CN107425569A - 一种具有保温功能的宽温锂电池及其工作方法 - Google Patents

一种具有保温功能的宽温锂电池及其工作方法 Download PDF

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薛稼祥
陈永煌
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Abstract

本发明涉及锂电池应用技术领域,具体涉及一种具有保温功能的宽温锂电池及其工作方法。其包括有电池组、充放电回路和互相连接的上盖、下盖,还包括用于隔绝电池内部与外部热传递的隔热装置、用于加热电池内部的加热装置、PCBA;所述PCBA包括主控芯片、用于采集电池内部温度信号并发送至主控芯片的采样模块、用于驱动加热装置和充放电回路的开关管的驱动模块、用于保护电池内部电路保护模块;所述电池组、充放电回路、加热装置和PCBA电连接。本发明能够定时地检测锂电池的内部温度,当锂电池的内部温度低于某个值后自动为电池内部进行加热,并使锂电池处于合适的工作温度,为锂电池处于最优的工作性能。

Description

一种具有保温功能的宽温锂电池及其工作方法
技术领域
本发明涉及锂电池应用技术领域,具体涉及一种具有保温功能的宽温锂电池及其工作方法。
背景技术
锂电池作为目前最为广泛应用的电池之一,具有电池电压高、高储存能量密度等优点,但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。常规的锂电池工作温度一般在-20℃至60℃之间,一旦超过这个温度容易引起电池内部的不稳定从而发生危险;但是一般低于0℃后锂电池性能就会下降,放电能力会相对降低,一般锂电池在0℃至40℃是最佳的工作温度,能够保证锂电池的最佳工作性能。但是在很多极端环境下的期间需要锂电池的供电才能工作,但极端环境下的锂电池工作性能就会急剧降低,影响使用。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足,本发明的目的在于提供一种具有保温功能的宽温锂电池及其工作方法,定时地检测锂电池的内部温度,当锂电池的内部温度低于某个值后自动为电池内部进行加热,并使锂电池处于合适的工作温度,为锂电池处于最优的工作性能。
本发明是通过以下技术实现的:
一种具有保温功能的宽温锂电池,包括电池组、充放电回路和相互连接的上盖、下盖,其特征在于:还包括用于隔绝电池内部与外部热传递的隔热装置、用于加热电池内部的加热装置、PCBA;所述PCBA包括主控芯片、用于采集电池内部温度信号并发送至主控芯片的采样模块、用于驱动加热装置和充放电回路的开关管的驱动模块、用于保护电池内部电路的保护模块;所述电池组、充放电回路、加热装置均和PCBA电连接。
其中,所述主控芯片采用型号为STM32的单片机。
其中,所述采样模块包括温度采样电路、电压采样电路和电流采样电路;所述采样模块通过ADC接口与主控芯片电连接。
其中,所述驱动模块通过PWM接口与主控芯片电连接。
其中,所述保护模块包括过温保护电路、过充保护电路、过放保护电路、过流保护电路、短路保护电路和反接保护电路;所述保护模块通过GPIO接口与主控芯片电连接。
其中,所述加热装置包括太阳能加热板和电热膜,所述隔热装置为保温棉,所述电热膜置设于电池组与隔热装置之间。
一种宽温锂电池的充电加热方法,包括以下步骤:断开步骤:断开充电回路;
采样步骤:采样模块采集电池内部的温度得到温度信号;
设定预设值步骤:设定第一预设值为0℃,第二预值设为35℃,第三预设值为45℃,第四预设值为40℃;
判断步骤:接收温度信号后与各预设值进行比较,若温度信号小于第一预设值时为状态A1;若温度在第一预设值和第二预设值之间时为状态B1;若温度大于第二预设值时为状态C1;若温度大于第三预设值时为状态D1;
驱动步骤:当电池内部处于状态A1时驱动模块驱动加热装置(5)持续工作;当电池内部处于状态B1时主控芯片控制驱动模块接通充电回路,为电池进行充电;当电池内部处于状态C1时驱动模块关闭加热装置(5)的工作;当电池内部处于状态D1时则驱动模块断开充电回路,待电池内部温度下降至第四预设值后重新接通充电回路。
其中,若电池内部温度小于第一预设值,启动加热装置(5),待加热过程中检测到温度大于至第一预设值时,继续加热并延时设置10分钟后驱动模块开启充电回路。
