CN110380158B - 一种电池升温电路及电池组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池升温电路及电池组件。其中，电池升温电路包括温度监测模块、逻辑判断模块、开关模块以及加热模块。温度监测模块包括第一电压比较器和第二电压比较器，第一电压比较器用于比较当前电池的温度和第一预设温度的大小，第二电压比较器用于比较当前电池的温度和第二预设温度的大小，第二预设温度大于第一预设温度。逻辑判断模块分别与温度监测模块和开关模块电连接，用于在当前电池的温度小于或等于第一预设温度时逻辑判断模块控制开关模块开启，在当前电池的温度大于第二预设温度时逻辑判断模块控制开关模块关闭；加热模块用于在开关模块开启时为电池加热。本发明提供的电池升温电路及电池组件高效、实用且成本较低。

Description

一种电池升温电路及电池组件

技术领域

本发明实施例涉及电池管理技术领域，尤其涉及一种电池升温电路及电池组件。

背景技术

电池(Battery)指盛有电解质溶液和金属电极以产生电流的杯、槽或其他容器或复合容器的部分空间，能将化学能转化成电能的装置。利用电池作为能量来源，可以得到具有稳定电压，稳定电流，长时间稳定供电，受外界影响很小的电流，并且电池结构简单，携带方便，充放电操作简便易行，性能稳定可靠，在现代社会生活中的各个方面发挥有很大作用。

新能源汽车、移动终端等设备上的供电电池，在低温环境中，电解液的粘度会下降，容易出现电池内阻增大、耗电量增加、容量骤减等问题。目前，针对电池在低温环境下的问题，有如下的解决方法：

1、通过在电池电解液中加入特殊活性分子，提升电池在低温情况下的活性，激发供电能力，但是此方式提升的能力有限，且效果不好。

2、采用耐低温锂离子电池。但是这种电池价格昂贵，不适合用于移动终端或新能源汽车中。

发明内容

本发明提供一种电池升温电路及电池组件，以实现低温条件下电池的自动升温，保证电池在低温条件下的正常工作，该电池升温电路及电池组件高效、实用且成本较低。

第一方面，本发明实施例提供了一种电池升温电路，包括温度监测模块、逻辑判断模块、开关模块以及加热模块；

所述温度监测模块用于监测电池的温度；

其中，所述温度监测模块包括第一电压比较器和第二电压比较器，所述第一电压比较器用于比较当前所述电池的温度和第一预设温度的大小，所述第二电压比较器用于比较当前所述电池的温度和第二预设温度的大小，所述第二预设温度大于所述第一预设温度；

所述逻辑判断模块分别与所述温度监测模块和所述开关模块电连接，用于在当前所述电池的温度小于或等于第一预设温度时所述逻辑判断模块控制所述开关模块开启，在当前所述电池的温度大于所述第二预设温度时所述逻辑判断模块控制所述开关模块关闭；

所述加热模块与所述开关模块电连接，用于在所述开关模块开启时为所述电池加热。

可选的，所述温度监测模块还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、温度传感单元、第四电阻和第五电阻；

所述第二电阻的第一端、所述第三电阻的第一端和所述第五电阻的第一端均与第一电源电连接，所述第二电阻的第二端分别与所述第一电阻的第一端和所述第一电压比较器的反相输入端电连接，所述第三电阻的第二端分别与所述温度传感单元的第一端、所述第一电压比较器的同相输入端以及所述第二电压比较器的反相输入端电连接，所述第五电阻的第二端分别与所述第四电阻的第一端和所述第二电压比较器的同相输入端电连接；

所述第一电阻的第二端、所述温度传感单元的第二端和所述第四电阻的第二端接地；

所述第一电压比较器的电源输入端与第二电源电连接，所述第一电压比较器的接地端接地，所述第二电压比较器的电源输入端与第二电源电连接，所述第二电压比较器的接地端接地；

所述第一电压比较器的输出端和所述第二电压比较器的输出端均与所述逻辑判断模块电连接。

可选的，所述逻辑判断模块包括或逻辑门单元；

所述或逻辑门单元的第一输入端与所述第一电压比较器的输出端电连接，所述或逻辑门单元的第二输入端与所述第二电压比较器的输出端电连接，所述或逻辑门单元的输出端与所述开关模块电连接。

可选的，所述逻辑判断模块还包括：与逻辑门单元和触发单元；

所述与逻辑门单元的第一输入端与所述第一电压比较器的输出端电连接，所述与逻辑门单元的第二输入端与所述触发单元电连接，所述与逻辑门单元的输出端与所述或逻辑门单元的第一输入端电连接。

