ЦЕПЬ НАГРЕВА АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ

Область техники

Изобретение относится к области электротехники или электроники, в частности к цепи нагрева аккумуляторной батареи.

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.

Настоящее изобретение обеспечивает цепь нагрева аккумуляторной батареи, содержащую блок переключения, модуль управления переключением, демпфирующий элемент R1, схему накопления энергии и блок совмещения энергии, причем схема накопления энергии соединена с аккумуляторной батареей и содержит элемент L1 накопления тока и элемент С1 накопления заряда, причем демпфирующий элемент R1, 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/выключением блока переключения для управления протеканием энергии между аккумуляторной батареей и схемой накопления энергии;

блок совмещения энергии соединен со схемой накопления энергии и выполнен с возможностью совмещения энергии, содержащейся в схеме накопления энергии, с энергией в аккумуляторной батарее после включения и последующего выключения блока переключения.

Цепь нагрева, обеспеченная в настоящем изобретении, может улучшить характеристики зарядки/разрядки аккумуляторной батареи.

Кроме того, в настоящем изобретении блок совмещения энергии обеспечен в цепи нагрева, и блок совмещения энергии может совмещать энергию, содержащуюся в схеме накопления энергии, с энергией в аккумуляторной батарее после включения и затем выключения блока переключения, таким образом ток разряда в контуре нагрева будет уменьшен при последующим управлении включением блока переключения/ и, следовательно, повысится эффективность работы цепи нагрева.

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 варианта реализации блока совмещения энергии, показанного на фиг.1;

На фиг.3 изображена принципиальная схема варианта реализации блока инверсии полярности, показанного на фиг.2

На фиг.4 изображена принципиальная схема варианта реализации блока инверсии полярности, показанного на фиг.2;

На фиг.5 изображена принципиальная схема варианта реализации блока инверсии полярности, показанного на фиг.2;

На фиг.6 изображена принципиальная схема варианта реализации первого DC-DC модуля, показанного на фиг.5;

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 блока переключения, показанного на фиг.1;

На фиг.13 изображена принципиальная схема варианта реализации блока переключения, показанного на фиг.1;

На фиг.14 изображена принципиальная схема варианта реализации блока переключения, показанного на фиг.1;

На фиг.15 изображена принципиальная схема предпочтительного варианта реализации цепи нагрева аккумуляторной батареи, обеспеченной в настоящем изобретении;

На фиг.16 изображена принципиальная схема варианта реализации блока энергопотребления, показанного на фиг.15;

На фиг.17 изображена принципиальная схема варианта реализации цепи нагрева аккумуляторной батареи, обеспеченной в настоящем изобретении;

На фиг.18 представлена диаграмма импульсной последовательности формы волны, соответствующей цепи нагрева, показанной на фиг.17;

На фиг.19 изображена принципиальная схема варианта реализации цепи нагрева аккумуляторной батареи, обеспеченной в настоящем изобретении; и

На фиг.20 представлена диаграмма импульсной последовательности формы волны, соответствующей цепи нагрева, показанной на фиг.19.

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.

Обращаем вниманием: 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, обеспечивающий возможность управления включением/выключением посредством электрических сигналов или обеспечивающий 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 аккумуляторной батареи, содержащую блок 1 переключения, модуль 100 управления переключением, демпфирующий элемент R1, схему накопления энергии и блок совмещения 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/выключением блока 1 переключения для управления протеканием энергии между аккумуляторной батареей и схемой накопления энергии;

блок совмещения энергии соединен со схемой накопления энергии и выполнен с возможностью совмещения энергии, содержащейся в схеме накопления энергии, с энергией в аккумуляторной батарее после включения и последующего выключения блока 1 переключения.

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.

Блок совмещения энергии соединен со схемой накопления энергии и выполнен с возможностью совмещения энергии в схеме накопления энергии с энергией в аккумуляторной батарее, после включения и последующего выключения блока 1 переключения, для того, чтобы ток разряда в контуре нагрева был увеличен при повторном включении блока 1 переключения, и вследствие этого повышается эффективность работы цепи нагрева.

