一种基于LC谐振进行加热的蓄电装置加热方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种基于LC谐振进行加热的蓄电装置加热方法，该方法利用能量在所述直流电源、所述LC谐振单元和所示蓄电装置之间往复流动，产生正弦交流电流；所述正弦交流电流经所述蓄电装置的所述交流阻抗实部产生热量实现所述加热。通过判断蓄电装置SOC、端电压和温度的范围来判断是否进行加热。从电池内部实现快速、高效加热，保障了电池低温环境下使用性能，且加热过程中以电源系统对象，施加的电流为标准的正弦的交流电，有利于提高电池一致性和使用寿命。

Heating device for accumulator based on LC resonance heating

The invention provides a storage device heating heating method based on the LC resonance, the method of using the energy of reciprocating flow between the DC power supply, the LC resonant unit and shown in the storage device, to produce sinusoidal alternating current; the heat of the heating of the AC impedance of the sinusoidal alternating current through the the electrical storage device. By judging the range of the SOC, the terminal voltage and the temperature of the storage device to determine whether the heating. To achieve fast and efficient heating from the battery, the battery performance under low temperature environment, and in the process of heating power supply system in the object, as the standard of the applied current sinusoidal alternating current, is conducive to improve the consistency of the battery and the service life.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电源加热方法，具体地，涉及一种基于LC谐振进行加热的蓄电装置加热方法。
技术介绍
随着电动汽车的逐步推广，车用动力电池的低温性能愈来愈受到人们的关注。在冬天气温较低的环境下，锂离子电池的内阻急剧升高，放电容量明显衰减，大电流充电和放电能力降低，导致电动汽车产生续驶里程缩短、动力性变差和充电难等问题，而且大部分电池在低于0℃时无法对其充电，若强行充电，容易引发内部短路，造成安全隐患。为了解决这一问题，比较行之有效的方法是对动力电池进行加热，目前有很多基于锂离子电池的低温使用问题的解决方案。当前，主要解决方法是给电池组进行加热。其中专利CN102074769A提出采用电路板充电方式对电池侧面进行加热，专利CN103051026A提出通过电池组放电和外部加热装置同时工作的方式对电池组进行加热，专利CN201797350U提出在电池箱进风口采用电阻丝加热方式将热风传递到电池箱内部进行加热。然而上述方案存在加热供电困难，加热效率低、并容易引发电池温度不均匀等缺陷，尤其是在电动汽车有限的空间上，额外的供电装置不仅会增加整个电池组的占用空间，影响整车的布局，还增加了高压电气装置的潜在安全隐患。上述现有技术采用的是外部加热法，即通过外部的生热装置产生热量来给电池加热，这种方法简单易行，但是由于热量需要从外部慢慢传递给电池内部，因此耗时长，而且很可能只是在短时间内加热了电池的表层，对于电池的内部则无法确定是否真的在短时间内实现了加热。