專利名稱：一種電池的加熱電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電力電子領域，尤其涉及一種電池的加熱電路。
背景技術：
考慮到汽車需要在復雜的路況和環(huán)境條件下行駛，或者有些電子設備需要在較差 的環(huán)境條件中使用，所以，作為電動車或電子設備電源的電池就需要適應這些復雜的狀況。 而且除了考慮這些狀況，還需考慮電池的使用壽命及電池的充放電循環(huán)性能，尤其是當電 動車或電子設備處于低溫環(huán)境中時，更需要電池具有優(yōu)異的低溫充放電性能和較高的輸入 輸出功率性能。一般而言，在低溫條件下會導致電池的阻抗增大，極化增強，由此導致電池的容量 下降。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，本發(fā)明提供了一種 電池的加熱電路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對電池在低溫條件下會導致電池的阻抗增大，極化增強，由此 導致電池的容量下降的問題，提供一種電池的加熱電路。本發(fā)明提供的電池的加熱電路包括開關裝置、開關控制模塊、阻尼元件、儲能電路 以及能量疊加單元，所述儲能電路用于與所述電池連接，所述儲能電路包括電流存儲元件 和電荷存儲元件，所述阻尼元件和開關裝置與所述儲能電路串聯(lián)，所述開關控制模塊與開 關裝置連接，用于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，所述能量疊加單元與所述儲能電路連接，用于在開關裝置導通再關斷后，將儲能電 路中的能量與電池中的能量進行疊加。本發(fā)明提供的加熱電路能夠提高電池的充放電性能，并且在該加熱電路中，儲能 電路與電池串聯(lián)，當給電池加熱時，由于串聯(lián)的電荷存儲元件的存在，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，本發(fā)明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后，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。本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式
部分予以詳細說明。


附圖是用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具 體實施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構成對本發(fā)明的限制。在附圖中圖1為本發(fā)明提供的電池的加熱電路的示意圖；圖2為圖1中的能量疊加單元的一種實施方式的示意圖3為圖2中的極性反轉單元的一種實施方式的示意圖；圖4為圖2中的極性反轉單元的一種實施方式的示意圖；圖5為圖2中的極性反轉單元的一種實施方式的示意圖；圖6為圖5中的第一 DC-DC模塊的一種實施方式的示意圖；圖7為圖1中的開關裝置的一種實施方式的示意圖； 圖8為圖1中的開關裝置的一種實施方式的示意圖；圖9為圖1中的開關裝置的一種實施方式的示意圖；圖10為圖1中的開關裝置的一種實施方式的示意圖；圖11為圖1中的開關裝置的一種實施方式的示意圖；圖12為圖1中的開關裝置的一種實施方式的示意圖；圖13為圖1中的開關裝置的一種實施方式的示意圖；圖14為圖1中的開關裝置的一種實施方式的示意圖；圖15為本發(fā)明提供的電池的加熱電路的一種優(yōu)選實施方式的示意圖；圖16為圖15中的能量消耗單元的一種實施方式的示意圖；圖17為本發(fā)明提供的電池的加熱電路的一種實施方式的示意圖；圖18為圖17的加熱電路所對應的波形時序圖；圖19為本發(fā)明提供的電池的加熱電路的一種實施方式的示意圖；以及圖20為圖19的加熱電路所對應的波形時序圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行詳細說明。應當理解的是，此處所描 述的具體實施方式
僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。需要指出的是，除非特別說明，當下文中提及時，術語“開關控制模塊”為任意能夠 根據(jù)設定的條件或者設定的時刻輸出控制指令(例如脈沖波形)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 ；當下文中提及時，術語“開關”指的是可 以通過電信號實現(xiàn)通斷控制或者根據(jù)元器件自身的特性實現(xiàn)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管串聯(lián)構成的可單向導通的開關，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 EffectTransistor, MOSFET)或帶有反并續(xù)流二極管的IGBT ；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(xiàn)通斷控制或者根據(jù)元器件自身的特性實現(xiàn)通斷控制的可雙向導通的開關，例 如MOSFET或帶有反并續(xù)流二極管的IGBT ；當下文中提及時，單向半導體元件指的是具有單 向導通功能的半導體元件，例如二極管等；當下文中提及時，術語“電荷存儲元件”指任意可 以實現(xiàn)電荷存儲的裝置，例如可以為電容等；當下文中提及時，術語“電流存儲元件”指任意 可以對電流進行存儲的裝置，例如可以為電感等；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(例如干電池、堿性電池等)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(xiàn)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(lián)組成的回路。
這里還需要特別說明的是，考慮到不同類型的電池的不同特性，在本發(fā)明中，“電 池”可以指不包含內(nèi)部寄生電阻和寄生電感、或者內(nèi)部寄生電阻的阻值和寄生電感的電感 值較小的理想電池，也可以指包含有內(nèi)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”為不包含內(nèi)部寄生電阻和寄生電感、或者內(nèi)部寄生電阻的 阻值和寄生電感電感值較小的理想電池時，阻尼元件Rl指的是電池外部的阻尼元件，電流 存儲元件Ll指的是電池外部的電流存儲元件；當“電池”為包含有內(nèi)部寄生電阻和寄生電 感的電池包時，阻尼元件Rl既可以指電池外部的阻尼元件，也可以指電池包內(nèi)部的寄生電 阻，同樣地，電流存儲元件Ll既可以指電池外部的電流存儲元件，也可以指電池包內(nèi)部的 寄生電感。為了保證電池的使用壽命，可以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(huán)境的改變，可以根據(jù)實際的環(huán)境情況對電池的加熱 條件和停止加熱條件進行設置，以保證電池的充放電性能。為了對處于低溫環(huán)境中的電池E進行加熱，本發(fā)明提供了一種電池E的加熱電路， 如圖1所示，該加熱電路包括開關裝置1、開關控制模塊100、阻尼元件R1、儲能電路以及能 量疊加單元，所述儲能電路用于與所述電池連接，所述儲能電路包括電流存儲元件Ll和電 荷存儲元件Cl，所述阻尼元件Rl、開關裝置1、電流存儲元件Ll和電荷存儲元件Cl串聯(lián)，所 述開關控制模塊100與開關裝置1連接，用于控制開關裝置1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，所述能量疊加單元與所述儲能電路連接，用于在開關 裝置1導通再關斷后，將儲能電路中的能量與電池中的能量進行 疊加。根據(jù)本發(fā)明的技術方案，當達到加熱條件時，開關控制模塊100控制開關裝置1導 通，電池E與儲能電路串聯(lián)構成回路，電池E可以通過回路放電，即對電荷存儲元件Cl進行 充電，當回路中的電流經(jīng)過電流峰值后正向為零時，電荷存儲元件Cl開始通過回路放電， 即是對電池E充電；在電池E的充放電過程中，回路中的電流正向、反向均能流過阻尼元件 R1，通過阻尼元件Rl的發(fā)熱可以達到給電池E加熱的目的，通過控制開關裝置1的導通和 關斷時間，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，開關控制模塊100可以控制開關裝置1關斷，加熱電路停止工作。所述能量疊加單元與所述儲能電路連接，用于在開關裝置1導通再關斷后，將儲 能電路中的能量與電池E中的能量進行疊加，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工作效率。根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，如圖2所示，所述能量疊加單元包括極性反轉單元 102，該極性反轉單元102與所述儲能電路連接，用于在開關裝置1導通再關斷后，對電荷存 儲元件Cl的電壓極性進行反轉，由于極性反轉后的電荷存儲元件Cl的電壓能夠與電池E 的電壓串聯(lián)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。作為極性反轉單元102的一種實施方式，如圖3所示，所述極性反轉單元102包括 單刀雙擲開關Jl和單刀雙擲開關J2，所述單刀雙擲開關Jl和單刀雙擲開關J2分別位于所 述電荷存儲元件Cl兩端，所述單刀雙擲開關Jl的入線連接在所述儲能電路中，所述單刀雙 擲開關Jl的第一出線連接所述電荷存儲元件Cl的第一極板，所述單刀雙擲開關Jl的第二出線連接所述電荷存儲元件Cl的第二極板，所述單刀雙擲開關J2的入線連接在所述儲能 電路中，所述單刀雙擲開關J2的第一出線連接所述電荷存儲元件Cl的第二極板，所述單刀 雙擲開關J2的第二出線連接在所述電荷存儲元件Cl的第一極板，所述開關控制模塊100 還與所述單刀雙擲開關Jl和單刀雙擲開關J2分別連接，用于通過改變所述單刀雙擲開關 Jl和單刀雙擲開關J2各自的入線和出線的連接關系來對所述電荷存儲元件Cl的電壓極性 進行反轉。