可选的，所述逻辑判断模块还包括电量监测模块，所述与逻辑门单元还包括第三输入端；

所述与逻辑门单元的第三输入端与所述电量监测模块电连接。

可选的，所述开关模块包括电源输入端、控制端和电源输出端；

所述电源输入端用于与所述电池电连接，所述控制端与所述逻辑判断模块电连接，所述电源输出端与所述加热模块电连接。

可选的，所述加热模块为发热膜。

可选的，所述加热模块的加热温度为T1，所述第二预设温度为T3，其中，T1≥T3。

第二方面，本发明实施例还提供了一种电池组件，包括电池和第一方面所述的任一电池升温电路；

还包括相变材料；

所述相变材料贴附于所述电池上。

可选的，所述相变材料的相变温度为T4，所述第一预设温度为T2，所述第二预设温度为T3，其中，T2≤T4≤T3。

本发明实施例提供的技术方案，通过第一电压比较器比较当前电池的温度和第一预设温度的大小，第二电压比较器比较当前电池的温度和第二预设温度的大小，在当前电池的温度小于或等于第一预设温度时逻辑判断模块控制开关模块开启，此时，加热模块为电池加热；若当前电池的温度大于第二预设温度时逻辑判断模块控制开关模块关闭，此时，加热模块停止加热，从而实现了低温条件下电池的自动升温，解决了锂离子电池在低温下活性降低，电池容量不能被激发的技术问题，本发明实施例提供的电池升温电路，保证了电池在低温条件下正常工作的同时，高效、实用且成本低于现有技术中的耐低温锂电池，容易实现量产。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种电池升温电路的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种电池升温电路的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种电池升温方法的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的一种电池组件的正面结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种电池组件的侧面结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种电池组件的背面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的一种电池升温电路的结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供的电池升温电路包括温度监测模块11、逻辑判断模块12、开关模块13以及加热模块14。温度监测模块11用于监测电池15的温度，其中，温度监测模块11包括第一电压比较器111和第二电压比较器112，第一电压比较器111用于比较当前电池15的温度和第一预设温度的大小，第二电压比较器112用于比较当前电池15的温度和第二预设温度的大小，第二预设温度大于第一预设温度。逻辑判断模块12分别与温度监测模块11和开关模块13电连接，用于在当前电池15的温度小于或等于第一预设温度时逻辑判断模块12控制开关模块13开启，在当前电池15的温度大于第二预设温度时逻辑判断模块12控制开关模块13关闭。加热模块14与开关模块13电连接，用于在开关模块13开启时为电池15加热。

本发明实施例提供的技术方案，通过第一电压比较器111比较当前电池15的温度和第一预设温度的大小，第二电压比较器112比较当前电池15的温度和第二预设温度的大小，若在当前电池15的温度小于或等于第一预设温度时逻辑判断模块12控制开关模块13开启，此时，加热模块14为电池15加热；若当前电池15的温度大于第二预设温度时逻辑判断模块12控制开关模块13关闭，此时，加热模块14停止加热，从而实现了低温条件下电池15的自动升温，解决了锂离子电池15在低温下活性降低，电池15容量不能被激发的技术问题，本发明实施例提供的电池升温电路，保证了电池15在低温条件下正常工作的同时，高效、实用且成本低于现有技术中的耐低温锂电池，容易实现量产。

继续参考图1所示，可选的，温度监测模块11还包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、温度传感单元113、第四电阻R4和第五电阻R5。第二电阻R2的第一端21、第三电阻R3的第一端31和第五电阻R5的第一端51均与第一电源V1电连接，第二电阻R2的第二端22分别与第一电阻R1的第一端61和第一电压比较器111的反相输入端72电连接，第三电阻R3的第二端32分别与温度传感单元113的第一端91、第一电压比较器111的同相输入端71以及第二电压比较器112的反相输入端82电连接，第五电阻R5的第二端52分别与第四电阻R4的第一端41和第二电压比较器112的同相输入端81电连接。第一电阻R1的第二端62、温度传感单元113的第二端92和第四电阻R4的第二端42接地。第一电压比较器111的电源输入端74与第二电源V2电连接，第一电压比较器111的接地端75接地，第二电压比较器112的电源输入端84与第二电源V2电连接，第二电压比较器112的接地端85接地。第一电压比较器111的输出端73和第二电压比较器112的输出端83均与逻辑判断模块12电连接。

