ЦЕПЬ НАГРЕВА АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ Российский патент 2015 года по МПК H01M10/42 

Область техники

Настоящее изобретение относится к области электротехники или электроники, в частности к цепи нагрева аккумуляторной батарей.

Уровень техники

Ввиду того, что автомобили вынуждены работать в сложных дорожных условиях и сложных условиях окружающей среды, либо некоторые электронные устройства используются в жестких условиях окружающей среды, то аккумуляторная батарея, которая служит блоком электропитания для автомобилей с электрическим приводом или электронных устройств, должна быть адаптирована к таким сложным условиям. Кроме того, помимо данных условий должны учитываться срок службы и динамика цикла зарядки/разрядки аккумуляторной батареи, особенно при использовании автомобилей с электрическим приводом или электронных устройств в низкотемпературной среде, причем такая аккумуляторная батарея должна обладать отличными характеристиками зарядки/разрядки в условиях низкой температуры и высокой входной/выходной мощностью.

В общем, в условиях низкой температуры сопротивление аккумуляторной батареи будет возрастать, и увеличится поляризация; таким образом емкость аккумуляторной батареи будет снижаться.

Для сохранения емкости аккумуляторной батареи и улучшения характеристик зарядки/разрядки аккумуляторной батареи в условиях низкой температуры настоящее изобретение обеспечивает цепь нагрева аккумуляторной батареи.

Сущность изобретения

Цель настоящего изобретения заключается в обеспечении цепи нагрева аккумуляторной батареи для решения проблемы уменьшенной емкости аккумуляторной батареи, вызванной повышенным сопротивлением и поляризацией аккумуляторной батареи в условиях низкой температуры.

Цепь нагрева аккумуляторной батареи, обеспеченная в настоящем изобретении, содержит блок переключения, модуль управления переключением, демпфирующий элемент R1 и схему накопления энергии, причем схема накопления энергии соединена с аккумуляторной батареей и содержит элемент L1 накопления тока и элемент С1 накопления заряда, а демпфирующий элемент, блок переключения, элемент L1 накопления тока и элемент С1 накопления заряда соединены последовательно;

модуль управления переключением соединен с блоком переключения и выполнен с возможностью управления включением или выключением блока переключения для управления протеканием энергии между аккумуляторной батареей и схемой накопления энергии.

Цепь нагрева, обеспеченная в настоящем изобретении, может повысить эффективность зарядки/разрядки аккумуляторной батареи;

кроме того, поскольку в цепи нагрева схема накопления энергии соединена с аккумуляторной батареей последовательно, то при нагреве батареи можно избежать проблемы безопасности, связанной с неисправностями и коротким замыканием, обусловленным неисправностями блока переключения, благодаря наличию элемента накопления заряда, соединенного последовательно, и, таким образом, аккумуляторная батарея может быть эффективно защищена.

Другие особенности и преимущества настоящего изобретения будут дополнительно раскрыты в вариантах реализации, представленных в приведенном ниже описании.

Краткое описание чертежей

Прилагаемые чертежи, представленные в качестве неотъемлемой части настоящего описания, приведены для дополнительного облегчения понимания настоящего изобретения и использованы в сочетании с вариантами реализации, представленными в приведенном ниже описании, для пояснения настоящего изобретения, однако они не должны рассматриваться как представляющие собой какое-либо ограничение настоящего изобретения. На чертежах:

На фиг.1 изображена принципиальная схема цепи нагрева аккумуляторной батареи, обеспеченной в настоящем изобретении;

На фиг.2 изображена принципиальная схема предпочтительного варианта реализации цепи нагрева аккумуляторной батареи, обеспеченной в настоящем изобретении;

На фиг.3 изображена принципиальная схема варианта реализации блока энергопотребления, показанного на фиг.2;

На фиг.4 изображена принципиальная схема варианта реализации блока переключения, показанного на фиг.1;

На фиг.5 изображена принципиальная схема варианта реализации блока переключения, показанного на фиг.1;

На фиг.6 изображена принципиальная схема варианта реализации блока переключения, показанного на фиг.1;

На фиг.7 изображена принципиальная схема варианта реализации блока переключения, показанного на фиг.1;

На фиг.8 изображена принципиальная схема варианта реализации блока переключения, показанного на фиг.1;

На фиг.9 изображена принципиальная схема варианта реализации блока переключения, показанного на фиг.1;

На фиг.10 изображена принципиальная схема варианта реализации блока переключения, показанного на фиг.1;

На фиг.11 изображена принципиальная схема варианта реализации блока переключения, показанного на фиг.1;

На фиг.12 изображена принципиальная схема варианта реализации цепи нагрева аккумуляторной батареи, обеспеченного в настоящем изобретении;

На фиг.13 представлена диаграмма импульсной последовательности формы волны, соответствующей цепи нагрева, показанной на фиг.12.

Подробное описание вариантов реализации

В приведенном ниже описании подробно раскрыты варианты реализации настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи. Следует понимать, что варианты реализации, приведенные в настоящем описании, обеспечены только для описания и пояснения настоящего изобретения и не должны рассматриваться каким-либо ограничением для настоящего изобретения.

