ЦЕПЬ НАГРЕВА АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ
ACCUMULATOR BATTERY HEATING CIRCUIT

Область техники
Настоящее 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 передачи и 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 передачи и совмещения энергии соединен со схемой накопления энергии и выполнен с возможностью передачи энергии, содержащейся в схеме накопления энергии, к элементу накопления энергии, после включения и последующего выключения блока переключения, и затем совмещения энергии в схеме накопления энергии с энергией в аккумуляторной батарее.
Цепь нагрева, обеспеченная в настоящем изобретении, может улучшить характеристики зарядки/разрядки аккумуляторной батареи, и, кроме того, поскольку в цепи нагрева схема накопления энергии соединена с аккумуляторной батареей последовательно, то при нагреве батареи можно избежать проблемы безопасности, обусловленной сверхтоком в виде неисправностей и короткого замыкания блока переключения, благодаря наличию элемента накопления заряда, соединенного параллельно, и, таким образом, аккумуляторная батарея может быть эффективно защищена.
Кроме того, в цепи нагрева, обеспеченной в настоящем изобретении, поскольку блок передачи и совмещения энергии может передавать энергию, содержащуюся в схеме накопления энергии, элементу накопления энергии, после выключения блока переключения, и затем совмещать оставшуюся энергию в схеме накопления энергии с энергией в аккумуляторной батарее, то можно повысить эффективность работы такой цепи нагрева и получить циркуляцию энергии.
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, обеспечены 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 к настоящему изобретению. 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 передачи и совмещения энергии, показанного на фиг.1;
На фиг.3 изображена принципиальная схема варианта реализации DC-DC модуля, показанного на фиг.2;
На фиг.4 изображена принципиальная схема варианта реализации блока передачи и совмещения энергии, показанного на фиг.1;
На фиг.5 изображена принципиальная схема варианта реализации блока электроподзарядки, показанного на фиг.4;
На фиг.6 изображена принципиальная схема варианта реализации блока инверсии полярности, показанного на фиг.4;
На фиг.7 изображена принципиальная схема варианта реализации блока инверсии полярности, показанного на фиг.4;
На фиг.8 изображена принципиальная схема варианта реализации блока инверсии полярности, показанного на фиг.4;
На фиг.9 изображена принципиальная схема варианта реализации первого DC-DC модуля, показанного на фиг.8;
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 варианта реализации блока переключения, показанного на фиг.1;
На фиг.16 изображена принципиальная схема варианта реализации блока переключения, показанного на фиг.1;
На фиг.17 изображена принципиальная схема варианта реализации блока переключения, показанного на фиг.1;
На фиг.18 изображена принципиальная схема варианта реализации цепи нагрева аккумуляторной батареи, обеспеченной в настоящем изобретении;
На фиг.19 изображена принципиальная схема варианта реализации блока энергопотребления, показанного на фиг.18;
На фиг.20 изображена принципиальная схема варианта реализации цепи нагрева аккумуляторной батареи, обеспеченной в настоящем изобретении;
На фиг.21 представлена диаграмма импульсной последовательности формы волны, соответствующей цепи нагрева, показанной на фиг.20;
На фиг.22 изображена принципиальная схема варианта реализации цепи нагрева аккумуляторной батареи, обеспеченной в настоящем изобретении;
На фиг.23 представлена диаграмма импульсной последовательности формы волны, соответствующей цепи нагрева, показанной на фиг.22.
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, приведены только для описания и пояснения настоящего изобретения и не должны рассматриваться в качестве ограничения 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, обеспечивающему возможность управления включением/выключением посредством электрических сигналов или обеспечивающему 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 очевидно, 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 R 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 аккумуляторов, аналогичным образом, элемент L2 накопления тока относится к элемент накопления тока вне аккумуляторной батареи или относится к паразитной индуктивности в комплекте аккумуляторов.
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 передачи и 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 передачи и совмещения энергии соединен с схемой накопления энергии и выполнен с возможностью передачи энергии, содержащейся в схеме накопления энергии к элементу накопления энергии после включения и последующего выключения блока 1 переключения и затем совмещения оставшейся энергии в схеме накопления энергии с энергией в аккумуляторной батарее.