一种宽温锂电池的放电加热方法,包括以下步骤:断开步骤:断开放电回路;
采样步骤:采样模块采集电池内部的温度得到温度信号;
设定预设值步骤:设定第五预设值为-20℃,第六预值设为0℃,第七预设值为60℃;第八预设值为55℃;
判断步骤:接收温度信号后与各预设值进行比较,若温度信号小于第五预设值时为状态A2;若温度在第六预设值和第七预设值之间时为状态B2;若温度大于第七预设值时为状态C2;
驱动步骤:当电池内部处于状态A1时驱动模块驱动加热装置持续工作;当电池内部处于状态B2时主控芯片控制驱动模块接通放电回路,为电池进行充电;当电池内部处于状态C2时驱动模块关闭加热装置的工作,驱动模块断开放电回路,待电池内部温度下降至第八预设值后重新接通放电回路。
本发明的有益效果:本发明的宽温锂电池,通过采集装置检测电池内部的温度,并将温度信号传输至主控芯片,主控芯片处理信号后并控制各装置和模块的工作,以保证锂电池内部温度的相对稳定;通过驱动模块开闭充放电回路,以防止锂电池在过高的温度进行充电,避免危险的发生;隔热装置能够确保锂电池内部与外部不发生热传递,以减缓电池内部温度的减低速度。本发明提供的一种宽温锂电池的工作方法,通过设置预设值来区分电池内部的温度情况,并对于不同的预设值状态来驱动电池内部装置和模块的工作,能够实现锂电池在低温情况下内部的温度相对稳定,以确保锂电池在低温情况下的最佳工作性能。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明,但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制,对于本领域的普通技术人员,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的爆炸图。
图3为本发明的各模块之间的连接方框图。
图4为本发明的充电加热方法流程图。
图5为本发明的放电加热方法流程图。
附图标记
电池组--1,上盖--2,下盖--3,隔热装置--4,加热装置--5,PCBA--6。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
需要说明的是,本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等,均仅用以配合说明书所揭示的内容,以供熟悉此技术的人士了解与阅读,并非用以限定本发明可实施的限定条件,故不具技术上的实质意义,任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整,在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下,均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时,本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语,亦仅为便于叙述的明了,而非用以限定本发明可实施 的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容下,当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1至图3所示,一种具有保温功能的宽温锂电池,包括电池组1、充放电回路和和相互连接的上盖2、下盖3,还包括用于隔绝电池内部与外部热传递的隔热装置4、用于加热电池内部的加热装置5和PCBA6;所述PCBA6包括主控芯片、用于采集电池内部信号并发送至主控芯片的采样模块、用于驱动加热装置5和充放电回路的开关管的驱动模块、用于保护电池内部电路保护模块;所述电池组1、充放电回路、加热装置5和PCBA6电连接。
具体的,锂电池的所有部件都安装在上盖2和下盖3中,以保护电池的内部结构,且上盖2和下盖3为可拆卸结构,上盖2的空腔与下盖3组成了电池的内部结构,电池的电池组1、隔热装置4、加热装置5和PCBA6都安装在内部结构中;电池组1安装在隔热装置4内,以隔绝电池组1与外部的热传递,PCBA6中的采样模块可以检测电池内部的温度,当内部温度过低时,采集模块发送信号至主控芯片处理,主控芯片控制驱动模块以驱动加热装置5进行加热;驱动模块还能够在温度过高时切断电池的充放电回路,避免电池发生爆炸;并且通过设置保护模块,与驱动模块共同协作,以保证当驱动模块失效后还能保持电池内部的安全性。