Следует обратить внимание, что если иное не оговорено, при упоминании в тексте приведенного ниже описания термин «модуль управления переключением» относится к любому контроллеру, который может выдавать команды управления (например, форма волны импульса) при заранее заданных условиях или в заранее заданные промежутки времени и, таким образом, управляет блоком переключения, соединенным с ним, для соответственно включения или выключения, например, модуль управления переключением может представлять собой программируемый логический контроллер;

при упоминании в тексте приведенного ниже описания термин «переключатель» относится к переключателю, обеспечивающему возможность управления включением/выключением посредством электрических сигналов или обеспечивающему возможность управления включением/выключением на основе характеристик элемента или компонента, то есть переключатель может представлять собой однонаправленный переключатель (например, переключатель, состоящий из двунаправленного переключателя и диода, присоединенного последовательно, который может включаться в одном направлении), или двунаправленный переключатель (например, полевой транзистор со структурой металл-оксид-полупроводник или биполярный транзистор с изолированным затвором с встречным диодом свободного хода);

при упоминании в тексте приведенного ниже описания термин «двунаправленный переключатель» относится к переключателю, который может включаться в двух направлениях, что может обеспечить возможность управления включением/выключением посредством электрических сигналов или обеспечить управление включения/выключения на основе характеристик элемента или компонента, например, двунаправленный переключатель может представлять собой полевой транзистор со структурой металл-оксид-полупроводник или биполярный транзистор с изолированным затвором с встречным диодом свободного хода;

при упоминании в тексте приведенного ниже описания термин «однонаправленный полупроводниковый элемент» относится к полупроводниковому элементу, который может включаться в одном направлении, например диод;

при упоминании в тексте приведенного ниже описания термин «элемент накопления заряда» относится к любому устройству, которое может осуществить накопление заряда, например конденсатор;

при упоминании в тексте приведенного ниже описания термин «элемент накопления тока» относится к любому устройству, которое может накапливать ток, например катушка индуктивности;

при упоминании в тексте приведенного ниже описания термин «прямое направление» относится к направлению, в котором энергия протекает от аккумуляторной батареи к схеме накопления энергии, а термин «обратное направление» относится к направлению, в котором энергия протекает от схемы накопления энергии к аккумуляторной батарее;

при упоминании в тексте приведенного ниже описания термин «аккумуляторная батарея» содержит батарею первичных элементов (например, сухая аккумуляторная батарея или щелочная аккумуляторная батарея и т.д.) и батарею вторичных элементов (например, ионно-литиевая батарея, никель-кадмиевая аккумуляторная батарея, никель-водородная батарея или свинцово-кислотная аккумуляторная батарея и т.д.);

при упоминании в тексте приведенного ниже описания термин «демпфирующий элемент» относится к любому устройству, которое препятствует протеканию тока и, таким образом, осуществляет энергопотребление, например сопротивление и т.д.;

при упоминании в тексте приведенного ниже описания термин «основной контур» относится к электрическому контуру, состоящему из аккумуляторной батареи и демпфирующего элемента, блока переключения и схемы накопления энергии, соединенных последовательно.

Особенно следует отметить, что ввиду наличия различных особенностей у различных типов аккумуляторных батарей в настоящем изобретении «аккумуляторная батарея» может относиться к идеальной аккумуляторной батарее, которая не имеет внутреннего паразитного сопротивления и паразитной индуктивности или имеет очень низкое внутреннее паразитное сопротивление и паразитную индуктивность, или может относиться к комплекту батарей, имеющему внутреннее паразитное сопротивление и паразитную индуктивность;

таким образом, специалистам в данной области техники следует понимать, что если аккумуляторная батарея представляет собой идеальную аккумуляторную батарею, которая не имеет внутреннего паразитного сопротивления и паразитной индуктивности или имеет очень низкое внутреннее паразитное сопротивление и паразитную индуктивность, демпфирующий элемент R1 относится к демпфирующему элементу, внешнему по отношению к аккумуляторной батарее;

и элемент L1 накопления тока относится к элементу накопления тока, внешнему по отношению к аккумуляторной батарее;

если аккумуляторная батарея представляет собой комплект аккумуляторных батарей, имеющий внутреннее паразитное сопротивление и паразитную индуктивность, демпфирующий элемент R1 относится к демпфирующему элементу, внешнему по отношению к аккумуляторной батарее, или относится к паразитному сопротивлению в комплекте аккумуляторных батарей, аналогичным образом, элемент L2 накопления тока относится к элементу накопления тока, внешнему по отношению к аккумуляторной батарее, или относится к паразитной индуктивности в комплекте аккумуляторных батарей.

Для обеспечения нормального срока службы аккумуляторной батареи такая аккумуляторная батарея может быть нагрета в условиях низкой температуры, то есть при наступлении условия осуществления нагрева происходит управление цепью нагрева для начала нагрева аккумуляторной батареи;

при наступлении условия осуществления остановки нагрева происходит управление цепью нагрева для остановки нагрева.

При фактическом применении аккумуляторной батареи условие нагрева аккумуляторной батареи и условие остановки нагрева могут быть установлены согласно фактическим окружающим условиям, для обеспечения нормального выполнения зарядки/разрядки аккумуляторной батареи.