В варианте реализации настоящего изобретения, показанного на фиг.2, блок совмещения энергии содержит блок 102 инверсии полярности, соединенный со схемой накопления энергии и выполненный с возможностью инвертирования полярности напряжения у элемента С1 накопления заряда после включения и затем выключения блока 1 переключения. Поскольку напряжение элемента С1 накопления заряда может быть последовательно совмещено с напряжением аккумуляторной батареи Е после инверсии полярности, ток разряда в контуре нагрева будет увеличен при повторном включении блока 1 переключения.

В качестве варианта реализации блока 102 инверсии полярности, показанного на фиг.3, блок 102 инверсии полярности содержит однополюсный переключатель J1 на два направления и однополюсный переключатель J2 на два направления, соответственно расположенные на двух концах элемента С1 накопления заряда;

входные провода однополюсного переключателя J1 на два направления соединены в схеме накопления энергии, первый выходной провод однополюсного переключателя J1 на два направления соединен с первой пластиной электрода элемента С1 накопления заряда, а второй выходной провод однополюсного переключателя J1 на два направления соединен со второй пластиной электрода элемента С1 накопления заряда;

входные провода однополюсного переключателя J2 на два направления соединены в схеме накопления энергии, первый выходной провод однополюсного переключателя J2 на два направления соединен со второй пластиной электрода элемента С1 накопления заряда, а второй выходной провод однополюсного переключателя J2 на два направления соединен с первой пластиной электрода элемента С1 накопления заряда;

модуль 100 управления переключением также соединен соответственно с однополюсным переключателем J1 на два направления и однополюсным переключателем J2 на два направления и выполнен с возможностью инвертирования полярности напряжения элемента С1 накопления заряда путем изменения взаиморасположения соединения между соответствующими входными проводами и выходными проводами однополюсного переключателя J1 на два направления и однополюсного переключателя J2 на два направления.

Согласно данному варианту реализации взаиморасположение соединения между соответствующими входными проводами и выходными проводами однополюсного переключателя J1 на два направления и однополюсного переключателя J2 на два направления может быть установлено заранее так, чтобы входные провода однополюсного переключателя J1 на два направления были соединены с первым выходным проводом однополюсного переключателя J1 на два направления переключения и входные провода однополюсного переключателя J2 на два направления были соединены с первым выходным проводом однополюсного переключателя J2 на два направления переключения при включении блока К1 переключения;

причем при выключении блока К1 переключения под управлением модуля 100 управления переключением входные провода однополюсного переключателя J1 на два направления переключаются для соединения со вторым выходным проводом однополюсного переключателя J1 на два направления переключения, и входные провода однополюсного переключателя J2 на два направления переключаются для соединения со вторым выходным проводом однополюсного переключателя J2 на два направления переключения, и, таким образом, происходит инвертирование полярности напряжения у элемента С1 накопления заряда.

В качестве другого варианта реализации блока 102 инверсии полярности, показанного на фиг.4, блок 102 инверсии полярности содержит однонаправленный полупроводниковый элемент D3, элемент L2 накопления тока и переключатель К9;

элемента С1 накопления заряда, элемент L2 накопления тока и переключатель К9 соединены последовательно один за другим для формирования электрического контура;

однонаправленный полупроводниковый элемент D3 соединен последовательно между элементом С1 накопления заряда и элементом L2 накопления тока или между элементом L2 накопления тока и переключателем К9;

модуль 100 управления переключением также соединен с переключателем К9 и выполнен с возможностью инвертирования полярности напряжения элемента С1 накопления заряда путем управления включением переключателя К9.

Согласно варианту реализации, представленному в приведенном выше описании, при выключении блока 1 переключения модуль 100 управления переключением может управлять включением переключателя К9, и, таким образом, элемент С1 накопления заряда, однонаправленный полупроводниковый элемент D3, элемент L2 накопления тока и переключатель К9 формируют колебательный контур LC, и элемент С1 накопления заряда разряжается через элемент L2 накопления тока, таким образом, полярность напряжения элемента С1 накопления заряда будет инвертирована, когда ток, проходящий через элемент L2 накопления тока, достигнет нулевого значения после прохождения током в колебательном контуре положительной половины цикла.