При использовании технического решения по настоящему изобретению, при наступлении условия нагрева, модуль 100 управления переключением управляет включением блока 1 переключения, и, таким образом, аккумуляторная батарея Е соединена 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 режимах, разрядки и зарядки.
При наступлении условия осуществления остановки нагрева модуль 100 управления переключением может управлять выключением блока 1 переключения и, таким образом, останавливать работу цепи нагрева.
Блок передачи и совмещения энергии соединен со схемой накопления энергии и выполнен с возможностью передачи энергии в схеме накопления энергии к элементу накопления энергии после включения и последующего выключения блока 1 переключения, и затем совмещения остающейся энергии в схеме накопления энергии с энергией в аккумуляторной батарее Е.
Посредством передачи энергии достигается повторное использование энергии, а посредством совмещения энергии в контуре нагрева, при повторном включении блока 1 переключения, будет возрастать ток разряда, и, таким образом, будет повышаться эффективность работы цепи нагрева.
Цель передачи энергии заключается в повторном использовании энергии в накопительной схеме, а элемент накопления энергии может представлять собой внешний конденсатор, низкотемпературную аккумуляторную батарею или электрическую сеть, или любое другое электрическое устройство.
Для дополнительного повышения эффективности работы цепи нагрева элемент накопления энергии предпочтительно представляет собой аккумуляторную батарею Е, обеспеченную в настоящем изобретении;
таким образом, посредством передачи энергии, содержащейся в схеме накопления энергии, к аккумуляторной батарее Е, переданная энергия может быть использована циклически после повторного включения блока 1 переключения.
Совмещение остающейся энергии в схеме накопления энергии с энергией в аккумуляторной батарее Е может быть осуществлено различными способами, например, совмещение может быть выполнено путем инвертирования полярности напряжения элемента С1 накопления заряда, и после инверсии полярности, напряжение на элементе С1 накопления заряда может быть периодически добавлено к напряжению аккумуляторной батареи Е последовательно.
Следовательно, согласно варианту реализации настоящего изобретения, показанному на фиг.2, в цепи нагрева, обеспеченной в настоящем изобретении, блок передачи и совмещения энергии содержит DC-DC модуль 4, который соединен с элементом С1 накопления заряда и аккумуляторной батареей Е соответственно;
модуль 100 управления переключением также соединен с DC-DC модулем 4, и выполнен с возможностью передачи энергии в элементе С1 накопления заряда к элементу накопления энергии посредством управления работой DC-DC модуля 4, и затем совмещения остающейся энергии в элементе С1 накопления заряда с энергией в аккумуляторной батарее Е. В данном варианте реализации элементом накопления энергии выступает аккумуляторная батарея Е.
DC-DC модуль 4 представляет собой схему преобразования DC-DC (постоянного тока в постоянный ток) для передачи энергии и инверсии полярности напряжения, обычно используемую в данной области техники. Настоящее изобретение не ограничено конкретной схемной структурой DC-DC модуля 4, при условии, что модуль может выполнять передачу энергии от элемента С1 накопления заряда и инверсию полярности напряжения элемента С1 накопления заряда. При необходимости, специалисты в данной области техники смогут добавить, заменить или исключить элементы в схеме.
В варианте реализации DC-DC модуля 4, показанного на фиг.3, DC-DC модуль 4 содержит: двунаправленный переключатель S1, двунаправленный переключатель S2, двунаправленный переключатель S3, двунаправленный переключатель S4, двунаправленный переключатель S5, двунаправленный переключатель S6, четвертый трансформатор Т4, однонаправленный полупроводниковый элемент D13, однонаправленный полупроводниковый элемент D14, элемент L4 накопления тока и четыре однонаправленных полупроводниковых элемента. В данном варианте реализации, двунаправленный переключатель S1, двунаправленный переключатель S2, двунаправленный переключатель S3, и двунаправленный переключатель S4 представляют собой полевые транзисторы со структурой металл-оксид-полупроводник, тогда как двунаправленный переключатель S5 и двунаправленный переключатель S6 представляют собой биполярные транзисторы с изолированным затвором.
