CN106058344B - 具有自检功能的储能锂电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有自检功能的储能锂电池，包括壳体，所述壳体的上端和下端分别安装有正极接触板和负极接触板，所述壳体内部的中心设有竖直的聚合物隔膜，且聚合隔膜的左、右两侧分别设有第一化合物填充腔和第二化合物填充腔，所述壳体内设有电能储存单元和主控单元，且电能储存单元和主控单元分别通过电导体连接有阻抗谱单元、充放电单元和数据检测单元。本发明结构简单，设计巧妙，使用方便，在放电过程中可以实时监测锂电池组的温度数据和状态数据，并进行状态估计和寿命预测，以改善电池在使用过程中容量逐渐变低和寿命短等多种缺点，为电池的正常使用给予量化的指导，增强锂电池的稳定性和安全性。

Description

具有自检功能的储能锂电池
技术领域
本发明涉及储能锂电池技术领域，具体为一种具有自检功能的储能锂电池。
背景技术
锂电池是一种以锂金属或锂合金为负极材料，使用非水电解质溶液的一次电池，与可充电电池锂离子电池跟锂离子聚合物电池是不一样的。锂电池的发明者是爱迪生。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。所以，锂电池长期没有得到应用。随着二十世纪末微电子技术的发展，小型化的设备日益增多，对电源提出了很高的要求。锂电池随之进入了大规模的实用阶段，但是现有的储能锂电池往往不能自行对本身的状态进行监测，不能在放电过程中实时监测锂电池组的温度数据和状态数据，就不能对寿命进行预测，针对上述问题，特提出一种具有自检功能的储能锂电池。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有自检功能的储能锂电池，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种具有自检功能的储能锂电池，包括壳体，所述壳体的上端和下端分别安装有正极接触板和负极接触板，所述正极接触板和负极接触板的内侧均安装有电解质，所述壳体内部的中心设有竖直的聚合物隔膜，且聚合物隔膜的左、右两侧分别设有第一化合物填充腔和第二化合物填充腔，所述第一化合物填充腔和第二化合物填充腔内分别设有正极棒和负极棒，且正极棒和负极棒分别通过电导体与正极接触板和负极接触板相连，所述壳体内设有电能储存单元和主控单元，且电能储存单元和主控单元分别通过电导体连接有阻抗谱单元、充放电单元和数据检测单元，且充放电单元通过电导体与数据检测单元连接。
优选的，所述阻抗谱单元包括依次电连接的第一控制模块、内部时钟模块、第一信号发生模块、第一待测阻抗模块、第一采样电路模块和第一DSP模块，且第一控制模块通过电导体与第一DSP模块连接；
所述第一控制模块，为所述阻抗谱单元的控制核心，可以直接激励外阻抗；
所述内部时钟模块，用于产生所述第一控制模块的时钟信号；
所述第一信号发生模块，用于输出激励信号；
所述第一待测阻抗模块，置于所述电能储存单元中，用于被测量阻抗值；
所述第一采样电路模块，对电流和激励电压进行采样，以便测得微小阻抗值；
所述第一DSP模块，用于对所述阻抗谱单元中的数字信号进行处理。
优选的，所述阻抗谱单元包括依次电连接的第二控制模块、第二信号发生模块、信号调理模块、第二待测阻抗模块、恒压调理模块、去耦模块、第二采样电路模块和第二DSP模块，且第二控制模块通过电导体与第二DSP模块连接，所述恒压调理模块通过电导体连接有恒压源模块；
所述第二控制模块，为所述阻抗谱单元的控制核心，可以直接激励外阻抗；
所述第二信号发生模块，用于输出激励信号；
所述信号调理模块，将输出的激励信号经过转换成为电流信号，使输出电流可以独立于负载的绝对阻抗而只与输入电压有关；
所述第二待测阻抗模块，置于所述电能储存单元中，用于被测量阻抗值；
所述恒压调理模块，用于保证所述信号调理模块在进行电流转换时保持恒压；
