CN216563315U - 一种电池加热装置及车辆 - Google Patents

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侯守林
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温向超
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Abstract

本实用新型涉及一种电池加热装置及车辆，属于电池加热技术领域。电池加热装置包括充电接口、第一开关管和第五开关管、第二开关管和第四开关管、第三开关管和第六开关管；第一开关管、第二开关管和第三开关管串联在第一支路上；第四开关管、第五开关管和第六开关管串联在第二支路上；第一支路与第二支路并联后用于连接电池的两端；第三开关管的漏极和第六开关管的源极之间设置有振荡支路；充电接口的一端连接第一支路上的开关管之间，另一端连接第二支路上的开关管之间。本实用新型在电池电量不足时，通过充电接口连接充电电源，通过切换第二组开关管和第三组开关管的导通状态，实现了通过电池充/放电的内部加热。

Description

一种电池加热装置及车辆
技术领域
本实用新型涉及一种电池加热装置及车辆，属于电池加热技术领域。
背景技术
随着新能源汽车与储能技术的发展，动力电池技术也在不断进步。动力电池***在汽车领域的应用也越来越广泛。锂离子电池包内是由多块锂离子电芯通过串并联结构连接在一起，输出***需要的电压、电流和电量。锂离子电池由于低温特性较差，低温下放电能力较差，并且通常0℃以下持续充电即会造成析锂，存在重大安全风险，为了解决这一问题现有电源***大部分都装备有加热***，以便保持电池温度不至于过低。因此如何快速节能的实现电池加热成为电池包研究的一项重点工作。
现有的加热***一般分为电池外部加热***和电池自发热***，外部加热***目前技术较为成熟应用较多如热风加热，加热膜(板)加热，液冷冷板加热和浸没加热，该技术需要从电芯外壳向电芯内部逐渐加热，从而导致电池内部温度低，外表温度高的问题；电池内部加热是最新研究的方向常见的方式有电池内部增加发热结构的第三极加热方案、电池瞬间短路加热方案、外加交流电源加热方案和高频振荡自加热方案，除第三极方案内置发热元件外其他发热方案均采用电流通过电池内阻后发热的原理，发热均匀，并且热源在电池内部产生，不经外部传导加热效率大大提高。
尤其是高频振荡自加热方案可以借用整车电机电控***来实现电池包加热而不增加额外设备，成为目前研究的重点。例如：授权公告号为CN 213816258 U的中国实用新型专利文件，该专利文件公开了一种基于LC谐振的低温电池组件加热装置，该加热装置通过控制两组MOS管的导通和关断，电池组件进行脉冲放电，使得电池组件内阻生热，实现了电池组件的加热。
然而上述专利文件的电池组件的加热是基于电池组件的脉冲放电实现的，导致电池组件电量过低或者低温状态的情况下无法加热。
实用新型内容
本申请的目的在于提供一种电池加热装置，用以解决电池电量过低而无法加热的问题。
为实现上述目的，本申请提出了一种电池加热装置的技术方案，包括三组开关管和充电接口：
第一组开关管包括第一开关管和第五开关管；第一开关管和第五开关管的导通方向相同；
第二组开关管包括第二开关管和第四开关管；第二开关管和第四开关管的导通方向相同，且与第一开关管和第五开关管的导通方向相反；
第三组开关管包括第三开关管和第六开关管；第三开关管和第六开关管的导通方向相同，且与第二开关管和第四开关管的导通方向相反；
第一组开关管和第二组开关管中内置有寄生二极管；第一开关管、第二开关管和第三开关管串联在第一支路上；第四开关管、第五开关管和第六开关管串联在第二支路上；第一支路与第二支路并联后用于连接电池的两端；第三开关管的漏极和第六开关管的源极之间设置有振荡支路；充电接口的一端连接第一支路上的开关管之间，另一端连接第二支路上的开关管之间。
