專利名稱：一種電池加熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電力電子領(lǐng)域，具體涉及一種電池加熱裝置。
背景技術(shù)：
電子信息時代使對電源的需求快速增長，鋰離子電池經(jīng)過近二十年的發(fā)展，已經(jīng) 成為一種相對成熟的技術(shù)，由于它具有體積小、重量輕、高儲能、循環(huán)壽命長等特點，在便攜 式電子設(shè)備、電動汽車、國防工業(yè)等多方面具有廣闊的應(yīng)用前景。但是當(dāng)電動車或電子設(shè)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出、輸入功率性能。一般情況，在低溫條件下，在鋰離子電池充電過程中，鋰離子的遷移速度減慢，難 于嵌入負(fù)極中而相對較易從負(fù)極中脫出，從而造成鋰金屬沉積，這就是所謂的“鋰枝晶”。這 種枝狀晶體會把陰陽相隔的隔膜給刺破，造成電池內(nèi)部短路；同時，沉淀的鋰與電解液發(fā)生 還原反應(yīng)，會形成新的固體電解質(zhì)界面膜(Solid Electrolyte Interface，即SEI膜)覆蓋 在原來的SEI膜上，隨之電池的阻抗增大，極化增強(qiáng)，從而導(dǎo)致電池的容量急劇下降。而電 池容量的急劇衰減和“鋰枝晶”的出現(xiàn)極可能使電池內(nèi)部發(fā)生短路，漏電甚至爆炸，造成安 全事故。為了避免鋰枝晶出現(xiàn)，并保持電池的容量，必須改善鋰離子在低溫條件下的遷移 問題。如圖1是現(xiàn)有技術(shù)的電池加熱電路，基本的實施方法是將電池通過開關(guān)模組IGBT (絕 緣柵雙極型晶體管)的導(dǎo)通與關(guān)斷使得電池1在短時間內(nèi)短路，通過電池短路時引發(fā)的大 電流使電池自己升溫。由于電池短路電流很大，驅(qū)動單元是通過輸出特定脈沖寬度和周期 的信號驅(qū)動IGBT模組3。當(dāng)驅(qū)動單元2的輸出信號為高電平，IGBT模組3導(dǎo)通，電池正負(fù) 極短路，大電流通過電池內(nèi)部使自身溫度升高；當(dāng)驅(qū)動單元2的輸出信號為低，IGBT模組3 關(guān)斷。通過特定脈沖寬度和周期的信號驅(qū)動IGBT模組的導(dǎo)通和關(guān)斷，使電池在短時間內(nèi)加 熱，直到電池達(dá)到適宜的溫度或是其他停止加熱的條件，IGBT模組關(guān)斷。因電池加熱電路中感應(yīng)電感的存在，加上IGBT模組的開關(guān)速度較高，IGBT模組關(guān) 斷時，IGBT集電極電流的下降斜率較高；極高的電流下降率會在主電路的電感上感應(yīng)出較 高的過電壓，導(dǎo)致在IGBT關(guān)斷時，其電流、電壓的運(yùn)動軌跡超出它的安全工作區(qū)而損壞。所 以需要提供保護(hù)電路，保護(hù)IGBT關(guān)斷的電流、電壓的運(yùn)動軌跡在它的安全工作區(qū)內(nèi)。圖2為現(xiàn)有技術(shù)的用于電池加熱電路原理圖，電池1、驅(qū)動單元2、感應(yīng)電感L1和 IGBT模組3組成的回路稱為主回路；第一二極管D1、第一電容C1和第一電阻R1為保護(hù)電 路。具體實施方法是在低溫條件下，當(dāng)驅(qū)動單元2輸出信號為高電平時，IGBT模組3導(dǎo)通， 電池1正負(fù)極短路，產(chǎn)生大電流，從而達(dá)到電池升溫的效果。