一种基于lc谐振和ptc电阻带的蓄电装置加热方法
【专利摘要】本发明提出一种基于LC谐振和PTC电阻带的蓄电装置加热方法，该方法实现能量在所述直流电源、所述LC谐振单元、PTC电阻带和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；并且通过控制半桥工作频率接近、或偏离LC谐振频率或者调节所述PTC电阻带阻值，调节LC谐振电路中正弦交流电流的工作电流幅值。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。
【专利说明】一种基于LC谐振和PTC电阻带的蓄电装置加热方法 技术领域
[0001] 本发明涉及一种电源加热方法，具体地，涉及一种基于LC谐振和PTC电阻带的蓄电 装置加热方法。 【背景技术】
[0002] 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o°c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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 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，电 流波形非标准正弦波，对电池寿命有影响。
[0007] 因此本发明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，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。本发明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。
[0008]
【发明内容】
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，同时谐振电路串联PTC电阻带，交流电经PTC电阻带产生热量实现外部加热。 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，有利于提尚电池一致性和使用寿命。
【发明内容】
[0009] 本发明的方案具体为一种基于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；
[0010] 所述蓄电装置具有交流阻抗实部；
[0011]所述LC谐振单元包括电容和电感；
[0012] 所述PTC电阻带阻值可调；
[0013]所述加热方法为半桥实现能量在所述直流电源、所述LC谐振单元、PTC电阻带和蓄 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。
[0014] 通过使所述半桥工作频率接近、或偏离LC谐振频率或者调节所述PTC电阻带阻值， 调节LC谐振电路中正弦交流电流的工作电流幅值。
[0015] 包括步骤：
[0016] a)若蓄电装置需要加热，则使LC谐振单元和PTC电阻带工作；
[0017] b)当确定的LC谐振电路中正弦交流电流的工作电流幅值小于此时蓄电装置可承 受的电流限值时，控制PTC电阻带使其阻值为零，控制所述半桥的开关频率尽可能接近LC谐 振单元的谐振频率，以最大工作电流幅值实现快速加热；
[0018] c)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 受的电流限值时，调节所述工作电流幅值。
[0019] 更进一步地，调节所述工作电流幅值通过如下方式：
[0020] d)当蓄电装置温度低于某一门限值，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，所述半桥工作频率以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；
[0021] e)当蓄电装置温度高于某一门限值，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。
[0022] 采集蓄电装置中温度、端电压和S0C信息，判断是否需要进行加热。
[0023] 更进一步地，步骤e)中，当PTC电阻带阻值最大时，若所述工作电流幅值大于所述 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。
[0024] 所述半桥是具有上下桥臂的半桥，所述上下桥臂分时通断，通过控制所述其开关 频率，控制能量的所述往复流动时的所述工作电流幅值。
[0025] 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、蓄电装置和PTC电阻带串联组成;所述工作回路二由蓄电装置、LC谐振单元、半桥的下 桥臂和PTC电阻带串联组成。
[0026]更进一步地，所述蓄电装置替换为动力电池组。
[0027] 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谐振单元和PTC电 阻带的两端，若功率电子开关关断，LC谐振单元和PTC电阻带无法工作，若功率电子开关关 断，LC谐振单元和PTC电阻带参与工作。
[0028] 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 S0C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。
[0029] 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。
[0030] 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、S0C和温度为判断 依据。
[0031] 更进一步地，所述蓄电装置为车用动力电池组。
[0032] 优选地，使用本发明方法的电源系统为：
[0033] 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；
