[實用新型]一種用于動力電池充電機的交流加熱電路

有效

• 申請號: 201420012159.0
• 申請日: 2014-01-09
• 公開（公告）號: CN203721849U
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 魏學哲;劉耀鋒;朱建功;孫澤昌;戴海峰
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: H01M10/657
• 分類號: H01M10/657;H02J7/00;H01M10/615;H01M10/625;H01M10/46
• 代理公司: 上?？剖⒅R產權代理有限公司 31225
• 代理人: 趙繼明

技術領域

本實用新型涉及電動汽車電池管理技術領域，尤其是涉及一種用于動力電池充電機的交流加熱電路。

背景技術

動力電池作為制約電動汽車發展的關鍵部件，迎來了前所未有的發展機遇，鋰離子電池具有工作電壓高、質量輕、比能量高、循環壽命長、快速充電等優良特性，被認為是未來幾年電動汽車用電源的重要發展方向，并且在移動式電子設備以及國防軍工等高新技術中得到了越來越廣泛的應用。盡管鋰離子電池因其諸多的優點而得到廣泛的應用，但是鋰離子電池應用領域拓寬的同時，也暴露了一些問題，鋰離子電池低溫性能始終差強人意，限制了電池的使用范圍。常用的電動汽車鋰離子動力電池在-10℃時，容量及工作電壓會明顯降低，-20℃時性能會明顯惡化，放電比容量驟降，僅能保持常溫時比容量的30％左右。在溫度低的季節和地區，鋰離子電池性能發揮受到了極大的限制，特別是對電動汽車的使用。鋰離子電池低溫性能的缺陷在很大程度上限制了其在動力電池領域的廣泛應用。

目前，國內外的關于鋰離子電池低溫研究并不多，特別是國內的電池低溫預加熱研究更是風毛麟角，且國內的電池低溫預加熱主要集中在加熱膜加熱，寬線法加熱等外部加熱方法，外部加熱不僅能量消耗大，造成電池容量的過度浪費，同時加熱效果差，溫度梯度大，加熱時間長等缺點。國外的關于電池預加熱的主要集中在電池的內部加熱，利用電池的內阻，不需外部任何加熱裝置，節省成本，結構簡單。但不管是外部加熱還是內部加熱研究都處于研究的初步階段，并未深入探討其內部變化及電池產熱規律。

多孔電極和濃縮溶液理論是解釋電池充放電過程中，電池內部微觀變化和反應過程的一套理論體系，利用多孔電極理論，我們可以找到低溫下電池性能惡化的原因，進而避開導致電池性能惡化的因素，利用電池的自身內阻，使用高頻交流電來對電池進行加熱。

發明內容

本實用新型的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種能量損耗小，效率高、保證電池安全性的用于動力電池充電機的交流加熱電路。

本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種用于動力電池充電機的交流加熱電路，通過電池包充電接口P3與待充電汽車動力電池包B連接，所述的交流加熱電路包括依次連接的電源輸入接口P1、整流模塊Mod1、濾波模塊Mod2、穩壓模塊Mod3和充電機輸出接口P2，所述的充電機輸出接口P2與電池包充電接口P3連接，還包括開關S1、S2，開關管M1、M2、M3、M4，電阻R1，微控制器和溫度傳感器，所述的溫度傳感器分別連接待充電汽車動力電池包B和微控制器；所述的微控制器分別連接開關管M1、M2、M3、M4；所述的S1、S2均為可控單刀雙擲開關，所述的開關S1的動端連接穩壓模塊Mod3，開關S1的第一不動端連接充電機輸出接口P2，第二不動端連接開關管M1，所述的開關S2的動端連接穩壓模塊Mod3，開關S2的第一不動端連接充電機輸出接口P2，第二不動端分別連接開關管M2、M3和電阻R1，所述的電阻R1與開關管M4連接；所述的充電機輸出接口P2的正極端分別連接開關管M1、M2和開關S2的第一不動端，負極端分別連接開關管M3、M4和開關S2的第一不動端。

所述的開關管M1、M2、M3、M4均為半導體開關管器件。

所述的半導體開關管器件包括MOSFET。

所述的溫度傳感器包括熱電偶或紅外感應器。

所述的電阻R1為可變電阻。

所述的待充電汽車動力電池包B包括由n節單體動力電池串聯或并聯而成的電池模塊，所述的電池包充電接口P3連接在電池模塊兩端。

與現有技術相比，本實用新型具有如下有益效果：

1)本實用新型是利用高頻充放電控制進行電池內部進行加熱，由于鋰離子電池內阻的存在及電化學反應的機理，在電池循環充放電過程中，會產生熱量，從而從內部給電池加熱，使電池溫度更均勻；而傳統方式通過外部裝置加熱，靠電池殼壁來傳遞熱量，相比之下，本實用新型的能量損耗小，效率更高，溫升更均勻；

2)在低溫情況下，電池充電，尤其是大倍率、長時間充電可能會使負極產生枝晶，從而影響電池的使用安全性，本實用新型充放電控制的頻率高于電化學阻抗譜測試中電池電化學反應過程的最低頻率點，可有效避免低溫充放電過程中枝晶的形成；

3)本實用新型將產生交流充放電電路放置在傳統充電機中，能夠有效地節省成本，減輕電池包結構設計的負擔，并能從電網獲取加熱能量來源，避免電池因交流加熱而損失過多能量。