所述去耦模块，用于对转换后的电流信号进行去耦，可以消除自激回授因起的阻塞振荡；
所述第二采样电路模块，对电流和激励电压进行采样，以便测得微小阻抗值；
所述第二DSP模块，用于对所述阻抗谱单元中的数字信号进行处理；
所述恒压源模块，可以为所述阻抗谱单元在工作时提供恒定的电压。
优选的，所述第一化合物填充腔内填充有LiCoO2、LiNiO2和LiFeO2，所述第二化合物填充腔内填充有LiTi4O10、Sn合金和石墨。
优选的，所述数据检测单元包括温度检测单元和电源容量检测单元。
优选的，所述阻抗谱单元、充放电单元和数据监测单元与电能储存单元间的电连接方式均为双向电连接，所述阻抗谱单元、充放电单元和数据监测单元与主控单元间的电连接方式均为双向电连接，所述充放电单元与数据检测单元间的电连接方式为双向电连接。
优选的，所述主控单元通过电导体连接有网络通信单元，且主控单元与网络通信单元间的电连接方式为双向电连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：一种具有自检功能的储能锂电池，既满足了智能化锂离子电池发展要求，也适应了市场的需要，在放电过程中可以实时监测锂电池组的温度数据和状态数据，并进行状态估计和寿命预测，以改善电池在使用过程中容量逐渐变低和寿命短等多种缺点，为电池的正常使用给予量化的指导，增强锂电池的稳定性和安全性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中壳体内部电子元件的结构框图；
图3为本发明第一种实施例中阻抗谱单元的结构框图；
图4为本发明第二种实施例中阻抗谱单元的结构框图。
图中：1、壳体，2、正极接触板，3、负极接触板，4、电解质，5、聚合物隔膜，6、第一化合物填充腔，61、正极棒，7、第二化合物填充腔，71、负极棒，8、电能储存单元，9、主控单元，10、阻抗谱单元，101、第一控制模块，102、内部时钟模块，103、第一信号发生模块，104、第一待测阻抗模块，105、第一采样电路模块，106、第一DSP模块，107、第二控制模块，108、第二信号发生模块，109、信号调理模块，1010、第二待测阻抗模块，1011、恒压调理模块，1012、去耦模块，1013、第二采样电路模块，1014、第二DSP模块，1015、恒压源模块，11、充放电单元，12、数据检测单元，121、温度检测单元，122、电源容量检测单元，13、网络通信单元。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供的第一种技术方案：一种具有自检功能的储能锂电池，包括壳体1，所述壳体1的上端和下端分别安装有正极接触板2和负极接触板3，所述正极接触板2和负极接触板3的内侧均安装有电解质4，所述壳体1内部的中心设有竖直的聚合物隔膜5，且聚合物隔膜5的左、右两侧分别设有第一化合物填充腔6和第二化合物填充腔7，所述第一化合物填充腔6和第二化合物填充腔7内分别设有正极棒61和负极棒71，且正极棒61和负极棒71分别通过电导体与正极接触板2和负极接触板3相连，所述壳体1内设有电能储存单元8和主控单元9，且电能储存单元8和主控单元9分别通过电导体连接有阻抗谱单元10、充放电单元11和数据检测单元12，且充放电单元11通过电导体与数据检测单元12连接，所述阻抗谱单元10包括依次电连接的第一控制模块101、内部时钟模块102、第一信号发生模块103、第一待测阻抗模块104、第一采样电路模块105和第一DSP模块106，且第一控制模块101通过电导体与第一DSP模块106连接，所述第一控制模块101，为所述阻抗谱单元10的控制核心，可以直接激励外阻抗，所述内部时钟模块102，用于产生所述第一控制模块101的时钟信号，所述第一信号发生模块103，用于输出激励信号，所述第一待测阻抗模块104，置于所述电能储存单元8中，用于被测量阻抗值，所述第一采样电路模块105，对电流和激励电压进