根據(jù)該實施方 式，可以預先對單刀雙擲開關Jl和單刀雙擲開關J2各自的入線和 出線的連接關系進行設置，使得當開關裝置Kl導通時，所述單刀雙擲開關Jl的入線與其第 一出線連接，而所述單刀雙擲開關J2的入線與其第一出線連接，當開關裝置Kl關斷時，通 過開關控制模塊100控制單刀雙擲開關Jl的入線切換到與其第二出線連接，而所述單刀雙 擲開關J2的入線切換到與其第二出線連接，由此電荷存儲元件Cl實現(xiàn)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，如圖4所示，所述極性反轉單元102包 括單向半導體元件D3、電流存儲元件L2以及開關K9，所述電荷存儲元件Cl、電流存儲元件 L2和開關K9順次串聯(lián)形成回路，所述單向半導體元件D3和串聯(lián)在所述電荷存儲元件Cl與 電流存儲元件L2或所述電流存儲元件L2與開關K9之間，所述開關控制模塊100還與所述 開關K9連接，用于通過控制開關K9導通來對所述電荷存儲元件Cl的電壓極性進行反轉。根據(jù)上述實施方式，當開關裝置1關斷時，可以通過開關控制模塊100控制開關K9 導通，由此，電荷存儲元件Cl與單向半導體元件D3、電流存儲元件L2以及開關K9形成LC 振蕩回路，電荷存儲元件Cl通過電流存儲元件L2放電，振蕩回路上的電流流經(jīng)正半周期 后，流經(jīng)電流存儲元件L2的電流為零時達到電荷存儲元件Cl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，如圖5所示，所述極性反轉單元102包 括第一 DC-DC模塊2和電荷存儲元件C2，該第一 DC-DC模塊2與所述電荷存儲元件Cl和電 荷存儲元件C2分別連接，所述開關控制模塊100還與所述第一 DC-DC模塊2連接，用于通 過控制第一 DC-DC模塊2工作來將所述電荷存儲元件Cl中的能量轉移至所述電荷存儲元 件C2，再將所述電荷存儲元件C2中的能量反向轉移回所述電荷存儲元件Cl，以實現(xiàn)對所述 電荷存儲元件Cl的電壓極性的反轉。所述第一 DC-DC模塊2是本領域中常用的用于實現(xiàn)電壓極性反轉的直流變直流轉 換電路，本發(fā)明不對第一DC-DC模塊2的具體電路結構作任何限制，只要能夠實現(xiàn)對電荷存 儲元件Cl的電壓極性反轉即可，本領域技術人員可以根據(jù)實際操作的需要對其電路中的 元件進行增加、替換或刪減。圖6為本發(fā)明提供的第一 DC-DC模塊2的一種實施方式，如圖6所示，所述第一 DC-DC模塊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Tl、單 向半導體元件D4、單向半導體元件D5、電流存儲元件L3、雙向開關Q5、雙向開關Q6、第二變 壓器T2、單向半導體元件D6、單向半導體元件D7、以及單向半導體元件D8。在該實施方式中，所述雙向開關Q1、雙向開關Q2、雙向開關Q3和雙向開關Q4為 MOSFET，所述雙向開關Q5和雙向開關Q6為IGBT。所述第一變壓器Tl的1腳、4腳、5腳為同名端，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的陽極與電荷存儲元件Cl的a端連接，單向半導體元件 D7的陰極與雙向開關Ql和雙向開關Q2的漏極連接，雙向開關Ql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 與電荷存儲元件Cl的b端連接，由此構成全橋電路，此時電荷存儲元件Cl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Tl與所述電荷存儲元件C2相連；第一變壓器Tl的 1腳與第一節(jié)點m連接、2腳與第二節(jié)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 存儲元件L3的一端連接，電流存儲元件L3的另一端與電荷存儲元件C2的d端連接；變壓 器Tl的4腳與電荷存儲元件C2的c端連接，單向半導體元件D8的陽極與電荷存儲元件C2 的d端連接，單向半導體元件D8的陰極與電荷存儲元件Cl的b端連接，此時電荷存儲元件 C2的電壓極性為c端為負，d端為正。其中，電荷存儲元件C2的c端連接雙向開關Q5的發(fā)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腳與電荷存儲元件Cl的a端連接，變壓器T2的4 腳與電荷存儲元件Cl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(fā)射極與電荷存儲元件 C2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分別通過所述開關控制模塊100的控制來實現(xiàn)導通和關斷。