CN102637843B - 低温磷酸铁锂动力电池组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低温磷酸铁锂动力电池组，包括多个单体电池组成的电池组，特征是：在所述电池组外表面包覆发热膜，在发热膜上设置正极电源插头和负极电源插头；单体电池的正极极柱与相邻一侧单体电池的负极极柱连接，单体电池的负极极柱与相邻另一侧单体电池的正极极柱连接，电池组最外一侧的单体电池的正极上设置正极螺栓，电池组最外另一侧单体电池的负极上设置负极螺栓，正极螺栓上固定正极插孔座，负极螺栓上固定负极插孔座；负极插孔座上设置负极插孔，负极插孔与负极电源插头相接插；正极插孔座上设置正极插孔，正极插孔与正极电源插头相接插。本发明规避了电池低温性能严重不良的缺陷，使电池在低温条件下仍保持良好的充放电性能。

Description

低温磷酸铁锂动力电池组

技术领域

本发明涉及一种用于低温环境下的化学电源，尤其是一种低温磷酸铁锂动力电池组。

背景技术

自锂离子电池问世以来，围绕它的研究、开发工作一直不断地进行着，2002年后又推出了磷酸铁锂动力电池。这是用磷酸铁锂材料作电池正极的锂离子电池，它是锂离子电池家族的新成员。它的一个显著特点是解决了锂离子电池的安全性问题，高温性能好，对环境也无污染，而且也较便宜，是目前最好的大电流输出动力电池。

但它也有一个极其明显的缺点，低温性能差。由于磷酸铁锂电池具有高功率和能量密度，以及无安全性问题，它在高温和常温下的应用范围在迅速扩展，然而在使用温度低于-20度时磷酸铁锂电池并不能维持常温条件下的性能，但有些用途需要在-20度以下的低温条件下使用的，一般在-20℃以下的低温时电池性能均有明显恶化，现在商业化的电池是难以满足低温条件下使用要求的。这就限制了磷酸铁锂电池在很多特殊领域如军工和航天、航空领域的发展。

多少年来，多方面都投入了大量人力物力，对改善低温性能做了大量研究，目前还没取得大的进展。在-40℃电池放出的功率密度和能量密度分别是常温条件下的1.25%和5%，几年后同样研究发现在-40℃电池只能放出额定容量的30%，目前，一般的磷酸铁锂电池低温水平约为-20℃下放出额定容量的50~70%，远不能满足实际需求。然而在0℃以上，电池至少能放出额定容量的80%，在0℃以下电池输出性能的下降主要是有效容量的下降和放电平台的降低。

改善电池低温性能主要集中在开发高锂离子扩散系数的负极材料、开发低温电解液、在制作电池时添加其它正极材料和制备细粒度的正极材料等四个方面，目前这些对电池低温性能的改善还是有限的。经过近20年的研究，投入的人力物力都很大，且到目前为止在改善电池的低温性能的经验和成就上还没有明显的效果。

低温电热膜是一种通电后能发热的半透明聚酯薄膜，由可导电的特制油墨、金属载流条经加工、热压在绝缘聚酯薄膜间制成。电热膜系统由电源、温控器、连接件、绝缘层、电热膜构成。电源经导线连通电热膜，将电能转化为热能，具有任意幅宽和形状、任意使用电压、任意单位面积功率等三个任意的技术优势和耐高温、耐磨擦、导热及耐腐蚀等性能，发热均匀，任意开关调节，厚度只相当于电池热缩膜的厚度；其柔韧性好，具有防水、防腐、抗拉、绝缘性好等特点，安全牢固又节能；耐高压，性能稳定。经测试，电热膜在40℃状态下，连续运行26000小时，产品性能和尺寸不变，其耗能低、转换效率高，损失小于2%，热转换效率高达98.68%。

电热膜可承受50Hz、1500V、历时1min的耐压试验；耐潮湿电热膜在温度50℃±5%，相对湿度80%~90%的容器中，放置500小时，取出测试电阻变化绝缘层没有损坏；安全性好，通电后的电热膜表面温度最高不超过50℃，不自燃，不自爆、不漏电；收缩小，电热膜在2000个小时的老化测试中，收缩率小于2%；承受度广，电热膜可以在100℃~-40℃的环境下安全运行。电热膜在-40℃的环境中进行反复弯折以及拉伸试验，没有断裂现象，仍保持其柔软、耐用的特性；抗老化，如无人为损坏，使用寿命长于30年。