本实用新型的电池加热装置的技术方案的有益效果是：本实用新型的电池加热装置设置有三组开关管和充电接口，在电池电量充足时，通过切换第一组开关管和第三组开关管的导通状态，实现了通过电池自放电的内部加热，在电池电量不足、或者低温下时，通过充电接口连接外部充电电源，通过切换第二组开关管和第三组开关管的导通状态，实现了通过电池充/放电的内部加热。
进一步的，第一开关管的漏极用于连接电池正极，第一开关管的源极连接第二开关管的源极，第二开关管的漏极连接第三开关管的漏极，第三开关管的源极用于连接电池负极；第六开关管的漏极用于连接电池正极，第六开关管的源极连接第五开关管的漏极，第五开关管的源极连接第四开关管的源极，第四开关管的漏极用于连接电池负极；充电接口的正极连接第二开关管的漏极，充电接口的负极连接第五开关管的漏极。
进一步的，第二开关管的源极用于连接电池正极，第二开关管的漏极连接第一开关管的漏极，第一开关管的源极连接第三开关管的漏极，第三开关管的源极用于连接电池负极；第六开关管的漏极用于连接电池正极，第六开关管的源极连接第五开关管的漏极，第五开关管的源极连接第四开关管的源极，第四开关管的漏极用于连接电池负极；充电接口的正极连接第二开关管的漏极，充电接口的负极连接第五开关管的源极，所述振荡支路上设置有继电器开关。
进一步的，所述振荡支路包括串联的电容和电感。
进一步的，各开关管均为MOS管。
另外，本申请还提出了一种车辆的技术方案，包括车辆本体、电池以及电池加热装置，电池加热装置包括三组开关管和充电接口：
第一组开关管包括第一开关管和第五开关管；第一开关管和第五开关管的导通方向相同；
第二组开关管包括第二开关管和第四开关管；第二开关管和第四开关管的导通方向相同，且与第一开关管和第五开关管的导通方向相反；
第三组开关管包括第三开关管和第六开关管；第三开关管和第六开关管的导通方向相同，且与第二开关管和第四开关管的导通方向相反；
第一组开关管和第二组开关管中内置有寄生二极管；第一开关管、第二开关管和第三开关管串联在第一支路上；第四开关管、第五开关管和第六开关管串联在第二支路上；第一支路与第二支路并联后连接电池的两端；第三开关管的漏极和第六开关管的源极之间设置有振荡支路；充电接口的一端连接第一支路上的开关管之间，另一端连接第二支路上的开关管之间。
本实用新型的车辆的技术方案的有益效果是：本实用新型车辆中的电池加热装置设置有三组开关管和充电接口，在电池电量充足时，通过切换第一组开关管和第三组开关管的导通状态，实现了通过电池自放电的内部加热，在电池电量不足、或者低温状态时，通过充电接口连接外部充电电源，通过切换第二组开关管和第三组开关管的导通状态，实现了通过电池充/放电的内部加热。
进一步的，第一开关管的漏极连接电池正极，第一开关管的源极连接第二开关管的源极，第二开关管的漏极连接第三开关管的漏极，第三开关管的源极连接电池负极；第六开关管的漏极连接电池正极，第六开关管的源极连接第五开关管的漏极，第五开关管的源极连接第四开关管的源极，第四开关管的漏极连接电池负极；充电接口的正极连接第二开关管的漏极，充电接口的负极连接第五开关管的漏极。
进一步的，第二开关管的源极连接电池正极，第二开关管的漏极连接第一开关管的漏极，第一开关管的源极连接第三开关管的漏极，第三开关管的源极连接电池负极；第六开关管的漏极连接电池正极，第六开关管的源极连接第五开关管的漏极，第五开关管的源极连接第四开关管的源极，第四开关管的漏极连接电池负极；充电接口的正极连接第二开关管的漏极，充电接口的负极连接第五开关管的源极，所述振荡支路上设置有继电器开关。
进一步的，所述振荡支路包括串联的电容和电感。