下面對所述第一 DC-DC模塊2的工作過程進行描述1、在開關裝置1關斷后，所述開關控制模塊100控制雙向開關Q5、雙向開關Q6關 斷，控制雙向開關Ql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，通過控制所述A相、B相交替導通以構成全橋電路進行工作；2、當所述全橋電路工作時，電荷存儲元件Cl上的能量通過第一變壓器Tl、單向半 導體元件D4、單向半導體元件D5、以及電流存儲元件L3轉移到電荷存儲元件C2上，此時電 荷存儲元件C2的電壓極性為c端為負，d端為正。3、所述開關控制模塊100控制雙向開關Q5導通，電荷存儲元件Cl通過第二變壓 器T2和單向半導體元件D8與電荷存儲元件C2構成通路，由此，電荷存儲元件C2上的能量 向電荷存儲元件Cl反向轉移，其中，部分能量將儲存在第二變壓器T2上；此時，所述開關控 制模塊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上的能量轉移至電荷存儲元件Cl，此時電荷存儲元件Cl的電 壓極性反轉為a端為負，b端為正，由此達到了將電荷存儲元件Cl的電壓極性反向的目的。為了避免電荷存儲元件Cl給處于低溫情況下的電池E充電，保證電池E的充放電 性能，作為本發(fā)明提供的加熱電路的一種優(yōu)選實施方式，所述開關控制模塊100用于控制 開關裝置1導通和關斷，以控制能量僅從電池E流向儲能電路，由此，可以避免電荷存儲元 件Cl對電池E進行充電。為了控制能量僅從電池E流向電荷存儲元件Cl，根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，如 圖7所示，所述開關裝置1包括開關Kl和單向半導體元件D1，所述開關Kl和單向半導體元件Dl彼此串聯(lián)之后串聯(lián)在所述儲能電路中，所述開關控制模塊100與開關Kl連接，用于 通過控制開關Kl的導通和關斷來控制開關裝置1導通和關斷。通過串聯(lián)單向半導體元件 D1，在開關Kl失效的情況下，可以阻止電荷存儲元件Cl中的能量回流，避免對電池E充電。對于能量僅從電池E流向儲能電路的實施方式，所述開關控制模塊100用于在開 關裝置1導通后流經(jīng)開關裝置1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流向電荷存儲元件Cl即可。由于開關Kl關斷時導致的電流下降速率較高會在電流存儲元件Ll上感應出較高 的過電壓，容易導致開關Kl關斷時由于其電流、電壓超出安全工作區(qū)而損壞，因此，優(yōu)選情 況下，所述開關控制模塊100用于在開關裝置1導通后流經(jīng)開關裝置1的電流為零時控制 開關Kl關斷。

為了提高加熱效率，優(yōu)選情況下，根據(jù)本發(fā)明的另一種實施方式，如圖8所示，所 述開關控制模塊100用于在開關裝置1導通后流經(jīng)開關裝置1的電流為零前控制開關裝置 1關斷，所述開關裝置1包括單向半導體元件D9、單向半導體元件D10、開關K2、阻尼元件R4 以及電荷存儲元件C3，所述單向半導體元件D9與開關K2順次串聯(lián)在所述儲能電路中，所 述阻尼元件R4與電荷存儲元件C3串聯(lián)之后并聯(lián)在所述開關K2的兩端，所述單向半導體元 件DlO并聯(lián)在阻尼元件R4的兩端，用于在開關K2關斷時對電流存儲元件Ll進行續(xù)流，所 述開關控制模塊100與所述開關K2連接，用于通過控制開關K2的導通和關斷來控制開關 裝置1導通和關斷。所述單向半導體元件D10、阻尼元件R4以及電荷存儲元件C3組成了吸收回路，用 于在開關K2關斷時降低儲能電路中電流的下降速率。由此，當開關K2關斷時，電流存儲元 件Ll上產(chǎn)生的感應電壓會迫使單向半導體元件DlO導通并通過電荷存儲元件C3實現(xiàn)續(xù) 流，使得電流存儲元件Ll中電流變化速率降低，限制了電流存儲元件Ll兩端的感應電壓， 可以保證開關K2兩端的電壓在安全工作區(qū)內(nèi)。當開關K2再次閉合時，存儲在電荷存儲元 件C3上的能量可以通過阻尼元件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(jīng)阻尼元件Rl來實現(xiàn)加熱。因此，作為本發(fā)明提供的加熱電路的一種優(yōu)選實施方式，所述開關控制模塊100 用于控制開關裝置1導通和關斷，以使得當開關裝置1導通時，能量在所述電池E與所述儲 能電路之間往復流動。為了實現(xiàn)能量在電池E與儲能電路之間的往復流動，根據(jù)本發(fā)明的一種實施方 式，所述開關裝置1為雙向開關K3，如圖9所示。由開關控制模塊100控制雙向開關K3的 導通與關斷，當需要對電池E加熱時，導通雙向開關K3即可，如暫停加熱或者不需要加熱時 關斷雙向開關K3即可。單獨使用一個雙向開關K3實現(xiàn)開關裝置1，電路簡單，占用系統(tǒng)面積小，容易實 現(xiàn)，但是為了實現(xiàn)對反向電流的關斷，本發(fā)明還提供了如下開關裝置1的優(yōu)選實施方式。優(yōu)選地，所述開關裝置1包括用于實現(xiàn)能量從電池E流向儲能電路的第一單向支 路和用于實現(xiàn)能量從儲能電路流向電池E的第二單向支路，所述開關控制模塊100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。