В качестве другого варианта реализации блока 102 инверсии полярности, показанного на фиг.5, блок 102 инверсии полярности содержит первый DC-DC модуль 2 и элемент С2 накопления заряда;

первый DC-DC модуль 2 соединен соответственно с элементом С1 накопления заряда и элементом С2 накопления заряда;

модуль 100 управления переключением также соединен с первым DC-DC модулем 2 и выполнен с возможностью передачи энергии в элементе С1 накопления заряда к элементу С2 накопления заряда посредством управления работой первого DC-DC модуля 2 и последующей передачи энергии в элементе С2 накопления заряда назад к элементу С1 накопления заряда для инвертирования полярности напряжения элемента С1 накопления заряда.

Первый DC-DC модуль 2 представляет собой схему преобразования DC-DC (постоянного тока в постоянный ток) для инверсии полярности напряжения, распространенную в данной области техники. Настоящее изобретение не ограничено конкретной схемной структурой первого DC-DC модуля 2 при условии, что модуль может выполнять инверсию полярности напряжения элемента С1 накопления заряда. При необходимости специалисты в данной области техники могут добавить, заменить или исключить элементы в схеме.

На фиг.6 показан вариант реализации первого DC-DC модуля 2, обеспеченный в настоящем изобретении. Согласно фиг.6 первый DC-DC модуль 2 содержит: двунаправленный переключатель Q1, двунаправленный переключатель Q2, двунаправленный переключатель Q3, двунаправленный переключатель Q4, первый трансформатор Т1, однонаправленный полупроводниковый элемент D4, однонаправленный полупроводниковый элемент D5, элемент L3 накопления тока, двунаправленный переключатель Q5, двунаправленный переключатель Q6, второй трансформатор Т2, однонаправленный полупроводниковый элемент D6, однонаправленный полупроводниковый элемент D7 и однонаправленный полупроводниковый элемент D8.

В данном варианте реализации двунаправленный переключатель Q1, двунаправленный переключатель Q2, двунаправленный переключатель Q3 и двунаправленный переключатель Q4 представляют собой полевые транзисторы со структурой металл-оксид-полупроводник, а двунаправленный переключатель Q5 и двунаправленный переключатель Q6 представляют собой биполярные транзисторы с изолированным затвором.

Контакты 1, 4 и 5 первого трансформатора Т1 представляют собой точечные выводы и контакты 2 и 3 второго трансформатора Т2 представляют собой точечные выводы.

Причем положительный электрод однонаправленного полупроводникового элемента D7 соединен с концом «а» элемента С1 накопления заряда, а отрицательный электрод однонаправленного полупроводникового элемента D7 соединен с электродами стока двунаправленного переключателя Q1 и двунаправленного переключателя Q2, соответственно;

электрод истока двунаправленного переключателя Q1 соединен с электродом стока двунаправленного переключателя Q3, и электрод истока двунаправленного переключателя Q2 соединен с электрод стока двунаправленного переключателя Q4;

электроды истока двунаправленного переключателя Q3 и двунаправленного переключателя Q4 соединены соответственно с концом «b» элемента С1 накопления заряда. Таким образом, сформирована полная мостовая схема, причем полярность напряжения конца «а» элемента С1 накопления заряда положительна, тогда как полярность напряжения конца «b» элемента С1 накопления заряда отрицательна.

В полной мостовой схеме двунаправленный переключатель Q1, двунаправленный переключатель Q2 образуют верхнее плечо мостовой схемы, тогда как двунаправленный переключатель Q3 и двунаправленный переключатель Q4 образуют нижнее плечо мостовой схемы.

Полная мостовая схема соединена с элементом С2 накопления заряда через первый трансформатор Т1;

контакт 1 первого трансформатора Т1 соединен с первым узловым соединением N1, контакт 2 первого трансформатор Т1 соединен со вторым узловым соединением N2, контакт 3 и контакт 5 первого трансформатор Т1 присоединены соответственно к положительному электроду однонаправленного полупроводникового элемента D4 и положительному электроду однонаправленного полупроводникового элемента D5;

отрицательный электрод однонаправленного полупроводникового элемента D4 и отрицательный электрод однонаправленного полупроводникового элемента D5 соединены с одним концом элемента L3 накопления тока, а другой конец элемента L3 накопления тока соединен с концом «d» элемента С2 накопления заряда;

контакт 4 трансформатора Т1 соединен с концом «с» элемента С2 накопления заряда, положительный электрод однонаправленного полупроводникового элемента D8 соединен с концом «d» элемента С2 накопления заряда, а отрицательный электрод однонаправленного полупроводникового элемента D8 соединен с концом «b» элемента С1 накопления заряда;

здесь полярность напряжения конца «с» элемента С2 накопления заряда отрицательна, тогда как полярность напряжения конца «а» элемента С2 накопления заряда положительна.