进一步的，各开关管均为MOS管。
附图说明
图1是本实用新型电池加热装置实施例1的电路原理图；
图2是本实用新型电池加热装置实施例2的电路原理图。
具体实施方式
车辆实施例1：
本实施例提出的车辆包括车辆本体、电池以及如图1所示的电池加热装置，电池加热装置包括高频加热装置和充电接口(即直流充电机接口)，高频加热装置包括三组开关管。
第一组开关管包括第一开关管(开关管S1)和第五开关管(开关管S5)；第二组开关管包括第二开关管(开关管S2)和第四开关管(开关管S4)；第三组开关管包括第三开关管(开关管S3)和第六开关管(开关管S6)；其中，开关管S1和开关管S5的导通方向相同；开关管S2和开关管S4的导通方向相同，且与开关管S1和开关管S5的导通方向相反；开关管S3和开关管S6的导通方向相同，且与开关管S2和开关管S4的导通方向相反。
开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4、开关管S5、以及开关管S6均采用N沟道MOS管加寄生二极管。
开关管S1、开关管S2、以及开关管S3串联在第一支路上，开关管S4、开关管S5、以及开关管S6串联在第二支路上，开关管S3的漏极和开关管S6的源极之间设置有振荡支路；充电接口的正极连接第一支路上的开关管之间，充电接口的负极连接第二支路上的开关管之间。
具体为，开关管S1的漏极连接电池正极，开关管S1的源极连接开关管S2的源极，开关管S2的漏极连接开关管S3的漏极，开关管S3的源极连接电池负极；开关管S6的漏极连接电池正极，开关管S6的源极连接开关管S5的漏极，开关管S5的源极连接开关管S4的源极，开关管S4的漏极连接电池负极；充电接口的正极连接开关管S2的漏极，充电接口的负极连接开关管S5的漏极。振荡支路包括串联的电容和电感。
以上所说的开关管的源极和漏极均为N沟道MOS管的源极和漏极。
电池加热装置的工作过程包括无外接电源和有外接电源两种情况，详细过程介绍如下。
无外接电源的情况下，也即充电接口空置无电流电压输入处于断路状态时，控制第一组开关管和第三组开关管交替导通，此时第二组开关处于闭合状态，也即开关管S2和开关管S4导通：
当第一组开关管导通，第三组开关管断开，也即开关管S1和开关管S5导通，开关管S3和开关管S6断开时，电池的电流沿电池正极、开关管S1、开关管S2、电容、电感、开关管S5和开关管S4，最终回到电池负极；此状态下由于电感的作用电流先从小逐渐增大再逐渐减小，并且由于电容的存在最终当电容充满电后电流为0，接着由于电感的存在形成一个反电势使电流反向流动，此过程电流从小变大再由大到小逐渐为0；
当第一组开关管断开，第三组开关管导通，也即开关管S1和开关管S5断开，开关管S3和开关管S6导通时，电池的电流沿电池正极、开关管S6、电容、电感、以及开关管S4，最终回到电池负极；此状态下由于电感的作用电流先从小逐渐增大再逐渐减小，并且由于电容的存在最终当电容充满电后电流为0，接着由于电感的存在会形成一个反电势使电流反向流动，此过程电流从小变大再由大到小逐渐为0；
不断交替控制一组开关管和第三组开关管的导通状态，周而复始循环即可在电池上形成快速交变的电流，使得电池内阻不断发热从而实现加热电池的目的。
有外接电源的情况下，也即充电接口连接充电桩，充电接口有电流电压的输入时，控制第二组开关管和第三组开关管交替导通，同时控制第一组开关管闭合，也即开关管S1和开关管S5导通：
当第二组开关管导通，第三组开关管断开，也即开关管S2和开关管S4导通，开关管S3和开关管S6断开时，充电接口的充电电流沿充电接口的正极、开关管S2、开关管S1、电池、开关管S4、以及开关管S5回到充电接口的负极；此状态下，充电接口的正负极与电池的正负极对应，为电池充电；