[0034] 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；
[0035] 所述蓄电装置具有交流阻抗实部；
[0036] 所述PTC电阻带阻值可调；
[0037] 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；
[0038]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。
[0039]优选地，使用本发明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；
[0040]所述半桥包括上桥臂S1和下桥臂S2;
[0041 ]所述蓄电装置具有交流阻抗实部；
[0042] 所述PTC电阻带阻值可调；
[0043]所述LC谐振单元包括电容和电感，
[0044]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，
[0045] 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；
[0046] 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。
[0047] 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。
[0048]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 S0C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。
[0049] 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；
[0050] 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；
[0051 ]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。
[0052]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。
[0053]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；
[0054]本发明还涉及一种车辆，其特征在于:包含权利要求1-9任一项所述的电源系统， 且蓄电装置是动力电池。
[0055]本发明中由于PTC电阻带的加入，既可以避免蓄电装置的电压全部加在交流阻抗 实部上，造成回路电流过大的情况，又可以通过PTC电阻带对动力电池组进行外部加热，加 快了升温过程。 【附图说明】
[0056]图1，加热电源系统整体结构图。
[0057]图2(a)，加热电源系统电路原理图。
[0058] 图2(b)，谐振加热回路一和二工作状态示意图。
[0059] 图3(a)，加热电源系统谐振工作时流经蓄电装置电流变化示意图
[0060] 图3(b)，一个周期内蓄电装置电流和电压变化示意图
[0061 ]图4，PTC电阻带阻值随温度变化特性
[0062]图5(a)，某锂电池某一环境温度不同频率的正弦交流电对应的交流阻抗实部变化 特性。
[0063]图5(b)，某锂电池在某一频率下不同温度对应的交流阻抗实部的变化特性 [0064]图5(c)，某锂电池在某一低温环境下相同频率、不同电流幅值的正弦交流电加热 的温升特性。
[0065] 图6,为不同频率下的正弦交流电作用某锂电池的电流幅值变化特性。
[0066] 图7，为加热电源系统的控制流程 【具体实施方式】
[0067] 如图1所示，本发明的基于LC谐振和PTC电阻带进行加热的电源系统，由直流电源 4、加热控制系统6、功率电子开关5、半桥3、LC谐振单元2、蓄电装置1、PTC电阻带7组成;所述 的直流电源4与半桥3相连;所述的加热控制系统6获取蓄电装置1状态信息，控制功率电子 开关5通断，调节PTC电阻带7的阻值，以及确定半桥3的开关频率;如图2(a)所示，所述半桥 3包括上桥臂301和下桥臂302,上下桥臂可采用IGBT或者M0SFET功率电子管，所述蓄电装置 1的负极与下桥臂301连接，正极与PTC电阻带7连接，所述LC谐振单元2与PTC电阻带串联，LC 谐振单元一端与PTC电阻带相连，另一端与上桥臂301和下桥臂302之间连接，所述的功率电 子开关5并联在串联后的LC谐振单元和PTC电阻带之间。
[0068] 直流电源4可以是外部提供的直流电源，也可以是超级电容，也可以是车载发动 机-发电机组。
[0069] 蓄电装置1是能进行充放电的直流电源，例如，由镍氢电池、锂离子电池等二次电 池构成，本发明具体实施例以新能源车辆动力电池为例进行说明。
[0070] 蓄电装置1是由一定数量单体电池串、并联组成的直流电源，在这里示出的等效电 路图中，由表征能量状态的电动势101和交流阻抗实部102组成。
[0071] LC谐振单元包括电池外部电感202和电容201。
[0072] PTC电阻带阻值可调。
[0073]加热控制系统采集蓄电装置的电流值、电压值和温度、计算蓄电装置荷电状态 (S0C)，其中S0C的计算方法可以使用各种公知的计算方案，加热控制系统优选是电池管理 系统，根据上述信息确定LC谐振加热回路工作方式、PTC电阻值、和半桥上下桥臂的开关频 率，工作方式包括是否启动、启动后如何工作以及如何停止工作。
[0074]功率电子开关5受加热控制系统控制，只有在停车低温环境下动力电池需要加热 时才断开，其他时候都闭合。
[0075]加热工作过程:加热控制系统根据蓄电装置中温度、电压值和S0C等信息，判断此 时是否需要进行加热，当达到加热条件时，加热控制系统控制加热回路开始工作，对蓄电装 置进行加热，当达到停止加热条件时，控制加热回路停止工作。例：当加热控制系统检测到 电池温度低于正常工作温度范围，启动加热回路。