行采样，以便测得微小阻抗值，所述第一DSP模块106，用于对所述阻抗谱单元10中的数字信号进行处理，所述第一化合物填充腔6内填充有LiCoO2、LiNiO2和LiFeO2，所述第二化合物填充腔7内填充有LiTi4O10、Sn合金和石墨，可以使该具有自检功能的储能锂电池具有更长的寿命，所述数据检测单元12包括温度检测单元121和电源容量检测单元122，可以实时监测锂电池组的温度数据和状态数据，并进行状态估计和寿命预测，所述阻抗谱单元10、充放电单元11和数据监测单元12与电能储存单元8间的电连接方式均为双向电连接，所述阻抗谱单元10、充放电单元11和数据监测单元12与主控单元9间的电连接方式均为双向电连接，所述充放电单元11与数据检测单元12间的电连接方式为双向电连接，可以实现数据间的双向传输，所述主控单元9通过电导体连接有网络通信单元13，且主控单元9与网络通信单元13间的电连接方式为双向电连接，可以通过网络通信单元13实现信息的无线传输。
本发明第一种实施例的工作原理：正极棒61放置在第一化合物填充腔6内，且第一化合物填充腔6填充有LiCoO2、LiNiO2和LiFeO2，负极棒71放置在第二化合物填充腔7内，且第二化合物填充腔7内填充有LiTi4O10、Sn合金和石墨，中间是聚合物隔膜5，充电时，正极棒61附近Li+进入电解液，通过中间的聚合物隔膜5向负极棒71移动，迁移到石墨晶体的表面，嵌入石墨晶格中，LiFePO4在失去Li+后转换为FePO4只会使得层与层间距发生微小变化，不会破坏晶体结构，从而使正负极材料的化学结构基本不变；放电过程与充电过程相反，负极棒71附近的Li+通过聚合物隔膜5迁移到正极棒61，电子则不能通过，只能通过外部电路在正负极之间移动，在充电放电过程中使用阻抗谱单元10中的第一控制模块101作为控制核心，可以直接激励外阻抗，再通过内部时钟模块102，产生第一控制模块101中的时钟信号，使用第一信号发生模块103输出激励信号，并使用第一采样电路模块105，对电流和激励电压进行采样，以便测得第一待测阻抗模块104的微小阻抗值，测得信号之后通过第一DSP模块106对所述阻抗谱单元10中的数字信号进行处理，并且通过温度检测单元121来检测工作过程中的温度，通过电源容量检测单元122来对该具有自检功能的储能锂电池进行寿命预测，最终将测得的信息综合，并且输入到主控单元9中，实现对该具有自检功能的储能锂电池的自检。
请参阅图1、图2和图4，本发明提供的第二种技术方案：一种具有自检功能的储能锂电池，包括壳体1，所述壳体1的上端和下端分别安装有正极接触板2和负极接触板3，所述正极接触板2和负极接触板3的内侧均安装有电解质4，所述壳体1内部的中心设有竖直的聚合物隔膜5，且聚合物隔膜5的左、右两侧分别设有第一化合物填充腔6和第二化合物填充腔7，所述第一化合物填充腔6和第二化合物填充腔7内分别设有正极棒61和负极棒71，且正极棒61和负极棒71分别通过电导体与正极接触板2和负极接触板3相连，所述壳体1内设有电能储存单元8和主控单元9，且电能储存单元8和主控单元9分别通过电导体连接有阻抗谱单元10、充放电单元11和数据检测单元12，且充放电单元11通过电导体与数据检测单元12连接，所述阻抗谱单元10包括依次电连接的第二控制模块107、第二信号发生模块108、信号调理模块109、第二待测阻抗模块1010、恒压调理模块1011、去耦模块1012、第二采样电路模块1013和第二DSP模块1014，且第二控制模块107通过电导体与第二DSP模块1014连接，所述恒压调理模块1011通过电导体连接有恒压源模块1015，所述第二控制模块107，为所述阻抗谱单元10的控制核心，可以直接激励外阻抗，所述第二信号发生模块108，用于输出激励信号，所述信号调理模块109，将输出的激励信号经过转换成为电流信号，使输出电流可以独立于负载的绝对阻抗而只与输入电压有关，所述第二待测阻抗模块1010，置于所述电能储存单元8中，用