Для подогрева аккумуляторной батареи Е в низкотемпературной окружающей среде согласно фиг.1 настоящее изобретение обеспечивает цепь нагрева для аккумуляторной батареи Е, содержащую блок 1 переключения, модуль 100 управления переключением, демпфирующий элемент R1 и схему накопления энергии, причем схема накопления энергии соединена с аккумуляторной батареей и содержит элемент L1 накопления тока и элемент С1 накопления заряда;

демпфирующий элемент R1, блок 1 переключения, элемент L1 накопления тока и элемент С1 накопления заряда соединены последовательно;

модуль 100 управления переключением соединен с блоком 1 переключения и выполнен с возможностью управления включением и выключением блока 1 переключения для управления протеканием энергии между аккумуляторной батареей и схемой накопления энергии.

С использованием технического решения по настоящему изобретению, при наступлении условия нагрева, модуль 100 управления переключением управляет включением блока 1 переключения, и, таким образом, аккумуляторная батарея Е соединяется со схемой накопления энергии последовательно для формирования электрического контура и может разряжаться через электрический контур (т.е. заряжать элемент С1 накопления заряда);

когда ток в контуре достигает нулевого значения в прямом направлении вслед за пиковым значением тока, элемент С1 накопления заряда начинает разряжаться через контур, т.е. заряжать аккумуляторную батарею Е;

в процессе зарядки/разрядки аккумуляторной батареи Е ток в электрическом контуре всегда проходит через демпфирующий элемент R1, независимо от того, протекает ли ток в прямом направлении или обратном направлении, и, таким образом, аккумуляторная батарея Е подогревается теплом, выработанным в демпфирующем элементе R1;

посредством управления временем включения/выключения блока 1 переключения можно осуществлять управление подогревом аккумуляторной батареей Е только в режиме разрядки или в обоих режиме разрядки и режиме зарядки.

При наступлении условия остановки нагрева модуль 100 управления переключением может управлять выключением блока 1 переключения и, таким образом, останавливать работу цепи нагрева.

Для предотвращения зарядки аккумуляторной батареи Е элементом С1 накопления заряда при низкой температуре и для обеспечения выполнения зарядки/разрядки аккумуляторной батареи Е в предпочтительном варианте реализации цепи нагрева, обеспеченном в настоящем изобретении, модуль 100 управления переключением выполнен с возможностью управления включением/выключением блока 1 переключения для управления протеканием энергии только от аккумуляторной батареи Е к схеме накопления энергии, и, таким образом, зарядка аккумуляторной батареи Е элементом С1 накопления заряда исключена.

Для поддержания цикличной работы цепи часть энергии, накопленной в элементе С1 накопления энергии, должна быть израсходована всякий раз, когда блок 1 переключения выключается;

поэтому согласно фиг.2 цепь нагрева дополнительно содержит блок энергопотребления, соединенный с элементом С1 накопления заряда и выполненный с возможностью потребления энергии в элементе С1 накопления энергии после включения и затем выключения блока 1 переключения.

В варианте реализации настоящего изобретения, показанном на фиг.3, блок энергопотребления содержит блок 101 управления напряжением, который выполнен с возможностью преобразования напряжения на элементе С1 накопления заряда в предопределенное значение напряжения после включения и последующего выключения блока 1 переключения. При необходимости может быть установлено заданное значение напряжения.

В варианте реализации настоящего изобретения, показанном на фиг.3, блок 101 управления напряжением содержит демпфирующий элемент R5 и переключатель K8, причем демпфирующий элемент R5 и переключатель K8 соединены друг с другом последовательно и затем присоединены параллельно элементу С1 накопления заряда;

модуль 100 управления переключением также соединен с переключателем K8 и выполнен с возможностью управления включением переключателя К8 после включения и последующего выключения блока 1 переключения. Таким образом, при каждом выключении блока 1 переключения энергия в элементе С1 накопления заряда может потребляться через демпфирующий элемент R5.

В варианте реализации, в котором энергия протекает только от аккумуляторной батареи Е к элементу С1 накопления энергии, модуль 100 управления переключением выполнен с возможностью управления выключением блока 1 переключения при достижении или до достижения током, протекающим через блок 1 переключения, нулевого значения после включения блока 1 переключения, при условии, что протекание тока происходит только от аккумуляторной батареи Е к элементу С1 накопления заряда.

Для управления протеканием энергии только от аккумуляторной батареи Е к элементу С1 накопления заряда в варианте реализации настоящего изобретения, показанном на фиг.4, блок 1 переключения содержит переключатель K1 и однонаправленный полупроводниковый элемент D1, причем переключатель K1 и однонаправленный полупроводниковый элемент D1 соединены друг с другом последовательно, и затем последовательно подключены в схему накопления энергии;

модуль 100 управления переключением соединен с переключателем K1 и выполнен с возможностью управления включением/выключением блока 1 переключения посредством управления включением/выключением переключателя K1. При последовательном подключении однонаправленного полупроводникового элемента D1 в схеме противоток энергии от элемента С1 накопления заряда может быть предотвращен, и, таким образом, можно избежать зарядки аккумуляторной батареи Е в случае неисправности переключателя K1.