Причем контакт 1 и контакт 3 четвертого трансформатора Т3 представляют собой точечные выводы;
отрицательные электроды двух однонаправленных полупроводниковых элементов среди четырех однонаправленных полупроводниковых элементов соединены в группу, и их точка соединения соединена с положительным полюсом аккумуляторной батареи Е через элемент L4 накопления тока;
положительные электроды других двух однонаправленных полупроводниковых элементов соединены в группу, и их точка соединения соединена с отрицательным полюсом аккумуляторной батареи Е;
кроме того, точки соединения между группами соединены с контактом 3 и контактом 4 третьего трансформатора Т3 через соответственно двунаправленный переключатель S5 и двунаправленный переключатель S6 и, таким образом, формируют мостовую цепь выпрямителя.
Причем электрод истока двунаправленного переключателя S1 соединен с электродом стока двунаправленного переключателя S3, электрод истока двунаправленного переключателя S2 соединен с электродом стока двунаправленного переключателя S4, электроды стока двунаправленного переключателя S1 и двунаправленного переключателя S2 соединены с положительным концом элемента С1 накопления заряда через однонаправленный полупроводниковый элемент D13, электроды истока двунаправленного переключателя S3 и двунаправленного переключателя S4 соединены с отрицательным концом элемента С1 накопления заряда через однонаправленный полупроводниковый элемент D14;
таким образом формируется полная мостовая схема.
В полной мостовой схеме двунаправленный переключатель S1 и двунаправленный переключатель S2 составляют верхнее плечо мостовой схемы, а двунаправленный переключатель S3 и двунаправленный переключатель S4 составляют нижнее плечо мостовой схемы;
контакт 1 четвертого трансформатора Т4 соединен с узловым соединением между двунаправленным переключателем и двунаправленным переключателем S3, а контакт 2 четвертого трансформатора Т4 соединен с узловым соединением между двунаправленным переключателем S2 и двунаправленным переключателем S4.
Причем, управление соответственно включением и выключением двунаправленного переключателя S1, двунаправленного переключателя S2, двунаправленного переключателя S3 и двунаправленного переключателя S4, двунаправленного переключателя S5 и двунаправленного переключателя S6 осуществляет модуль 100 управления переключением.
Далее будет описан рабочий процесс DC-DC модуля 4:
1. После выключения блока 1 переключения, при необходимости электроподзарядки от элемента С1 накопления заряда (т.е. передачи энергии от элемента С1 накопления заряда назад к аккумуляторной батарее Е) для выполнения передачи энергии, модуль 100 управления переключением управляет включением двунаправленного переключателя S5 и S6 и одновременно управляет включением двунаправленного переключателя S1 и двунаправленного переключателя S4 для образования фазы A;
модуль 100 управления переключением управляет одновременным включением двунаправленного переключателя S2 и двунаправленного переключателя S3 для образования фазы B. Таким образом, посредством управления поочередным включением фазы A и фазы B формируется полная мостовая схема;
2. При работе полной мостовой схемы, энергия элемента С1 накопления заряда передается аккумуляторной батарее Е через четвертый трансформатор Т4 и выпрямительную схему;
выпрямительная схема преобразовывает входной переменный ток в постоянный ток и выдает постоянный ток аккумуляторной батарее E для осуществления электроподзарядки;
3. При необходимости выполнения инверсии полярности элемента С1 накопления заряда для осуществления совмещения энергии, модуль 100 управления переключением управляет выключением двунаправленного переключателя S5 и двунаправленного переключателя S6 и управляет включением любой из двух групп (двунаправленного переключателя S1 и двунаправленного переключателя S4 или двунаправленного переключателя S2 и двунаправленного переключателя S3);
теперь, энергия в элементе С1 накопления заряда протекает через положительный конец элемента С1 накопления заряда, двунаправленный переключатель S1, первичную обмотку четвертого трансформатора Т4 и двунаправленный переключатель S4 назад к отрицательному концу элемента С1 накопления заряда, или протекает через положительный конец элемента С1 накопления заряда, двунаправленный переключатель S2, первичную обмотку четвертого трансформатора Т4 и двунаправленный переключатель S3 назад к отрицательному концу элемента С1 накопления заряда. Таким образом, цель инверсии полярности напряжения у элемента С1 накопления заряда достигается посредством индуктивности намагничивания в первичной обмотке Т4.