其中，第一电阻R1和第二电阻R2分压，通过设置第一电阻R1和第二电阻R2的阻值能够设定第一预设温度；第四电阻R4和第五电阻R5分压，通过设置第四电阻R4和第五电阻R5的阻值能够设定第二预设温度；第三电阻R3和温度传感单元113分压，温度传感单元113将电池15的温度信息转换为分压电压参数。第一电压比较器111通过比较温度传感单元113的分压电压和第一电阻R1的分压电压实现当前电池15的温度和第一预设温度的比较，第二电压比较器112通过比较温度传感单元113的分压电压和第四电阻R4的分压电压实现当前电池15的温度和第二预设温度的比较，从而实现对电池15的温度监控。

可选的，温度传感单元113为热敏电阻，热敏电阻是敏感元件的一类，对温度敏感，在不同的温度下表现出不同的电阻值，因此，热敏电阻可以将温度信息转换为电池升温电路中的分压电压参数，第一电压比较器111和第二电压比较器112接收该分压电压参数，从而实现当前电池15的温度与第一预设温度以及第二预设温度之间的比较。温度传感单元113也可以为热电偶、电阻温度检测器(RTD)和集成电路温度传感器等温度采集元件，本领域技术人员能够对此进行明显的变化、调整和替代而不脱离本发明的保护范围。

示例性的，温度传感单元113为负温度系数热敏电阻器(NTC)，在温度越高时负温度系数热敏电阻器的电阻值越低。若在当前电池15的温度小于或等于第一预设温度时，负温度系数热敏电阻器的电阻较大，负温度系数热敏电阻器的分压电压大于第一电阻R1的分压电压，此时，第一电压比较器111输出高电平，逻辑判断模块12控制开关模块13开启，加热模块14为电池15加热；电池15开始升温，当电池15的温度大于第一预设温度并小于第二预设温度时，负温度系数热敏电阻器的分压电压小于第一电阻R1的分压电压，此时，第一电压比较器111输出低电平；当电池15的温度大于第二预设温度时，负温度系数热敏电阻器的电阻变得较小，温度传感单元113的分压电压小于第四电阻R4的分压电压，此时，第二电压比较器112输出高电平，逻辑判断模块12控制开关模块13关闭，加热模块14停止加热，从而不会使电池15温度过高。其中，第一电源V1的电压可以为1.8V，第二电源V2的电压可以为3V，第二电源V2用于为第一电压比较器111和第二电压比较器112供电。

继续参考图1所示，可选的，逻辑判断模块12包括或逻辑门单元121。或逻辑门单元121的第一输入端1211与第一电压比较器111的输出端73电连接，或逻辑门单元121的第二输入端1212与第二电压比较器112的输出端83电连接，或逻辑门单元121的输出端1213与开关模块13电连接。

示例性的，温度传感单元113为负温度系数热敏电阻器(NTC)，若在当前电池15的温度小于或等于第一预设温度时，第一电压比较器111输出高电平，或逻辑门单元121输出高电平从而控制开关模块13开启，加热模块14为电池15加热；电池15开始升温，当电池15的温度大于第一预设温度并小于第二预设温度时，负温度系数热敏电阻器的分压电压小于第一电阻R1的分压电压，且负温度系数热敏电阻器的分压电压大于第四电阻R4的分压电压，此时，第一电压比较器111输出低电平，第二电压比较器112输出低电平，或逻辑门单元121输出低电平，开关模块13保持开启，加热模块14继续为电池15加热；当电池15的温度大于第二预设温度时，第二电压比较器112输出高电平，或逻辑门单元121输出高电平，开关模块13因再次接受到高电平而关闭，加热模块14停止加热，从而不会使电池15温度过高。本发明实施例提供的电池升温电路通过或逻辑门单元121实现根据当前电池15与第一预设温度时以及与第二预设温度的大小关系控制开关模块13的开启和关闭。

图2为本发明实施例提供的另一种电池升温电路的结构示意图，如图2所示，可选的，逻辑判断模块12还包括：与逻辑门单元122和触发单元123。与逻辑门单元122的第一输入端1221与第一电压比较器111的输出端73电连接，与逻辑门单元122的第二输入端1222与触发单元123电连接，与逻辑门单元122的输出端1224与或逻辑门单元121的第一输入端1211电连接。

