TWM648012U - 電池自加熱裝置和具有其的車輛 - Google Patents

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張星春
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Abstract

一種電池自加熱裝置和具有其的車輛，包括：蓄電裝置，蓄電裝置包括串聯設置的第一蓄電裝置和第二蓄電裝置；電感，電感的一端連接至串聯設置的第一蓄電裝置和第二蓄電裝置之間；控制單元，控制單元包括至少一相橋臂，電感的另一端連接至少一相橋臂的中點，至少一相橋臂的兩端分別連接於蓄電裝置的正極和負極；以及電容，電容的兩端分別連接蓄電裝置的正極和負極，電容包括串聯的第一X電容和第二X電容，電感的一端連接至第一X電容和第二X電容之間。

Description

電池自加熱裝置和具有其的車輛
本新型係關於車輛技術領域，尤其是關於一種電池自加熱裝置和具有其的車輛。
相關技術中的電動車輛，在低溫環境下行車時，蓄電裝置的充放電性能會大幅降低，充放電效率慢，車輛的續航里程大幅降低，蓄電裝置的使用壽命受到影響，用戶體驗較差，目前的電池加熱裝置一般是車輛停止時才能夠對電池進行加熱，例如通過PTC（positive temperature coefficient，熱敏電阻）為電池加熱，難以解決在行車過程中對電池進行加熱的問題。
本新型旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本新型的一個目的在於提出一種電池自加熱裝置，該電池自加熱裝置能夠實現無論是行車過程中，還是停車狀態時，蓄電裝置均能夠實現自加熱，以保證車輛的續航里程，以及延長蓄電裝置的使用壽命。
根據本新型還提出了一種具有上述電池自加熱裝置的車輛。
為了實現上述目的，根據本新型的第一態樣實施例提出了一種電池自加熱裝置，包括：蓄電裝置，該蓄電裝置包括串聯設置的第一蓄電裝置和第二蓄電裝置；電感，該電感的一端連接至串聯設置的該第一蓄電裝置和該第二蓄電裝置之間；控制單元，該控制單元包括至少一相橋臂，該電感的另一端連接該至少一相橋臂的中點，該至少一相橋臂的兩端分別連接於該蓄電裝置的正極和負極；以及電容，該電容的兩端分別連接該蓄電裝置的正極和負極，該電容包括串聯的第一X電容和第二X電容，該電感的該一端連接至該第一X電容和該第二X電容之間。
根據本新型實施例的電池自加熱裝置能夠實現無論是行車過程中，還是停車狀態時，蓄電裝置均能夠實現自加熱，以保證車輛的續航里程，以及延長蓄電裝置的使用壽命。
根據本新型的一些實施例，該第一X電容為X1電容，該第二X電容為X2電容。
根據本新型的一些實施例，該第一X電容通過第一接觸器連接於該電感的該一端。
根據本新型的一些實施例，該電感為電機的至少一相繞組。
根據本新型的一些實施例，該電感為電機的三相繞組，該控制單元為電機控制器，該電機控制器包括三相橋臂，該三相繞組的一端匯接後通過N線連接至串聯的該第一蓄電裝置和該第二蓄電裝置之間，該三相繞組的另一端分別與該三相橋臂的中點連接。
根據本新型的一些實施例，該三相橋臂分別包括上橋臂和下橋臂，三個該上橋臂匯接後通過自加熱保險與該蓄電裝置的正極連接。
根據本新型的一些實施例，該電池自加熱裝置還包括：霍爾元件，該三相橋臂和該三相繞組通過導電結構連接，該霍爾元件套設於該導電結構且於該控制單元連接。
根據本新型的一些實施例，該第一蓄電裝置包括串聯的第一電池和第一電阻，該第二蓄電裝置包括串聯的第二電池和第二電阻。
根據本新型的一些實施例，該電機控制器還包括：控制台，該控制台與該三相橋臂連接，用於控制三個該上橋臂同時關斷、三個該下橋臂同時關斷，且三個該下橋臂的狀態與三個該上橋臂的狀態相反。
根據本新型的一些實施例，該電池自加熱裝置還包括：第二接觸器，該第二接觸器分別與該電感的該一端和該蓄電裝置連接，用於控制該電感的該一端和該蓄電裝置之間的通斷。
根據本新型的第二態樣實施例提出了一種車輛，包括根據本新型的第一態樣實施例之電池自加熱裝置。
根據本新型的第二態樣實施例的車輛，通過利用根據本新型的第一態樣實施例的電池自加熱裝置，能夠實現無論是行車過程中，還是停車狀態時，蓄電裝置均能夠實現自加熱，以保證車輛的續航里程，以及延長蓄電裝置的使用壽命。
