CN105742723A - 低温自加热高温散热防过充过放卷绕式锂电池及控制方法 - Google Patents

低温自加热高温散热防过充过放卷绕式锂电池及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及锂电池技术领域，尤其是一种低温自加热高温散热防过充过放卷绕式锂电池，包括正极、负极和注液孔，还包括散热窗、状态显示仪、电池壳体、相变层、控制块、集线器、加热筒、卷绕组和风扇，散热窗和状态显示仪均设在电池壳体侧壁上，散热窗上设有温度感应器，状态显示仪上设有红色警报灯和绿色警报灯，集线器下端设有SOC感应器，加热筒内部设有卷绕组，加热筒两端均设有风扇，风扇两端设有集线器，风扇与电池壳体之间设有相变层。该锂电池可以适应各种温度条件，低温时可以自加热，高温时可以进行自散热，同时可以防止电池过充过放，保护电池使用性能，提高使用寿命，是一种功能强大的锂离子电池。

Description

低温自加热高温散热防过充过放卷绕式锂电池及控制方法
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，尤其是一种低温自加热高温散热防过充过放卷绕式锂电池及控制方法。
背景技术
随着科技的发展，电动汽车越来越普及，国家对此也有各种优惠政策。电池作为电动汽车的核心关键部件，其品质对电动汽车的行驶性能具有决定性的影响。传统的锂电池温度适应性比较差，而且没有过充过防保护装置，结构和功能都比较单一。
发明内容
为了克服现有的不足，本发明提供了一种低温自加热高温散热防过充过放卷绕式锂电池及控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种低温自加热高温散热防过充过放卷绕式锂电池，包括正极、负极和注液孔，还包括散热窗、状态显示仪、电池壳体、相变层、控制块、集线器、加热筒、卷绕组和风扇，散热窗和状态显示仪均设在电池壳体侧壁上，且状态显示仪设在散热窗正下方，散热窗上设有温度感应器，状态显示仪上设有红色警报灯和绿色警报灯，集线器下端设有SOC感应器，状态显示仪与控制块相连，加热筒设在电池壳体内部，加热筒内部设有卷绕组，加热筒两端均设有风扇，风扇两端设有集线器，风扇与电池壳体之间设有相变层，集线器通过导线将加热筒、卷绕组、风扇和控制块连接在一起，状态显示仪实时显示电池荷电状态SOC。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，SOC感应器感应电池的荷电状态SOC，并将感应结果传给控制块，SOC感应器的感应范围为30%-99%以及10%和100%，控制块控制电路连接状态。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，温度感应器负责采集加热筒和相变层的温度，并将采集的加热筒和相变层的温度通过平均值算法将加热筒和相变层的温度平均值传递给控制块，温度感应器的温度感应范围为-35℃～65℃。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，相变层为80%石蜡和20%膨胀石墨融合物，导热系数为1.03W.m-1.K-1，是普通石蜡导热系数的5倍，相变层厚度与相变层和电池壳体内壁之间的距离比值大于15%。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，加热筒为高电阻率高导热率的铝镍铁合金，电阻率为1.0×10-6Ω·m，导热系数为12.171W/[m.K]，低温时作为电池内部电阻进行自加热。
一种低温自加热高温散热防过充过放卷绕式锂电池的控制方法，包括控制电路，控制电路包括开关S0、开关S1、开关S2、开关S3、开关S5、开关S4以及电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4，开关S0与电阻R1串连，开关S1与电阻R2串连，开关S2与电阻R3串连，开关S3与电阻R4串连，电阻R2、电阻R3、电阻R4之间并联，电阻R1分别与电阻R2、电阻R3、电阻R4串联，开关S5与开关S0和电阻R1串联，开关S4分别与电阻R2、电阻R3、电阻R4串联，控制块控制线路连接，具体控制电池壳体内温度的方法为：