В другом варианте реализации, в цепи нагрева, обеспеченной в настоящем изобретении, блок передачи и совмещения энергии может содержать блок совмещения энергии и блок передачи энергии, причем блок передачи энергии соединен со схемой накопления энергии и выполнен с возможностью передачи энергии в схеме накопления энергии к элементу накопления энергии после включения и последующего выключения блока 1 переключения;
блок совмещения энергии соединен со схемой накопления энергии и выполнен с возможностью совмещения остающейся энергии в схеме накопления энергии с энергией в аккумуляторной батарее Е после выполнения передачи энергии блоком передачи энергии.
Для дополнительного повышения эффективности работы цепи нагрева элемент накопления энергии предпочтительно представляет собой аккумуляторную батарею Е, обеспеченную в настоящем изобретении, блок передачи энергии содержит блок 103 электроподзарядки, который соединен со схемой накопления энергии и выполнен с возможностью передачи энергии, содержащейся в схеме накопления энергии, к аккумуляторной батарее Е после включения и последующего выключения блока 1 переключения, и, таким образом, осуществляется повторное использование переданной энергии согласно фиг.4.
Совмещение остающейся энергии в схеме накопления энергии с энергией в аккумуляторной батарее Е может быть выполнено различными способами, например, совмещение может быть выполнено путем инвертирования полярности напряжения у элемента С1 накопления заряда. В варианте реализации, показанном на фиг.4, блок совмещения энергии содержит блок 102 инверсии полярности, который соединен со схемой накопления энергии и выполнен с возможностью инвертирования полярности напряжения у элемента С1 накопления заряда после выполнения передачи энергии блоком передачи энергии.
В приведенных ниже вариантах реализации будет описан процесс работы блока 103 электроподзарядки и блока 102 инверсии полярности.
В варианте реализации блока 103 электроподзарядки, показанном на фиг.5, блок 103 электроподзарядки содержит второй DC-DC модуль 3, который соединен соответственно с элементом С1 накопления заряда и аккумуляторной батареей Е;
модуль 100 управления переключением также соединен со вторым DC-DC модулем 3 и выполнен с возможностью управления работой второго DC-DC модуля 3 для передачи энергии в элементе С1 накопления заряда к аккумуляторной батарее Е.
Второй DC-DC модуль 3 представляет собой схему преобразования DC-DC (постоянного тока в постоянный ток) для передачи энергии, широко используемой в данной области техники. Настоящее изобретение не ограничено конкретной схемной структурой второго DC-DC модуля 3 при условии, что модуль может передавать энергию в элементе С1 накопления заряда. При необходимости специалисты в данной области техники могут добавить, заменить или исключить элементы в схеме.
На фиг.5 показан вариант реализации второго DC-DC модуля 3, обеспеченного в настоящем изобретении. Согласно фиг.5 второй DC-DC модуль 3 содержит: двунаправленный переключатель S1, двунаправленный переключатель S2, двунаправленный переключатель S3, двунаправленный переключатель S4, третий трансформатор Т3, элемент L4 накопления тока и четыре однонаправленных полупроводниковых элемента. В данном варианте реализации двунаправленный переключатель S1, двунаправленный переключатель S2, двунаправленный переключатель S3 и двунаправленный переключатель S4 представляют собой полевые транзисторы со структурой металл-оксид-полупроводник.
При этом контакт 1 и контакт 3 третьего трансформатора Т3 представляют собой точечные выводы;
отрицательные электроды двух однонаправленных полупроводниковых элементов среди четырех однонаправленных полупроводниковых элементов соединены в группу, и их точка соединения соединена с положительным полюсом аккумуляторной батареи Е через элемент L4 накопления тока;
положительные электроды других двух однонаправленных полупроводниковых элементов соединены в группу, и их точка соединения соединена с отрицательным полюсом аккумуляторной батареи Е;
кроме того, точки соединения между группами соединены соответственно с контактом 3 и контактом 4 третьего трансформатора Т3 и, таким образом, формируют мостовую цепь выпрямителя.
При этом электрод истока двунаправленного переключателя S1 соединен с электродом стока двунаправленного переключателя S3, электрод истока двунаправленного переключателя S2 соединен с электродом стока двунаправленного переключателя S4, электроды стока двунаправленного переключателя S1 и двунаправленного переключателя S2 соединены соответственно с положительным концом элемента С1 накопления заряда, электроды истока двунаправленного переключателя S3 и двунаправленного переключателя S4 соединены соответственно с отрицательным концом элемента С1 накопления заряда;
таким образом, формируется полная мостовая схема.