本新型的附加態樣和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本新型的實踐瞭解到。
下面詳細描述本新型的實施例，實施例的示例在圖示中示出，其中自始至終相同或類似的元件符號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考圖示描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本新型，而不能理解為對本新型的限制。
在本新型的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“後”、“左”、“右”、“豎直”、“水準”、“頂”、“底”、“內”、“外”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關係為基於圖示所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本新型的限制。
在本新型的描述中，“第一特徵”、“第二特徵”可以包括一個或者更多個該特徵。
在本新型的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，“若干”的含義是一個或多個。
下面參考圖示描述根據本新型實施例的電池自加熱裝置1。
如圖1和圖2所示，根據本新型實施例的電池自加熱裝置1包括蓄電裝置100、電感210、控制單元300和電容400。
蓄電裝置100包括串聯設置的第一蓄電裝置110和第二蓄電裝置120，電感210的一端連接至串聯設置的第一蓄電裝置110和第二蓄電裝置120之間，控制單元300包括至少一相橋臂310，電感210的另一端連接至少一相橋臂310的中點，至少一相橋臂310的兩端分別連接於蓄電裝置100的正極和負極，電容400的兩端分別連接蓄電裝置100的正極和負極，電容400包括串聯的第一X電容410和第二X電容420，電感210的一端連接至第一X電容410和第二X電容420之間。
其中，蓄電裝置100可以為電池組，也即動力電池。
需要說明的是，每相橋臂310包括串聯的兩個功率開關，電感210的另一端連接至少一相橋臂310的中點，是指，電感210的另一端連接至串聯的兩個功率開關之間，而並非是指電感210的另一端連接至至少一相橋臂310的中間位置。
需要說明的是，本申請中的功率開關可以是IGBT（insulated gate bipolar transistor，絕緣閘極電晶體）、MOS電晶體（metal-oxide semiconductor，金屬氧化物半導體）或者雙極性接面型電晶體,也可以是碳化矽製備的開關等。
根據本新型實施例的電池自加熱裝置1，通過將蓄電裝置100包括串聯設置的第一蓄電裝置110和第二蓄電裝置120，電感210的一端連接至串聯設置的第一蓄電裝置110和第二蓄電裝置120之間，控制單元300包括至少一相橋臂310，電感210的另一端連接至少一相橋臂310的中點，至少一相橋臂310的兩端分別連接於蓄電裝置100的正極和負極。
舉例而言，如圖2所示，在基波週期的正半週期，當橋臂310的上側功率開關導通，且下側功率開關斷開時，第一蓄電裝置110放電，電流通過橋臂310的上側功率開關的IGBT形成迴路，第一蓄電裝置110的電流經橋臂310的上側功率開關向電感210充電；當橋臂310的上側功率開關關閉，且下側功率開關導通時，電感210續流為第二蓄電裝置120充電，再經橋臂310的下側功率開關的二極體形成迴路；
在基波週期的負半週期，當橋臂310的上側功率開關關閉且下側功率開關導通時，第二蓄電裝置120放電，電流通過橋臂310的下側功率開關的IGBT形成迴路，第二蓄電裝置120的電流經橋臂310的下側功率開關向電感210充電；當橋臂310的上側功率開關導通且下側功率開關斷開時，電感210續流為第一蓄電裝置110充電，再經橋臂310的下側功率開關的二極體形成迴路。
由此，通過橋臂310的兩個功率開關以高頻開斷頻率運行，第一蓄電裝置110和第二蓄電裝置120通過電流振盪互相充放電，使第一蓄電裝置110的內電阻以及第二蓄電裝置120的內電阻發熱而實現蓄電裝置100的自加熱。