于被测量阻抗值，所述恒压调理模块1011，用于保证所述信号调理模块109在进行电流转换时保持恒压，所述去耦模块1012，用于对转换后的电流信号进行去耦，可以消除自激回授引起的阻塞振荡，所述第二采样电路模块1013，对电流和激励电压进行采样，以便测得微小阻抗值，所述第二DSP模块1014，所述恒压源模块1015，可以为所述阻抗谱单元10在工作时提供恒定的电压，用于对所述阻抗谱单元10中的数字信号进行处理，所述第一化合物填充腔6内填充有LiCoO2、LiNiO2和LiFeO2，所述第二化合物填充腔7内填充有LiTi4O10、Sn合金和石墨，可以使该具有自检功能的储能锂电池具有更长的寿命，所述数据检测单元12包括温度检测单元121和电源容量检测单元122，可以实时监测锂电池组的温度数据和状态数据，并进行状态估计和寿命预测，所述阻抗谱单元10、充放电单元11和数据监测单元12与电能储存单元8间的电连接方式均为双向电连接，所述阻抗谱单元10、充放电单元11和数据监测单元12与主控单元9间的电连接方式均为双向电连接，所述充放电单元11与数据检测单元12间的电连接方式为双向电连接，可以实现数据间的双向传输，所述主控单元9通过电导体连接有网络通信单元13，且主控单元9与网络通信单元13间的电连接方式为双向电连接，可以通过网络通信单元13实现信息的无线传输。
本发明第二种实施例的工作原理：正极棒61放置在第一化合物填充腔6内，且第一化合物填充腔6填充有LiCoO2、LiNiO2和LiFeO2，负极棒71放置在第二化合物填充腔7内，且第二化合物填充腔7内填充有LiTi4O10、Sn合金和石墨，中间是聚合物隔膜5，充电时，正极棒61附近Li+进入电解液，通过中间的聚合物隔膜5向负极棒71移动，迁移到石墨晶体的表面，嵌入石墨晶格中，LiFePO4在失去Li+后转换为FePO4只会使得层与层间距发生微小变化，不会破坏晶体结构，从而使正负极材料的化学结构基本不变；放电过程与充电过程相反，负极棒71附近的Li+通过聚合物隔膜5迁移到正极棒61，电子则不能通过，只能通过外部电路在正负极之间移动，在充电放电过程中使用第二控制模块107作为控制核心，可以直接激励外阻抗，使第二信号发生模块108输出激励信号，再通过信号调理模块109将输出的激励信号转换成为电流信号，使输出电流可以独立于负载的绝对阻抗而只与输入电压有关，通过恒压调理模块1011来保证信号调理模块109在进行电流转换时保持恒压，再通过去耦模块1012对转换后的电流信号进行去耦，可以消除自激回授引起的阻塞振荡，利用第二采样电路模块1013，对电流和激励电压进行采样，以便测得微小阻抗值，利用第二DSP模块1014对所述阻抗谱单元10中的数字信号进行处理，通过恒压处理并且对电流信号进行去耦，可以更精确的来控制电池的阻抗，并且通过温度检测单元121来检测工作过程中的温度，通过电源容量检测单元122来对该具有自检功能的储能锂电池进行寿命预测，实现对该具有自检功能的储能锂电池的自检。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.具有自检功能的储能锂电池，包括壳体(1)，其特征在于：所述壳体(1)的上端和下端分别安装有正极接触板(2)和负极接触板(3)，所述正极接触板(2)和负极接触板(3)的内侧均安装有电解质(4)，所述壳体(1)内部的中心设有竖直的聚合物隔膜(5)，且聚合物隔膜(5)的左、右两侧分别设有第一化合物填充腔(6)和第二化合物填充腔(7)，所述第一化合物填充腔(6)和第二化合物填充腔(7)内分别设有正极棒(61)和负极棒(71)，且正极棒(61)和负极棒(71)分别通过电导体与正极接触板(2)和负极接触板(3)相连，所述壳体(1)内设有电能储存单元(8)和主控单元(9)，且电能储存单元(8)和主控单元(9)分别通过电导体连接有阻抗谱单元(10)、充放电单元(11)和数据检测单元(12)，且充放电单元(11)通过电导体与数据检测单元(12)连接。