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(yōu)選地，第一單向支路和第二單向支路兩者都能夠受開關控 制模塊100的控制，這樣，可以靈活實現(xiàn)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，如圖10所示，所述開關裝置1可以包括雙向 開關K4和雙向開關K5，所述雙向開關K4和雙向開關K5彼此反向串聯(lián)以構成所述第一單向 支路和第二單向支路，所述開關控制模塊100與所述雙向開關K4和雙向開關K5分別連接， 用于通過控制雙向開關K4和雙向開關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，導通雙向開關K4和K5即可，如暫停加熱可以選擇關斷雙 向開關K4和雙向開關K5中的一者或者兩者，在不需要加熱時關斷雙向開關K4和雙向開關 K5即可。這種開關裝置1的實現(xiàn)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(xiàn)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，如圖11所示，所述開關裝置1可以包括開關 K6、單向半導體元件Dll以及單向半導體元件D12，開關K6和單向半導體元件Dll彼此串聯(lián) 以構成所述第一單向支路，單向半導體元件D12構成所述第二單向支路，所述開關控制模 塊100與開關K6連接，用于通過控制開關K6的導通和關斷來控制第一單向支路的導通和 關斷。在如圖11所示的開關裝置1中，當需要加熱時，導通開關K6即可，不需要加熱時，關 斷開關K6即可。如圖11中所示的開關裝置1的實現(xiàn)方式雖然實現(xiàn)了能量往返沿著相對獨立的支 路流動，但是還不能實現(xiàn)能量反向流動時的關斷功能。本發(fā)明還提出了開關裝置1的另一 種實施方式，如圖12所示，所述開關裝置1還可以包括位于第二單向支路中的開關K7，該 開關K7與單向半導體元件D12串聯(lián)，所述開關控制模塊100還與開關K7連接，用于通過控 制開關K7的導通和關斷來控制第二單向支路的導通和關斷。這樣在圖12示出的開關裝置 1中，由于兩個單向支路上均存在開關(即開關K6和開關K7)，同時具備能量正向和反向流 動時的關斷功能。優(yōu)選地，所述開關裝置1還可以包括與所述第一單向支路和/或第二單向支路串 聯(lián)的電阻，用于減小電池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，可以在圖10中示出的開關裝置1中添加與雙向開關K4和雙向開關K5串聯(lián)的電阻R6， 得到開關裝置1的另一種實現(xiàn)方式，如圖13所示。圖14中也示出了開關裝置1的一種實 施方式，其是在圖12中示出的開關裝置1中的兩個單向支路上分別串聯(lián)電阻R2、電阻R3得 到的。對于能量在電池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 周期或多個周期內(nèi)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(jīng) 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(jù)所需要的關 斷策略可以選擇開關裝置1的不同的實現(xiàn)形式，如果只需要實現(xiàn)正向電流流動時關斷，則 選用例如圖9、圖11所示的開關裝置1的實現(xiàn)形式即可，如果需要實現(xiàn)正向電流和反向電流 時均可以關斷，則需要選用如圖10、圖12所示的兩個單向支路均可控的開關裝置。優(yōu)選地，所述開關控制模塊100用于在開關裝置1導通后流經(jīng)開關裝置1的電流為零時或為零后控制開關裝置1關斷。更加優(yōu)選地，所述開關控制模塊100用于在開關裝 置1導通后流經(jīng)開關裝置1的電流為零時控制開關裝置1關斷，采用零時關斷對整個電路 影響較小。作為本發(fā)明的一種實施方式，可以通過將電荷存儲元件Cl中的能量直接與電池E 中的能量進行疊加來提高加熱電路的工作效率，也可以將電荷存儲元件Cl中的一部分能 量消耗掉之后，再將電荷存儲元件Cl中的剩余能量進行疊加。因此，如圖15所示，所述加熱電路還包括與所述電荷存儲元件Cl連接的能量消耗 單元，該能量消耗單元用于在開關裝置1導通再關斷后、所述能量疊加單元進行能量疊加 之前對電荷存儲元件Cl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。根據(jù)一種實施方式，如圖16所示，所述能量消耗單元包括電壓控制單元101，該電 壓控制單元101用于在開關裝置1導通再關斷后、所述能量疊加單元進行能量疊加之前將 電荷存儲元件Cl兩端的電壓值轉換成電壓設定值。