這樣，在低溫環境中，蓄電裝置100可以進行自加熱，不僅能夠提高蓄電裝置100的供電效率，例如車輛在行駛過程中，蓄電裝置100可以進行自加熱，以使蓄電裝置100保持在高效率供電的工作狀態，而且在蓄電裝置100充電時，蓄電裝置100可以先進行自加熱，從而提升充電效率。
而且，蓄電裝置100的電流流經橋臂310和電感210後又流回蓄電裝置100，相比於相關技術中的利用熱敏電阻（positive temperature coefficient，PTC）給蓄電裝置進行加熱，本新型中的蓄電裝置100的電能損耗更低，在有效地提高蓄電裝置100的溫度的同時，也不會大幅損耗蓄電裝置100自身的電能，減少加熱損耗，提高續航能力，而且無需額外設置PTC加熱件，降低了成本，減小了體積，減少了零件數量。
另外，電容400的兩端分別連接蓄電裝置100的正極和負極，電容400包括串聯的第一X電容410和第二X電容420，電感210的一端連接至第一X電容410和第二X電容420之間。
由此，當蓄電裝置100給橋臂310供電用於車輛驅動時，蓄電裝置100的電流會先經過第一X電容410和第二X電容420，以吸收蓄電裝置100的輸出電流中的漣波電流，使蓄電裝置100對橋臂310供電時的電壓穩定，並且在對蓄電裝置100充電時，進入蓄電裝置100的電流也會先經過電容400，電容400能夠吸收輸入到蓄電裝置100的充電電流中的漣波電流，從而保持蓄電裝置100兩端的充電電壓的穩定性。
而且，第一X電容410和第二X電容420的設置，能夠為電池自加熱裝置1上電感210的上述一端和蓄電裝置100之間的高頻電流提供一個迴路，盡可能降低磁環在某個頻點的高頻電流飽和風險，第一X電容410和第二X電容420能夠吸收電感210的上述一端和蓄電裝置100之間的差模電流，從而降低蓄電裝置100的正極和負極的高頻差模電流分量。
如此，根據本新型實施例的電池自加熱裝置1能夠實現無論是行車過程中，還是停車狀態時，蓄電裝置100均能夠實現自加熱，以保證車輛的續航里程，以及延長蓄電裝置100的使用壽命。
在本新型的一些具體實施例中，第一X電容410為X1電容，第二X電容420為X2電容。其中，第一X電容410耐高壓2.5KV~4KV，第二X電容420耐高壓不大於2.5KV。
第一X電容410是蓄電裝置100給控制單元300的橋臂310的IGBT供電時的具有穩壓濾波功能的電容，而IGBT給車輛行駛轉換電流時功率比較大，因此第一X電容410的耐高壓範圍需要較高。
第二X電容420用於蓄電裝置100自加熱時吸收電感210和蓄電裝置100之間的N線上的差模電流。從圖1可知，第二X電容420通過第一接觸器430與電感210連接，在蓄電裝置100自加熱時第二X電容420才和電感210的與蓄電裝置100的一端導通，蓄電裝置100自加熱的功率沒有IGBT給車輛行駛轉換電流時功率大，因此第二X電容420的耐高壓範圍可以小於第一X電容410的耐高壓範圍。
在本新型的一些具體實施例中，如圖1所示，第一X電容410通過第一接觸器430連接於電感210的一端。
也就是說，第一X電容410可以通過第一接觸器430可通斷地與電感210連通，當蓄電裝置100需要進行自加熱時，第一接觸器430閉合，以使第一X電容410和第二X電容420通過第一接觸器430連接於電感210的上述一端；當蓄電裝置100不需要進行自加熱時，當第一接觸器430斷開時，第一X電容410與第二X電容420共同保證蓄電裝置100的充放電的電壓穩定。
在本新型的一些具體實施例中，如圖1所示，電感210為電機200的至少一相繞組。
這樣，電池自加熱裝置1和電機200共用了電機200的繞組，實現了電機200的繞組的復用，提高了電機200的繞組的利用率，無需額外單獨設置電感，減少了零件數量，降低了生產成本，從而有利於減小電池自加熱裝置1和電機200整體的體積。
在本新型的一些具體實施例中，如圖1所示，電感210為電機200的三相繞組，控制單元300為電機控制器，電機控制器包括三相橋臂320，三相繞組的一端匯接後通過N線連接至串聯的第一蓄電裝置110和第二蓄電裝置120之間，三相繞組的另一端分別與三相橋臂320的中點連接。
也就是說，電機200可以為三相電機，且電機200可以為驅動電機或者發電機，通過將三相繞組應用於電池自加熱裝置1，且三相繞組與電機控制器的三相橋臂320一一對應地連接，這樣設置，能夠減小電池自加熱裝置1產生的漣波電流的機率，進一步地保證了蓄電裝置100自加熱時電壓的穩定性，並且可以提高電能品質。