具体的,所述主控芯片采用型号为STM32的单片机,由于STM32良好的兼容性和可拓展性,采用这种型号的单片机可为电池内部的模块和装置提供良好的处理性能。
具体的,所述采样模块包括温度采样电路、电压采样电路和电流采样电路,所述采样模块通过ADC接口与主控芯片电连接,采样模块通过对锂电池的温度、电压和电流进行全方位检测,并通过ADC接口与主控芯片电连接,从而对系统进行实时的监控和保护。
具体的,所述驱动模块通过PWM接口与主控芯片电连接,做出启停充放电回路和启动加热装置5的动作。
具体的,所述保护模块包括过温保护电路、过充保护电路、过放保护电路、过流保护电路、短路保护电路和反接保护电路,所述保护模块通过GPIO接口与主控芯片电连接,保护模块主要对于电池内部的电路起到保护。
具体的,过温保护电路起到过温保护功能,是当系统通过温度检测模块检测到充电温度高于45℃或放电温度高于60℃时,立即切断充放电回路。防止电池高温发热损坏;过充保护电路起到过充保护功能,是当电池中任一电芯的电压处于3.90±0.025V时,过充电保护功能立即启动,控制器发出关断充电开关管的驱动信号;过放保护电路起到过放保护功能,是当电池组1中任一电芯的电压降至2.00±0.05V以下时,过放保护功能应起保护作用以避免电芯的深度放电,主控芯片发出关断放电开关管的驱动信号;过流保护电路或短路保护电路起到过流保护或者短路保护功能,是当检测到充电电流大于5A或者放电电流大于10A(脉冲峰值电流15A)时,控制器迅速给出关断充放电开关管的驱动信号。防止大电流充电可能引起充放电性能、机械性能和安全性能的问题,并可能会导致发热或泄漏,也防止大电流放电可能导致的电芯容量剧减并导致过热;反接保护电路起到反接保护功能,是当检测到锂电池正负极接反时,立即切断回路,反向充电会降低电池的充放电性能、安全性,并会导致发热、泄漏。
具体的,所述加热装置5包括太阳能加热板和电热膜,所述隔热装置4为保温棉,所述电热膜置设于电池组1与隔热装置4之间,若电池内部温度过低,驱动装置接通太阳能板和电热膜直接的电路,通过太阳能加热板对电热膜进行充能,电热膜对电池内部实现加热。
如图4所示,一种宽温锂电池的充电加热方法,该方法包括以下步骤:
断开步骤:断开充电回路;
采样步骤:采样模块采集电池内部的温度得到温度信号;
设定预设值步骤:设定第一预设值为0℃,第二预值设为35℃,第三预设值为45℃,第四预设值为40℃;
判断步骤:接收温度信号后与各预设值进行比较,若温度信号小于第一预设值时为状态A1;若温度在第一预设值和第二预设值之间时为状态B1;若温度大于第二预设值时为状态C1;若温度大于第三预设值时为状态D1;
驱动步骤:当电池内部处于状态A1时驱动模块驱动加热装置5持续工作;当电池内部处于状态B1时主控芯片控制驱动模块接通充电回路,为电池进行充电;当电池内部处于状态C1时驱动模块关闭加热装置5的工作;当电池内部处于状态D1时则驱动模块断开充电回路,待电池内部温度下降至第四预设值后重新接通充电回路。
具体的,本发明提供的充电加热方法,通过检测模块检测锂电池内部的温度,并在主控芯片内设置好程序与预设值,在对应预设值区间向驱动模块传送不同的指令,以驱动加热装置5的工作,实现在低温情况下锂电池内部温度的相对稳定,使得锂电池可以在最优状态下进行充电工作。
具体的,若电池内部温度小于第一预设值,启动加热装置5,待加热过程中检测到温度大于至第一预设值时,继续加热并延时设置10分钟后驱动模块开启充电回路,方可开始给电池充电,以保证电池的最佳性能。
如图5所示,一种宽温锂电池的放电加热方法,该方法包括以下步骤:
断开步骤:断开放电回路;
采样步骤:采样模块采集电池内部的温度得到温度信号;
设定预设值步骤:设定第五预设值为-20℃,第六预值设为0℃,第七预设值为60℃;第八预设值为55℃;
判断步骤:接收温度信号后与各预设值进行比较,若温度信号小于第五预设值时为状态A2;若温度在第六预设值和第七预设值之间时为状态B2;若温度大于第七预设值时为状态C2;
驱动步骤:当电池内部处于状态A1时驱动模块驱动加热装置5持续工作;当电池内部处于状态B2时主控芯片控制驱动模块接通放电回路,为电池进行充电;当电池内部处于状态C2时驱动模块关闭加热装置5的工作,驱动模块断开放电回路,待电池内部温度下降至第八预设值后重新接通放电回路。