Поскольку частота падения силы тока очень высока при выключении переключателя K1, на элементе L1 накопления тока будет индуцироваться высокое перенапряжение, которое может стать причиной повреждения переключателя K1, так как ток и напряжение выходят за пределы диапазона безопасной работы. Таким образом, предпочтительно модуль 100 управления переключением выполнен с возможностью управления выключением переключателя K1 при достижении тока, протекающего через блок 1 переключения, нулевого значения после включения блока 1 переключения.

Для увеличения эффективности нагрева в другом варианте реализации настоящего изобретения, показанном на фиг.5, модуль 100 управления переключением предпочтительно выполнен с возможностью управления выключением блока 1 переключения до достижения током, протекающим через блок 1 переключения, нулевого значения после включения блока 1 переключения;

блок 1 переключения содержит однонаправленный полупроводниковый элемент D9, однонаправленный полупроводниковый элемент D10, переключатель K2, демпфирующий элемент R4 и элемент С3 накопления заряда, причем однонаправленный полупроводниковый элемент D9 и переключатель K2 соединены последовательно в схеме накопления энергии, демпфирующий элемент R4 и элемент накопления заряда С3 соединены последовательно и затем присоединены параллельно переключателю K2;

однонаправленный полупроводниковый элемент D10 соединен параллельно демпфирующему элементу R4 и выполнен с возможностью переноса тока к элементу L1 накопления тока при выключении переключателя K2;

модуль 100 управления переключением соединен с переключателем K2 и выполнен с возможностью управления включением/выключением блока 1 переключения посредством управления включением/выключением переключателя K2.

Однонаправленный полупроводниковый элемент D10, демпфирующий элемент R4 и элемент С3 накопления заряда образуют контур поглощения, выполненный с возможностью снижения частоты падения силы тока в схеме накопления энергии при выключении переключателя K2. Таким образом, при выключении переключателя K2 индуцированное напряжение, выработанное на элементе L1 накопления тока, будет побуждать включение однонаправленного полупроводникового элемента D10 и обеспечивать возможность свободного протекания тока с помощью элемента С3 накопления заряда для снижения частоты изменения тока в элементе L1 накопления тока и подавления индуцированного напряжения на элементе L1 накопления тока, для обеспечения напряжения на переключателе K2 в пределах безопасного рабочего диапазона. При повторном включении переключателя K2 энергия, сохраненная в элементе С3 накопления заряда, может потребляться через демпфирующий элемент R4.

Для повышения эффективности работы цепи нагрева можно управлять потоком энергии в одну сторону и другую сторону между аккумуляторной батареей Е и схемой накопления энергии для использования протекания тока через демпфирующий элемент R1 в прямом направлении и в обратном направлении для обеспечения возможности нагревания.

Следовательно, в предпочтительном варианте реализации цепи нагрева, обеспеченной настоящим изобретением, модуль 100 управления переключением выполнен с возможностью управления включением/выключением блока 1 переключения так, чтобы энергия протекала в одну сторону и другую сторону между аккумуляторной батареей Е и схемой накопления энергии при включенном блоке 1 переключения.

Для обеспечения потока энергии в одну сторону и другую сторону между аккумуляторной батареей Е и схемой накопления энергии в варианте реализации настоящего изобретения блок 1 переключения представляет собой двунаправленный переключатель K3;

согласно фиг.6 модуль 100 управления переключением управляет включением/выключением двунаправленного переключателя K3, т.е. при необходимости нагрева аккумуляторной батареи Е можно управлять включением двунаправленного переключателя K3, когда нагрев необходимо приостановить или он не требуется, то можно управлять выключением двунаправленного переключателя K3.

Использование отдельного двунаправленного переключателя K3 для реализации блока 1 переключения может упростить схему, уменьшить отпечаток системы и облегчить реализацию;

тем не менее, для выполнения отсечки обратного тока в настоящем изобретении дополнительно обеспечен следующий предпочтительный вариант реализации блока 1 переключения.

Предпочтительно блок 1 переключения содержит первое однонаправленное ответвление, выполненное с возможностью обеспечения потока энергии от аккумуляторной батареи Е к схеме накопления энергии, и второе однонаправленное ответвление, выполненное с возможностью обеспечения потока энергии от схемы накопления энергии к аккумуляторной батарее Е;

причем модуль 100 управления переключением соединен с любым или обоими из первого однонаправленного ответвления и второго однонаправленного ответвления для управления включением/выключением соединенных ответвлений.

При необходимости нагрева аккумуляторной батареи можно управлять включением первого однонаправленного ответвления и второго однонаправленного ответвления;

при необходимости приостановки нагрева можно управлять выключением любого или обоих из первого однонаправленного ответвления и второго однонаправленного ответвления;

при отсутствии необходимости нагрева можно управлять выключением обоих из первого однонаправленного ответвления и второго однонаправленного ответвления. Предпочтительно оба из первого однонаправленного ответвления и второго однонаправленного ответвления находятся под управлением модуля 100 управления переключением;

таким образом можно гибко осуществлять отсечку потока энергии в прямом направлении и в обратном направлении.

В другом варианте реализации блока 1 переключения, показанном на фиг.7, блок 1 переключения может содержать двунаправленный переключатель K4 и двунаправленный переключатель K5, причем двунаправленный переключатель K4 и двунаправленный переключатель K5 соединены последовательно противоположно друг другу для образования первого однонаправленного ответвления и второго однонаправленного ответвления;

модуль 100 управления переключением соединен соответственно с двунаправленным переключателем K4 и двунаправленным переключателем K5 для управления включением/выключением первого однонаправленного ответвления и второго однонаправленного ответвления посредством управления включением/выключением двунаправленного переключателя K4 и двунаправленного переключателя K5.