該電壓設定值可以根據(jù)實際操作的需 要進行設定。如圖16所示，所述電壓控制單元101包括阻尼元件R5和開關K8，所述阻尼元件 R5和開關K8彼此串聯(lián)之后并聯(lián)在所述電荷存儲元件Cl的兩端，所述開關控制模塊100還 與開關K8連接，所述開關控制模塊100還用于在控制開關裝置1導通再關斷后控制開關K8 導通。由此，電荷存儲元件Cl中的能量可以通過阻尼元件R5進行消耗。所述開關控制模塊100可以為一個單獨的控制器，通過對其內(nèi)部程序的設置，可 以實現(xiàn)對不同的外接開關的通斷控制，所述開關控制模塊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塊100，所述多個開關控制模塊100也可以集 成為一體，本發(fā)明不對開關控制模塊100的實現(xiàn)形式作出任何限定。下面結合圖17-圖20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，雖然本發(fā)明的特征和元素參考圖17-圖20以特定的結合進行了描述，但每 個特征或元素可以在沒有其它特征和元素的情況下單獨使用，或在與或不與其它特征和元 素結合的各種情況下使用。本發(fā)明提供的電池E的加熱電路的實施方式并不限于圖17-圖 20所示的實現(xiàn)方式。另外，所示的波形圖中的網(wǎng)格部分表示在該段時間內(nèi)可以多次對開關 施加驅動脈沖，并且脈沖的寬度可以根據(jù)需要進行調節(jié)。在如圖17所示的電池E的加熱電路中，使用開關Kl和單向半導體元件Dl構成開 關裝置1，儲能電路包括電流存儲元件Ll和電荷存儲元件Cl，阻尼元件Rl和開關裝置1與 所述儲能電路串聯(lián)，單向半導體元件D3、電流存儲元件L2以及開關K9構成能量疊加單元中 的極性反轉單元102，開關控制模塊100可以控制開關Kl和開關K9的導通和關斷。圖18 為與圖17的加熱電路對應的波形時序圖，其中，Va指的是電荷存儲元件Cl的電壓值，
指的是流經(jīng)開關Kl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，開關控制模塊100控制開關Kl導通，電池E通過 開關K1、單向半導體元件Dl和電荷存儲元件Cl組成的回路放電，如圖18中所示的tl時間 段；開關控制模塊100在流經(jīng)開關Kl的電流為零時控制開關Kl關斷，如圖18中所示的t2 時間段；b)當開關Kl關斷后，開關控制模塊100控制開關K9導通，電荷存儲元件Cl通過
12單向半導體元件D3、電流存儲元件L2和開關K9組成的回路放電，達到電壓極性反轉的目 的，之后開關控制模塊100控制開關K9關斷，如圖18中所示的t2時間段；c)重復步驟a)和b)，電池E不斷通過放電實現(xiàn)加熱，直至達到停止加熱條件為止。在如圖19所示的電池E的加熱電路中，使用一個雙向開關K3構成開關裝置1，儲 能電路包括電流存儲元件Ll和電荷存儲元件Cl，阻尼元件Rl和開關裝置1與所述儲能電 路串聯(lián)，單向半導體元件D3、電流存儲元件L2和開關K9構成極性反轉單元102，開關控制 模塊100可以控制開關K9和開關K3的導通和關斷。圖20為與圖19的加熱電路對應的波 形時序圖，其中，Va指的是電荷存儲元件Cl的電壓值，1±指的是流經(jīng)開關Kl的電流的電 流值，Il2指的是極性反轉回路的電流值。圖19所示的加熱電路的工作過程如下a)開關控制模塊100控制雙向開關K3導通，儲能電路開始工作，如圖20所示的 tl時間段，電池E通過雙向開關K3、電荷存儲元件Cl組成的回路進行正向放電(如圖20 中的tl時間段即流經(jīng)開關Kl的電流的正半周期所示)和反向充電(如圖20中的tl時間 段即流經(jīng)開關Kl的電流的負半周期所示)；b)開關控制模塊100控制雙向開關K3在反向電流為零時關斷；c)開關控制模塊100控制開關K9導通，極性反轉單元102工作，電荷存儲元件Cl 通過單向半導體元件D3、電流存儲元件L2和開關K9組成的回路放電，達到電壓極性反轉的 目的，之后，開關控制模塊100控制開關K9關斷，如圖20中的t2時間段所示；d)重復步驟a)至c)，電池E不斷通過充放電實現(xiàn)加熱，直至電池E達到停止加熱 條件為止。本發(fā)明提供的加熱電路能夠提高電池的充放電性能，并且在該加熱電路中，儲能 電路與電池串聯(lián)，當給電池加熱時，由于串聯(lián)的電荷存儲元件的存在，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，本發(fā)明的加熱電路中還提供了能量 疊加單元，當開關裝置關斷后，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。以上結合附圖詳細描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實 施方式中的具體細節(jié)，在本發(fā)明的技術構思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術方案進行多種簡 單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。