具体的，当当前电池15的温度小于或等于第一预设温度且触发单元123被触发时，即第一电压比较器111输出高电平且触发单元123输出高电平时，与逻辑门单元122才输出高电平，从而使得或逻辑门单元121输出高电平，控制开关模块13开启，使得加热模块14为电池15加热，从而便于控制电池升温电路的工作，避免资源浪费。其中，触发单元123的触发方式不唯一，示例性的，触发单元123为一个开关，由人为手动触发，本领域技术人员能够对此进行明显的变化、调整和替代而不脱离本发明的保护范围。

继续参考图2所示，可选的，逻辑判断模块12还包括电量监测模块124，与逻辑门单元122还包括第三输入端124。与逻辑门单元122的第三输入端124与电量监测模块124电连接。

具体的，电量监测模块124用于检测并判断当前电池15的电量是否大于预设电量值，若当前电池15的电量大于预设电量值时，电量监测模块124输出高电平。当当前电池15的温度小于或等于第一预设温度、触发单元123被触发且电池15的电量大于预设电量值时，即第一电压比较器111输出高电平、触发单元123输出高电平且电量监测模块124输出高电平时，与逻辑门单元122才输出高电平，从而使得或逻辑门单元121输出高电平，控制开关模块13开启，使得加热模块14为电池15加热，从而防止电池15过放电，避免电池15损坏。

继续参考图1和图2所示，可选的，开关模块13包括电源输入端131、控制端132和电源输出端133。电源输入端131用于与电池15电连接，控制端132与逻辑判断模块12电连接，电源输出端133与加热模块14电连接。

具体的，控制端132接收到高电平时，开关模块13由关闭状态转变为开启状态，或者由开启状态转变为关闭状态；控制端132接收到低电平时，状态保持不变。示例性的，若在当前电池15的温度小于或等于第一预设温度时，逻辑判断模块12输出高电平，此时，控制开关模块13开启，此时，电池15为加热模块14供电，从而使得加热模块14为电池15加热；电池15逐渐升温，当电池15的温度大于第一预设温度并小于第二预设温度时，逻辑判断模块12输出低电平，开关模块13保持开启，电池15继续为加热模块14供电，加热模块14继续为电池15加热；当电池15的温度大于第二预设温度时，逻辑判断模块12输出高电平，开关模块13因再次接受到高电平而关闭，电池15与加热模块14之间断开，加热模块14停止加热，从而实现通过开关模块13的开启和关闭控制加热模块14为电池15加热。

可选的，加热模块14为发热膜。其中，发热膜能够使得电池15受热均匀，加热效果更好，加热模块14也可以为加热电阻丝，从而降低成本，本领域技术人员能够对此进行明显的变化、调整和替代而不脱离本发明的保护范围。

可选的，加热模块14的加热温度为T1，第二预设温度为T3，其中，T1≥T3。

示例性的，第二预设温度为T3为25℃，25℃≤T1≤60℃，从而能够在低温条件下尽快给电池15升温。其中，第二预设温度可以为电池15工作温度的上限值，也可以根据实际需求进行调整。

示例性的，图3为本发明实施例提供的一种电池升温方法的流程示意图，如图3所示，第一预设温度为0℃，第二预设温度为25℃，预设电量值为20％。当触发单元123被触发、电池15的电量大于20％且温度传感单元113检测的电池15温度小于或等于0℃时，开关模块13开启，电池升温电路开启升温模式，加热模块14开始为电池15加热；若温度传感单元113检测的电池15温度小于或等于25℃，加热模块14持续为电池15加热，温度监测模块11实时监控电池15的温度，若温度传感单元113检测的电池15的温度大于25℃，开关模块13关闭，电池升温电路关闭升温模式，从而实现低温条件下电池15的自动升温，保证电池15在低温条件下的正常工作。

基于同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种电池组件，包括电池和上述实施例提供的任一电池升温电路，与上述实施例相同或相应的结构以及术语的解释在此不再赘述，图4为本发明实施例提供的一种电池组件的正面结构示意图，图5为本发明实施例提供的一种电池组件的侧面结构示意图，图6为本发明实施例提供的一种电池组件的背面结构示意图，如图4、图5和图6所示，本发明实施例提供的电池组件还包括相变材料16。相变材料16贴附于电池15上。

其中，当电池15处于低温环境时，启用加热模块14对电池15进行加热,贴附在电池15上的相变材料16可以作为储能材料吸收部分多余热量，从而在低温环境下，对电池15进行保温；在电池15高温时，相变材料16利用潜热可以吸收热量进行辅助散热，同时提高电池15均温性。本发明实施例提供的电池组件，通过在电池15上添加相变材料16，能够充分利用加热模块14发出的热量，减少电池15的耗电量，解决加热模块14的热量难以被存储，耗电量增大的问题。