При этом конец «с» элемента С2 накопления заряда соединен с эмиттерным электродом двунаправленного переключателя Q5, коллекторный электрод двунаправленного переключателя Q5 соединен с контактом 2 трансформатора Т2, контакт 1 трансформатора Т2 соединен с концом «а» элемента С1 накопления заряда, контакт 4 трансформатора Т2 соединен с концом «а» элемента С1 накопления заряда, контакт 3 трансформатора Т2 соединен с положительным электродом однонаправленного полупроводникового элемента D6, отрицательный электрод однонаправленного полупроводникового элемента D6 соединен с коллекторным электродом двунаправленного переключателя Q6, и эмиттерный электрод двунаправленного переключателя Q6 соединен с концом «b» элемента С2 накопления заряда.

Причем соответственным включением и выключением двунаправленного переключателя Q1, двунаправленного переключателя Q2, двунаправленного переключателя Q3, двунаправленного переключатель Q4, двунаправленного переключателя Q5 и двунаправленного переключателя Q6 управляет модуль 100 управления переключением.

Далее описан процесс работы первого DC-DC модуль 2:

1. После выключения блока 1 переключения модуль 100 управления переключением управляет выключением двунаправленного переключателя Q5 и двунаправленного переключателя Q6 и управляет одновременным включением двунаправленного переключателя Q1 и двунаправленного переключателя Q4 для формирования фазы А;

управляет одновременным включением двунаправленного переключателя Q2 и двунаправленного переключателя Q3 для формирования фазы В. Таким образом, посредством управления поочередным включением фазы А и фазы В сформирована полная мостовая схема.

2. При работе полной мостовой схемы энергия в элементе С1 накопления заряда передается через первый трансформатор Т1, однонаправленный полупроводниковый элемент D4, однонаправленный полупроводниковый элемент D5 и элемент L3 накопления тока к элементу С2 накопления заряда;

теперь полярность напряжения конца «с» элемента С2 накопления заряда отрицательна, тогда как полярность напряжения конца «d» элемента С2 накопления заряда положительна.

3. Модуль 100 управления переключением управляет включением двунаправленного переключателя Q5, и поэтому цепь от элемента С1 накопления заряда до элемента С2 накопления заряда сформирована через второй трансформатор Т2 и однонаправленный полупроводниковый элемент D8, таким образом, энергия в элементе С2 накопления заряда передается назад к элементу С1 накопления заряда, причем некоторая энергия будет сохранена во втором трансформаторе Т2.

Теперь модуль 100 управления переключением управляет выключением двунаправленного переключателя Q5 и управляет включением двунаправленного переключателя Q6, и, таким образом, энергия, сохраненная во втором трансформаторе Т2, передается элементу С1 накопления заряда вторым трансформатором Т2 и однонаправленным полупроводниковым элементом D6;

теперь полярность напряжения элемента С1 накопления заряда инвертирована таким образом, что конец «а» имеет отрицательную полярность, а конец «b» имеет положительную полярность. Таким образом, достигается цель инвертирования полярности напряжения у элемента С1 накопления заряда.

Для предотвращения зарядки аккумуляторной батареи Е от элемента С1 накопления заряда при низкой температуре и для обеспечения характеристик 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 управления протеканием энергии только от аккумуляторной батареи Е к элементу С1 накопления заряда в варианте реализации настоящего изобретения, показанном на фиг.7, 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 подключены в схему 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.

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 К1.

Как и в случае варианта реализации, в котором энергия протекает только от аккумуляторной батареи Е к элементу С1 накопления заряда, модуль 100 управления переключением выполнен с возможностью управления выключением блока 1 переключения в момент достижения или до достижения током, проходящим через блок 1 переключения, нулевого значения после включения блока 1 переключения, при условии управления протеканием тока только от аккумуляторной батареи Е к элементу С1 накопления заряда.