進一步地，如圖1所示，三相橋臂320分別包括上橋臂321和下橋臂322，三個上橋臂321匯接後通過自加熱保險500與蓄電裝置100的正極連接。其中，自加熱保險500可以為保險絲，通過設置自加熱保險500，能夠避免蓄電裝置100在自加熱過程中的部分回流電流和蓄電裝置100的正極上的電流發生短路，提高了裝置的安全性。
在本新型的一些具體實施例中，如圖1所示，電池自加熱裝置1還包括霍爾元件600。三相橋臂320和三相繞組通過導電結構連接，霍爾元件600套設於導電結構且於控制單元300連接。其中，導電結構可以為導線、銅排以及它們的組合。
由此，霍爾元件600可以檢測導電結構上的電流值，並且三相繞組的匯接端與蓄電裝置100之間通過N線連接，N線也可以設有霍爾元件600，從而在蓄電裝置100進行自加熱時，以及蓄電裝置100給橋臂310提高驅動電流時，霍爾元件600能夠將檢測結果發送到控制單元300，從而及時控制導電結構上的電流值的大小以及流向，並且控制N線上的電流值的大小以及流向，通過對電池自加熱裝置1中電流的及時回饋，能夠提高裝置控制的可靠性。
在本新型的一些具體實施例中，如圖1所示，第一蓄電裝置110包括串聯的第一電池111和第一電阻112，第二蓄電裝置120包括串聯的第二電池121和第二電阻122。
也就是說，第一電阻112為第一蓄電裝置110的內電阻，第二電阻122為第二蓄電裝置120的內電阻，舉例而言，第一電阻112和第二電阻122位於第一電池111和第二電池121之間，並且三相繞組的匯接端連接於第一電阻112和第二電阻122之間。
這樣，在第一電池111和第二電池121相互充放電的過程中，電流振盪會流經第一電阻112和第二電阻122，而是第一電阻112和第二電阻122發熱，蓄電裝置100整體實現自加熱。
在本新型的一些具體實施例中，電池自加熱裝置1還包括直流連接器和磁環。
直流連接器的正極與蓄電裝置100的正極連接，直流連接器的負極與蓄電裝置100的負極連接，磁環套設於直流連接器。其中，直流連接器可以通過導線或者其他導電結構與外界的充電設備連接，例如，可以和充電樁連接，以為蓄電裝置100進行充電。
這樣，磁環能夠阻擋外界對直流連接器的電磁干擾，以使直流連接器在輸出電壓更加穩定，從而保證蓄電裝置100的充電電壓的穩定，進一步提高車輛的續航里程。
在本新型的一些具體實施例中，電機控制器還包括控制台。
控制台與三相橋臂320連接，用於控制三個上橋臂321同時關斷、三個下橋臂322同時關斷，且三個下橋臂322的狀態與三個上橋臂321的狀態相反。
也就是說，電機控制器可以通過控制台控制三個上橋臂321同步導通，且同時此時控制三個下橋臂322同步斷開；控制台控制三個上橋臂321同步斷開，且同時控制三個下橋臂322同步通斷。這樣，能夠減小電池自加熱裝置1產生的漣波電流的機率，進一步地保證了蓄電裝置100的輸出電壓和輸入電壓的穩定性，蓄電裝置100的升溫更為可靠，並且可以提高電能品質。
在本新型的一些具體實施例中，如圖1所示，電池自加熱裝置1還包括第二接觸器700。
第二接觸器700分別與電感210的一端和蓄電裝置100連接，用於控制電感210的一端和蓄電裝置100之間的通斷。
由此，可以通過第二接觸器700的通斷，可以選擇性地為蓄電裝置100進行加熱，當蓄電裝置100的溫度較高或者正常（例如蓄電裝置100的溫度不低於20℃）時，可以斷開第二接觸器700，電池自加熱裝置1沒有電流流通，蓄電裝置100不進行自加熱，進而可以避免蓄電裝置100的溫度過高，有利於提高蓄電裝置100的電安全性。
而當蓄電裝置100的溫度較低（例如蓄電裝置100的溫度低於10℃）時，可以先閉合第二接觸器700，蓄電裝置100、橋臂310和電感210形成迴路，進而可以實現蓄電裝置100的自加熱，當蓄電裝置100的溫度升高後（例如蓄電裝置100的溫度達到20℃）再斷開第二接觸器700，既保證了蓄電裝置100的續航，又避免了蓄電裝置100的溫度被加熱的過高，有利於提高蓄電裝置100的放電性能，安全性更好。
下面參考圖示描述根據本新型實施例的車輛，車輛包括根據本新型上述實施例的電池自加熱裝置1。
根據本新型實施例的車輛，通過利用根據本新型上述實施例的電池自加熱裝置1，能夠實現無論是行車過程中，還是停車狀態時，蓄電裝置100均能夠實現自加熱，以保證車輛的續航里程，以及延長蓄電裝置100的使用壽命。
