一种基于LC谐振和PTC电阻带进行加热的电源系统及车辆技术方案

本发明专利技术提出一种基于LC谐振和PTC电阻带进行加热的电源系统及车辆，包括LC谐振单元与PTC电阻带，其中LC谐振单元包括电容和电感；所述，LC谐振单元一端和PTC电阻带的一端连接，LC谐振单元另一端连接在所述上桥臂S1和下桥臂S2之间，PTC电阻带另一端与接蓄电装置正极连接，蓄电装置负极与直流电源负极连接；能量在所述直流电源、所述LC谐振单元和所述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内部加热，并且经PTC电阻带产生热量实现外部加热。利用电源系统在正弦交流电激励下的阻抗特性，从电池内部和/或外部实现快速、高效加热。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请号为201610592678.2，申请日为2016年7月25日，专利技术名称为“一种基于LC谐振和PTC电阻带的蓄电装置加热方法”的中国专利申请的分案申请。
本专利技术涉及一种电源系统及车辆，具体地，涉及种基于LC谐振和PTC电阻带进行加热的电源系统及具有其的车辆。
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。使得该电路结构复杂，同时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，基于LC谐振和PTC电阻带进行加热的电源系统及车辆，通过LC谐振电路产生标准的、高低频的正弦交流电流，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，同时谐振电路串联PTC电阻带，可通过改变电阻带阻值调节正弦交流电幅值，交流电经PTC电阻带产生热量实现外部加热。本专利技术提高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，且交流电幅值调节容易，有利于提高电池一致性和保障电池使用寿命。
技术实现思路
优选地，使用本专利技术方法的电源系统为：一种基于LC谐振和PTC电阻带进行加热的电源系统，包括直流电源、LC谐振单元、半桥、PTC电阻带和蓄电装置；所述半桥包括上桥臂S1和下桥臂S2；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PTC电阻带阻值可调；所述LC谐振单元包括电容和电感；所述LC谐振单元与PTC电阻带串联，LC谐振单元一端和PTC电阻带的一端连接，LC谐振单元另一端连接在所述上桥臂S1和下桥臂S2之间，PTC电阻带另一端与接蓄电装置正极连接，蓄电装置负极与直流电源负极连接；所述半桥实现能量在所述直流电源、所述LC谐振单元和所需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自加热，并且经PTC电阻带产生热量实现外部加热。优选地，使用本专利技术方法的电源系统还可为：一种基于LC谐振和PTC电阻带进行加热的电源系统，包括直流电源、LC谐振单元、半桥、PTC电阻带和蓄电装置；所述半桥包括上桥臂S1和下桥臂S2；所述蓄电装置具有交流阻抗实部；所述PTC电阻带阻值可调；所述LC谐振单元包括电容和电感，所述加热电源系统具有两个工作回路分时工作，通过半桥的上桥臂S1和下桥臂S2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S1、LC谐振单元、PTC电阻带、蓄电装置串联组成；所述工作回路二由蓄电装置、PTC电阻带、LC谐振单元、半桥的下桥臂S2串联组成；所述半桥实现能量在所述直流电源、所述LC谐振单元和所述的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自加热，并且经PTC电阻带产生热量实现外部加热。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谐振单元和PTC电阻带的两端，控制LC谐振单元和PTC电阻带是否工作。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，并控制半桥和功率电子开关状态。进一步地、通过使所述半桥工作频率尽量接近LC谐振频率，同时PTC电阻带阻值为零，使得LC谐振电路中正弦交流电流幅值较大，实现蓄电装置内部快速加热；进一步地、当确定的LC谐振电路中正弦交流电流的工作电流幅值大于此时蓄电装置可承受的电流限值，且蓄电装置温度低于某一门限值时，设置PTC电阻带阻值为零，根据蓄电装置当前温度的交流阻抗，所述开关装置工作频率以LC谐振频率为中心，沿增大或减小方向变化，实现所述工作电流幅值小于所述电流限值，实现蓄电装置内部加热；进一步地、当确定的LC谐振电路中正弦交流电流的工作电流幅值大于此时蓄电装置可承受的电流限值，且蓄电装置温度高于某一门限值时，设置PTC电阻带阻值逐渐增大，以维持回路中总交流阻抗稳定，保证所述工作电流幅值小于所述电流限值的前提下，控制开关装置的开关频率尽可能接近LC谐振单元的谐振频率，从蓄电装置内部和外部同时加热。进一步地、当PTC电阻带阻值最大时，若所述工作电流幅值大于所述蓄电装置电流限值，控制半桥开关频率以LC谐振频率为中心，沿增大或减小方向变化，直到所述工作电流幅值小于所述电流限值，继续进行加热。进一步地、所述的半桥为单独半桥，或者共享电机控制器的一组桥臂，或者共享车载DC-DC桥臂；本专利技术还涉及一种车辆，包含在前所述的电源系统，且蓄电装置是动力电池。利用上述电源系统的方法为：一种基于LC谐振和PTC电阻带的蓄电装置加热方法，蓄电装置包括直流电源、LC谐振单元、半桥、PTC电阻带和蓄电装置；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PTC电阻带阻值可调；所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于LC谐振和PTC电阻带进行加热的电源系统，包括直流电源、LC谐振单元、半桥、PTC电阻带和蓄电装置；所述半桥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和电动势；所述PTC电阻带阻值可调，也可以阻值不可调的普通电阻带；所述LC谐振单元包括电容和电感；所述LC谐振单元与PTC电阻带串联，LC谐振单元一端和PTC电阻带的一端连接，LC谐振单元另一端连接在所述上桥臂和下桥臂之间，PTC电阻带另一端与蓄电装置正极连接，蓄电装置负极与直流电源负极连接；所述半桥实现能量在所述直流电源、所述LC谐振单元和所需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自加热，并且可选择地经PTC电阻带产生热量实现外部加热。

【技术特征摘要】
1.一种基于LC谐振和PTC电阻带进行加热的电源系统，包括直流电源、LC谐振单元、半桥、PTC电阻带和蓄电装置；所述半桥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和电动势；所述PTC电阻带阻值可调，也可以阻值不可调的普通电阻带；所述LC谐振单元包括电容和电感；所述LC谐振单元与PTC电阻带串联，LC谐振单元一端和PTC电阻带的一端连接，LC谐振单元另一端连接在所述上桥臂和下桥臂之间，PTC电阻带另一端与蓄电装置正极连接，蓄电装置负极与直流电源负极连接；所述半桥实现能量在所述直流电源、所述LC谐振单元和所需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自加热，并且可选择地经PTC电阻带产生热量实现外部加热。2.一种基于LC谐振和PTC电阻带进行加热的电源系统，包括直流电源、LC谐振单元、半桥、PTC电阻带和蓄电装置；所述半桥包括上桥臂S1和下桥臂S2；所述蓄电装置具有交流阻抗实部；所述PTC电阻带阻值可调，也可以阻值不可调的普通电阻带；所述LC谐振单元包括电容和电感，所述加热电源系统具有两个工作回路分时工作，通过半桥的上桥臂S1和下桥臂S2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、PTC电阻带、蓄电装置串联组成；所述工作回路二由蓄电装置、PTC电阻带、LC谐振单元、半桥的下桥臂串联组成；所述半桥实现能量在所述直流电源、所述LC谐振单元和所述的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内部加热，并且可选择地经PTC电阻带产生热量实现外部加热。3.如权利要求1或2任一项所述的电源系统，其特征在于：还包括功率电子开关，所述功率电子开关并联在串联后的LC谐振单元和P...

【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