电热膜发展潜力巨大，符合低碳经济发展趋势。现在电热膜越来越多的被用于工业、农业和畜牧业，融雪化冰、防冻，建筑供暖以及其他领域。以电热膜为电加热元件，利用电热膜的电-热转换特性以及不同类型电热膜的个性特点，可以应用在有电力作为能源又有热需求的不同领域。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种低温磷酸铁锂动力电池组，有效地解决了磷酸铁锂动力电池低温性能差的问题。

按照本发明提供的技术方案，所述低温磷酸铁锂动力电池组，包括多个并排设置的单体电池组成的电池组，特征是：在所述电池组外表面包覆一层通电后可以发热并保温的发热膜，在发热膜上分别设置正极电源插头和负极电源插头；所述各单体电池的正极极柱与相邻一侧的单体电池的负极极柱通过连接条连接，单体电池的负极极柱与相邻另一侧的单体电池的正极极柱通过连接条连接，在所述电池组最外一侧的单体电池的正极上设置正极螺栓，在电池组最外另一侧的单体电池的负极上设置负极螺栓，在所述正极螺栓上固定正极插孔座，在负极螺栓上固定负极插孔座；所述负极插孔座的一端设置与负极螺栓相配合的第一固定螺栓孔，负极插孔座的另一端设置负极插孔，该负极插孔与负极电源插头相接插，使发热膜的负极与电池组的负极连接；所述正极插孔座的一端设置与正极螺栓相配合的第二固定螺栓孔，正极插孔座的另一端设置正极插孔，该正极插孔与正极电源插头相接插，使发热膜的正极与电池组的正极连接。

所述发热膜的边缘通过胶扣连接。

所述正极电源插头和负极电源插头分别安装在正极电源插头座和负极电源插头座上。

在所述发热膜的正极引出线上安装有过流保护器。在所述发热膜的负极引出线上安装温控开关。

所述发热膜包括位于中间的发热层，在发热层的外层上设置保温绝缘层，在发热层的内层上设置绝缘层。

本发明利用电热膜发热、保温、低能耗、安全、超薄和耗能低等特点，用电热膜包裹在电池组外部，发热并保温，以保持电池组在≥25±10℃的环境下工作，规避了电池低温性能严重不良的缺陷，其耗能不到电池组的2%，使电池在低温条件下仍保持其在常温下的充放电性能。

附图说明

图1为本发明的电热膜的展开图。

图2为本发明的结构示意图。

图3为本发明的发热膜的负极电源插头及负极电源插孔的结构示意图。

图4为本发明的发热膜的剖面图。

图5为本发明的发热膜的正极电源插头及正极电源插孔的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图对本发明作进一步说明。

如图1~图5所示：低温磷酸铁锂动力电池组包括发热膜1、单体电池2、正极电源插头3、过流保护器4、温控开关5、第一固定螺栓孔6、正极螺栓7、负极插孔8、负极螺栓9、负极插孔座10、连接条11、正极极柱12a、负极极柱12b、发热层13、保温绝缘层14、绝缘层15、负极电源插头16、负极电源插头座17、正极插孔18、胶扣19、正极插孔座20、正极电源插头座21、第二固定螺栓孔22等。

如图2所示，本发明包括多个并排设置的单体电池2组成的电池组，在所述电池组外表面包覆一层通电后可以发热并保温的发热膜1，发热膜1的边缘通过胶扣19扣上在电池组外表形成一层电热套；如图1所示，在所述发热膜1上分别设置正极电源插头3和负极电源插头16，该正极电源插头3和负极电源插头16分别安装在正极电源插头座21和负极电源插头座17上；在所述发热膜1的正极引出线上安装有过流保护器4，在所述发热膜1的负极引出线上安装温控开关5，当电流过大时过流保护器4可以实现自动保护，当温度低于15℃时，发热膜1开启发热，高于35℃时，发热膜1自动关闭进行保温；

所述各单体电池2的正极极柱12a与相邻一侧的单体电池2的负极极柱12b通过连接条11连接，单体电池2的负极极柱12b与相邻另一侧的单体电池2的正极极柱12a通过连接条11连接，在该电池组最外一侧的单体电池2的正极上设置正极螺栓7，在该电池组最外另一侧的单体电池2的负极上设置负极螺栓9，在所述正极螺栓7上固定正极插孔座20，在负极螺栓9上固定负极插孔座10；如图3所示，所述负极插孔座10的一端设置有第一固定螺栓孔6，第一固定螺栓孔6与负极螺栓9相配合用以将负极插孔座10固定在负极螺栓9上，在负极插孔座10的另一端设置有负极插孔8，该负极插孔8与负极电源插头16相接插，使发热膜1的负极与电池组的负极连接；如图5所示，所述正极插孔座20的结构与负极插孔座10的结构相同，在正极插孔座20的一端设置有第二固定螺栓孔22，第二固定螺栓孔22与正极螺栓7相配合用以将正极插孔座20固定在正极螺栓7上，在正极插孔座20的另一端设置有正极插孔18，该正极插孔18与正极电源插头3相接插，使发热膜1的正极与电池组的正极连接；本发明所述的电池组既是工作电源又是发热膜的电源；