IGBT模組關(guān)斷時，因電路中感 應(yīng)電感的存在，感應(yīng)電感等效為電感Ll，IGBT模組3的集電極-發(fā)射極兩端電壓上升到接 近電源電壓時，IGBT的電流才開始下降，電路中的感應(yīng)電感會迫使第一二極管D1導(dǎo)通并通 過第一電容C1續(xù)流，IGBT模組中的電流下降率取決于IGBT的開關(guān)速度，主回路中電流下 降率取決IGBT的開關(guān)速度和主回路感應(yīng)電感Ll與吸收第一電容C1的時間常數(shù)決定。保 護(hù)電路的工作原理就是降低功率器件關(guān)斷時在主電路中的電流下降率，根據(jù)公式V = Ldi/dt可知，電感上的感應(yīng)電壓由電感量和電感中的電流變化率決定。電路中的感應(yīng)電感會迫 使第一二極管D1導(dǎo)通并通過第一電容C1續(xù)流后，感應(yīng)電感中電流變化率降低，感應(yīng)電感兩 端的感應(yīng)電壓下降。當(dāng)電路完成整個IGBT模組關(guān)斷過程后，第一電容C1兩端的電壓為V = VCC+Ldi/ dt-VD1，其中，VCC是電池1的電壓；Ldi/dt是感應(yīng)電感L1的感應(yīng)電壓；VD1是第一二極管D1 兩端的電壓，由于第一二極管兩端的壓降約IV，相對電源電壓VCC和L1的感應(yīng)電壓Ldi/dt 很小，可以忽略不計；所以第一電容C1兩端電壓為電池電壓與主電路感應(yīng)電感的感應(yīng)電壓 之和。第一電容C1兩端電壓高于電池兩端電壓，第一電容C1通過第一電阻向電池放電，放 電過程中電流流向電池，即是對電池進(jìn)行充電。由于鋰離子電池對使用環(huán)境的溫度較為敏 感，0°C以下鋰離子電池放電效率較低，而在0°C以下充電則存在一定的安全隱患，可見鋰離 子電池的低溫特性決定了電池低溫條件下嚴(yán)禁充電，以免損壞電池甚至引起事故。

實用新型內(nèi)容本實用新型解決的現(xiàn)有技術(shù)問題是鋰離子電池的低溫特性決定了電池低溫條件 下嚴(yán)禁充電，現(xiàn)有的鋰離子電池在低溫需要加熱時，其保護(hù)電路可能會對鋰離子電池進(jìn)行 充電的問題。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供如下技術(shù)方案本實用新型涉及的一種電池加熱裝置，包括加熱電路和保護(hù)電路，所述加熱電路 和保護(hù)電路均連接電池的兩端，其中，所述保護(hù)電路包括第二二極管、第二電容、第二電 阻、開關(guān)單元、用于檢測第二電容的電壓并控制開關(guān)單元導(dǎo)通和關(guān)斷的控制單元；第二二極 管與第二電容串聯(lián)后連接電池的兩端，第二二極管的正端連接電池的正端；第二電阻與開 關(guān)單元串聯(lián)后再與第二電容并聯(lián)。與現(xiàn)有技術(shù)相比本實用新型具有如下有益效果本實用新型實施例提供的一種電 池加熱裝置，所述控制單元用于檢測第二電容兩端的電壓，當(dāng)電容電壓大于第一預(yù)設(shè)電壓 時，控制單元控制開關(guān)單元使其導(dǎo)通，第二電容通過第二電阻和開關(guān)單元放電；可以得出在 電池低溫加熱過程中，第二電容不會對電池進(jìn)行充電，從而保護(hù)了電池。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)有技術(shù)的電池加熱電路；圖2是現(xiàn)有技術(shù)的用于電池加熱電路原理圖；圖3是本實用新型實施例電池加熱裝置示意圖；圖4是本實用新型實施例控制單元的原理圖；圖5是本實用新型電池加熱裝置的第一實施例原理圖；圖6是本實用新型電池加熱裝置的第二實施例原理圖；圖7是本實用新型電池加熱裝置的第三實施例原理具體實施方式