[0076]当加热控制系统判断需要进行加热时，加热控制系统使功率电子开关5断开，使加 热回路接通，确定半桥上下桥臂的开关频率，使上下桥臂按照给定开关频率交替开关工作， 加热系统产生标准的正弦交流电。
[0077] 上下桥臂可以是单独功率电子器件，也可以共享电机控制器一组桥臂或者复合电 源DC-DC桥臂。
[0078] 如图2(b)所示，谐振加热回路包括回路一和回路二，通过半桥的上下桥臂控制回 路一和回路二的导通和关断。回路一由直流电源4、半桥3的上桥臂S1、LC谐振单元(包含电 池外部电感202和电容201)、PTC电阻带7、蓄电装置1(包含电动势101和交流阻抗实部102) 串联组成；回路二由蓄电装置1(包含101和102)、PTC电阻带、LC谐振单元和半桥的下桥臂S2 串联组成。
[0079]串联R、L、C谐振电路中，电感和电容吸收的功率分别为：
[0080] PL(t) =_QUIsin(2 ω 〇t);
[0081 ] Pc(t) = _PL(t) = QUIsin(2 ω 〇t) ·
[0082] 由于u(t) =UL(t)+uc(t) =0(相当于虚短路），任何时刻进入电感和电容的总瞬时 功率为零，g卩PL(t)+Pc(t)=0。电感和电容与电压源和电阻之间没有能量交换。自加热回路 中电流流经蓄电装置内交流阻抗实部17产生热量，电压源发出的功率全部由电阻吸收。但 是，电感和电容之间相互交换能量，当电流减小时，电感中释放的磁场能量Wl = 0.5Li2减小， 且全部被电容吸收，并转换为电场能。当电流增加时，电容电压减小，电容释放的电场能Wc = 0.5Cu2减小，且全部被电感吸收，并转换为磁场能量。能量在电感和电容之间的往复交 换，形成电压和电流的正弦振荡，振荡频率由L和C来决定，
谐振时电感202和 电容201中总能量保持常量，并等于电感中的最大磁场能量，或等于电容中的最大电场能 量，即沙?. + % =(兄卜人
[0083] 图3(a)示出了 LC谐振单元谐振时，蓄电装置的端电压和流经电流的变化特性，其 中电流呈标准正弦波，端电压为蓄电装置的电动势基础上叠加一个呈正弦波变化的电压， 该正弦波电压是蓄电装置交流阻抗实部与流经正弦交流电作用的结果，且端电压的变化范 围应满足蓄电装置电压允许范围。
[0084]如图3(b)所示，在tl时间内，半桥的上桥臂S1导通，半桥的下桥臂S2关断，回路一 工作，直流电源给蓄电装置充电，充电能量由PTC电阻带15和交流阻抗实部102消耗，实现从 电池内部和外部进行加热，同时电感202和电容201之间进行如前所述的能量交换，且由于 谐振作用电感202和电容201能量和保持不变。在t2时间内，半桥的上桥臂S1关断，半桥的下 桥臂S2导通，蓄电装置放电，能量由自身的交流阻抗实部102和PTC电阻带共同消耗，实现从 电池内部和外部进行加热，同时电感202和电容210之间进行能量交换，且由于谐振作用电 感202和电容201能量和保持不变。
[0085]图4示出了 PTC电阻带在不同温度下的电阻特性，说明在低温环境下，PTC电阻带的 电阻较小，回路产生的电流较大，有助于快速加热；随着温度的升高，PTC电阻带的电阻增 大，回路中的电流减小，能够防止动力电池组温升过快。
[0086] 所述PTC电阻带具有最小工作温度和最大工作温度，且阻值通过开关器件可调节， 且充电后产生的热量从电池外部给电池加热，其方法可采用已知公开的加热方法，例如卷 起于电池单体之间、或者布置在电池箱进风口等；
[0087] 在t2时间内，当半桥上下桥臂开关频率等于LC谐振的振荡频率时，由LC谐振的特 性可知，此时电感202和电容201上的电压和为零，在回路二中根据KVL原理，可知蓄电装置 电动势101全部加在了PTC电阻带和蓄电装置交流阻抗实部102上。由于PTC电阻带的加入， 既可以避免蓄电装置的电动势101全部加在交流阻抗实部101上，造成回路电流过大超出蓄 电装置允许的电压范围，又可以通过PTC电阻带对动力电池组进行外部加热，加快了升温过 程。
[0088] 正弦交流电作用下蓄电装置的生热率公式如下
[0089] 式中ZRe为蓄电装置的交流阻抗实部值，主要与蓄电装置环境温度、交流电作用的 频率有关，A为交流电的电流幅值。上述公式表明生热率与交流阻抗实部值成正比，与交流 电电流幅值的平方成正比，且交流电电流幅值变化的影响大于交流阻抗实部值变化的影 响。
[0090] 以蓄电装置是电池为例，图5(a)示出电池组某低温环境下不同交流电频率对应的 交流阻抗实部变化特性，可见交流阻抗实部值随着交流电频率的增加而减小，而LC谐振加 热回路的振荡频率完全由L和C来决定，当L和C参数选定后，交流电的频率被确定，即交流阻 抗实部值被确定，所以为了在低温下达到更好的加热效果，优先从低频角度选配L和C参数 值，即本领域技术人员确定在允许条件下，尽可能低频地选配L和C参数值;图5(b)为电池组 在某一频率下不同温度对应的交流阻抗实部的变化特性，可见交流阻抗实部值随着温度降 低而增加。图5(c)为电池组在某一低温环境下相同频率、不同电流幅值的动力电池温升特 性，所谋电池组在低温条件通过改变交流电电流幅值可获得不同的加热效果，交流电电流 幅值越大，加热效果越好。
[0091] 因此，基于图5(a)至图5(c)的分析，加热回路半桥开关频率优选采用较低频率提 高交流电幅值，进而实现蓄电装置快速加热和电池快速升温。
[0092] 图6示出半桥开关频率fs与谐振加热回路电流幅值的关系，其中fo为LC谐振频率， 可见半桥开关频率fs等于LC谐振频率fo时，加热回路电流幅值最大。
[0093]图7给出了基于LC谐振和PTC电阻带的蓄电装置加热的控制流程，具体方法如下： [0094] S1，加热控制系统根据蓄电装置状态判断是否需要进行加热。所述蓄电装置状态 包括温度、S0C中的一个或几个。
[0095] S2,若进行加热，加热控制系统断开功率电子开关，则使LC谐振单元投入工作。 [0096] S3,通过直流电源、LC谐振单元电容和电感、蓄电装置电动势和内部交流阻抗实 部，结合谐振频率采用本领域已知方法确定此时谐振频率下的回路中最大电流io,根据当 前电动车辆动力电池的温度、电压和S0C等信息，结合电池特性和本领域技术人员的参数匹 配要求计算此时动力电池可承受的LC谐振电路中工作电流限值iu