当第二组开关管断开、第三组开关管导通，也即开关管S2和开关管S4断开，开关管S3和开关管S6导通时，电池的放电电流沿电池正极、开关管S6、充电接口的负极、充电接口的正极、开关管S3回到电池负极；此状态下，充电接口的正负极与电池的正负极反向，相当于电池放电；
不断交替控制第二组开关管和第三组开关管的导通状态，使得施加在电池两端的电压处于高频交流状态，进而导致电池进行快速充放电的切换，导致电池内阻产生热量从而实现加热电池的目的。
上述实施例中，为了减少加热过程中的用电量，振荡支路包括串联的电感和电容，作为其他实施方式，也可以在振荡支路上串接加热电阻，用于进行电池的外部加热。
上述实施例中，开关管采用N沟道MOS管，作为其他实施方式，也可以采用P沟道MOS管或者IGBT等其他开关管，本实用新型对此不做限制。
本实用新型在电池电量较低的情况下，通过外接电源，实现了低电量的电池内加热。
电池加热装置实施例1：
电池加热装置的具体结构、连接关系以及工作过程在上述车辆实施例1中已经介绍，这里不做赘述。
车辆实施例2：
本实施例提出的车辆包括车辆本体、电池以及如图2所示的电池加热装置，电池加热装置包括高频加热装置和充电接口(即直流充电机接口)，高频加热装置包括三组开关管。
每组开关管的具体结构以及导通方向与实施例1相同，这里不做赘述。与实施例1的不同之处在于电路的连接关系。
本实施例的连接关系如下：
开关管S2的源极连接电池正极，开关管S2的漏极连接开关管S1的漏极，开关管S1的源极连接开关管S3的漏极，开关管S3的源极连接电池负极；开关管S6的漏极连接电池正极，开关管S6的源极连接开关管S5的漏极，开关管S5的源极连接开关管S4的源极，开关管S4的漏极连接电池负极；充电接口的正极连接开关管S2的漏极，充电接口的负极连接开关管S5的源极，振荡支路上设置有继电器开关。
以上所说的开关管的源极和漏极均为N沟道MOS管的源极和漏极。
本实施例的电池加热装置的工作过程包括无外接电源和有外接电源两种情况，详细过程介绍如下。
无外接电源的情况控制继电器开关闭合，具体的工作过程与实施例1相同，这里不做赘述。
有外接电源的情况下，也即充电接口连接充电桩，充电接口有电流电压的输入时，控制第二组开关管和第三组开关管交替导通，同时控制第一组开关管导通、控制继电器开关断开：
当第二组开关管导通，第三组开关管断开，也即开关管S2和开关管S4导通，开关管S3和开关管S6断开时，充电接口的充电电流沿充电接口的正极、开关管S2、电池、以及开关管S4回到充电接口的负极(由于继电器开关为断开状态，因此电流不会从充电接口的正极，经过开关管S1、电容、电感和开关管S5回到充电接口的负极)；此状态下，充电接口的正负极与电池的正负极对应，为电池充电；
当第二组开关管断开、第三组开关管导通，也即开关管S2和开关管S4断开，开关管S3和开关管S6导通时，电池的放电电流沿电池正极、开关管S6、开关管S5、充电接口的负极、充电接口的正极、开关管S1、开关管S3回到电池负极；此状态下，充电接口的正负极与电池的正负极反向，相当于电池放电；
不断交替控制第二组开关管和第三组开关管的导通状态，使得施加在电池两端的电压处于高频交流状态，进而导致电池进行快速充放电的切换，导致电池内阻产生热量从而实现加热电池的目的。
本实施例的扩展方式以及产生的效果与实施例1相同，这里不做赘述。
电池加热装置实施例2：
电池加热装置的具体结构、连接关系以及工作过程在上述车辆实施例2中已经介绍，这里不做赘述。

Claims (10)

1.一种电池加热装置，其特征在于，包括三组开关管和充电接口：
第一组开关管包括第一开关管和第五开关管；第一开关管和第五开关管的导通方向相同；
第二组开关管包括第二开关管和第四开关管；第二开关管和第四开关管的导通方向相同，且与第一开关管和第五开关管的导通方向相反；