Поскольку частота падения силы тока очень высока при выключении переключателя К1 на элементе L1 накопления тока будет индуцироваться высокое перенапряжение, которое может стать причиной повреждения переключателя К1, так как ток и напряжение выходят за пределы диапазона безопасной работы.

Таким образом, предпочтительно модуль 100 управления переключением выполнен с возможностью управления выключением переключателя К1 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.8, 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 К2, демпфирующий элемент R4 и элемент C3 накопления заряда, причем однонаправленный полупроводниковый элемент D9 и переключатель К2 соединены последовательно в схеме накопления энергии, демпфирующий элемент R4 и элемент накопления заряда C3 соединены последовательно и затем присоединены параллельно переключателю К2;

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

Однонаправленный полупроводниковый элемент D10, демпфирующий элемент R4 и элемент C3 накопления заряда образуют контур поглощения, выполненный с возможностью снижения частоты падения силы тока в схеме накопления энергии при выключении переключателя К2.

Таким образом, при выключении переключателя К2, индуцированное напряжение, выработанное на элементе L1 накопления тока, будет побуждать включение однонаправленного полупроводникового элемента D10 и обеспечит возможность свободного протекания тока с помощью элемента C3 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 К2 в пределах безопасного рабочего диапазона.

При повторном включении переключателя К2 энергия, сохраненная в элементе C3 накопления заряда, может потребляться через демпфирующий элемент R4.

Для повышения эффективности работы цепи нагрева потоком энергии можно управлять 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, обеспеченном в настоящем изобретении, модуль 100 управления переключением выполнен с возможностью управления включением/выключением блока 1 переключения так, чтобы энергия в одну сторону и другую сторону протекала 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 К3;

согласно фиг.9 модуль 100 управления переключением управляет включением/выключением двунаправленного переключателя К3, т.е. при необходимости нагрева аккумуляторной батареи Е можно управлять включением двунаправленного переключателя К3, когда нагрев необходимо приостановить или он не требуется, то можно управлять выключением двунаправленного переключателя К3.

Использование отдельного двунаправленного переключателя К3 для реализации блока 1 переключения может упростить схему, уменьшить отпечаток системы и облегчить реализацию;

однако 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 обратном направлении.

В другом варианте реализации блока 1 переключения, показанном на фиг.10, блок 1 переключения может содержать двунаправленный переключатель К4 и двунаправленный переключатель К5, причем двунаправленный переключатель К4 и двунаправленный переключатель К5 соединены последовательно противоположно друг другу для образования первого однонаправленного ответвления и второго однонаправленного ответвления;

модуль 100 управления переключением соединен с двунаправленным переключателем К4 и двунаправленным переключателем К5 соответственно для управления включением/выключением первого однонаправленного ответвления и второго однонаправленного ответвления посредством управления включением/выключением двунаправленного переключателя К4 и двунаправленного переключателя К5.

При необходимости нагрева аккумуляторной батареи Е можно управлять включением двунаправленных переключения К4 и К5;

при необходимости приостановки нагрева можно управлять выключением любого или обоих из двунаправленного переключателя К4 и двунаправленного переключателя К5;

при отсутствии необходимости нагрева можно управлять выключением обоих из двунаправленного переключателя К4 и двунаправленного переключателя К5. При такой реализации блока 1 переключения можно отдельно управлять включением или выключением первого однонаправленного ответвления и второго однонаправленного ответвления, и, таким образом, можно гибко выполнять отсечку потока энергии в прямом направлении и обратном направлении в схеме.

В другом варианте реализации блока 1 переключения, показанном на фиг.11, блок 1 переключения может содержать 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 формирования первого однонаправленного ответвления;

однонаправленный полупроводниковый элемент D12 формирует второе однонаправленное ответвление;

модуль 100 управления переключением соединен с переключателем К6 для управления включением/выключением первого однонаправленного ответвления посредством управления включением/выключением переключателя К6. В блоке 1 переключения, показанном на фиг.11, при необходимости нагрева можно управлять включением переключателя К6;

когда нагрев не требуется, можно управлять выключением переключателя К6.