可选的，相变材料16的相变温度为T4，第一预设温度为T2，第二预设温度为T3，其中，T2≤T4≤T3。

示例性的，第一预设温度T2为0℃，第二预设温度T3为25℃，0℃≤T4≤25℃，其中，第一预设温度可以设置为电池15工作温度的下限值，第二预设温度可以设置为电池15工作温度的上限值，将相变材料16的相变温度T4设置在第一预设温度和第二预设温度之间，有利于使得电池15的温度保持在工作温度区间。

继续参考图4所示，本发明实施例提供的电池组件还包括电池连接器17，电池连接器17用于连接电池15和电池升温电路，采用电池连接器17便于电池15和电池升温电路之间的连接。

本发明实施例提供的电池升温电路及电池组件适用于任何类型的电池，如锂离子电池，本发明对此不做限定，本领域技术人员能够对此进行明显的变化、调整和替代而不脱离本发明的保护范围。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (7)

1.一种电池升温电路，其特征在于，包括温度监测模块、逻辑判断模块、开关模块以及加热模块；

所述温度监测模块用于监测电池的温度；

其中，所述温度监测模块包括第一电压比较器和第二电压比较器，所述第一电压比较器用于比较当前所述电池的温度和第一预设温度的大小，所述第二电压比较器用于比较当前所述电池的温度和第二预设温度的大小，所述第二预设温度大于所述第一预设温度；

所述逻辑判断模块分别与所述温度监测模块和所述开关模块电连接，用于在当前所述电池的温度小于或等于第一预设温度时所述逻辑判断模块控制所述开关模块开启，在当前所述电池的温度大于所述第二预设温度时所述逻辑判断模块控制所述开关模块关闭；

所述加热模块与所述开关模块电连接，用于在所述开关模块开启时为所述电池加热；

所述逻辑判断模块包括或逻辑门单元、与逻辑门单元和触发单元；

所述与逻辑门单元的第一输入端与所述第一电压比较器的输出端电连接，所述与逻辑门单元的第二输入端与所述触发单元电连接，所述与逻辑门单元的输出端与所述或逻辑门单元的第一输入端电连接；

所述或逻辑门单元的第二输入端与所述第二电压比较器的输出端电连接，所述或逻辑门单元的输出端与所述开关模块电连接；

所述开关模块包括电源输入端、控制端和电源输出端；

所述电源输入端用于与所述电池电连接，所述控制端与所述逻辑判断模块电连接，所述电源输出端与所述加热模块电连接。

2.根据权利要求1所述的电池升温电路，其特征在于，所述温度监测模块还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、温度传感单元、第四电阻和第五电阻；

所述第二电阻的第一端、所述第三电阻的第一端和所述第五电阻的第一端均与第一电源电连接，所述第二电阻的第二端分别与所述第一电阻的第一端和所述第一电压比较器的反相输入端电连接，所述第三电阻的第二端分别与所述温度传感单元的第一端、所述第一电压比较器的同相输入端以及所述第二电压比较器的反相输入端电连接，所述第五电阻的第二端分别与所述第四电阻的第一端和所述第二电压比较器的同相输入端电连接；

所述第一电阻的第二端、所述温度传感单元的第二端和所述第四电阻的第二端接地；

所述第一电压比较器的电源输入端与第二电源电连接，所述第一电压比较器的接地端接地，所述第二电压比较器的电源输入端与第二电源电连接，所述第二电压比较器的接地端接地；

所述第一电压比较器的输出端和所述第二电压比较器的输出端均与所述逻辑判断模块电连接。

3.根据权利要求1所述的电池升温电路，其特征在于，所述逻辑判断模块还包括电量监测模块，所述与逻辑门单元还包括第三输入端；

所述与逻辑门单元的第三输入端与所述电量监测模块电连接。

4.根据权利要求1所述的电池升温电路，其特征在于，所述加热模块为发热膜。

5.根据权利要求1所述的电池升温电路，其特征在于，所述加热模块的加热温度为T1，所述第二预设温度为T3，其中，T1≥T3。

6.一种电池组件，其特征在于，包括电池和权利要求1-5中任一项所述的电池升温电路；

还包括相变材料；

所述相变材料贴附于所述电池上。

7.根据权利要求6所述的电池组件，其特征在于，所述相变材料的相变温度为T4，所述第一预设温度为T2，所述第二预设温度为T3，其中，T2≤T4≤T3。