При необходимости нагрева аккумуляторной батареи Е можно управлять включением двунаправленных переключателей K4 и K5;

при необходимости приостановки нагрева можно управлять выключением любого или обоих из двунаправленного переключателя K4 и двунаправленного переключателя K5;

при отсутствии необходимости нагрева можно управлять выключением обоих из двунаправленного переключателя K4 и двунаправленного переключателя K5. При такой реализации блока 1 переключения можно отдельно управлять включением или выключением первого однонаправленного ответвления и второго однонаправленного ответвления и, таким образом, можно гибко осуществлять отсечку потока энергии в прямом направлении и в обратном направлении в схеме.

В другом варианте реализации блока 1 переключения, показанном на фиг.8, блок 1 переключения может содержать переключатель K6, однонаправленный полупроводниковый элемент D11 и однонаправленный полупроводниковый элемент D12, причем переключатель K6 и однонаправленный полупроводниковый элемент D11 соединены друг с другом последовательно для формирования первого однонаправленного ответвления;

однонаправленный полупроводниковый элемент D12 формирует второе однонаправленное ответвление;

модуль 100 управления переключением соединен с переключателем K6 для управления включением/выключением первого однонаправленного ответвления посредством управления включением/выключением переключателя K6. В блоке 1 переключения, показанном на фиг.8, при необходимости нагрева, можно управлять включением переключателя K6;

когда нагрев не требуется, можно управлять выключением переключателя K6.

Хотя реализация блока 1 переключения, показанного на фиг.8, обеспечивает возможность двухстороннего потока энергии по отдельным ответвлениям, тем не менее, такая реализация не может обеспечить функцию отсечки потока энергии в обратном направлении. Настоящее изобретение дополнительно предлагает другой вариант реализации блока 1 переключения;

согласно фиг.9 блок 1 переключения может дополнительно содержать переключатель K7 во втором однонаправленном ответвлении, причем переключатель K7 соединен с однонаправленным полупроводниковым элементом D12 последовательно, модуль 100 управления переключением также соединен с переключателем K7 и выполнен с возможностью управления включением/выключением второго однонаправленного ответвления путем управления включением/выключением переключателя K7.

Таким образом, в блоке 1 переключения, показанном на фиг.9, поскольку в обоих однонаправленных ответвлениях расположены переключатели (т.е. переключатель K6 и переключатель K7), то функция отсечки потока энергии обеспечена одновременно в прямом направлении и в обратном направлении.

Предпочтительно блок 1 переключения может дополнительно содержать сопротивление, которое соединено последовательно с первым однонаправленным ответвлением/вторым однонаправленным ответвлением и выполнено с возможностью снижения тока в цепи нагрева для аккумуляторной батареи Е и избегания повреждения аккумуляторной батареи Е, вызванного в результате сверхтока в схеме. Например, сопротивление R6, соединенное последовательно с двунаправленным переключателем K4 и двунаправленным переключателем K5, может быть добавлено в блок 1 переключения, показанный на фиг.7, для получения другой реализации блока 1 переключения, показанной на фиг.10. На фиг.11 также показан вариант реализации блока 1 переключения, который получен путем соединения соответственно сопротивления R2 и сопротивления R3 последовательно в обоих однонаправленных ответвлениях в блоке 1 переключения, показанном на фиг.9.

В варианте реализации, в котором энергия протекает в одну сторону и другую сторону между аккумуляторной батареей Е и схемой накопления энергии, при включении блока 1 переключения для подогрева аккумуляторной батареи Е энергия сначала протекает из аккумуляторной батареи Е в схему накопления энергии, а затем протекает назад от схемы накопления энергии к аккумуляторной батарее Е и так далее.

При протекании энергии назад от схемы накопления энергии к аккумуляторной батарее Е энергия, содержащаяся в элементе С1 накопления энергии, не будет полностью возвращена аккумуляторной батарее Е;

вместо этого часть энергии остается в элементе С1 накопления заряда и, в конечном счете, напряжение на элементе С1 накопления заряда становится близким или равным напряжению на батареи Е, и, таким образом, продолжение потока энергии от аккумуляторной батареи Е к схеме накопления энергии невозможно.

Такой эффект противоречит циклическому режиму работы цепи нагрева.

Ввиду такой проблемы предпочтительно в данном варианте реализации цепь нагрева дополнительно содержит блок энергопотребления, соединенный с элементом С1 накопления заряда и выполненный с возможностью потребления энергии в элементе С1 накопления энергии после включения и затем выключения блока 1 переключения. Данный вариант реализации блока энергопотребления был представлен в приведенном выше описании и дополнительно здесь не будет раскрыт.

В варианте реализации, в котором энергия протекает в одну сторону и другую сторону между аккумуляторной батареей Е и схемой накопления энергии, выключением блока 1 переключения можно управлять в любой момент времени по меньшей мере в одном цикле, другими словами, блок 1 переключения может выключаться в любое время, например, блок 1 переключения может выключиться при протекании тока через блок 1 переключения в прямом направлении или в обратном направлении, и когда ток равен нолю или не равен нолю.