第三组开关管包括第三开关管和第六开关管；第三开关管和第六开关管的导通方向相同，且与第二开关管和第四开关管的导通方向相反；
第一组开关管和第二组开关管中内置有寄生二极管；第一开关管、第二开关管和第三开关管串联在第一支路上；第四开关管、第五开关管和第六开关管串联在第二支路上；第一支路与第二支路并联后用于连接电池的两端；第三开关管的漏极和第六开关管的源极之间设置有振荡支路；充电接口的一端连接第一支路上的开关管之间，另一端连接第二支路上的开关管之间。
2.根据权利要求1所述的电池加热装置，其特征在于，第一开关管的漏极用于连接电池正极，第一开关管的源极连接第二开关管的源极，第二开关管的漏极连接第三开关管的漏极，第三开关管的源极用于连接电池负极；第六开关管的漏极用于连接电池正极，第六开关管的源极连接第五开关管的漏极，第五开关管的源极连接第四开关管的源极，第四开关管的漏极用于连接电池负极；充电接口的正极连接第二开关管的漏极，充电接口的负极连接第五开关管的漏极。
3.根据权利要求1所述的电池加热装置，其特征在于，第二开关管的源极用于连接电池正极，第二开关管的漏极连接第一开关管的漏极，第一开关管的源极连接第三开关管的漏极，第三开关管的源极用于连接电池负极；第六开关管的漏极用于连接电池正极，第六开关管的源极连接第五开关管的漏极，第五开关管的源极连接第四开关管的源极，第四开关管的漏极用于连接电池负极；充电接口的正极连接第二开关管的漏极，充电接口的负极连接第五开关管的源极，所述振荡支路上设置有继电器开关。
4.根据权利要求1所述的电池加热装置，其特征在于，所述振荡支路包括串联的电容和电感。
5.根据权利要求1所述的电池加热装置，其特征在于，各开关管均为MOS管。
6.一种车辆，包括车辆本体、电池以及电池加热装置，其特征在于，电池加热装置包括三组开关管和充电接口：
第一组开关管包括第一开关管和第五开关管；第一开关管和第五开关管的导通方向相同；
第二组开关管包括第二开关管和第四开关管；第二开关管和第四开关管的导通方向相同，且与第一开关管和第五开关管的导通方向相反；
第三组开关管包括第三开关管和第六开关管；第三开关管和第六开关管的导通方向相同，且与第二开关管和第四开关管的导通方向相反；
第一组开关管和第二组开关管中内置有寄生二极管；第一开关管、第二开关管和第三开关管串联在第一支路上；第四开关管、第五开关管和第六开关管串联在第二支路上；第一支路与第二支路并联后连接电池的两端；第三开关管的漏极和第六开关管的源极之间设置有振荡支路；充电接口的一端连接第一支路上的开关管之间，另一端连接第二支路上的开关管之间。
7.根据权利要求6所述的车辆，其特征在于，第一开关管的漏极连接电池正极，第一开关管的源极连接第二开关管的源极，第二开关管的漏极连接第三开关管的漏极，第三开关管的源极连接电池负极；第六开关管的漏极连接电池正极，第六开关管的源极连接第五开关管的漏极，第五开关管的源极连接第四开关管的源极，第四开关管的漏极连接电池负极；充电接口的正极连接第二开关管的漏极，充电接口的负极连接第五开关管的漏极。
8.根据权利要求6所述的车辆，其特征在于，第二开关管的源极连接电池正极，第二开关管的漏极连接第一开关管的漏极，第一开关管的源极连接第三开关管的漏极，第三开关管的源极连接电池负极；第六开关管的漏极连接电池正极，第六开关管的源极连接第五开关管的漏极，第五开关管的源极连接第四开关管的源极，第四开关管的漏极连接电池负极；充电接口的正极连接第二开关管的漏极，充电接口的负极连接第五开关管的源极，所述振荡支路上设置有继电器开关。
9.根据权利要求6所述的车辆，其特征在于，所述振荡支路包括串联的电容和电感。
10.根据权利要求6所述的车辆，其特征在于，各开关管均为MOS管。
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