技术领域
[0001] 本
发明属于电
力电子领域，尤其涉及一种电池的加热电路。
背景技术
[0002] 考虑到
汽车需要在复杂的路况和环境条件下行驶，或者有些电子设备需要在较差的环境条件中使用，所以，作为
电动车或电子设备电源的电池就需要适应这些复杂的状况。而且除了考虑这些状况，还需考虑电池的使用寿命及电池的充放电循环性能，尤其是当电动车或电子设备处于低温环境中时，更需要电池具有优异的低温充放电性能和较高的输入输出功率性能。
[0003] 一般而言，在低温条件下会导致电池的阻抗增大，极化增强，由此导致电池的容量下降。
[0004] 为了保持电池在低温条件下的容量，提高电池的充放电性能，本发明提供了一种电池的加热电路。
发明内容
[0005] 本发明的目的是针对电池在低温条件下会导致电池的阻抗增大，极化增强，由此导致电池的容量下降的问题，提供一种电池的加热电路。
[0006] 本发明提供了一种用于电池的加热电路，其中，电池E、阻尼元件R1、
电流存储元件L1、
开关装置DK1以及电荷存储元件C1相
串联，构成电池放电电路；电流存储元件L2与单向
半导体元件D3相串联，由该相串联的电流存储元件L2与单向半导体元件D3构成的串联电路并联于所述开关装置DK1两端，依次串联的电荷存储元件C1、电流存储元件L2以及单向半导体元件D3构成电池回充电路；以及开关装置DK2并联于相串联的所述电荷存储元件C1和电流存储元件L2两端，以与所述电流存储元件L2一起构成所述电荷存储元件C1的
电压调节及极性反转电路。
[0007] 本发明通过使得电池回充电路与电压调节及极性反转电路共用同一电流存储元件L2，从而可节省元件。另外，通过对电压调节及极性反转电路中的开关装置DK2的控制，可在电池回充电路将电荷存储元件C1中所存储的
电能部分回充至电池E之后，使得电荷存储元件C1中所存储的剩余电能进一步回充至电池E，从而可灵活调整电荷存储元件C1的电压。
[0008] 本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0009] 附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成
说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0010] 图1为本发明第一实施方式的电池加热电路的电路图；
[0011] 图2为图1所示的电池加热电路的
波形时序图；
[0012] 图3为图1所示的电池加热电路的另一波形时序图；
[0013] 图4为本发明第二实施方式的电池加热电路的电路图；
[0014] 图5为图4所示的电池加热电路的波形时序图；
[0015] 图6为本发明第三实施方式的电池加热电路的电路图；以及
[0016] 图7为图6所示的电池加热电路的波形时序图。
具体实施方式
[0017] 以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0018] 需要指出的是，除非特别说明，当下文中提及时，术语“开关控
制模块”为任意能够根据设定的条件或者设定的时刻输出控制指令(例如，脉冲波形)从而控制与其连接的开关装置相应地导通或关断的
控制器，例如可以为PLC；当下文中提及时，术语“开关装置”指的是可以通过电
信号实现通断控制或者根据元器件自身的特性实现通断控制的开关，既可以是单向开关，例如由双向开关与
二极管串联构成的可单向导通的开关，也可以是双向开关，例如金属
氧化物半导体型场效应管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)或带有反并
续流二极管的IGBT；当下文中提及时，术语“双向开关”指的是可以通过
电信号实现通断控制或者根据元器件自身的特性实现通断控制的可双向导通的开关，例如MOSFET或带有反并续流二极管的IGBT；当下文中提及时，单向半导体元件指的是具有单向导通功能的半导体元件，例如二极管等；当下文中提及时，术语“电荷存储元件”指任意可以实现电荷存储的装置，例如可以为电容等；当下文中提及时，术语“电流存储元件”指任意可以对电流进行存储的装置，例如可以为电感等；当下文中提及时，术语“正向”指
能量从电池向储能电路流动的方向，术语“反向”指能量从储能电路向电池流动的方向；当下文中提及时，术语“电池”包括一次电池(例如，干电池、
碱性电池等)和二次电池(例如，
锂离子电池、