在电池组内部加热的现有技术中，日本专利公开公报特开2003-272712号提出若二次电池的温度成为规定温度以下，则通过发动机对发电机的驱动或行驶中的再生制动对二次电池充电，反复进行二次电池的充放电，使二次电池的温度上升，由此，能够抑制可输入输出的电力的降低。但是，在上述专利文献1所记载的装置中，为了对二次电池充电，始终需要行驶中的再生制动或发动机对发电机的驱动。换句话说，在停车中，为了使二次电池的温度上升，需要驱动发动机。此外CN102074756A公开了一种电池内部加热电路，储能电路和电池串联，能量在电池和储能电路之间往复流动实现电池加热。但是在上述加热过程中，当电流从储能电路流回电池E时，电荷存储元件C1中的能量不会完全流回电池E，而是会有一些能量余留在电荷存储元件C1中，最终使得电荷存储元件C1电压接近或等于电池电压，从而使得从电池E向电荷存储元件C1的能量流动不能进行，不利于加热电路的循环工作。基于此该电路需要设置能量叠加单元实现电荷存储元件与电池中的能量进行叠加。该电路结构复杂，电流波形非标准正弦波，对电池寿命有影响。因此本专利技术为克服上述技术缺陷，提出一种在停车低温环境下，高效、正弦交流电加热方法，通过LC谐振电路产生标准的、高低频都满足的正弦交流电流，作用于整个电源系统；利用电源系统在正弦交流电激励下的阻抗特性，从电池内部实现快速、高效加热，保障了电池低温环境下使用性能，且加热过程中以电源系统对象，施加的电流为标准的正弦的交流电，有利于提高电池一致性和使用寿命。
技术实现思路
本专利技术的一种基于LC谐振进行加热的蓄电装置加热方法，包括直流电源、LC谐振单元、开关装置和蓄电装置，所述蓄电装置具有交流阻抗实部；所述LC谐振单元包括电容和电感；所述开关装置实现能量在所述直流电源系统和所述LC谐振单元之间往复流动，产生正弦交流电流；所述正弦交流电流经所述蓄电装置的所述交流阻抗实部产生热量实现所述自加热。所述方法包括如下步骤：a)采集蓄电装置中温度、端电压和SOC信息,判断是否需要进行加热；b)若所述判断结果是进行加热，则使LC谐振单元工作；c)若蓄电装置的SOC和端电压在允许范围内，控制所述开关装置的开关频尽可能接近LC谐振单元的谐振频率，以最大交流电幅值的工作电流实现快速加热；d)如果蓄电装置SOC在允许范围内，而蓄电装置端电压超出第一允许值，执行所述开关频率偏离所述谐振单元的谐振频率，以降低交流电幅值来继续加热；e)若电池组端电压进一步低于第二允许值，所述第二允许值小于第一允许值，或者蓄电装置SOC超出允许范围，或者蓄电装置温度达到加热所期望的温度，则加热控制系统闭合功率电子开关3，停止加热。更进一步地，所述方法还包括所述开关装置是具有上下桥臂的半桥，所述上下桥臂分时通断，通过控制所述开关装置的开关频率，控制能量的所述往复流动时流向蓄电装置电池的电流大小；更进一步地，所述能量的所述往复流动通过两个工作回路分时工作，通过开关装置中的上下桥臂控制所述两个工作回路交替导通和关断，所述工作回路一由直流电源系统、开关装置的上桥臂301、LC谐振单元和蓄电装置串联组成；所述工作回路二由蓄电装置、LC谐振单元、开关装置的下桥臂302串联组成。更进一步地，还包括功率电子开关，所述功率电子开关并联在LC谐振单元两端，若功率电子开关关断，LC谐振单元无法工作，若功率电子开关关断，LC谐振单元参与工作。更进一步地，还包括加热控制系统，所述加热控制系统收集蓄电装置电流、电压和SOC信息，判断是否需要进行加热，控制半桥和功率电子开关状态。更进一步地，选配L和C参数值使LC谐振单元的振荡频率尽可能的低，以提高加热效果。更进一步地，所述步骤d)中所述交流电幅值以蓄电装置端电压、SOC和温度为判断依据。更进一步地，所述蓄电装置为车用动力电池组。优选地，使用本专利技术方法的电源系统为：包括直流电源、开关装置、LC谐振单元和蓄电装置；所述开关装置包括上桥臂和下桥臂；所述上桥臂和下桥臂分别与直流电源两端连接；所述蓄电装置具有交流阻抗实部；所述LC谐振单元包括电容和电感，所述LC谐振单元一端连接在所述上桥臂和下桥臂之间，另一端连接蓄电装置正极，蓄电装置负极与直流电源负极连接；由直流电源和LC谐振单元、完成能量转换，产生正弦交流电流，所述正弦交流电电流经蓄电装置的交流阻抗实部产生热量实现所述内部加热。