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征，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復，本發(fā)明對各種可 能的組合方式不再另行說明。此外，本發(fā)明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組 合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應當視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。
權利要求
1.一種電池的加熱電路，該加熱電路包括開關裝置(1)、開關控制模塊(100)、阻尼元 件R1、儲能電路以及能量疊加單元，所述儲能電路用于與所述電池連接，所述儲能電路包括 電流存儲元件Ll和電荷存儲元件Cl，所述阻尼元件Rl、開關裝置(1)、電流存儲元件Ll和 電荷存儲元件Cl串聯(lián)，所述開關控制模塊(100)與開關裝置(1)連接，用于控制開關裝置 (1)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，所述能量疊加單元與 所述儲能電路連接，用于在開關裝置(1)導通再關斷后，將儲能電路中的能量與電池中的 能量進行疊加。
2.根據(jù)權利要求1所述的加熱電路，其中，所述阻尼元件Rl為所述電池內(nèi)部的寄生電 阻，所述電流存儲元件Ll為所述電池內(nèi)部的寄生電感。
3.根據(jù)權利要求1所述的加熱電路，其中，所述阻尼元件Rl為電阻，所述電流存儲元件 Ll為電感，所述電荷存儲元件Cl為電容。
4.根據(jù)權利要求3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 (102)，該極性反轉單元(102)與所述儲能電路連接，用于在開關裝置(1)導通再關斷后，對 電荷存儲元件Cl的電壓極性進行反轉。
5.根據(jù)權利要求4所述的加熱電路，其中，所述極性反轉單元(102)包括單刀雙擲開關 Jl和單刀雙擲開關J2，所述單刀雙擲開關Jl和單刀雙擲開關J2分別位于所述電荷存儲元 件Cl兩端，所述單刀雙擲開關Jl的入線連接在所述儲能電路中，所述單刀雙擲開關Jl的 第一出線連接所述電荷存儲元件Cl的第一極板，所述單刀雙擲開關Jl的第二出線連接所 述電荷存儲元件Cl的第二極板，所述單刀雙擲開關J2的入線連接在所述儲能電路中，所述 單刀雙擲開關J2的第一出線連接所述電荷存儲元件Cl的第二極板，所述單刀雙擲開關J2 的第二出線連接在所述電荷存儲元件Cl的第一極板，所述開關控制模塊(100)還與所述單 刀雙擲開關Jl和單刀雙擲開關J2分別連接，用于通過改變所述單刀雙擲開關Jl和單刀雙 擲開關J2各自的入線和出線的連接關系來對所述電荷存儲元件Cl的電壓極性進行反轉。
6.根據(jù)權利要求4所述的加熱電路，其中，所述極性反轉單元(10 包括單向半導體元 件D3、電流存儲元件L2以及開關K9，所述電荷存儲元件Cl、電流存儲元件L2和開關K9順 次串聯(lián)形成回路，所述單向半導體元件D3和串聯(lián)在所述電荷存儲元件Cl與電流存儲元件 L2或所述電流存儲元件L2與開關K9之間，所述開關控制模塊(100)還與所述開關K9連 接，用于通過控制開關K9導通來對所述電荷存儲元件Cl的電壓極性進行反轉。
7.根據(jù)權利要求4所述的加熱電路，其中，所述極性反轉單元(10 包括第一DC-DC模 塊( 和電荷存儲元件C2，該第一 DC-DC模塊( 與所述電荷存儲元件Cl和電荷存儲元 件C2分別連接，所述開關控制模塊(100)還與所述第一 DC-DC模塊(2)連接，用于通過控 制第一 DC-DC模塊( 工作來將所述電荷存儲元件Cl中的能量轉移至所述電荷存儲元件 C2，再將所述電荷存儲元件C2中的能量反向轉移回所述電荷存儲元件Cl，以實現(xiàn)對所述電 荷存儲元件Cl的電壓極性的反轉。
8.根據(jù)權利要求3所述的加熱電路，其中，所述開關控制模塊(100)用于控制開關裝置 (1)導通和關斷，以控制能量僅從電池流向儲能電路。
9.根據(jù)權利要求8所述的加熱電路，其中，所述開關裝置(1)包括開關Kl和單向半導 體元件D1，所述開關Kl和單向半導體元件Dl彼此串聯(lián)之后串聯(lián)在所述儲能電路中，所述 開關控制模塊(100)與開關Kl連接，用于通過控制開關Kl的導通和關斷來控制開關裝置(1)導通和關斷。
10.根據(jù)權利要求8所述的加熱電路，其中，所述開關控制模塊(100)用于在開關裝置 (1)導通后流經(jīng)開關裝置(1)的電流為零時或為零前控制開關裝置(1)關斷。