如图4所示，所述发热膜1包括位于中间的发热层13，在发热层13的外层上设置保温绝缘层14，在发热层13的内层上设置绝缘层15；所述发热层13涂有发热材料，通电后可以发热。

本发明在电池组组合好以后在电池组的外部套上发热膜，以代替原有的绝缘层，并在发热膜的两引出电池线中分别接上过流保护器和温度开头或热敏电阻，然后分别与电池组的正、负极极柱相连接，能起保温作用、通电后并能发热，以给电池组形成类似常温的工作环境。本发明采用的是40℃的低温电热膜，它耗能极小，且在电池工作发热温度达到15℃时温控开关会自动断开，电热膜停止工作，只起保温作用。本发明的电热膜可以任意使用电压，可以适用于不同用途的电池组。本发明的电热膜可以制成任意幅宽与形状和任意单位面积功率的，可以适用于不同形状和大小的电池组。本发明设有过流保护装置，使其更安全。电池的两极有固定套环和接入插孔，两引出线上有接线插头，按装方便，不需要使用时拔下两引出线插头，脱开胶扣即可取下整个电热膜。本发明所使用的发热膜可以采用碳基印刷型电热膜、金属基电热膜、碳纤维电热摸和高分子电热膜等。

本发明不仅限于磷酸铁锂电池组，还可以包括其它二次锂离子系列电池。

本发明所述的低温磷酸铁锂动力电池组的加工工艺：电热膜剪裁→焊接引出线→连接温控开关→焊接过流保护器→焊接正负极电源插头→制作接线固定套环及插孔→制作胶扣→套封→接线→扣连接扣→包装→成品。

Claims (6)

1.一种低温磷酸铁锂动力电池组，包括多个并排设置的单体电池（2）组成的电池组，其特征是：在所述电池组外表面包覆一层通电后可以发热并保温的发热膜（1），在发热膜（1）上分别设置正极电源插头（3）和负极电源插头（16）；所述各单体电池（2）的正极极柱（12a）与相邻一侧的单体电池（2）的负极极柱（12b）通过连接条（11）连接，单体电池（2）的负极极柱（12b）与相邻另一侧的单体电池（2）的正极极柱（12a）通过连接条（11）连接，在所述电池组最外一侧的单体电池（2）的正极上设置正极螺栓（7），在电池组最外另一侧的单体电池（2）的负极上设置负极螺栓（9），在所述正极螺栓（7）上固定正极插孔座（20），在负极螺栓（9）上固定负极插孔座（10）；所述负极插孔座（10）的一端设置与负极螺栓（9）相配合的第一固定螺栓孔（6），负极插孔座（10）的另一端设置负极插孔（8），该负极插孔（8）与负极电源插头（16）相接插，使发热膜（1）的负极与电池组的负极连接；所述正极插孔座（20）的一端设置与正极螺栓（7）相配合的第二固定螺栓孔（22），正极插孔座（20）的另一端设置正极插孔（18），该正极插孔（18）与正极电源插头（3）相接插，使发热膜（1）的正极与电池组的正极连接。

2.如权利要求1所述的低温磷酸铁锂动力电池组，其特征是：所述发热膜（1）的边缘通过胶扣（19）连接。

3.如权利要求1所述的低温磷酸铁锂动力电池组，其特征是：所述正极电源插头（3）和负极电源插头（16）分别安装在正极电源插头座（21）和负极电源插头座（17）上。

4.如权利要求1所述的低温磷酸铁锂动力电池组，其特征是：在所述发热膜（1）的正极引出线上安装有过流保护器（4）。

5.如权利要求1所述的低温磷酸铁锂动力电池组，其特征是：在所述发热膜（1）的负极引出线上安装温控开关（5）。

6.如权利要求1所述的低温磷酸铁锂动力电池组，其特征是：所述发热膜（1）包括位于中间的发热层（13），在发热层（13）的外层上设置保温绝缘层（14），在发热层（13）的内层上设置绝缘层（15）。

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