要特別說明的是，考慮到不同類型的電池的不 同特性，在本新型中，“電池”可以指不包含内部寄生 1013178586-0 第6頁/共36頁 M439195 101年05月11日按正替換頁 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*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，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。 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 電路以及能量轉移單元，該儲能電路用於與電池E連接. 在本新型的一個實施例中，儲能電路包括電流記憶元件 L1和第一電荷記憶元件C1，其中，所述第一阻尼元件R1 10022218^^-01 第7頁/共36頁 1013178586-0 101年05月11日核正替換頁 和開關裝置1與所述儲能電路串聯，開關控制模組1 〇〇與 開裝置1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，所述能量轉移 單元與所述儲能電路連接，用於在開關裝置1導通再關斷 後’將儲能電路中的能量轉移至儲能元件中。需要說明 的是，上述儲能電路僅為本新型的優選實施方式，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修改或變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1 〇 〇控制開關裝置1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，即對第一電荷記憶元 件C1進行充電。當該回路中的電流經過電流峰值後正向 為零時，第一電荷記憶元件C1開始通過該回路放電，即 疋對電池E；充電；而在電池E的充放電過程中，回路中的 電机正向、反向均能流過第一阻尼元件R1，從而通過第 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置丨的導通和關斷時間，從 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。當達到停止加熱條件時開關控制 模組100可以控制開關裝置i關斷，加熱電路停止工作。 A0101 本新型的—個實施财，能量轉移單元與儲能電路連接 ’用於在開關裝置1導通再關斷後，將儲能電路中的能量 轉移㈣能it件中’目的在於對存儲電路中的能量進行 回收利用。儲能元件可以是外接電容、低溫電池或者電 第8頁/共36頁 1013178586-0 I ιοί年〇5月 ΓΓ^ 網以及其他用電設備。 優選情兄下，儲能元件是本新型提供的電池E，能量轉移 單元包括電量回灌單元103，該電量回灌單元1〇3與儲能 電路連捿，用於在開關裝置1導通再關斷後，將儲能電路 中的能量轉移至電池E中，如第2圖所示。 根據本新型的技術方案，在開關裝置i關斷後，通過能量 轉移單元將儲能電路中的能量轉移到電池5；中，能夠在開 關裝置1再次導通後對被轉移的能量進行迴圈利用，提高 了加熱電路的工作效率。 作為電量回灌單元103的一種實施方式，如第3圖所示， 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ci和電池e分別連接，開關控制 模組100還與第二DC-DC模組3連接，用於通過控制第二 DC-DC模組3工作來將第一電荷記憶元件c丨中的能量轉移 到電池E中》 第二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，本新型不對第二DC_DC模組3的具 體電路结構作任何限制，只要能夠實現對第—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中的元件進行增加、替換或刪 減。 第4圖為本新型提供的第二DC-DC模組3的一種實施方式， 如第4圖所示’第二DC-DC模組3包括··雙向開關S1、雙 向開關S2、雙向開關S3、雙向開關S4、第三變壓器T3、 電流s己憶元件L 4、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S2、雙向開關53、雙向 編號Α0101 第9頁/共36頁 1013178586-0 M439195 _ 攀 101年05月11日按正替換頁 開關S4為M0SFET。 其中，第三變壓器T3的1腳和3腳為同名端，四個單向半 導體元件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E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E的負端連接，且組 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T3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 〇 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 過第三變壓器T3和整流電路轉移到電池E上，整流電路將 1002221 驗 A〇101 第10頁/共36頁 1013178586-0 Μ439195 101年.05月11日核正替換頁 輪入的交流電轉化為直流電輸出至電池Ε，達到電量回灌 的目的。 為了避免第一電荷記憶元件c 1給處於低溫情況下的電池Ε 充電，保證電池Ε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1〇()用於控制開 關裝置1導通和關斷，以控制能量僅從電池£流向儲能電 路，由此，可以避免第一電荷記憶元件^對電池Ε進行充 電。 