11.根據(jù)權利要求10所述的加熱電路，其中，所述開關控制模塊(100)用于在開關裝置 (1)導通后流經(jīng)開關裝置(1)的電流為零前控制開關裝置(1)關斷，所述開關裝置(1)包括 單向半導體元件D9、單向半導體元件D10、開關K2、阻尼元件R4以及電荷存儲元件C3，所述 單向半導體元件D9與開關K2順次串聯(lián)在所述儲能電路中，所述阻尼元件R4與電荷存儲元 件C3串聯(lián)之后并聯(lián)在所述開關K2的兩端，所述單向半導體元件DlO并聯(lián)在阻尼元件R4的 兩端，用于在開關K2關斷時對電流存儲元件Ll進行續(xù)流，所述開關控制模塊(100)與所述 開關K2連接，用于通過控制開關K2的導通和關斷來控制開關裝置(1)導通和關斷。
12.根據(jù)權利要求3所述的加熱電路，其中，所述開關控制模塊(100)用于控制開關裝 置(1)導通和關斷，以使得當開關裝置(1)導通時，能量在所述電池與所述儲能電路之間往 復流動。
13.根據(jù)權利要求12所述的加熱電路，其中，所述開關裝置(1)為雙向開關K3。
14.根據(jù)權利要求12所述的加熱電路，其中，所述開關裝置(1)包括用于實現(xiàn)能量從電 池流向儲能電路的第一單向支路和用于實現(xiàn)能量從儲能電路流向電池的第二單向支路，所 述開關控制模塊(100)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 于通過控制所連接的支路的導通和關斷來控制開關裝置(1)導通和關斷。
15.根據(jù)權利要求14所述的加熱電路，其中，所述開關裝置(1)包括雙向開關K4和雙 向開關K5，所述雙向開關K4和雙向開關K5彼此反向串聯(lián)以構成所述第一單向支路和第二 單向支路，所述開關控制模塊(100)與所述雙向開關K4和雙向開關K5分別連接，用于通過 控制雙向開關K4和雙向開關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。
16.根據(jù)權利要求14所述的加熱電路，其中，所述開關裝置(1)包括開關K6、單向半導 體元件Dll以及單向半導體元件D12，開關K6和單向半導體元件Dll彼此串聯(lián)以構成所述 第一單向支路，單向半導體元件D12構成所述第二單向支路，所述開關控制模塊(100)與開 關K6連接，用于通過控制開關K6的導通和關斷來控制第一單向支路的導通和關斷。
17.根據(jù)權利要求16所述的電池的加熱電路，其中，所述開關裝置(1)還包括位于第二 單向支路中的開關K7，該開關K7與單向半導體元件D12串聯(lián)，所述開關控制模塊(100)還 與開關K7連接，用于通過控制開關K7的導通和關斷來控制第二單向支路的導通和關斷。
18.根據(jù)權利要求14所述的加熱電路，其中，所述開關裝置(1)還包括與所述第一單向 支路和/或第二單向支路串聯(lián)的電阻。
19.根據(jù)權利要求12所述的加熱電路，其中，所述開關控制模塊(100)用于在開關裝置 (1)導通后流經(jīng)開關裝置(1)的電流為零時或為零后控制開關裝置(1)關斷。
20.根據(jù)權利要求1-19中任一項權利要求所述的加熱電路，其中，所述加熱電路還包 括與所述電荷存儲元件Cl連接的能量消耗單元，該能量消耗單元用于在開關裝置(1)導通 再關斷后、所述能量疊加單元進行能量疊加之前，對電荷存儲元件Cl中的能量進行消耗。
21.根據(jù)權利要求20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 (101)，該電壓控制單元(101)與所述電荷存儲元件Cl連接，用于在開關裝置(1)導通再關斷后、所述能量疊加單元進行能量疊加之前，將電荷存儲元件Cl兩端的電壓值轉換成電壓 設定值。
22.根據(jù)權利要求21所述的加熱電路，其中，所述電壓控制單元(101)包括阻尼元件 R5和開關K8，所述阻尼元件R5和開關K8彼此串聯(lián)之后并聯(lián)在所述電荷存儲元件Cl的兩 端，所述開關控制模塊(100)還與開關K8連接，所述開關控制模塊(100)還用于在控制開 關裝置(1)導通再關斷后控制開關K8導通。
全文摘要
本發(fā)明提供的電池的加熱電路包括開關裝置(1)、開關控制模塊(100)、阻尼元件R1、儲能電路以及能量疊加單元，所述儲能電路用于與所述電池連接，所述儲能電路包括電流存儲元件L1和電荷存儲元件C1，所述阻尼元件R1、開關裝置(1)、電流存儲元件L1和電荷存儲元件C1串聯(lián)，所述開關控制模塊(100)與開關裝置(1)連接，用于控制開關裝置(1)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，所述能量疊加單元與所述儲能電路連接，用于在開關裝置(1)導通再關斷后，將儲能電路中的能量與電池中的能量進行疊加。本發(fā)明提供的加熱電路能夠提高電池的充放電性能，在給電池加熱時安全性高，且能夠提高加熱電路的工作效率。
文檔編號H05B3/00GK102074755SQ20101060371
公開日2011年5月25日 申請日期2010年12月23日 優(yōu)先權日2010年7月30日
發(fā)明者馮衛(wèi), 夏文錦, 徐文輝, 楊欽耀, 韓瑤川, 馬士賓 申請人:比亞迪股份有限公司