Конкретная форма реализации блока 1 переключения может быть выбрана в зависимости от необходимого способа отсечки;

если необходима лишь отсечка протекания тока в прямом направлении, то может быть выбрана форма реализации блока 1 переключения, показанная на фиг.6 или фиг.8;

если необходима отсечка протекания тока в прямом направлении и в обратном направлении, то может быть выбран блок переключения с двумя управляемыми однонаправленными ответвлениями, показанный на фиг.7 или фиг.9.

Предпочтительно модуль 100 управления переключением выполнен с возможностью управления выключением блока 1 переключения при достижении или после достижения током, протекающим через блок 1 переключения, нулевого значения после включения блока 1 переключения. Более предпочтительно модуль 100 управления переключением выполнен с возможностью управления выключением блока 1 переключения при достижении током, протекающим через блок 1 переключения, нулевого значения после включения блока 1 переключения, для минимизирования неблагоприятного воздействие на всю схему.

Модуль 100 управления переключением может представлять собой отдельный контроллер, который, посредством установки внутренней программы, обеспечивает возможность управления включением/выключением различных внешних переключения;

либо модуль 100 управления переключением может представлять собой множество контроллеров, например, модуль 100 управления переключением может быть установлен соответственно для каждого внешнего переключателя;

либо множество модулей 100 управления переключением может быть объединено в один узел. Настоящее изобретение не ограничивает формы реализации модуля 100 управления переключением.

Далее со ссылкой на фиг.12 и фиг.13 будет кратко описан принцип работы вариантов реализации цепи нагрева для аккумуляторной батареи Е. Следует отметить, что, хотя особенности и элементы настоящего изобретения описаны конкретно в отношении фиг.12 и фиг.13, каждая особенность или элемент настоящего изобретения могут быть использованы отдельно без других особенностей и элементов, или могут быть использованы в сочетании или не в сочетании с другими особенностями и элементами. Варианты реализации цепи нагрева для аккумуляторной батареи Е, обеспеченные в настоящем изобретении, не ограничены вариантами реализации, показанными на фиг.12 и фиг.13.

В цепи нагрева для аккумуляторной батареи Е, показанной на фиг.12, переключатель K1 и однонаправленный полупроводниковый элемент D1 составляют блок 1 переключения, схема накопления энергии содержит элемент L1 накопления тока и элемент С1 накопления заряда, причем демпфирующий элемент R1 и блок 1 переключения соединены последовательно со схемой накопления энергии, демпфирующий элемент R5 и переключатель K8 составляют блок 101 управления напряжением в блоке энергопотребления;

модуль 100 управления переключением может управлять включением/выключением переключателя K1 и переключателя K8. На фиг.13 представлена диаграмма импульсной последовательности формы волны, соответствующей цепи нагрева, показанной на фиг.12, на которой V_C1 указывает значение напряжения на элементе С1 накопления заряда, I_main указывает значение тока, проходящего через переключатель K1.

Рабочий процесс цепи нагрева, показанной на фиг.12, заключается в следующем:

Модуль 100 управления переключением может представлять собой отдельный контроллер, который, посредством установки внутренней программы, обеспечивает возможность управления включением/выключением различных внешних переключения;

либо модуль 100 управления переключением может представлять собой множество контроллеров, например, модуль 100 управления переключением может быть установлен соответственно для каждого внешнего переключателя;

либо множество модулей 100 управления переключением может быть объединено в один узел. Настоящее изобретение не ограничивает формы реализации модуля 100 управления переключением.

Далее со ссылкой на фиг.12 и фиг.13 будет кратко описан принцип работы вариантов реализации цепи нагрева для аккумуляторной батареи Е. Следует отметить, что, хотя особенности и элементы настоящего изобретения описаны конкретно в отношении фиг.12 и фиг.13, каждая особенность или элемент настоящего изобретения могут быть использованы отдельно без других особенностей и элементов, или могут быть использованы в сочетании или не в сочетании с другими особенностями и элементами. Варианты реализации цепи нагрева для аккумуляторной батареи Е, обеспеченные в настоящем изобретении, не ограничены вариантами реализации, показанными на фиг.12 и фиг.13.

В цепи нагрева для аккумуляторной батареи Е, показанной на фиг.12, переключатель K1 и однонаправленный полупроводниковый элемент D1 составляют блок 1 переключения, схема накопления энергии содержит элемент L1 накопления тока и элемент С1 накопления заряда, причем демпфирующий элемент R1 и блок 1 переключения соединены последовательно со схемой накопления энергии, демпфирующий элемент R5 и переключатель K8 образуют блок 101 управления напряжением в блоке энергопотребления;

модуль 100 управления переключением может управлять включением/выключением переключателя K1 и переключателя K8. На фиг.13 представлена диаграмма импульсной последовательности формы волны, соответствующей цепи нагрева, показанной на фиг.12, причем V_C1 указывает значение напряжения на элементе С1 накопления заряда, a I_main указывает значение тока, проходящего через переключатель K1.