為了使本實用新型所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下 結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實 施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。圖3是本實用新型實施例電池加熱裝置示意圖；一種電池加熱裝置包括加熱電路 9和保護(hù)電路，所述加熱電路9和保護(hù)電路均連接電池的兩端，加熱電路9連接電池4的兩 端，其中保護(hù)電路包括第二二極管D2、第二電容C2、第二電阻R2、開關(guān)單元8、用于檢測 第二電容的電壓并控制開關(guān)單元導(dǎo)通和關(guān)斷的控制單元7 ；第二二極管D2與第二電容C2 串聯(lián)后連接電池4的兩端，第二二極管D2的正端連接電池4的正端；第二電阻R2與開關(guān)單 元8串聯(lián)后再與第二電容C2并聯(lián)。圖中加熱電路包括IGBT模組6和用于控制IGBT模組 導(dǎo)通和關(guān)斷的驅(qū)動單元5，5驅(qū)動單元5連接IGBT模組6的門極，IGBT模組6的集電極連 接電池4的正端，IGBT模組6的發(fā)射極連接電池4的負(fù)端。以下詳細(xì)說明其工作原理在低溫條件下，驅(qū)動單元5通過輸出特定脈寬和周期的信號來控制IGBT模組6的 導(dǎo)通和關(guān)斷，對電池4進(jìn)行短時間的短路，大電流通過電池內(nèi)部使其自身溫度升高，電池溫 度升到一定值或是達(dá)到其他停止加熱的條件，驅(qū)動單元5停止輸出脈沖信號。驅(qū)動單元5 通過脈沖形式控制IGBT模組反復(fù)的導(dǎo)通與關(guān)斷，在此僅詳細(xì)說明其中一個循環(huán)過程IGBT 模組6導(dǎo)通，電池4正負(fù)極短路，電流大小由電池內(nèi)阻和回路內(nèi)阻決定，電池內(nèi)阻和回路內(nèi) 阻很小，電池產(chǎn)生大電流，從而達(dá)到升溫的效果；IGBT模組6關(guān)斷時，因電路中感應(yīng)電感L2 的存在，IGBT模組6的集電極-發(fā)射極兩端電壓上升到接近電源電壓時，IGBT的電流才開 始下降，電路中的感應(yīng)電感會迫使第二二極管D2導(dǎo)通并通過第二電容C2續(xù)流，IGBT模組 中的電流下降率取決于IGBT的開關(guān)速度，主回路中電流下降率取決IGBT的開關(guān)速度和主 回路感應(yīng)電感L2與吸收電容C2的時間常數(shù)決定。保護(hù)電路的工作原理就是降低功率器件 關(guān)斷時在主電路中的電流下降率，根據(jù)公式V = Ldi/dt可知，電感上的感應(yīng)電壓由電感量 和電感中的電流變化率決定。電路中的感應(yīng)電感會迫使第二二極管D2導(dǎo)通并通過第二電 容C2續(xù)流后，感應(yīng)電感L2中電流變化率降低，感應(yīng)電感兩端的感應(yīng)電壓下降。當(dāng)電路完成 整個IGBT模組關(guān)斷過程后，電容兩端的電壓為V = VCC+Ldi/dt-VD2，其中，VCC是電池電壓； Ldi/dt是感應(yīng)電感L2的感應(yīng)電壓；VD2是第二二極管D2兩端的電壓，由于第二二極管D2兩 端的壓降約IV，相對電源電壓VCC和L2的感應(yīng)電壓Ldi/dt很小，可以忽略不計；所以第二 電容C2兩端電壓為電池電壓與主電路感應(yīng)電感的感應(yīng)電壓之和。IGBT模組6通過特定的脈寬和周期，在反復(fù)的導(dǎo)通與關(guān)斷過程中，不停的對第二 電容C2進(jìn)行充電，第二電容C2兩端電壓升高。當(dāng)?shù)诙娙軨2兩端電壓高于電池電壓，第 二二極管D2反向截止，當(dāng)控制單元7檢測到第二電容C2兩端電壓1]旭大于或等于第一預(yù)設(shè) 電壓UABMAX時，控制單元7控制開關(guān)單元8導(dǎo)通，第二電容C2通過第二電阻R2和開關(guān)單元 7放電。