對於能量僅從電池Ε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！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。 為了控制能量僅從電池E流向第一電荷記憶元件ci，根據 本新型的一種實施方式’如第5圖所示，開關裝置1包括 第一開關K1和第一單向半導體元件D1，第一開關K1和第 一單向半導體元件D1彼此串聯之後串聯在儲能電路中， 開關控制模組1 00與第一開關K1連接，用於通過控制第一 開關K1的導通和關斷來控制開關裝置1導通和關斷。通過 串聯第一單向半導體元件D1，在第一開關K1失效的情況 下’可以阻止第一電荷記憶元件C1中的能量回流，避免 對電池E充電。 由於第一開關K1關斷時導致的電流下降速率較高會在電 流記憶元件L1上感應出較高的過電壓，容易導致第一開 關K1關斷時由於其電流、電壓超出安全工作區而損壞， 因此，優選情況下，開關控制模組100用於在流緝開關裝 置1的電流為零時控制第一開關K1關斷。 10〇22218产單編號 Α0101 第11頁/共36頁 1013178586-0 101年05月11日修正替換頁 為了提高加熱效率，優選情況下，根據本新型的另一種 實施方式’如第6圖所示’開關控制模则於在開關 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i 關斷，開關裝置1包括第二單向半導體元件D9、第三單向 半導體元件D10、第二開關K2、第二阻尼元件以以及第二 電荷記憶元件C3 ,其中，第二單向半導體元件⑽與第二 開關K2順次串聯在儲能電路中，第二阻尼元件μ與第二 電荷記憶元件C3串聯之後並聯在第二開關K2的兩端，所 述第三單向半導體元件D10並聯在第二阻尼元件R4的兩端 ’用於在第二開關K2關斷時對電流記憶元件L1進行續流 ，開關控制模組100與第二開關K2連接，用於通過控制第 二開關Κ2的導通和關斷來控制開關裝置i導通和關斷。 第三單向半導體元件D10、第二阻尼元件R4以及第二電荷 記憶元件C3組成了吸收回路，用於在第二開關K2關斷時 降低儲能電路中電流的下降速率。由此，當第二開關K2 關斷時，電流記憶元件L1上產生的感應電壓會迫使第三 單向半導體元件D10導通並通過第二電荷記憶元件C3實現 續流，使得電流記憶元件L1中電流變化速率降低，限制 了電流記憶元件L1兩端的感應電壓，可以保證第二開關 K2兩端的電壓在安全工作區内。當第二開關K2再次閉合 時，存儲在第二電荷記憶元件C3上的能量可以通過第二 阻尼元件R4進行消耗。 另外，為了提高加熱電路的工作效率，可以控制能量在 電池E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 H)0222^單織删1 第12頁/共36頁 1013178586-0 M439.195 101年05月11日梭正替換頁 ，開關控制模組100用於控制開關裝置1導通和關斷，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。 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， 如第7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 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1〇〇的控制 ，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8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 10022218#單編號 A〇101 第13頁/共36頁 1013178586-0 M439195 101年05月11日按正替换頁 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。 當需要對電池E加熱時，導通第二雙向開關K4和第三雙向 開關K5即可，如暫停加熱可以選擇關斷第二雙向開關K4 和第三雙向開關K5中的一者或者兩者，在不需要加熱時 關斷第二雙向開關K4和第三雙向開關K5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 支路的導通和關斷，靈活實現電路的正向和反向能量流 動。 作為開關裝置1的另一種實施方式，如第9圖所示，開關 裝置1可以包括第三開關K6、第四單向半導體元件D11以 及第五單向半導體元件D12。其中，第三開關K6和第四單 向半導體元件D11彼此串聯以構成第一單向支路，第五單 向半導體元件D12構成第二單向支路，開關控制模組100 與第三開關K6連接，用於通過控制第三開關K6的導通和 關斷來控制第一單向支路的導通和關斷。在如第9圖所示 的開關裝置1中，當需要加熱時，導通第三開關K6即可， 不需要加熱時，關斷第三開關K6即可。 如第9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。本新型還提出了開關裝置1的另一 種實施方式，如第10圖所示，開關裝置1還可以包括位於 第二單向支路中的第四開關K7，該第四開關K7與第五單 10022218^^^ A0101 第14頁/共36頁 1013178586-0 _ 1101^05^ ιΓβ 向半導體tl件D12串聯，開關控制模組丨_與第四開關 Κ7連接’料通過控制第四開継？的導通和關斷來控制 第一早向支路科通和騎。這樣在第10®*出的開關 裝置1中’由於兩個單向支路上均存在開關（即第三開關 1(6和第_關Κ7)，同時具備能量正向和反向流動時的 關斷功能。 優選地’開關裝置i還可以包括與第_單向支路和/或第 二單向支路串聯的電阻，用於減小電池E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8圖中示出的開關裝置1中添加與第二雙向開關K4和第 三雙向開«5串聯的電阻R6，得到開關裝置1的另一種實 現方式’如第11圖所示。