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CN106376104B - 电池自放电加热电路 - Google Patents

电池自放电加热电路 Download PDF

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Hefei University of Technology
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Abstract

本发明公开了一种电池自放电加热电路，包括储能电容、发热电阻、主功率IGBT功率开关管、辅助IGBT功率开关管，储能电容通过主功率IGBT功率开关管与电池包连接构成回路，发热电阻通过辅助IGBT功率开关管与储能电容并联构成回路。本发明通过电池包本身的瞬间短路加热发热电阻，通过电阻产生的热量对电池包进行加热，电路控制短路电流在电池可接受范围内。

Description

电池自放电加热电路
技术领域
本发明涉及电池加热电路领域，具体是一种电池自放电加热电路。
背景技术
电动汽车电池包的加热方式种类较多，典型的有将空气或液体加热后引入电池包中，然而这种方法效率较低，且受到空间的闲置，导致气体或液体的流速不均，难以保证均匀传热。更为有效的方法包括加热板加热、发热线缠绕加热、电热膜包覆加热等，其实质是在电池包上下添加加热板进行加热、在每个电池组前后缠绕加热线、或利用加热膜整个包覆在电池四周进行加热，然而这些方法的加热系统构造较为复杂，导致加热的经济性较低、成本及工艺问题较为严重。
发明内容 本发明的目的是提供一种电池自放电加热电路，以解决现有技术电池包加热系统构造复杂、经济性较低的问题，可以应用于加热板加热、发热线缠绕加热、电热膜包覆加热等加热方式中。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
电池自放电加热电路，其特征在于：包括储能电容、发热电阻、主功率IGBT功率开关管、辅助IGBT功率开关管，其中储能电容通过主功率IGBT功率开关管与电池包连接构成回路，发热电阻通过辅助IGBT功率开关管与储能电容并联构成回路；主功率管和辅助功率管互补导通，在主功率管导通之前，辅助功率管导通，电容通过发热电阻放电，故电容电压小于电池电压，主功率管导通后，电池通过等效充电电阻给电容充电，回路中的等效充电电阻为电池内阻和主功率管导通电阻之和，其值很小，故主功率管导通的瞬间电容电压发生了突变，根据电容特性，回路中会产生大电流脉冲，促使电池发热，此时由于辅助功率管断开，发热电阻没有电流流过；而主功率管断开、辅助功率管导通时，电容存储的电能通过加热电阻转化成为热能，进一步加热电池包。
所述的电池自放电加热电路，其特征在于：主功率IGBT功率开关管、辅助IGBT功率开关管互补导通。
所述的电池自放电加热电路，其特征在于：发热电阻与辅助IGBT功率开关管同时组成限流环节。
所述的电池自放电加热电路，其特征在于：主功率IGBT功率开关管、辅助IGBT功率开关管分别由型号为M57962的IGBT驱动芯片驱动控制。
本发明中，主功率IGBT功率开关管和辅助IGBT功率开关管互补导通，占空比各为0.5。主功率IGBT功率开关管流过大电流脉冲，发热电阻产生热量给电池包加热，主功率IGBT功率开关管导通时，储能电容充电而产生大电流脉冲，辅助IGBT功率开关管导通时，储能电容向发热电阻放电，保证下一周期脉冲的产生条件。辅助IGBT功率开关管和发热电阻组成限流环节，保证主功率IGBT功率开关管流过大电流时，发热电阻的功率在安全范围内。
本发明通过电池包本身的瞬间短路加热发热电阻，通过电阻产生的热量对电池包进行加热，电路控制短路电流在电池可接受范围内，并通过两级IGBT功率开关管互补导通降低发热电阻的功率等级，保证电路中元器件工作在安全范围内。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、本发明采用电池包自放电进行加热，省去了传统加热系统的能量供给来源，减小了系统的体积和成本。
2、发热电阻不仅起到加热作用，还起到限流作用，保证电池包的放电电流在电池安全范围内。
3、本发明采用两级式电路实现电池包的自放电加热，减小了起限流作用的发热电阻功率等级，减小了系统的体积和成本。
附图说明
图1为本发明电路原理图。
图2为主功率IGBT功率开关管S1与辅助IGBT功率开关管S2流过的电流波形图。
具体实施方式
如图1所示，电池自放电加热电路，包括储能电容C、发热电阻R、主功率IGBT功率开关管S1、辅助IGBT功率开关管S2，其中储能电容C通过主功率IGBT功率开关管S1与电池包Battery连接构成回路，发热电阻R通过辅助IGBT功率开关管S1与储能电容C并联构成回路；主功率管S1和辅助功率管S2互补导通，在主功率管S1导通之前，辅助功率管S2导通，电容C通过发热电阻R放电，故电容C电压小于电池Battery电压，主功率管S1导通后，电池Battery通过等效充电电阻给电容C充电，回路中的等效充电电阻为电池内阻和主功率管导通电阻之和，其值很小，故主功率管S1导通的瞬间电容C电压发生了突变，根据电容特性，回路中会产生大电流脉冲，促使电池Battery发热，此时由于辅助功率管S2断开，发热电阻R没有电流流过；而主功率管S1断开、辅助功率管S2导通时，电容C存储的电能通过加热电阻R转化成为热能，进一步加热电池包。
本发明中，主功率IGBT功率开关管S1的源极与辅助IGBT功率开关管S2的漏极连接，主功率IGBT功率开关管S1的漏极与电池包Battery的正极连接，储能电容C一端接入主功率IGBT功率开关管S1的源极与辅助IGBT功率开关管S2的漏极之间，电阻R一端与辅助IGBT功率开关管S2的源极连接，电阻R的另一端、储能电容C的另一端共接后与电池包Battery的负极连接。
主功率IGBT功率开关管S1和辅助IGBT功率开关管S2互补导通，占空比各为0.5。主功率IGBT功率开关管S1流过大电流脉冲，产生热量给电池包Battery加热，电池包Battery电压为330V，电流脉冲幅值300A，辅助IGBT功率开关管S2和发热电阻R（或薄膜电阻）组成限流环节，保证主功率IGBT功率开关管S1流过大电流时，发热电阻R的功率在安全范围内。
主功率IGBT功率开关管S1导通时，电池包Battery经主功率IGBT功率开关管S1内阻向储能电容C充电，产生瞬时的脉冲电流，辅助IGBT功率开关管S2导通时，储能电容C向发热电阻R放电，保证下一周期脉冲的产生条件。主功率IGBT功率开关管S1和辅助IGBT功率开关管S2可集成在一个IGBT模块中减小体积，但辅助IGBT功率开关管S2中始终没有大电流流过，如图2所示，图2中给出了流过S1和S2的电流。
主功率IGBT功率开关管S1和辅助IGBT功率开关管S2的驱动电路采用专门IGBT驱动芯片M57962，主功率IGBT功率开关管S1和辅助IGBT功率开关管S2的GE极电压为20V，输出两路互补的驱动信号。