Хотя реализация блока 1 переключения, показанная на фиг.11, 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.12 блок 1 переключения может дополнительно содержать переключатель К7 во втором однонаправленном ответвлении/ причем переключатель К7 соединен с однонаправленным полупроводниковым элементом D12 последовательно, модуль 100 управления переключением также соединен с переключателем К7 и выполнен с возможностью управления включением/выключением второго однонаправленного ответвления путем управления включением/выключением переключателя К7.

Таким образом, в блоке 1 переключения, показанном на фиг.12, поскольку в обоих однонаправленных ответвлениях расположены переключатели (т.е. переключатель К6 и переключатель К7), 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, обусловленного сверхтоком в схеме.

Например, сопротивление R6, соединенное последовательно с двунаправленным переключателем К4 и двунаправленным переключателем К5, может быть добавлено в блок 1 переключения, показанный на фиг.10, для получения другой реализации блока 1 переключения, показанной на фиг.13.

На фиг.14 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.12.

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 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.9 или фиг.11,;

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.10 или фиг.12.

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 воздействия на всю схему.

В варианте реализации настоящего изобретения повышение эффективности работы цепи нагрева может достигнуть посредством совмещения энергии в элементе С1 накопления заряда с энергией в аккумуляторной батарее Е или путем совмещения остающейся энергии в элементе С1 накопления заряда с энергией в аккумуляторной батарее Е после потребления некоторого количества энергии в элементе С1 накопления заряда.

Таким образом, согласно фиг.15 цепь нагрева дополнительно содержит блок энергопотребления, который соединен с элементом С1 накопления заряда и выполнен с возможностью потребления энергии, содержащейся в элементе С1 накопления заряда, после включения и последующего выключения блока 1 переключения и до совмещения энергии в блоке совмещения энергии.

Блок энергопотребления может быть объединен с вариантами реализации, представленными в приведенном выше описании, включая варианты реализации, в которых энергия протекает только от аккумуляторной батареи Е к схеме накопления энергии, и варианты реализации, в которых энергия протекает в одну сторону и другую сторону между аккумуляторной батареей Е и схемой накопления энергии.

В варианте реализации настоящего изобретения, показанном на фиг.16, 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 и до выполнения совмещения энергии блоком совмещения энергии. При необходимости может быть установлено заданное значение напряжения.

В варианте реализации настоящего изобретения, показанном на фиг.16, блок 101 управления напряжением содержит демпфирующий элемент R5 и переключатель К8, причем демпфирующий элемент R5 и переключатель К8 соединены друг с другом последовательно и затем присоединены параллельно элементу С1 накопления заряда;

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

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 узел. Настоящее изобретение не ограничивает формы реализации модуля 100 управления переключением.

Далее со ссылкой на фиг.17-20 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.17-20, 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, обеспеченной в настоящем изобретении, не ограничены вариантами реализации, показанными на фиг.17-20.

Кроме того, сеточная часть структуры волны указывает, что возбуждающие импульсы могут быть приложены к переключателю неоднократно в пределах периода, а ширина импульса при необходимости может быть отрегулирована.

В цепи нагрева для аккумуляторной батареи Е, показанной на фиг.17, переключатель К1 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, однонаправленный полупроводниковый элемент D3, элемент L2 накопления тока и переключатель К9 составляют блок 102 инверсии полярности в блоке совмещения энергии;

модуль 100 управления переключением может управлять включением и выключением переключателя К1 и переключателя К9.

На фиг.18 представлена диаграмма импульсной последовательности формы волны, соответствующей цепи нагрева, показанной на фиг.17, причем VC1 указывает значение напряжения на элементе С1 накопления заряда, a Imain указывает значение тока, проходящего через переключатель К1.

Процесс работы цепи нагрева заключается в следующем:

a) При необходимости нагрева аккумуляторной батареи Е модуль 100 управления переключением управляет включением переключателя К1, и, таким образом, аккумуляторная батарея Е разряжается через электрический контур, состоящий из переключателя К1, однонаправленного полупроводникового элемента D1 и элемента С1 накопления заряда согласно временному интервалу t1, показанному на фиг.18;

при нулевом значении тока, проходящего через переключатель К1, модуль 100 управления переключением управляет выключением переключателя К1 согласно временному интервалу t2, показанному на фиг.18;

b) После выключения переключателя К1 модуль 100 управления переключением управляет включением переключателя К9, и, таким образом, элемент С1 накопления заряда разряжается через электрический контур, состоящий из однонаправленного полупроводникового элемента D3, элемента L2 накопления тока и переключателя К9, для достижения инверсии полярности напряжения, и затем модуль 100 управления переключением управляет выключением переключателя К9 согласно временному интервалу t2, показанному на фиг.18.