优选地，使用本专利技术方法的电源系统另一种表述为：包括直流电源、功率电子开关、半桥、LC谐振单元和蓄电装置；所述半桥包括上桥臂和下桥臂；所述蓄电装置具有交流阻抗实部；所述LC谐振单元包括电容和电感，所述电源系统具有两个工作回路分时工作，通过半桥中的上下桥臂控制所述两个工作回路交替导通和关断，所述工作回路一由直流电源、半桥的上桥臂、LC谐振单元和蓄电装置串联组成；所述工作回路二由蓄电装置、LC谐振单元、半桥的下桥臂串联组成。由直流电源和LC谐振单元、蓄电装置完成能量转换，产生正弦交流电流，所述正弦交流电经蓄电装置的交流阻抗实部产生热量实现所述内部加热。更进一步地，电源系统还包括功率电子开关，所述功率电子开关并联在LC谐振单元两端，控制LC谐振单元是否工作。更进一步地，电源系统还包括加热控制系统，所述加热控制系统收集蓄电装置电流、电压和SOC信息，判断是否需要进行加热，控制半桥和功率电子开关状态进行加热。更进一步地，电源系统选配L和C参数值使LC谐振单元的振荡频率尽可能的低，以提高加热效果。更进一步地，电源系统当蓄电装置的SOC和端电压在允许范围内，优选控制半桥开关频率等于LC谐振频率。附图说明图1，加热电源系统整体结构图。图2(a)，加热电源系统电路原理图。图2(b)，加热电源系统工作回路一和工作回路二。图2(c本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于LC谐振进行加热的蓄电装置加热方法，包括直流电源、LC谐振单元、开关装置和蓄电装置，所述蓄电装置具有交流阻抗实部；所述LC谐振单元包括电容和电感；所述开关装置实现能量在所述直流电源和所述LC谐振单元、蓄电装置之间往复流动，产生正弦交流电流；所述正弦交流电流经所述蓄电装置的所述交流阻抗实部产生热量实现所述加热；所述方法包括如下步骤：a)采集蓄电装置中温度、端电压和SOC信息,判断是否需要进行加热；b)若上述判断需要进行加热，则使LC谐振单元工作；c)若蓄电装置的SOC和端电压在允许范围内，控制所述开关装置的开关频等于LC谐振单元的谐振频率，以最大交流电幅值的工作电流实现快速加热；d)如果蓄电装置SOC在允许范围内，而蓄电装置端电压超出第一允许范围，执行所述开关频率偏离所述LC谐振单元的谐振频率，以降低交流电幅值来继续加热；e)若电池组端电压进一步超出第二允许范围，所述第二允许值范围包含第一允许范围，或者蓄电装置SOC超出允许范围，或者蓄电装置温度达到加热所期望的温度，则闭合功率电子开关，停止加热。

【技术特征摘要】
1.一种基于LC谐振进行加热的蓄电装置加热方法，包括直流电源、LC谐振单元、开关装置和蓄电装置，所述蓄电装置具有交流阻抗实部；所述LC谐振单元包括电容和电感；所述开关装置实现能量在所述直流电源和所述LC谐振单元、蓄电装置之间往复流动，产生正弦交流电流；所述正弦交流电流经所述蓄电装置的所述交流阻抗实部产生热量实现所述加热；所述方法包括如下步骤：a)采集蓄电装置中温度、端电压和SOC信息,判断是否需要进行加热；b)若上述判断需要进行加热，则使LC谐振单元工作；c)若蓄电装置的SOC和端电压在允许范围内，控制所述开关装置的开关频等于LC谐振单元的谐振频率，以最大交流电幅值的工作电流实现快速加热；d)如果蓄电装置SOC在允许范围内，而蓄电装置端电压超出第一允许范围，执行所述开关频率偏离所述LC谐振单元的谐振频率，以降低交流电幅值来继续加热；e)若电池组端电压进一步超出第二允许范围，所述第二允许值范围包含第一允许范围，或者蓄电装置SOC超出允许范围，或者蓄电装置温度达到加热所期望的温度，则闭合功率电子开关，停止加热。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述开关装置是具有上下桥臂的半桥，所述上下桥臂分时通断，通过控制所述开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：李军求，孙逢春，张承宁，金鑫，房林林，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11