В полной мостовой схеме двунаправленный переключатель S1 и двунаправленный переключатель S2 образуют верхнее плечо мостовой схемы, а двунаправленный переключатель S3 и двунаправленный переключатель S4 образуют нижнее плечо мостовой схемы;
контакт 1 третьего трансформатора Т3 соединен с узловым соединением между двунаправленным переключателем S1 и двунаправленным переключателем S3, а контакт 2 третьего трансформатора Т3 соединен с узловым соединением между двунаправленным переключателем S2 и двунаправленным переключателем S4.
Причем управление соответственно включением и выключением двунаправленного переключателя S1, двунаправленного переключателя S2, двунаправленного переключателя S3 и двунаправленного переключателя S4 осуществляет модуль 100 управления переключением.
Далее описан процесс работы второго DC-DC модуля 3:
1. После выключения блока 1 переключения, модуль 100 управления переключением управляет одновременным включением двунаправленного переключателя S1 и двунаправленного переключателя S4 для формирования фазы A;
и управляет одновременным включением двунаправленного переключателя S2 и двунаправленного переключателя S3 для формирования фазы B. Таким образом, посредством управления включением фазы A и фазы B формируется полная мостовая схема;
2. При работе полной мостовой схемы происходит передача энергии в элементе С1 накопления заряда аккумуляторной батарее Е через третий трансформатор Т3 и выпрямительную схему;
и выпрямительная схема преобразовывает входной переменный ток в постоянный ток и выдает постоянный ток аккумуляторной батарее E для достижения цели электроподзарядки.
В качестве варианта реализации блока 102 инверсии полярности, показанного на фиг.6, 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 заранее установлено 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 КI 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 элемента С1 накопления заряда.
В качестве другого варианта реализации блока 102 инверсии полярности, показанного на фиг.7, 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 контур колебания 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 схеме колебания положительной половины цикла.
В качестве другого варианта реализации блока 102 инверсии полярности, показанного на фиг.8, 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 1 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.9 показан вариант реализации первого DC-DC модуля 2, обеспеченного в настоящем изобретении. Согласно фиг.9 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 Т 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 «a» элемента С1 накопления заряда и 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 электродом стока двунаправленного переключателя Q4;
электроды истока двунаправленного переключателя Q3 и двунаправленного переключателя Q4 соединены соответственно с концом «b» элемента С1 накопления заряда.
Таким образом формируется полная мостовая схема, причем полярность напряжения конца «a» 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 трансформатора Т1 соединен со вторым узловым соединением N2, контакт 3 и контакт 5 первого трансформатора Т1 соединены соответственно с положительным электродом однонаправленного полупроводникового элемента D4 и положительным электродом 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 «a» элемента С2 накопления заряда;
контакт 4 трансформатора Т1 соединен с концом «c» 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 «c» элемента С2 накопления заряда отрицательна, тогда как полярность напряжения конца «d» элемента С2 накопления заряда положительна.
При этом конец «c» 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 «a» элемента С1 накопления заряда, контакт 4 трансформатора Т2 соединен с концом «a» 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, соответсвенным включением 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 A;
управляет одновременным включением двунаправленного переключателя Q2 и двунаправленного переключателя Q3 для формирования фазы B. Таким образом, посредством управления поочередным включением фазы A и фазы B формируется 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 «c» 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, запасенная 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 «a» имеет отрицательную полярность, а конец «b» положительную полярность. Таким образом, достигается цель инвертирования полярности напряжения у элемента С1 накопления заряда.
Для предотвращения зарядки аккумуляторной батареи Е от элемента С1 накопления зарядки при низкой температуре и для обеспечения характеристик зарядки/разрядки аккумуляторной батареи Е в предпочтительном варианте реализации цепи нагрева, обеспеченной 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.10, 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 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 степени 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.11, 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 С3 накопления заряда, причем однонаправленный полупроводниковый элемент D9 и переключатель К2 соединены последовательно в схеме накопления энергии, демпфирующий элемент R4 и элемент накопления заряда С3 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 С3 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 обеспечивает возможность свободного протекания тока с помощью элемента С3 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, запасенная в элементе С3 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, обеспеченной в настоящем изобретении, модуль 100 управления переключением выполнен с возможностью управления включением/выключением блока 1 переключения так, чтобы энергия протекала в одну сторону и другую сторону между аккумуляторной батареей Е и схемой накопления энергии при работающем блоке 1 переключения в положении «включено».