[0097] S4，如前所述，半桥开关频率f s影响工作电流幅值，当确定的所述工作电流幅值io 大于此时动力电池可承受的工作电流限值，执行步骤S5，否则执行步骤S41。
[0098] S41，若，此时设置PTC电阻带阻值为0,以减少回路中总交流阻抗大小，半桥开 关频率与LC谐振单元谐振频率一致，此时工作回路正弦交流电幅值最大，蓄电装置仅进行 内部热，实现快速加热。
[0099] S5,若电池温度低于某一门限值Tmin，执行步骤S61，若电池温度高于某一门限值， 执行步骤S62
[0100] S61，当电池温度低于某一门限值，由前述图5(b)可知此时蓄电装置交流阻抗较 大，设置PTC电阻带阻值为零，根据电池当前温度的交流阻抗，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，保证所述工作电流幅值小于所述电流限值，使得回路 中交流电路幅值满足蓄电装置要求，此时电池仅进行内部热。
[0101] 步骤S61通过使半桥工作频率偏离LC谐振频率fo,调节LC谐振电路中工作电流幅 值。
[0102] S62当电池温度高于某一门限值，由前述图5(b)可知蓄电装置交流阻抗相比步骤 S3所对应的阻抗有较大减小，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。
[0103] 当PTC电阻带完全投入，即PTC电阻带阻值调制最大后，若LC谐振回路中工作电流 幅值大于所述电流限值，执行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，直到工作电流幅值io小于此时动力电池可承受的电流限值il·。
[0104] 步骤S62通过并入PTC电阻带，调节所述PTC电阻带阻值来调节LC谐振电路中工作 电流幅值。
[0105] S7,若电池组温度达到加热所期望的温度时，执行步骤S8,加热控制系统闭合功率 电子开关3,停止加热。若电池组温度未达到加热所期望的温度时，返回步骤S2或S3,继续加 热。
[0106] S8,闭合功率电子开关，停止加热。
[0107] 对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在 不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论 从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权 利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有 变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
【主权项】
1. 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和电动势； 所述LC谐振单元包括电容和电感； 所述PTC电阻带阻值可调，也可以阻值不可调的普通电阻带； 能量在所述直流电源、所述LC谐振单元、PTC电阻带和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. 如权利要求1所述方法，其特征在于： 通过使所述半桥工作频率接近、或偏离LC谐振频率或者调节所述PTC电阻带阻值，调节 LC谐振电路中正弦交流电流的工作电流幅值。3. 如权利要求1所述方法，其特征在于:包括步骤： a) 若蓄电装置需要加热，则使LC谐振单元和PTC电阻带工作； b) 当确定的LC谐振电路中正弦交流电流的工作电流幅值小于此时蓄电装置可承受的 电流限值时，控制PTC电阻带使其阻值为零，控制所述半桥的开关频率尽可能接近LC谐振单 元的谐振频率，以最大工作电流幅值实现快速加热； c) 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 电流限值时，调节所述工作电流幅值。4. 如权利要求2或3所述方法，其特征在于:调节所述工作电流幅值通过如下方式： d) 当蓄电装置温度低于某一门限值，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，设置所述半桥工作频率以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； e) 当蓄电装置温度高于某一门限值，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。5. 如权利要求3所述的方法，其特征在于: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。6. 如权利要求4所述方法，其特征在于：步骤e)中，当PTC电阻带阻值最大时，若所述工 作电流幅值大于所述电流限值，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。7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于:所述半桥是具有上下桥臂的半桥，所述上下 桥臂分时通断，通过控制所述半桥的开关频率，控制能量的所述往复流动时的所述工作电 流幅值。8. 如权利要求1所述的方法，其特征在于: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、蓄电装置和PTC电阻带串联组成;所述工作回路 二由蓄电装置、LC谐振单元、半桥的下桥臂和PTC电阻带串联组成。9. 如权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，所述蓄电装置替换为动力电池组。
【文档编号】H01M10/637GK106025445SQ201610592678
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月25日
【发明人】李军求, 孙逢春, 张承宁, 金鑫, 房林林
【申请人】北京理工大学