第12圖中也示出了開關裝置上的 一種實施方式，其是在第10圖中示出的開關裝置1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7圖、第9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8圖、第10圖所示的兩個單向支路均可 控的開關裝置。 1013178586-0 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的電流為零時或為零後控制開關裝置1關斷。 10022218#單編號A0101 第15頁/共36頁 M439195 101年05月11日核正替換頁 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-φΓ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中的直接能量轉移到電池E中來提高加熱電路的工 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 行轉移，或者可以將第一電荷記憶元件C1中的一部分能 〇 量轉移之後，再對第一電荷記憶元件C1中的剩餘能量進 行消耗。 因此，如第13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、能量轉移單元進行能量轉移之前 ，對第一電荷記憶元件C1中的能量進行消耗，或者在能 量轉移單元進行能量轉移之後，對第一電荷記憶元件C1 中的能量進行消耗。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。第13圖中能量轉移 單元與電池E相連，以用於將能量轉移回電池E中，但根 據之前描述可知，能量轉移單元也可以將能量存儲到其 他儲能元件中。 根據本新型的一種實施方式，如第14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與第一 電荷記憶元件C1連接，用於在開關裝置1導通再關斷後、 能量轉移單元進行能量轉移之前，將第一電荷記憶元件 C1兩端的電壓值轉換成電壓設定值，或者在能量轉移單 H)隨^料號删1 1013178586-0 第16頁/共36頁 M439195 10022218 於單編號 101年05月11日修正替换頁 對第一電荷記憶元件C1中的能量 進行消耗。所述能量洁h 。 月粍和能量轉移:的順序可以根據實 示操作的*要進又定，本新型不對其進行限定。電壓 設定值也可以根據實際操作㈣要進行設定。 根據一種實施方式’如第Η圖所示，電壓控制單元101包 括第三阻尼元件R5和第五開關u，第三阻尼元件Μ和第 五開嶋彼此㈣錢麵在第—電荷减元件π的兩 端《 Μ㈣模_還與第五開嶋連接，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五開 關Κ 8導通。由此，第一 φ # 電何記憶元件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-個單獨的控制器，通過對其内 雜式的《置’可w實現對不同的外接㈣的通斷控制 ，開關控制模組刚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_，多個開關控制 模，且100也可以集成為_體’本㈣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15圖—第18圖對電池E的加熱電路的實施方式 的工作方式進行簡單H需要注意的是，雖然本新型 的特徵和兀素參考第15圖_第18圖以特定的結合進行了描 述’但每㈣徵或元素可以在沒有其它特徵和元素的情 況下單獨使用，或在與或不與其它特徵和元素結合的各 種情況下使用。本新型提供的電池E的加熱電路的實施方 式並不限於m㈣圖所示的實現方式士卜，所示 的波形圖巾的網格部分表示在該段時間内可以多次對開 關施加_脈衝’並且_的寬度可峰«要進行調 A0101 第17頁/共36頁 1013178586-0 M439195 101年05月11日按正替換百 節。 在如第15圖所示的電池E的加熱·電-路中，·使用’第一開關κ 1 和第一單向半導體元件D1構成開關裝置】，儲能電路包括 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，第二DC_DC模組3構成 能量轉移單元中的電量回灌單元1〇3，開關控制模組1〇〇 可.以控制第一開關K1的導通和關斷以及第二dc-DC模組3 的工作與否。第16圖為與第15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主指的是流經第一開關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 一開關K1導通，電池E通過第一開關κΐ、第一單向半導體 元件D1和第一電荷記憶元件ci組成的回路放電，如第16 圖中所示的11時間段；開關控制模組1 〇 〇在流經第一開關 κι的電流為零時控制第一開關K1關斷，如第16圖中所示 的t2時間段； b) 當第一開關K1關斷後，開關控制模組1〇〇控制第二 DC-DC模組3工作’第一電荷記憶元件ci通過第二dc-DC 模組3將交流電轉化為直流電輸出到電池e中，實現電量 回灌，之後開關控制模组1〇〇控制第二DC-DC模組3停止 工作，如第16圓中所示的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， 直至電池E達到停止加熱條件為止。 在如第17圖所示的電池E的加熱電路中，使用相互串聯的 第三開關K6、第四單向半導體元件D11 (第一單向支路） 1013178586-0 10022218^單編號A0101 第18頁/共36頁 M439195 [ϊ〇1年05月11日修JE替換頁[ 以及相互串聯的第四開關K7、第五單向半件D12 ( 第一單向支路）構成開關裝置Γ，儲能電路包括電流記憶 元件L1和第一電荷記憶元件C1，第一阻尼元件以和開關 裝置1與儲能電路串聯，第二DC-DC模组3構成將第一電荷 記憶元件C1中的能量轉移回電池e的電量回灌單元1〇3， 開關控制模組100可以控制第三開關K6、第四開關K7的導 通和關斷以及第二DC-DC模組3的工作與否。第18圖為與 第17圖的加熱電路對應的波形時序圖，其中，ν指的是 u C1 第一電荷記憶元件ci的電壓值，I主指的是流經第一開關 Κ1的電流的電流值。第17圖所示的加熱電路的工作過程 如下：