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.12 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;
тем не менее, 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.13, 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 переключателей 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.14, 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.14, при необходимости нагрева, можно управлять включением переключателя К6;
когда нагрев не требуется, можно управлять выключением переключателя К6.
Хотя реализация блока 1 переключения, показанного на фиг.14, 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.15, 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.15, 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 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, вызванного в результате сверхтока 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.13, для получения другой реализации блока 1 переключения, показанной на фиг.16.
На фиг.17 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.15.
В варианте реализации, в котором энергия двусторонне протекает между аккумуляторной батареей Е и схемой накопления энергии, выключением блока 1 переключения можно управлять в любом моменте 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.12 или фиг.14,;
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.13 или фиг.15.
Предпочтительно модуль 100 управления переключением выполнен с возможностью управления выключением блока 1 переключения, когда 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 воздействие на всю схему.
В варианте реализации настоящего изобретения эффективность работы цепи нагрева может быть увеличена посредством передачи и совмещения энергии в элементе С1 накопления заряда или путем передачи и совмещения остающейся энергии в элементе С1 накопления заряда после потребления некоторого количества энергии в элементе С1 накопления заряда.
Таким образом, согласно фиг.18 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.
Блок энергопотребления может быть объединен с вариантами реализации, представленными в приведенном выше описании, включая варианты реализации, в которых энергия протекает только от аккумуляторной батареи к схеме накопления энергии, и варианты реализации, в которых энергия протекает двусторонне между аккумуляторной батареей и схемой накопления энергии.
В варианте реализации по фиг.19 блок энергопотребления содержит блок 101 управления напряжением, который соединен с элементом С1 накопления заряда и выполнен с возможностью преобразования значения напряжения на элементе С1 накопления заряда в предопределенное значение напряжения после включения и последующего выключения блока 1 переключения и до выполнения передачи энергии блоком передачи и совмещения энергии, или выполнен с возможностью преобразования значения напряжения на элементе С1 накопления заряда в предопределенное значение напряжения после выполнения передачи энергии блоком передачи и совмещения энергии и до выполнения совмещения энергии блоком передачи и совмещения энергии.
Последовательность потребления, передачи и совмещения энергии в элементе С1 накопления заряда может быть установлена при необходимости и не ограничена в настоящем изобретении.
При необходимости может быть задано предопределенное значение напряжения.
В варианте реализации настоящего изобретения, показанном на фиг.19, 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 переключений;
либо модуль управления 100 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.20-23 будет кратко описан принцип работы вариантов реализации цепи нагрева для аккумуляторной батареи. Следует отметить, что, хотя особенности и элементы настоящего изобретения определенно описаны в отношении фиг.20-23, 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.20-23. Кроме того, сеточная часть структуры волны указывает, что возбуждающие импульсы могут быть приложены к переключателю неоднократно в пределах периода, а ширина импульса может быть отрегулирована при необходимости.
В цепи нагрева для аккумуляторной батареи Е, показанной на фиг.20, переключатель K и однонаправленный полупроводниковый элемент D1 составляют блок 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, DC-DC модуль 4 образует блок передачи и совмещения энергии, который передает энергию, содержащуюся в элементе С1 накопления заряда, назад к аккумуляторной батарее Е и затем инвертирует полярность напряжения элемента С1 накопления заряда для совмещения энергии с энергией в аккумуляторной батарее Е в следующем цикле зарядки/разрядки;
модуль 100 управления переключением может управлять включением/выключением переключателя К1 и работой DC-DC модуля 4. На фиг.21 представлена диаграмма импульсной последовательности формы волны, соответствующей цепи нагрева, показанной на фиг.20, причем VC1 указывает значение напряжения на элементе С1 накопления заряда, Imain указывает значение тока, проходящего через переключатель К1.