с) В результате повторения этапов а) и b) происходит непрерывный подогрев аккумуляторной батареи Е при одновременном ее разряде до тех пор, пока не выполнено условие остановки нагрева.

В цепи нагрева для аккумуляторной батареи Е, показанной на фиг.19, двунаправленный переключатель К3 использован для формирования блока 1 переключения, схема накопления энергии содержит элемент L1 накопления тока и элемент С1 накопления заряда, демпфирующий элемент R1 и блок 1 переключения соединены последовательно со схемой накопления энергии, однонаправленный полупроводниковый элемент D3, элемент L2 накопления тока и переключатель К9 составляют блок 102 инверсии полярности, и модуль 100 управления переключением может управлять включением и выключением переключателя К9 и двунаправленного переключателя К3.

На фиг.20 изображена диаграмма импульсной последовательности формы волны, соответствующей цепи нагрева, показанной на фиг.19, причем VC1 указывает значение напряжения на элементе С1 накопления заряда, Imain указывает значение тока, проходящего через двунаправленный переключатель К3, и IL2 указывает значение тока в контуре инверсии полярности. Процесс работы цепи нагрева, показанной на фиг.19, заключается в следующем:

а) Модуль 100 управления переключением управляет включением двунаправленного переключателя К3, и, таким образом, схема накопления энергии начинает работать, как обозначено временным интервалом t1, показанным на фиг.20;

аккумуляторная батарея Е разряжается в прямом направлении через электрический контур, состоящий из двунаправленного переключателя К3 и элемента С1 накопления заряда (согласно временному интервалу t1, показанному на фиг.20, т.е. положительная половина цикла тока, протекающего через двунаправленный переключатель К3), и заряжается в обратном направлении (согласно временному интервалу t1, показанному на фиг.20, т.е. отрицательная половина цикла тока, проходящего через двунаправленный переключатель К3);

b) Модуль 100 управления переключением управляет выключением двунаправленного переключателя К3 при нулевом значении тока в обратном направлении;

c) Модуль 100 управления переключением управляет включением переключателя К9, и, таким образом, блок 102 инверсии полярности начинает работать;

элемент С1 накопления заряда разряжается через электрический контур, сформированного из полупроводникового элемента D3, элемента L2 накопления тока и переключателя К9 для достижения инверсии полярности напряжения;

затем модуль 100 управления переключением управляет выключением переключателя К9 согласно временному интервалу t2, показанному на фиг.20.

d) Повторение этапов а)-с) способствует непрерывному подогреву аккумуляторной батареи Е при одновременной ее разрядке и зарядке, пока аккумуляторная батарея Е не удовлетворяет условию остановки нагрева.

Цепь нагрева, обеспеченная в настоящем изобретении, может повысить эффективность зарядки/разрядки аккумуляторной батареи. Кроме того, поскольку схема накопления энергии соединена с аккумуляторной батареей последовательно в цепи нагрева, то при нагреве аккумуляторной батареи можно избежать проблемы безопасности, связанной с коротким замыканием, вызванным неисправностями блока переключения, благодаря наличию элемента накопления заряда, соединенного последовательно, и, таким образом, аккумуляторная батарея может быть эффективно защищена.

Кроме того, в цепи нагрева по настоящему изобретению обеспечен блок совмещения энергии, и данный блок совмещения энергии может совмещать энергию в элементе накопления заряда с энергией в аккумуляторной батарее после включения и затем выключения блока переключения, таким образом, при последующем управлении включением блока переключения в контуре нагрева будет увеличен ток разрядки, и, следовательно, будет повышаться эффективность работы цепи нагрева.

Несмотря на то, что в приведенном выше описании со ссылкой на прилагаемые чертежи представлены некоторые предпочтительные варианты реализации настоящего изобретения, настоящее изобретение не ограничено особенностями таких вариантах реализации. Специалисты в данной области техники смогут выполнить модификации и изменения технического решения настоящего изобретения, не отступая от сущности настоящего изобретения. Тем не менее 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.