Процесс работы цепи нагрева, показанной на фиг.12, заключается в следующем:

a) При необходимости нагрева аккумуляторной батареи Е модуль 100 управления переключением управляет включением переключателя K1 и, таким образом, аккумуляторная батарея Е разряжается через электрический контур, состоящий из переключателя K1, однонаправленного полупроводникового элемента D1 и элемента С1 накопления заряда, согласно временному интервалу t₁, показанному на фиг.13;

при достижении током, проходящим через переключатель K1, нулевого значения модуль 100 управления переключением управляет выключением переключателя K1 согласно временному интервалу t₂, показанному на фиг.13;

b) После выключения переключателя K1 модуль 100 управления переключением управляет включением переключателя K8 и, таким образом, элемент С1 накопления заряда разряжается через электрический контур, состоящий из демпфирующего элемента R5 и переключателя K8, для потребления энергии в элементе С1 накопления энергии;

затем модуль 100 управления переключением управляет выключением переключателя K8, согласно временному интервалу t₂, показанному на фиг.13; и

c) Повторение этапов a) и b) влечет непрерывный подогрев аккумуляторной батареи Е при одновременном ее разряде, до тех пор, пока для аккумуляторной батареи Е не будет выполнено условие остановки нагрева.

Цепь нагрева, обеспеченная в настоящем изобретении, может повысить эффективность выполнения зарядки/разрядки аккумуляторной батареи;

кроме того, поскольку схема накопления энергии соединена с аккумуляторной батареей последовательно в цепи нагрева, при нагреве аккумуляторной батареи Е можно избежать проблемы безопасности, связанной с неисправностями коротким замыканием, обусловленными неисправностями блока 1 переключения, благодаря наличию элемента С1 накопления заряда, соединенного последовательно, и, таким образом, аккумуляторная батарея Е может быть эффективно защищена.

Несмотря на то что в приведенном выше описании со ссылкой на прилагаемые чертежи представлены некоторые предпочтительные варианты реализации настоящего изобретения, тем не менее, настоящее изобретение не ограничено особенностями таких вариантов реализации. Специалисты в данной области техники смогут выполнить модификации и изменения технического решения настоящего изобретения, не отступая от сущности настоящего изобретения. Впрочем, все такие модификации и изменения должны считаться как попадающие в объем настоящего изобретения.

Кроме того, следует отметить, что конкретные технические особенности, описанные в приведенных выше вариантах реализации, могут быть объединены в любую подходящую форму, при условии отсутствия какого-либо конфликта. Во избежание излишнего повторения возможные комбинации специально не описаны в настоящем изобретении. Кроме того, при необходимости различные варианты реализации настоящего изобретения могут быть свободно объединены, при условии, что такие комбинации не отступают от идеи и сущности настоящего изобретения. Как бы то ни было, такие комбинации также должны рассматриваться как попадающие в объем настоящего изобретения.

Настоящее изобретение относится к области электротехники. Технический результат - повышение эффективности зарядки/разрядки аккумуляторной батареи, повышение безопасности при нагреве аккумуляторной батареи и эффективности защиты аккумуляторной батареи. Изобретение характеризует цепь нагрева аккумуляторной батареи, содержащую блок переключения, модуль управления переключением, демпфирующий элемент и схему накопления энергии, причем схема накопления энергии соединена с аккумуляторной батареей и содержит элемент накопления тока и элемент накопления заряда, демпфирующий элемент, блок переключения, элемент накопления тока и элемент накопления заряда соединены последовательно, модуль управления переключением соединен с блоком переключения и выполнен с возможностью управления включением/выключением блока переключения для управления протеканием энергии между аккумуляторной батареей и схемой накопления энергии. 14 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Цепь нагрева аккумуляторной батареи, содержащая блок (1) переключения, модуль (100) управления переключением, демпфирующий элемент R1 и схему накопления энергии, причем:
схема накопления энергии выполнена с возможностью соединения с аккумуляторной батареей и содержит элемент L1 накопления тока и элемент С1 накопления заряда;
демпфирующий элемент R1, блок (1) переключения, элемент L1 накопления тока и элемент С1 накопления заряда соединены последовательно;
модуль (100) управления переключением соединен с блоком (1) переключения и выполнен с возможностью управления включением/выключением блока (1) переключения для управления протеканием энергии между аккумуляторной батареей и схемой накопления энергии;
причем модуль (100) управления переключением выполнен с возможностью управления включением/выключением блока (1) переключения для управления протеканием энергии только от аккумуляторной батареи к схеме накопления энергии; а цепь нагрева дополнительно содержит блок энергопотребления, который соединен с элементом С1 накопления заряда и выполнен с возможностью потребления энергии в элементе С1 накопления заряда после включения и последующего выключения блока (1) переключения.

2. Цепь нагрева по п. 1, в которой демпфирующий элемент R1 представляет собой паразитное сопротивление в аккумуляторной батарее, а элемент L1 накопления тока представляет собой паразитную индуктивность в аккумуляторной батарее.

3. Цепь нагрева по п. 1, в которой блок (1) переключения содержит переключатель К1 и однонаправленный полупроводниковый элемент D1, причем переключатель К1 и однонаправленный полупроводниковый элемент D1 соединены друг с другом последовательно, и затем последовательно подсоединены в схеме накопления энергии;
модуль (100) управления переключением соединен с переключателем К1 и выполнен с возможностью управления включением/выключением блока (1) переключения посредством управления включением/выключением переключателя К1.