根據本新型實施例的電池自加熱裝置1和具有其的車輛的其他構成以及操作對於所屬技術領域中具有通常知識者而言都是已知的，這裡不再詳細描述。
在本說明書的描述中，參考術語“具體實施例”、“具體示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。
儘管已經示出和描述了本新型的實施例，所屬技術領域中具有通常知識者可以理解：在不脫離本新型的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本新型的範圍由申請專利範圍及其等同物限定。
1:電池自加熱裝置 100:蓄電裝置 110:第一蓄電裝置 111:第一電池 112:第一電阻 120:第二蓄電裝置 121:第二電池 122:第二電阻 200:電機 210:電感 300:控制單元 310:橋臂 320:三相橋臂 321:上橋臂 322:下橋臂 400:電容 410:第一X電容 420:第二X電容 430:第一接觸器 500:自加熱保險 600:霍爾元件 700:第二接觸器
本新型的上述和/或附加的方面和優點從結合下面圖示對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中： 圖1是根據本新型實施例的電池自加熱裝置的原理圖。 圖2是根據本新型實施例的電池自加熱裝置的基波週期的曲線圖。
1:電池自加熱裝置
100:蓄電裝置
110:第一蓄電裝置
111:第一電池
112:第一電阻
120:第二蓄電裝置
121:第二電池
122:第二電阻
200:電機
210:電感
300:控制單元
310:橋臂
320:三相橋臂
321:上橋臂
322:下橋臂
400:電容
410:第一X電容
420:第二X電容
430:第一接觸器
500:自加熱保險
600:霍爾元件
700:第二接觸器

Claims (11)

  1. 一種電池自加熱裝置，其中，包括： 蓄電裝置，該蓄電裝置包括串聯設置的第一蓄電裝置和第二蓄電裝置； 電感，該電感的一端連接至串聯設置的該第一蓄電裝置和該第二蓄電裝置之間； 控制單元，該控制單元包括至少一相橋臂，該電感的另一端連接該至少一相橋臂的中點，該至少一相橋臂的兩端分別連接於該蓄電裝置的正極和負極；以及 電容，該電容的兩端分別連接該蓄電裝置的正極和負極，該電容包括串聯的第一X電容和第二X電容，該電感的該一端連接至該第一X電容和該第二X電容之間。
  2. 如請求項1所述之電池自加熱裝置，其中，該第一X電容為X1電容，該第二X電容為X2電容。
  3. 如請求項1所述之電池自加熱裝置，其中，該第一X電容通過第一接觸器連接於該電感的該一端。
  4. 如請求項1所述之電池自加熱裝置，其中，該電感為電機的至少一相繞組。
  5. 如請求項1所述之電池自加熱裝置，其中，該電感為電機的三相繞組，該控制單元為電機控制器，該電機控制器包括三相橋臂，該三相繞組的一端匯接後通過N線連接至串聯的該第一蓄電裝置和該第二蓄電裝置之間，該三相繞組的另一端分別與該三相橋臂的中點連接。
  6. 如請求項5所述之電池自加熱裝置，其中，該三相橋臂分別包括上橋臂和下橋臂，三個該上橋臂匯接後通過自加熱保險與該蓄電裝置的正極連接。
  7. 如請求項5所述之電池自加熱裝置，其中，還包括： 霍爾元件，該三相橋臂和該三相繞組通過導電結構連接，該霍爾元件套設於該導電結構且於該控制單元連接。
  8. 如請求項1所述之電池自加熱裝置，其中，該第一蓄電裝置包括串聯的第一電池和第一電阻，該第二蓄電裝置包括串聯的第二電池和第二電阻。
  9. 如請求項6所述之電池自加熱裝置，其中，該電機控制器還包括： 控制台，該控制台與該三相橋臂連接，用於控制三個該上橋臂同時關斷、三個該下橋臂同時關斷，且三個該下橋臂的狀態與三個該上橋臂的狀態相反。
  10. 如請求項1所述之電池自加熱裝置，其中，還包括： 第二接觸器，該第二接觸器分別與該電感的該一端和該蓄電裝置連接，用於控制該電感的該一端和該蓄電裝置之間的通斷。
  11. 一種車輛，其中，包括根據請求項1至10中任一項所述之電池自加熱裝置。
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