镍镉电池、镍氢电池或铅酸电池等)；当下文中提及时，术语“阻尼元件”指任意通过对电流的流动起阻碍作用以实现能量消耗的装置，例如可以为
电阻等；当下文中提及时，术语“主回路”指的是电池与阻尼元件、开关装置以及储能电路串联组成的回路。
[0019] 这里还需要特别说明的是，考虑到不同类型的电池的不同特性，在本发明中，“电池”可以指不包含内部寄生电阻和寄生电感、或者内部寄生电阻的阻值和寄生电感的电感值较小的理想电池，也可以指包含有内部寄生电阻和寄生电感的电池包；因此，本领域技术人员应当理解的是，当“电池”为不包含内部寄生电阻和寄生电感、或者内部寄生电阻的阻值和寄生电感电感值较小的理想电池时，阻尼元件R1指的是电池外部的阻尼元件；当“电池”为包含有内部寄生电阻和寄生电感的电池包时，阻尼元件R1既可以指电池外部的阻尼元件，也可以指电池包内部的寄生电阻。
[0020] 为了保证电池的使用寿命，可以在低温情况下对电池进行加热，当达到加热条件时，控制加热电路开始工作，对电池进行加热，当达到停止加热条件时，控制加热电路停止工作。
[0021] 在电池的实际应用中，随着环境的改变，可以根据实际的环境情况对电池的加热条件和停止加热条件进行设置，以保证电池的充放电性能。
[0022] 图1为本发明第一实施方式的电池加热电路的电路图。如图1所示，本发明提供了一种用于电池的加热电路，其中，电池E、阻尼元件R1、电流存储元件L1、开关装置DK1以及电荷存储元件C1相串联，构成电池放电电路；电流存储元件L2与单向半导体元件D3相串联，由该相串联的电流存储元件L2与单向半导体元件D3构成的串联电路并联于所述开关装置DK1两端，依次串联的电荷存储元件C1、电流存储元件L2以及单向半导体元件D3构成电池回充电路；以及开关装置DK2并联于相串联的所述电荷存储元件C1和电流存储元件L2两端，以与所述电流存储元件L2一起构成所述电荷存储元件C1的电压调节及极性反转电路。
[0023] 其中，所述阻尼元件R1和电流存储元件L1可分别为所述电池E的寄生电阻和寄生电感。所述开关装置DK1可包括相串联的开关元件K1和单向半导体元件D1，所述开关装置DK2可包括相串联的K2和单向半导体元件D2。本发明并不限于此，其他可实现单向导通功能的元件亦适用于此。
[0024] 其中，所述加热电路还包括开关
控制模块100，该开关控制模块100与所述开关装置DK1和开关装置DK2电连接，用于：控制所述开关装置DK1导通，所述开关装置DK2断开，以使得所述电池E的电能充入所述电荷存储元件C1中；在所述电池E的电能充入所述电荷存储元件C1的过程中，当流经所述电池E的电流经正半周期为零时，控制所述开关装置DK1断开，以使得存储于所述电荷存储元件C1中的电能回充至所述电池E；在存储于所述电荷存储元件C1中的电能回充至所述电池E的过程中，当流经所述电池E的电流经负半周期为零时，控制所述开关装置DK2导通，以使得存储于所述电荷存储元件C1中的电能充至所述电流存储元件L2，再由该电流存储元件L2将电能回充至所述电荷存储元件C1；以及当流经所述电压调节及极性反转电路的电流经正半周期为零时，控制所述开关装置DK2断开，此时电荷存储元件C1极性反转。在该过程中，通过使电能于电池E、电荷存储元件C1、电流存储元件L2之间循环
往复流动，可使得电流流经电池E，实现电池E的自加热。
[0025] 图2为图1所示的电池加热电路的波形时序图，以下参考图2具体描述上述开关控制模块100的控制，其中主回路电流I主表示流经电池E的电流，VC1表示电荷存储元件C1的电压，电压调节及极性反转电路电流I反表示流经电压调节及极性反转电路的电流，即流经开关装置DK2的电流。首先，开关控制模块100控制开关装置DK1导通，开关装置DK2断开，以使得电池E的电能充入电荷存储元件C1中(参见图2中的时间段t1)；之后，当流经电池E的电流经正半周期为零时，控制开关装置DK1断开，以使得存储于电荷存储元件C1中的电能回充至电池E(参见图2中的时间段t2)；之后，当流经电池E的电流经负半周期为零时(此时，表示电荷存储元件C1的电压与电池E的电压持平，已无法将该电荷存储元件C1内所存储的电能充入电池E)，控制开关装置DK2导通，以使得电荷存储元件C1中的电能充至电流存储元件L2，再由该电流存储元件L2将电能回充至电荷存储元件C1(参见图2中的时间段t3)；当流经电压调节及极性反转电路的电流经负半周期为零时，表示电荷存储元件C1极性反转完成，控制开关装置DK2断开。之后，可控制开关装置DK1导通，以循环执行以上操作，藉此使得电流不断流经电池E，实现电池加热。