a) 開關控制模組1〇〇控制第三開關Κ6、第四開關Κ7導通 ，儲能電路開始工作，如第18圖所示的11時間段，電池E 通過第三開關K6、第四單向半導體元件D11、第一電荷記 憶元件C1進行正向放電（如第18圖中的tl時間段即流經 第一開關K1的電流的正半週期所示），並且通過第一電 荷記憶元件C1、第四開關K7、第五單向半導體元件D12反 向充電（如第18圖中的t2時間段即流經第一開關K1的電 流的負半週期所示）； b) 開關控制模組1〇〇控制第三開關K6、第四開關K7在反 向電流為零時關斷； C)開關控制模組100控制第二DC-DC模組3工作，第一電 荷記憶元件C1通過第二DC-DC模組3將交流電轉化為直流 電輸出到電池E中，實現電量回灌，之後控制第二DC-DC 模組3停止工作，如第18圖中所示的t3時間段； d)重複步驟a)至c)，電池E不斷通過放電實現加熱， 10022218#單编號 A010丨 第 19 頁 / 共 36 頁 1013178586-0 M439195 1101年05月ΐΓ日修正替換頁 直至電池Ε達到停止加熱條件為止》 本新型提供的>熱電路夠1%高DC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轉移單元， 當開關裝置關斷後，該能量轉移單元能夠將儲能電路中 的能量轉移至其他儲能元件或者提供給其他設備，因此 還起到了能量回收利用的作用。 以上結合附圖詳細描述了本新型的優選實施方式，但是 ’本新型並不限於上述實施方式中的具體細節，在本新 型的技術構思範圍内，可以對本新型的技術方案進行多 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，本新型對 各種可能的組合方式不再另行說明。此外，本新型的各 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】 [0005] 附圖是用來提供對本新型的進一步理解，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新 型，但並不構成對本新型的限制。在附圖中： 第1圖為本新型提供的電池的加熱電路的示意圖； 1013178586-0 麵^繼删1 Μ1 ® =的—種實施方式的示意 M439-195 101.年05月11日梭正替换頁 E1 · 圆， 第3圖為第2圖中的電量回灌單元的.一種實施方式的示意 ΓΕΟ · 圍， 第4圖為第3圖中的第二DC-DC模組的一種實施方式的示意 團， 第5圖為第1圖中的開關裝置的一種實施方式的示意圖： 第6圖為第1圖中的開關裝置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Π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圖為本新型提供的電池的加熱電路的一種優選實施 方式的示意圖； 第14圖為第13圖中的能量消耗單元的一種實施方式的示 意圖； 第15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16圖為第15圖的加熱電路所對應的波形時序圖； 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；以及 第18圖為第17圖的加熱電路所對應的波形時序圖。 【主要元件符號說明】 [0006] C1第一電荷記憶元件 C3第二電荷記憶元件 10022218^Mlt A〇101 第 21 頁 / 共 36 頁 1013178586-0 M439195 101年05月11日修正替換頁 D1第一單向半導體元件 D9第二單向半導體元件 " D10第三單向半導體元件 D11第四單向半導體元件 D12第五單向半導體元件 E電池 K1第一開關 K2第二開關 K3第一雙向開關 K4第二雙向開關 K5第三雙向開關 K6第三開關 K7第四開關 K8第五開關 L1電流記憶元件 L4電流記憶元件 R1第一阻尼元件 R2電阻 . R3電阻 R4第二阻尼元件 R5第三阻尼元件 R6電阻 S1-S4雙向開關 T3第三變壓器 1開關裝置 3第二DC-DC模組 10022218^^^ A〇101 第22頁/共36頁 1013178586-0 M439195 100開關控制模組 101電壓控制單元 103電量回灌單元 10022218#單編號删1 第23頁/共36頁 101年05月11日梭正替换頁 1013178586-0

Claims (1)