Рабочий процесс цепи нагрева, показанной на фиг.20, 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.21;
при нулевом значении тока, проходящего через переключатель К1, модуль 100 управления переключением управляет выключением переключателя К1, согласно временному интервалу t2, показанному на фиг.21;
b) После выключения переключателя К1 модуль 100 управления переключением управляет запуском работы DC-DC модуля 4, элемент С1 накопления заряда преобразовывает некоторый переменный ток в постоянный ток и выдает постоянный ток аккумуляторной батарее Е через DC-DC модуль 4 и, таким образом, достигается электроподзарядка согласно временному интервалу t2, показанному на фиг.21;
c) Модуль 100 управления переключением управляет началом работы DC-DC модуля 4 для инвертирования полярности напряжения у элемента С1 накопления заряда;
затем он управляет остановкой работы DC-DC модуля 4 согласно временному интервалу t3, показанному на фиг.21;
d) Повторение этапов a)-c) приводит к непрерывному подогреву аккумуляторной батареи Е при одновременном ее разряде до тех пор, пока аккумуляторная батарея Е не будет соответствовать условию остановки нагрева.
В цепи нагрева для аккумуляторной батареи Е, показанной на фиг.22, переключатель К6 и однонаправленный полупроводниковый элемент D11 соединены друг с другом последовательно (первое однонаправленное ответвление), и переключатель К7 и однонаправленный полупроводниковый элемент D12 соединены друг с другом последовательно (второе однонаправленное ответвление) для образования 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, DC-DC модуль 4 образует блок передачи и совмещения энергии, который передает энергию в элементе С1 накопления заряда назад к аккумуляторной батарее Е и затем инвертирует полярность напряжения у элемента С1 накопления заряда для совмещения энергии с энергией в аккумуляторной батарее Е в следующем цикле зарядки/разрядки, модуль 100 управления переключением может управлять включением/выключением переключателя К6 и переключателя К7 и работой DC-DC модуля 4.
На фиг.23 изображена диаграмма импульсной последовательности формы волны, соответствующей цепи нагрева, показанной на фиг.22, причем VC1 указывает значение напряжения на элементе С1 накопления заряда, Imain указывает значение тока, проходящего через переключатель К1.
Процесс работы цепи нагрева, показанной на фиг.22, заключается в следующем:
a) Модуль 100 управления переключением управляет включением переключателя К6 и переключателя К7 и, таким образом, схема накопления энергии начинает работать, согласно временному интервалу t1, показанному на фиг.23;
аккумуляторная батарея Е разряжается в прямом направлении через переключатель К6, однонаправленный полупроводниковый элемент D11 и элемент С1 накопления заряда (согласно временному интервалу t1, показанному на фиг.23) и заряжается в обратном направлении через элемент С1 накопления заряда, переключатель К7 и однонаправленный полупроводник D12 (согласно временному интервалу t2, показанному на фиг.23);
b) Модуль 100 управления переключением управляет выключением переключателя К6 и переключателя К7 при достижении током в обратном направлении нулевого значения;
c) Модуль 100 управления переключением управляет началом работы DC-DC модуля 4, элемент С1 накопления заряда преобразовывает переменный ток в постоянный ток и выдает постоянный ток аккумуляторной батарее Е через DC-DC модуль 4 для выполнения электроподзарядки;
затем DC-DC модуль 4 инвертирует полярность напряжения у элемента С1 накопления заряда;
после инверсии полярности С1 модуль 100 управления переключением управляет прекращением работы DC-DC модуля 4, как это обозначено временными интервалами t3 и t4, показанными на фиг.23;
d) Повторение этапов a)-c), непрерывный подогрев аккумуляторной батареи Е при одновременном ее разряжении, пока аккумуляторная батарея Е не будет соответствовать условию остановки нагрева.
Цепь нагрева, обеспеченная в настоящем изобретении, может улучшить характеристики 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 проблем безопасности, вызванных неисправностями и коротким замыканием блока переключения, благодаря наличию элемента накопления заряда, соединенного последовательно, и, таким образом, аккумуляторная батарея может быть эффективно защищена.
Кроме того, в цепи нагрева, обеспеченной в настоящем изобретении, поскольку блок передачи и совмещения энергии может передавать энергию, содержащуюся в схеме накопления энергии, к элементу накопления энергии после выключения блока переключения, а затем совмещать остающуюся энергию в схеме накопления энергии с энергией в аккумуляторной батарее, то эффективность работы цепи нагрева может быть повышена и может быть достигнуто повторное использование энергии.
Не смотря 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 для технической схемы 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.