當(dāng)控制單元檢測到第二電容C2兩端電壓UAB小于或等于第二預(yù)設(shè)電壓UABMIN時，控 制單元控制開關(guān)單元截止，停止對第二電容C2的放電。在整個電池短路加熱過程中，都不 會有電流流入電池，即不會在低溫情況下對電池充電，最大程度的保護(hù)電池。圖4是本實用新型實施例控制單元的原理圖；控制單元包括第三電阻R3、第四電 阻R4、遲滯比較器71、PNP三極管Q1、NPN三極管Q2 ；第三電阻R3和第四電阻R4串聯(lián)后并 聯(lián)在第二電容C2的兩端，第三電阻R3和第四電阻R4串聯(lián)的節(jié)點連接遲滯比較器71的負(fù) 輸入端，第三參考電壓VKEF連接遲滯比較器71的正輸入端；PNP三極管Q1的發(fā)射極連接正 電源15V，NPN三極管Q2的發(fā)射極連接負(fù)電源7V，PNP三極管Q1的集電極與NPN三極管Q2 的集電極相連接，PNP三極管Q1的基極與NPN三極管Q2的基極連接在一起并與遲滯比較器71的輸出端連接。遲滯比較器71還包括比較器U1，第五電阻R5和第六電阻R6 ；第六電 阻R6連接在比較器的正輸入端，第五電阻R5的兩端分別連接比較器的正輸入端和輸出端。 以下詳述工作原理第二電容C2兩端電壓通過第三電阻R3和第四R4分壓后得到電壓Vi接在比較器 U1的負(fù)輸入端；比較器U1的輸出電壓通過反饋支路加到同相輸入端，形成正反饋，構(gòu)成遲 滯比較器，提高了抗干擾能力。遲滯比較器根據(jù)輸出端電壓Vo的不同值(v^^nvj，得到 遲滯比較器上位上門限電壓vT+和下門限電壓vT_分別為VT+ = R5Veef/ (R5+R6) +R6V0H/ (R5+R6)；VT_ = R5Veef/ (R5+R6) +R6V0L/ (R5+R6)；當(dāng)Vi端電壓大于上門限電壓VT+時，比較器輸出低電平，通過三極管Q1和三極管 Q2構(gòu)成的推挽電路，三極管Q1導(dǎo)通，三極管Q2截止，輸出電壓為+15V，用來驅(qū)動開關(guān)單元8 導(dǎo)通；當(dāng)Vi端電壓小于下門限電壓VT_時，比較器輸出高電平，通過推挽電路，三極管Q1截 止，三極管Q2導(dǎo)通，輸出-7V使開關(guān)單元8關(guān)斷。此處得到的比較器上門限電壓VT+和下門限電壓VT_為第一預(yù)設(shè)電壓UABMAX和第二 預(yù)設(shè)電壓U
ABMIN°圖5是本實用新型電池加熱裝置的第一實施例原理圖；圖4在圖3的基礎(chǔ)上，將開 關(guān)單元8進(jìn)一步替換為IGBT管81，控制單元的輸出端連接IGBT的門極，用來控制IGBT的 導(dǎo)通和關(guān)斷，IGBT的集電極連接第二電阻的一端，IGBT發(fā)射極連接電池的負(fù)極；控制單元7 檢測第二電容C2兩端的電壓值進(jìn)一步控制IGBT管81的導(dǎo)通和關(guān)斷，其工作原理與圖3中 相同，此處不再贅述。圖6是本實用新型電池加熱裝置的第一實施例原理圖；圖5在圖3的基礎(chǔ)上，將開 關(guān)單元8進(jìn)一步替換為三極管82，三極管為NPN三極管82，NPN三極管82的發(fā)射極連接電 池的負(fù)端，NPN三極管82的極端及連接第二電阻的一端；控制單元7檢測第二電容C2兩端 的電壓值進(jìn)一步控制三極管82的導(dǎo)通和關(guān)斷，其工作原理與圖3中相同，此處不再贅述。圖7是本實用新型電池加熱裝置的第一實施例原理圖；圖6在圖3的基礎(chǔ)上，將開 關(guān)單元8進(jìn)一步替換為M0S管83，M0S管為NM0S官，NM0S管的源極連接電池的負(fù)端，NM0S 管的漏極連接第二電阻的一端；控制單元7檢測第二電容C2兩端的電壓值進(jìn)一步控制M0S 管83的導(dǎo)通和關(guān)斷，其工作原理與圖3中相同，此處不再贅述。