  1. M439195 101年05月11日修正替換頁 六、申請專利範圍： 1 . 一種電池的加熱電路，其特徵在於，該加熱電路包括： 開關裝置； 儲能電路，與所述電池連接，包括電流記憶元件和第一電 荷記憶元件，所述儲能電路與所述開關裝置串聯； 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 能量轉移單元，所述能量轉移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 能量轉移至所述電池中。 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，所述第一阻尼元件與所述開關裝置、 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 述第一阻尼元件為所述電池内部的寄生電祖，所述電流記 憶元件為所述電池内部的寄生電感；或者，所述第一阻尼 元件為外接電阻，所述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，其特徵在於，所 述能量轉移單元包括電量回灌單元，所述電量回灌單元與 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轉移至所述電池中。 5. 如申請專利範圍第4項所述的加熱電路，其特徵在於，所 述電量回灌單元包括第二DC-DC模組，所述第二DC-DC模 組與所述第一電荷E憶元件和所述電池分別連接，所述開 1{){)22218户單编號A0101 第24頁/共36頁 1013178586-0 M439195 101年05月11日修正替換頁 關控制模組還與所述第二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。 6 .如申請專利範圍第3項所述的加熱電路，其特徵在於，所 述開關控制模組用於控制所述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，所述開關裝置包 括第一開關和第一單向半導體元件，所述第一開關和所述 第一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開關裝置導通和關 斷。 7 .如申請專利範圍第3項所述的加熱電路，其特徵在於，所 述開關控制模組用於控制所述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，所述開關裝置包 括第二單向半導體元件、第三單向半導體元件、第二開關 、第二阻尼元件以及第二電荷記憶元件，所述第二單向半 導體元件與所述第二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二電荷記憶元件串聯之後並聯在 所述第二開關的兩端，所述第三單向半導體元件並聯在所 述第二阻尼元件的兩端，用於在所述第二開關關斷時對所 述電流記憶元件進行續流，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。 8 .如申請專利範圍第3項所述的加熱電路，其特徵在於，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 10022218^^ A〇101 第25頁/共36頁 1013178586-0 M439195 101年05月11日核正替換頁 路之間往復流動，所述開關裝置為第一雙向開關。 9 .如申請專利範圍第'3項所述的加熱電路，其特徵在於，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。 10.如申請專利範圍第9項所述的加熱電路，其特徵在於，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。 11 .如申請專利範圍第9項所述的加熱電路，其特徵在於，所 述開關裝置包括第三開關、第四單向半導體元件以及第五 單向半導體元件，所述第三開關和所述第四單向半導體元 件彼此串聯以構成所述第一單向支路，所述第五單向半導 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。 12 .如申請專利範圍第11項所述的加熱電路，其特徵在於，所 10022218#«^ A〇101 第26頁/共36頁 1013178586-0 M439-195 101年05月11日梭正替换頁 述開關裝置還包括位於所述第二單向支路中的第四開關， 所述第四開關與所述第五單向半導體元件串聯，所述開關 控制模组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 〇 13.如申請專利範圍第9項所述的加熱電路，其特徵在於，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。 14 .如申請專利範圍第1項至第13項中任一項所述的加熱電路 ，其特徵在於，所述加熱電路還包括與所述第一電荷記憶 元件連接的能量消耗單元，所述能量消耗單元用於在所述 開關裝置導通再關斷後、所述能量轉移單元進行能量轉移 之前，對所述第一電荷記憶元件中的能量進行消耗，或者 在所述能量轉移單元進行能量轉移之後，對所述第一電荷 記憶元件中的能量進行消耗。 15 .如申請專利範圍第14項所述的加熱電路，其特徵在於，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、所述能量轉移單元進行能量轉移之前，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，或者在 所述能量轉移單元進行能量轉移之後，對所述第一電荷記 憶元件中的能量進行消耗。 16 .如申請專利範圍第15項所述的加熱電路，其特徵在於，所 述電壓控制單元包括第三阻尼元件和第五開關，所述第三 阻尼元件和所述第五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 10022218严賊 A0101 第27頁/共36頁 1013178586-0 M439195 101年05月11日核正替換頁 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。 10022218^紐顯1 第28頁/共36頁 1013178586-0
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