具体的,本发明提供的放电加热方法,通过检测模块检测锂电池内部的温度,并在主控芯片内设置好程序与预设值,在对应预设值区间向驱动模块传送不同的指令,以驱动加热装置5的工作,实现在低温情况下锂电池内部温度的相对稳定,使得锂电池可以在最优状态下进行放电工作。
最后应当说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对本发明保护范围的限制,尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.一种具有保温功能的宽温锂电池,包括电池组(1)、充放电回路和相互连接的上盖(2)、下盖(3),其特征在于:还包括用于隔绝电池内部与外部热传递的隔热装置(4)、用于加热电池内部的加热装置(5)、PCBA(6);所述PCBA(6)包括主控芯片、用于采集电池内部温度信号并发送至主控芯片的采样模块、用于驱动加热装置(5)和充放电回路的开关管的驱动模块、用于保护电池内部电路的保护模块;所述电池组(1)、充放电回路、加热装置(5)均和PCBA(6)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有保温功能的宽温锂电池,其特征在于:所述主控芯片采用型号为STM32的单片机。
3.根据权利要求1所述的一种具有保温功能的宽温锂电池,其特征在于:所述采样模块包括温度采样电路、电压采样电路和电流采样电路;所述采样模块通过ADC接口与主控芯片电连接。
4.根据权利要求1所述的一种具有保温功能的宽温锂电池,其特征在于:所述驱动模块通过PWM接口与主控芯片电连接。
5.根据权利要求1所述的一种具有保温功能的宽温锂电池,其特征在于:所述保护模块包括过温保护电路、过充保护电路、过放保护电路、过流保护电路、短路保护电路和反接保护电路;所述保护模块通过GPIO接口与主控芯片电连接。
6.根据权利要求1所述的一种具有保温功能的宽温锂电池,其特征在于:所述加热装置(5)包括太阳能加热板和电热膜,所述隔热装置(4)为保温棉,所述电热膜置设于电池组(1)与隔热装置(4)之间。
7.一种采用权利要求1至6任一项所述的一种宽温锂电池的充电加热方法,其特征在于:
包括以下步骤:
断开步骤:断开充电回路;
采样步骤:采样模块采集电池内部的温度得到温度信号;
设定预设值步骤:设定第一预设值为0℃,第二预值设为35℃,第三预设值为45℃,第四预设值为40℃;
判断步骤:接收温度信号后与各预设值进行比较,若温度信号小于第一预设值时为状态A1;若温度在第一预设值和第二预设值之间时为状态B1;若温度大于第二预设值时为状态C1;若温度大于第三预设值时为状态D1;
驱动步骤:当电池内部处于状态A1时驱动模块驱动加热装置(5)持续工作;当电池内部处于状态B1时主控芯片控制驱动模块接通充电回路,为电池进行充电;当电池内部处于状态C1时驱动模块关闭加热装置(5)的工作;当电池内部处于状态D1时则驱动模块断开充电回路,待电池内部温度下降至第四预设值后重新接通充电回路。
8.根据权利要求7所述的一种宽温锂电池的充电加热方法,其特征在于:若电池内部温度小于第一预设值,启动加热装置(5),待加热过程中检测到温度大于至第一预设值时,继续加热并延时设置10分钟后驱动模块开启充电回路。
9.一种采用权利要求1至6任一项所述的一种宽温锂电池的放电加热方法,其特征在于:
包括以下步骤:
断开步骤:断开放电回路;
采样步骤:采样模块采集电池内部的温度得到温度信号;
设定预设值步骤:设定第五预设值为-20℃,第六预值设为0℃,第七预设值为60℃;第八预设值为55℃;
判断步骤:接收温度信号后与各预设值进行比较,若温度信号小于第五预设值时为状态A2;若温度在第六预设值和第七预设值之间时为状态B2;若温度大于第七预设值时为状态C2;
驱动步骤:当电池内部处于状态A1时驱动模块驱动加热装置(5)持续工作;当电池内部处于状态B2时主控芯片控制驱动模块接通放电回路,为电池进行充电;当电池内部处于状态C2时驱动模块关闭加热装置(5)的工作,驱动模块断开放电回路,待电池内部温度下降至第八预设值后重新接通放电回路。
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