[0026] 优选地，在所述开关控制模块10还用于：当流经电压调节及极性反转电路的电流达到第一电流设定值时，控制开关装置DK2断开，以使得存储于电流存储元件L2的电能续流至电池E；以及步骤c2)：当流经电压调节及极性反转电路的电流达到第二电流设定值时，控制开关装置DK2导通，以使得电荷存储元件C1中的电能充至电流存储元件L2，所述第二电流预定值小于所述第一电流预定值，循环执行以上操作，直至电荷存储元件C1的电压达到电压设定值为止。藉此，可灵活的控制电荷存储元件C1的电压，使其可到达位于电池E的电压之下的电压值。所述第一电流设定值的设置亦可实现对步骤c2)中续流流经电池E的电流的控制，使得续流回充至电池E的电流不至于过大，损坏电池。
[0027] 图3为图1所示的电池加热电路的另一波形时序图，其中，电流IL2表示流经电流存储元件L2的电流，电压VC1表示电荷存储元件C1的电压。如图3所示，时段t0-t8表示了电荷存储元件C1中的电能通过电池回充电路回充至电池E的过程，在该过程结束之后，电荷存储元件C1的电压等于电池E的电压，此时已无法实现电荷存储元件C1至电池E的能量回充。之后，开关控制模块100导通开关装置DK2，存储于电荷存储元件C1的能量开始通过电压调节及极性反转电路而存储于电流存储元件L1中，当流经电压调节及极性反转电路的电流达到第一电流设定值时，开关控制模块100控制开关装置DK2断开，以使得存储于电流存储元件L2的电能续流至电池E(参见图3中的时段t9-t10)。之后，当流经电压调节及极性反转电路的电流达到第二电流设定值时，控制开关装置DK2导通，以使得电荷存储元件C1中的电能继续充至电流存储元件L2(参见图3中的时段t10-t11)。重复上述过程，可不断降低电荷存储元件C1的电压，直至达到所期望达到的电压为止。注意，为方便起见，在图3以及以下图5中，均以流经电流存储元件L2的电流代表了不同时期流经电池回充电路的电流以及流经电压调节及极性反转电路的电流。
[0028] 图4为本发明第二实施方式的电池加热电路的电路图。如图4所示，所述加热电路还包括开关装置DK4和开关装置DK5，该开关装置DK5位于所述电荷存储元件C1至所述电流存储元件L2的通路中，该开关装置DK4并联于所述电荷存储元件C1两端，以作续流之用。可于流经电池回充电路的电流达到第一电流设定值时，控制该开关装置DK5断开，开关装置DK4导通，从而减小主回路回充电流，避免大的主回路回充电流损坏电池E，使得存储于电流存储元件L2的电能续流至电池E。在流经电池回充电路的电流减小至第二电流设定值时，可断开开关装置DK4，导通开关装置DK5，使得存储于电荷存储元件C1的电能再次经电流存储元件L2回充至电池E。重复上述操作，直至电荷存储元件C1的电压小于或等于电池E的电压为止。
[0029] 本发明第二实施方式的加热电路可包括开关控制模块100，该开关控制模块100与所述开关装置DK4和开关装置DK5电连接，用于执行以下操作：当流经电池回充电路的电流达到第一电流设定值时，控制开关装置DK5断开，开关装置DK4导通，以使得存储于电流存储元件L2的电能续流至电池E；以及当流经电池回充电路的电流达到第二电流设定值时，控制开关装置DK4断开，开关装置DK5导通，以使得存储于电荷存储元件C1中的电能继续经电流存储元件L2充至电池E，循环执行以上操作，直至电荷存储元件C1的电压小于或等于电池E的电压为止。
[0030] 图5为图4所示的电池加热电路的波形时序图，其中，电流IL2表示流经电流存储元件L2的电流，电压VC1表示电荷存储元件C1的电压。如图5中的时段t0-t8所示，当流经电池回充电路的电流达到第一电流设定值时，开关控制模块100控制开关装置DK5断开，开关装置DK4导通，以使得存储于电流存储元件L2的电能经开关装置DK4续流至电池E(参见图5中的时段t1-t2、t3-t4、t5-t6以及t7-t8)；以及当流经电池回充电路的电流达到第二电流设定值时，开关控制模块100控制开关装置DK4断开，开关装置DK5导通，以使得存储于电荷存储元件C1中的电能经电流存储元件L2充至电池E(参见图5中的时刻t2-t3、t4-t5以及t6-t7)。在此，通过利用开关装置DK4的续流作用，可保证回充至电池E的电流小于第一电流设定值，避免大的回充电流损坏电池E。