1）当加热筒和相变层的温度平均值低于-35℃时，散热窗上的温度感应器感应到，开关S4和开关S1闭合，电阻R2连接加热筒并接入电路，电阻R4连接散热窗，此时散热窗关闭，电池壳体内部线路连通并进行自加热；
2）当加热筒和相变层的温度平均值高于65℃时，散热窗上的温度感应器感应到，开关S2、开关S3和开关S4闭合，电阻R3连接风扇，电阻R4连接散热窗，风扇转动，散热窗打开，电池壳体内部线路连通，对电池壳体内部进行散热；
3）当电池壳体内温度处于-35℃～65℃之间时，开关S5和开关S0闭合，负载电阻R1正常工作；
具体防止该锂电池过充过放的方法为：
1）当该锂电池进行放电时，开关S5和开关S0闭合，负载电阻R1正常工作，当状态显示仪显示的电池荷电状态SOC为30%时，SOC感应器感应到，并将信号传递给控制块，控制块控制状态显示仪上的红色警报灯，此时红色警报灯亮起，当状态显示仪显示的电池荷电状态SOC为10%时，SOC感应器感应到，并将信号传递给控制块，控制块控制电路连接状态，此时开关S0打开，强制断电；
2）当该锂电池进行充电时，开关S5和开关S0闭合，负载电阻R1正常工作，当状态显示仪显示的电池荷电状态SOC为99%时，SOC感应器感应到，并将信号传递给控制块，控制块控制状态显示仪上的绿色警报灯，此时绿色警报灯亮起，当状态显示仪显示的电池荷电状态SOC为100%时，SOC感应器感应到，并将信号传递给控制块，控制块控制电路连接状态，此时开关S0打开，强制断电。
本发明的有益效果是，该锂电池可以适应各种温度条件，低温时可以自加热，高温时可以进行自散热，同时可以防止电池过充过放，保护电池使用性能，提高使用寿命，是一种功能强大的锂离子电池。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中A-A的剖视图；
图3是本发明控制块的控制电路；
图4是电池壳体与相变层结构示意图。
图中1、正极，2、散热窗，3、状态显示仪，4、电池壳体，5、相变层，6、控制块，7、集线器，8、加热筒，9、卷绕组，10、风扇，11、负极，12、注液孔，13、SOC感应器，14、温度感应器，15、红色报警灯，16、绿色报警灯。
具体实施方式
如图1是本发明的结构示意图，图2是本发明中A-A的剖视图，图3是本发明控制块的控制电路，图4是电池壳体与相变层结构示意图，一种低温自加热高温散热防过充过放卷绕式锂电池，包括正极1、负极11和注液孔12，还包括散热窗2、状态显示仪3、电池壳体4、相变层5、控制块6、集线器7、加热筒8、卷绕组9和风扇10，散热窗2和状态显示仪3均设在电池壳体4侧壁上，且状态显示仪3设在散热窗2正下方，散热窗2上设有温度感应器14，状态显示仪3上设有红色警报灯15和绿色警报灯16，集线器7下端设有SOC感应器13，状态显示仪3与控制块6相连，加热筒8设在电池壳体4内部，加热筒8内部设有卷绕组9，加热筒8两端均设有风扇10，风扇10两端设有集线器7，风扇10与电池壳体4之间设有相变层5，集线器7通过导线将加热筒8、卷绕组9、风扇10和控制块6连接在一起，状态显示仪3实时显示电池荷电状态SOC。
SOC感应器13感应电池的荷电状态SOC，并将感应结果传给控制块6，SOC感应器13的感应范围为30%-99%以及10%和100%，控制块6控制电路连接状态。
温度感应器13负责采集加热筒8和相变层5的温度，并将采集的加热筒8和相变层5的温度通过平均值算法将加热筒8和相变层5的温度平均值传递给控制块6，温度感应器13的温度感应范围为-35℃～65℃。
相变层5为80%石蜡和20%膨胀石墨融合物，导热系数为1.03W.m-1.K-1，是普通石蜡导热系数的5倍，相变层5与电池壳体4内壁之间要有一定距离防止相变层5受热膨胀而将电池壳体4涨破，因此，定义相变层厚度d与相变层距离电池壳体4内壁之间的距离a，如图4所示，图4中a表示相变层和电池壳体内壁之间的距离，d表示相变层的厚度，经测定，相变层5厚度与相变层5和电池壳体4内壁之间的距离比值不小于15%，具体测定实验结果如下表所示：