Claims (1)

1.电池自放电加热电路，其特征在于：包括储能电容、发热电阻、主功率IGBT功率开关管、辅助IGBT功率开关管，其中储能电容通过主功率IGBT功率开关管与电池包连接构成回路，发热电阻通过辅助IGBT功率开关管与储能电容并联构成回路；主功率IGBT功率开关管和辅助IGBT功率开关管互补导通，在主功率IGBT功率开关管导通之前，辅助IGBT功率开关管导通，电容通过发热电阻放电，故电容电压小于电池电压，主功率IGBT功率开关管导通后，电池通过等效充电电阻给电容充电，回路中的等效充电电阻为电池内阻和主功率IGBT功率开关管导通电阻之和，其值很小，故主功率IGBT功率开关管导通的瞬间电容电压发生了突变，根据电容特性，回路中会产生大电流脉冲，促使电池发热，此时由于辅助IGBT功率开关管断开，发热电阻没有电流流过；而主功率IGBT功率开关管断开、辅助IGBT功率开关管导通时，电容存储的电能通过加热电阻转化成为热能，进一步加热电池包；
发热电阻与辅助IGBT功率开关管同时组成限流环节；
主功率IGBT功率开关管、辅助IGBT功率开关管分别由型号为M57962的IGBT驱动芯片驱动控制。
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