2.根据权利要求1所述的具有自检功能的储能锂电池，其特征在于：所述阻抗谱单元(10)包括依次电连接的第一控制模块(101)、内部时钟模块(102)、第一信号发生模块(103)、第一待测阻抗模块(104)、第一采样电路模块(105)和第一DSP模块(106)，且第一控制模块(101)通过电导体与第一DSP模块(106)连接；
所述第一控制模块(101)，为所述阻抗谱单元(10)的控制核心，可以直接激励外阻抗；
所述内部时钟模块(102)，用于产生所述第一控制模块(101)的时钟信号；
所述第一信号发生模块(103)，用于输出激励信号；
所述第一待测阻抗模块(104)，置于所述电能储存单元(8)中，用于被测量阻抗值；
所述第一采样电路模块(105)，对电流和激励电压进行采样，以便测得微小阻抗值；
所述第一DSP模块(106)，用于对所述阻抗谱单元(10)中的数字信号进行处理。
3.根据权利要求1所述的具有自检功能的储能锂电池，其特征在于：所述阻抗谱单元(10)包括依次电连接的第二控制模块(107)、第二信号发生模块(108)、信号调理模块(109)、第二待测阻抗模块(1010)、恒压调理模块(1011)、去耦模块(1012)、第二采样电路模块(1013)和第二DSP模块(1014)，且第二控制模块(107)通过电导体与第二DSP模块(1014)连接，所述恒压调理模块(1011)通过电导体连接有恒压源模块(1015)；
所述第二控制模块(107)，为所述阻抗谱单元(10)的控制核心，可以直接激励外阻抗；
所述第二信号发生模块(108)，用于输出激励信号；
所述信号调理模块(109)，将输出的激励信号经过转换成为电流信号，使输出电流可以独立于负载的绝对阻抗而只与输入电压有关；
所述第二待测阻抗模块(1010)，置于所述电能储存单元(8)中，用于被测量阻抗值；
所述恒压调理模块(1011)，用于保证所述信号调理模块(109)在进行电流转换时保持恒压；
所述去耦模块(1012)，用于对转换后的电流信号进行去耦，可以消除自激回授引起的阻塞振荡；
所述第二采样电路模块(1013)，对电流和激励电压进行采样，以便测得微小阻抗值；
所述第二DSP模块(1014)，用于对所述阻抗谱单元(10)中的数字信号进行处理；
所述恒压源模块(1015)，可以为所述阻抗谱单元(10)在工作时提供恒定的电压。
4.根据权利要求1所述的具有自检功能的储能锂电池，其特征在于：所述数据检测单元(12)包括温度检测单元(121)和电源容量检测单元(122)。
5.根据权利要求1所述的具有自检功能的储能锂电池，其特征在于：所述阻抗谱单元(10)、充放电单元(11)和数据监测单元(12)与电能储存单元(8)间的电连接方式均为双向电连接，所述阻抗谱单元(10)、充放电单元(11)和数据监测单元(12)与主控单元(9)间的电连接方式均为双向电连接，所述充放电单元(11)与数据检测单元(12)间的电连接方式为双向电连接。
6.根据权利要求1所述的具有自检功能的储能锂电池，其特征在于：所述主控单元(9)通过电导体连接有网络通信单元(13)，且主控单元(9)与网络通信单元(13)间的电连接方式为双向电连接。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201663216U (zh) * 2009-12-25 2010-12-01 宇龙计算机通信科技(深圳)有限公司 一种具有自检功能的电池
CN103490112A (zh) * 2013-09-23 2014-01-01 李松 采用锂离子电池构成的通用型充电电池及控制方法
CN204760504U (zh) * 2015-02-26 2015-11-11 浙江汇千高飞新材料有限公司 一种用于电瓶车的纳米芯增航器

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