表1d与a的比值与电池壳体膨胀关系
a/mm d/mm a/d 膨胀程度
0.6 5.6 0.11 明显
0.6 5.0 0.12 轻微
0.6 4.3 0.14 微弱
0.6 4.0 0.15 无
0.6 3.7 0.16 无
0.6 3.2 0.18 无
从表1中可以看出，当相变层5厚度与相变层5和电池壳体4内壁之间的距离比值小于15%时，电池壳体4发生膨胀；当相变层5厚度与相变层5和电池壳体4内壁之间的距离比值不小于15%时，电池壳体4无膨胀发生，因此，为了防止相变层5受热膨胀而将电池壳体4涨破，相变层5厚度与相变层5和电池壳体4内壁之间的距离比值应不小于15%。
加热筒8为高电阻率高导热率的铝镍铁合金，电阻率为1.0×10-6Ω·m，导热系数为12.171W/[m.K]，低温时作为电池内部电阻进行自加热。
一种低温自加热高温散热防过充过放卷绕式锂电池的控制方法，包括控制电路，控制电路包括开关S0、开关S1、开关S2、开关S3、开关S5、开关S4以及电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4，开关S0与电阻R1串连，开关S1与电阻R2串连，开关S2与电阻R3串连，开关S3与电阻R4串连，电阻R2、电阻R3、电阻R4之间并联，电阻R1分别与电阻R2、电阻R3、电阻R4串联，开关S5与开关S0和电阻R1串联，开关S4分别与电阻R2、电阻R3、电阻R4串联，控制块6控制线路连接，具体控制电池壳体4内温度的方法为：
1）当加热筒8和相变层5的温度平均值低于-35℃时，散热窗2上的温度感应器13感应到，开关S4和开关S1闭合，电阻R2连接加热筒8并接入电路，电阻R4连接散热窗2，此时散热窗2关闭，电池壳体4内部线路连通并进行自加热；
2）当加热筒8和相变层5的温度平均值高于65℃时，散热窗2上的温度感应器13感应到，开关S2、开关S3和开关S4闭合，电阻R3连接风扇10，电阻R4连接散热窗2，风扇10转动，散热窗2打开，电池壳体4内部线路连通，对电池壳体4内部进行散热；
3）当电池壳体4内温度处于-35℃～65℃之间时，开关S5和开关S0闭合，负载电阻R1正常工作；
具体防止该锂电池过充过放的方法为：
1）当该锂电池进行放电时，开关S5和开关S0闭合，负载电阻R1正常工作，当状态显示仪3显示的电池荷电状态SOC为30%时，SOC感应器13感应到，并将信号传递给控制块6，控制块6控制状态显示仪3上的红色警报灯15，此时红色警报灯15亮起，当状态显示仪3显示的电池荷电状态SOC为10%时，SOC感应器13感应到，并将信号传递给控制块6，控制块6控制电路连接状态，此时开关S0打开，强制断电；
2）当该锂电池进行充电时，开关S5和开关S0闭合，负载电阻R1正常工作，当状态显示仪3显示的电池荷电状态SOC为99%时，SOC感应器13感应到，并将信号传递给控制块6，控制块6控制状态显示仪3上的绿色警报灯16，此时绿色警报灯16亮起，当状态显示仪3显示的电池荷电状态SOC为100%时，SOC感应器13感应到，并将信号传递给控制块6，控制块6控制电路连接状态，此时开关S0打开，强制断电。

Claims (6)

1.一种低温自加热高温散热防过充过放卷绕式锂电池，包括正极（1）、负极（11）和注液孔（12），其特征是，还包括散热窗（2）、状态显示仪（3）、电池壳体（4）、相变层（5）、控制块（6）、集线器（7）、加热筒（8）、卷绕组（9）和风扇（10），散热窗（2）和状态显示仪（3）均设在电池壳体（4）侧壁上，且状态显示仪（3）设在散热窗（2）正下方，散热窗（2）上设有温度感应器（14），状态显示仪（3）上设有红色警报灯（15）和绿色警报灯（16），集线器（7）下端设有SOC感应器（13），状态显示仪（3）与控制块（6）相连，加热筒（8）设在电池壳体（4）内部，加热筒（8）内部设有卷绕组（9），加热筒（8）两端均设有风扇（10），风扇（10）两端设有集线器（7），风扇（10）与电池壳体（4）之间设有相变层（5），集线器（7）通过导线将加热筒（8）、卷绕组（9）、风扇（10）和控制块（6）连接在一起，状态显示仪（3）实时显示电池荷电状态SOC。