4. Цепь нагрева по п. 1, в которой модуль (100) управления переключением выполнен с возможностью управления выключением блока (1) переключения при достижении или до достижения током, протекающим через блок (1) переключения, нулевого значения после включения блока (1) переключения.

5. Цепь нагрева по п. 4, в которой модуль (100) управления переключением выполнен с возможностью управления выключением блока (1) переключения до достижения током, протекающим через блок (1) переключения, нулевого значения после включения блока (1) переключения;
причем блок (1) переключения содержит однонаправленный полупроводниковый элемент D9, однонаправленный полупроводниковый элемент D10, переключатель К2, сопротивление R4 и элемент С3 накопления заряда;
однонаправленный полупроводниковый элемент D9 и переключатель К2 соединены последовательно в схеме накопления энергии, сопротивление R4 и элемент С3 накопления заряда соединены друг с другом последовательно, и затем подключены параллельно переключателю К2;
однонаправленный полупроводниковый элемент D10 присоединен параллельно демпфирующему элементу R4 и выполнен с возможностью поддержания протекания тока через элемент L1 накопления тока при выключенном переключателе К2;
модуль (100) управления переключением соединен с переключателем К2 и выполнен с возможностью управления включением/выключением блока (1) переключения посредством управления включением/выключением переключателя К2.

6. Цепь нагрева по п. 2, в которой модуль (100) управления переключением выполнен с возможностью управления включением/выключением блока (1) переключения так, чтобы энергия протекала в одну сторону и другую сторону между аккумуляторной батареей и схемой накопления энергии при включении блока (1) переключения.

7. Цепь нагрева по п. 6, дополнительно содержащая блок энергопотребления, который соединен с элементом С1 накопления заряда и выполнен с возможностью потребления энергии в элементе С1 накопления заряда после включения и последующего выключения блока (1) переключения.

8. Цепь нагрева по п. 1 или 7, в которой блок энергопотребления содержит блок (101) управления напряжением, который выполнен с возможностью преобразования напряжения на элементе С1 накопления заряда в предопределенное значение напряжения после включения и последующего выключения блока (1) переключения.

9. Цепь нагрева по п. 8, в которой блок (101) управления напряжением содержит демпфирующий элемент R5 и переключатель К8, причем демпфирующий элемент R5 и переключатель К8 соединены друг с другом последовательно, а затем соединены параллельно элементу С1 накопления заряда;
модуль (100) управления переключением дополнительно соединен с переключателем К8 и выполнен с возможностью управления включением переключателя К8 после управления включением и затем выключением блока (1) переключения.

10. Цепь нагрева по п. 6, в которой блок (1) переключения представляет собой двунаправленный переключатель К3.

11. Цепь нагрева по п. 6, в которой блок (1) переключения содержит первое однонаправленное ответвление, выполненное с возможностью обеспечения потока энергии от аккумуляторной батареи к схеме накопления энергии, и второе однонаправленное ответвление, выполненное с возможностью обеспечения потока энергии от схемы накопления энергии к аккумуляторной батарее;
модуль (100) управления переключением соединен с любым или обоими из первого однонаправленного ответвления и второго однонаправленного ответвления и выполнен с возможностью управления включением/выключением блока (1) переключения посредством управления включением/выключением соединенных ответвлений.

12. Цепь нагрева по п. 11, в которой блок (1) переключения содержит двунаправленный переключатель К4 и двунаправленный переключатель К5, причем двунаправленный переключатель К4 и двунаправленный переключатель К5 соединены последовательно противоположно друг другу для формирования первого однонаправленного ответвления и второго однонаправленного ответвления;
модуль (100) управления переключением соединен соответственно с двунаправленным переключателем К4 и двунаправленным переключателем К5 и выполнен с возможностью управления включением/выключением первого однонаправленного ответвления и второго однонаправленного ответвления путем управления включением/выключением двунаправленного переключателя К4 и двунаправленного переключателя К5.

13. Цепь нагрева по п. 11, в которой блок (1) переключения содержит переключатель К6, однонаправленный полупроводниковый элемент D11 и однонаправленный полупроводниковый элемент D12, причем переключатель К6 и однонаправленный полупроводниковый элемент D11 соединены друг с другом последовательно для образования первого однонаправленного ответвления;
однонаправленный полупроводниковый элемент D12 образует второе однонаправленное ответвление;
модуль (100) управления переключением соединен с переключателем К6 и выполнен с возможностью управления включением/выключением первого однонаправленного ответвления посредством управления включением/выключением переключателя К6.

14. Цепь нагрева по п. 13, в которой блок (1) переключения дополнительно содержит переключатель К7 во втором однонаправленном ответвлении, и переключатель К7 соединен с однонаправленным полупроводниковым элементом D12 последовательно; причем модуль (100) управления переключением дополнительно соединен с переключателем К7 и выполнен с возможностью управления включением/выключением второго однонаправленного ответвления посредством управления включением/выключением переключателя К7.

15. Цепь нагрева по п. 6, в которой модуль (100) управления переключением выполнен с возможностью управления выключением блока (1) переключения при достижении или после достижения током, протекающим через блок (1) переключения, нулевого значения после включения блока (1) переключения.