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本 實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種電池加熱裝置，包括加熱電路和保護(hù)電路，所述加熱電路和保護(hù)電路均連接電池的兩端，其特征在于所述保護(hù)電路包括第二二極管、第二電容、第二電阻、開關(guān)單元、用于檢測第二電容的電壓并控制開關(guān)單元導(dǎo)通和關(guān)斷的控制單元；第二二極管與第二電容串聯(lián)后連接電池的兩端，第二二極管的正端連接電池的正端；第二電阻與開關(guān)單元串聯(lián)后再與第二電容并聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電池加熱裝置，其特征在于所述控制單元包括第三電 阻、第四電阻、遲滯比較器、PNP三極管、NPN三極管；第三電阻和第四電阻串聯(lián)后并聯(lián)在第 二電容的兩端，第三電阻和第四電阻串聯(lián)的節(jié)點連接遲滯比較器的負(fù)輸入端，第三參考電 壓連接遲滯比較器的正輸入端；PNP三極管的發(fā)射極連接正電源，NPN三極管的發(fā)射極連接 負(fù)電源，PNP三極管的集電極與NPN三極管的集電極相連接，PNP三極管的基極與NPN三極 管的基極連接在一起并與遲滯比較器的輸出端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電池加熱裝置，其特征在于所述加熱電路包括IGBT模 組和用于控制IGBT模組導(dǎo)通和關(guān)斷的驅(qū)動單元，驅(qū)動單元連接IGBT模組的門極，IGBT模 組的集電極連接電池的正端，IGBT模組的發(fā)射極連接電池的負(fù)端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電池加熱裝置，其特征在于所述開關(guān)單元是IGBT。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電池加熱裝置，其特征在于所述開關(guān)單元是三極管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電池加熱裝置，其特征在于所述開關(guān)單元是M0S管。
專利摘要一種電池加熱裝置，包括加熱電路和保護(hù)電路，所述加熱電路和保護(hù)電路均連接電池的兩端，其中保護(hù)電路包括第二二極管、第二電容、第二電阻、開關(guān)單元、用于檢測第二電容的電壓并控制開關(guān)單元導(dǎo)通和關(guān)斷的控制單元；第二二極管與第二電容串聯(lián)后連接電池的兩端，第二二極管的正端連接電池的正端；第二電阻與開關(guān)單元串聯(lián)后再與第二電容并聯(lián)?？刂茊卧糜跈z測第二電容兩端的電壓，當(dāng)電容電壓大于第一預(yù)設(shè)電壓時，控制單元控制開關(guān)單元使其導(dǎo)通，第二電容通過第二電阻和開關(guān)單元放電；可以得出在電池低溫加熱過程中，第二電容不會對電池進(jìn)行充電，從而保護(hù)了電池。
文檔編號H02J7/00GK201667552SQ20102015005
公開日2010年12月8日 申請日期2010年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月30日
發(fā)明者夏文錦, 沈麗, 韓瑤川 申請人:比亞迪股份有限公司