2.根据权利要求1所述的低温自加热高温散热防过充过放卷绕式锂电池，其特征是，SOC感应器（13）感应电池的荷电状态SOC，并将感应结果传给控制块（6），SOC感应器（13）的感应范围为30%-99%以及10%和100%，控制块（6）控制电路连接状态。
3.根据权利要求1所述的低温自加热高温散热防过充过放卷绕式锂电池，其特征是，温度感应器（13）负责采集加热筒（8）和相变层（5）的温度，并将采集的加热筒（8）和相变层（5）的温度通过平均值算法将加热筒（8）和相变层（5）的温度平均值传递给控制块（6），温度感应器（13）的温度感应范围为-35℃～65℃。
4.根据权利要求1所述的低温自加热高温散热防过充过放卷绕式锂电池，其特征是，相变层（5）为80%石蜡和20%膨胀石墨融合物，导热系数为1.03W.m-1.K-1，是普通石蜡导热系数的5倍，相变层（5）厚度与相变层（5）和电池壳体（4）内壁之间的距离比值大于15%。
5.根据权利要求1所述的低温自加热高温散热防过充过放卷绕式锂电池，其特征是，加热筒（8）为高电阻率高导热率的铝镍铁合金，电阻率为1.0×10-6Ω·m，导热系数为12.171W/[m.K]。
6.一种低温自加热高温散热防过充过放卷绕式锂电池的控制方法，包括控制电路，其特征是，控制电路包括开关S0、开关S1、开关S2、开关S3、开关S5、开关S4以及电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4，开关S0与电阻R1串连，开关S1与电阻R2串连，开关S2与电阻R3串连，开关S3与电阻R4串连，电阻R2、电阻R3、电阻R4之间并联，电阻R1分别与电阻R2、电阻R3、电阻R4串联，开关S5与开关S0和电阻R1串联，开关S4分别与电阻R2、电阻R3、电阻R4串联，控制块（6）控制线路连接，具体控制电池壳体（4）内温度的方法为：
1）当加热筒（8）和相变层（5）的温度平均值低于-35℃时，散热窗（2）上的温度感应器（13）感应到，开关S4和开关S1闭合，电阻R2连接加热筒（8）并接入电路，电阻R4连接散热窗（2），此时散热窗（2）关闭，电池壳体（4）内部线路连通并进行自加热；
2）当加热筒（8）和相变层（5）的温度平均值高于65℃时，散热窗（2）上的温度感应器（13）感应到，开关S2、开关S3和开关S4闭合，电阻R3连接风扇（10），电阻R4连接散热窗（2），风扇（10）转动，散热窗（2）打开，电池壳体（4）内部线路连通，对电池壳体（4）内部进行散热；
3）当电池壳体（4）内温度处于-35℃～65℃之间时，开关S5和开关S0闭合，负载电阻R1正常工作；
具体防止该锂电池过充过放的方法为：
1）当该锂电池进行放电时，开关S5和开关S0闭合，负载电阻R1正常工作，当状态显示仪（3）显示的电池荷电状态SOC为30%时，SOC感应器（13）感应到，并将信号传递给控制块（6），控制块（6）控制状态显示仪（3）上的红色警报灯（15），此时红色警报灯（15）亮起，当状态显示仪（3）显示的电池荷电状态SOC为10%时，SOC感应器（13）感应到，并将信号传递给控制块（6），控制块（6）控制电路连接状态，此时开关S0打开，强制断电；
2）当该锂电池进行充电时，开关S5和开关S0闭合，负载电阻R1正常工作，当状态显示仪（3）显示的电池荷电状态SOC为99%时，SOC感应器（13）感应到，并将信号传递给控制块（6），控制块（6）控制状态显示仪（3）上的绿色警报灯（16），此时绿色警报灯（16）亮起，当状态显示仪（3）显示的电池荷电状态SOC为100%时，SOC感应器（13）感应到，并将信号传递给控制块（6），控制块（6）控制电路连接状态，此时开关S0打开，强制断电。
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