[0031] 图6为本发明第三实施方式的电池加热电路的电路图。所述加热电路还可包括一个或多个电荷存储元件C2以及与每一电荷存储元件C2相对应的开关装置DK6和DK7，所述电池E、阻尼元件R1、电流存储元件L2、开关装置DK6以及电荷存储元件C2相串联，构成另一电池放电电路；相串联的电流存储元件L2和单向半导体元件D3还并联在开关装置DK6两端，以使得依次串联的电荷存储元件C2、电流存储元件L2以及单向半导体元件D3构成另一电池回充电路，且开关装置DK7位于电荷存储元件C2至所述电流存储元件L2的通路上。在此，采用了一个或多个与电荷存储元件C1相类似配置的电荷存储元件C2，电荷存储元件C1和C2可分不同的时段将其所存储的能量经由电流存储元件L2回充至电池E，从而减小了电流存储元件L2的储能负担，采用小的电流存储元件L2亦可满足本电池加热电路。
[0032] 其中，发明第三实施方式的电池加热电路还可包括开关控制模块100，该开关控制模块100与所述开关装置DK1、开关装置DK2、开关装置DK4、开关装置DK5、开关装置DK6和开关装置DK7电连接，用于对该开关装置DK1、开关装置DK2、开关装置DK4、开关装置DK5、开关装置DK6和开关装置DK7的通断进行控制，以使得所述电荷存储元件C2和电荷存储元件C1被同时充电，并分时放电和极性反转。
[0033] 图7为图6所示的电池加热电路的波形时序图，其中，电压VC1表示电荷存储元件C1的电压，电压VC2表示电荷存储元件C2的电压。下面参考图7描述本发明第三实施方式的电池加热电路的操作。开关控制模块100控制开关装置DK1导通，电池E中的电能存入电荷存储元件C1和C2中(参见图7中的时段t1)。当主回路电流I主经正半周期为零时，断开开关装置DK1，导通开关装置DK5，使得存储于电荷存储元件C1的电能经电流存储元件L2回充至电池E，期间为防止大的回充电流损坏电池，可控制开关装置DK4导通，间歇性的导通和关断开关装置DK5，以实现限流续流的目的(参见图7中的时段t2)。在下一时段t3，可对开关装置DK7执行与类似于开关装置DK5的操作，以实现存储于电荷存储元件C2的电能回充至电池E的回充以及限流续流。在时段t4，开关控制模块100控制开关装置DK2和开关装置DK5导通，以实现电荷存储元件C1的极性反转；之后，控制开关装置DK5断开，开关装置DK3导通，以实现电压储能元件C2的极性反转。t1至t4构成了一完整的周期T，重复以上操作，可使得电流不断流经电池E，以实现电池自加热。
[0034] 需要说明的是，上述说明中所提及的开关装置均可由单向半导体元件和开关元件构成，例如，开关装置DK3由单向半导体元件D3和开关元件K3构成，于此不再对开关装置DK4-DK7进行一一说明。然而，虽然附图中所示的开关装置均由单向半导体元件和开关元件构成，为单向开关，但本领域技术人员可以预见，只要时序控制合适(例如，可依照图2、图3、图5以及图7所示的时序图进行控制)，开关装置为双向开关亦可实现本发明的目的。至于图2、图5以及图7所示的时序图的网格部分，仅是针对开关装置由单向半导体元件和开关元件构成的情形而言的，在此情形下，对构成开关装置的开关元件的导通和关断控制可于图2、图5以及图7中所示的网格区段进行。
[0035] 另外，在图6中，开关装置DK6与开关装置DK1共用了同一开关元件K1，以节省元件。以上所出现的“第一电流设定值”和“第二电流设定值”应根据电池E以及加热电路中其他元器件/组件可承受的电流来设定，该值的设定应同时兼顾加热效率以及不对电池E造成损害，同时还可考虑加热电路的体积、重量和成本。所述“电压设定值”可为所期望的任意电压值。
[0036] 本发明具备以下优点：(1)电池回充电路与电压调节及极性反转电路共用同一电流存储元件L2，可节省元件；(2)可通过对开关装置DK2进行控制，将电荷存储元件C1的电压调至电池E的电压之下的任意电压
水平，实现电荷存储元件C1的电压的灵活控制；以及(3)通过配置电荷存储元件C1以及一个或多个与该电荷存储元件C1相类似配置的电荷存储元件C2，可减少电流存储元件L2的储能负担，采用小的电流存储元件L2即可满足本发明的电池加热电路。
[0037] 虽然本发明已通过上述
实施例所公开，然而上述实施例并非用以限定本发明，任何本发明所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应当可以作各种的变动与
修改。因此本发明的保护范围应当以所附
权利要求书所界定的范围为准。
