CN110534672A - 一种可挂载的低温自加热高功率锂离子电池组 - Google Patents

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Abstract

一种可挂载的低温自加热高功率锂离子电池组，包括外壳、灌封胶、电芯堆、保温板等；电芯堆安装在外壳内并用灌封胶固定，与开关相连接；开关设置在外壳上，开关控制电芯堆的负载输出和自加热输出；保温板安装在外壳与电芯堆之间；温控主板与电芯堆、温控指示板连接，温控主板固定在外壳的盖板内侧，用于控制电池组的自加热；温控指示板安装在外壳上，用于判读电池组剩余电量和加热状态；电连接器安装在外壳上；在温控主板与电芯堆、温控指示板的电路中串联断路器，断路器安装在外壳上，防止电池组短路。本发明提供了一种小型化、高功率、适应悬挂装置内复杂严酷工作环境的可飞机挂载的低温自加热高功率锂离子电池组。

Description

一种可挂载的低温自加热高功率锂离子电池组
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池组。
背景技术
飞机上的武器/悬挂物/悬挂装置通常使用机上电源进行供电，但这种方式需要受飞机电源能量限制且需要具有专门的交联接口，经常会带来飞机原有系统的较大更改，不利于快速实现加装武器/悬挂物/悬挂装置。
随着现役飞机加装新武器/悬挂物/悬挂装置的广泛需求和小型化、高功率锂离子电池技术的发展，在悬挂装置内单独配套电池供电的方式成为可能。通过配置高功率锂离子电池，可以不依靠其它电源(地面或飞机)实现给新加装的武器/悬挂物/悬挂装置独立直接供电。由于大多数武器/悬挂物/悬挂装置挂装于飞机外部，因此安装在悬挂装置内部的电池需要承受严酷的温度环境，低温温度可达-55℃，锂离子电池组在低温条件下电性能变差，容量利用率减小，造成续航能力不足等问题。
发明内容
本发明所解决的技术问题是：本发明提供了一种小型化、高功率、适应悬挂装置内复杂严酷工作环境的可飞机挂载的低温自加热高功率锂离子电池组。本发明采用锂离子电池组通过温控主板对加热带提供电能，加热带将电能转化成热能实现锂离子电池组的自加热，从而提高电池组低温容量利用率。
本发明所采用的技术方案是：一种可挂载的低温自加热高功率锂离子电池组，包括外壳、灌封胶、电芯堆、保温板、温控主板、电连接器、断路器、开关、温控指示板；电芯堆安装在外壳内并用灌封胶固定，与开关相连接；开关设置在外壳上，开关控制电芯堆的负载输出和自加热输出；保温板安装在外壳与电芯堆之间；温控主板与电芯堆、温控指示板连接，温控主板固定在外壳的盖板内侧，用于控制电池组的自加热；温控指示板安装在外壳上，用于判读电池组剩余电量和加热状态；电连接器安装在外壳上；在温控主板与电芯堆、温控指示板的电路中串联断路器，断路器安装在外壳上，防止电池组短路。
外壳包括前板、底板、右壁板、后板、盖板、左壁板；前板、底板、右壁板、后板、盖板、左壁板之间通过螺钉固定组装成长方形盒体。
外壳由2A12铝合金板材一体化铣削加工制成，表面黑色阳极化处理。
电连接器安装在前板上，带有充电、放电接点，作为电池组输入、输出接口。
电芯堆包括若干单体电池，单体电池依次横纵排列，通过硅橡胶进行粘结固定，并用跨接片通过点焊实现串并联。
灌封胶由硅橡胶和导热无机材料复配而成，在电池组封盖前，灌注到外壳内部，均匀填充电芯堆，实现电芯堆在使用过程中的结构固定，均匀单体电池之间的温度差异。
温控指示板包括加热指示灯和电量指示灯，其中，加热指示灯指示电池组是否处于自加热状态；电量指示灯为电池电压模拟量输出，根据给定的电池电压对照续航时间表和电量指示灯的点亮的数量，得到电池该状态下的最大续航时间。
所述温控主板包括加热带、温度采集模块、电量采集模块、控制模块；加热带紧贴安装在电芯堆周围，将接收到的电芯堆的电能转化为热能，实现对电池组的加热；温度采集模块通过安装在电芯堆上的温度传感器实现温度信号采集，发送给控制模块；电量采集模块采集电芯堆的电池电压发送给控制模块；控制模块采用嵌入式微控制器，控制温度、电压采集模块根据指令采集温度和电压信息，根据采集的温度和电压信息控制是否启动加热带进行加热；当采集到的电压值低于设定的阈值时，控制模块控制温度主板与电芯堆的连接断开，避免控制板对电芯堆电量的消耗；控制模块控制温控指示板上的加热指示灯和电量指示灯的显示。
打开电池组开关，电芯堆正、负极接入温控主板形成控制回路；根据预设值和检测值，预设值包括设定的启动加温温度T1、关闭加温温度T2和加温电压U1，检测值包括温度采集模块监测的电池组温度T内和电量采集模块监测的电池组电压U内，控制电池组是否启动自加热，并控制温控指示板的显示，具体为：当T内＜T1且U内＞U1时，温控主板控制加热带加热，加热指示灯亮；加热启动后，当T内≥T2或U内＜U1时，停止加热，加热指示灯灭。单体电池为锂离子电池。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明的电池组采用温控主板实现了一定年限的免维护；一方面是节约时间，提高效率，节约成本；另一方面当电池组在不容易拆卸的环境下，自动维护电池组。
(2)本发明的低温自加热高功率电池组具有小型化、高功率、适应悬挂装置内复杂严酷工作环境的特点，能够独立可靠地为飞机新加装的武器/悬挂物/悬挂装置提高28V直流工作用电；在低温环境条件下，采用自加热控制可将锂离子电池组的内部温度升高到合适的温度范围，从而提高锂离子电池组的容量利用率。
(3)本发明的加热电源来源于电池组，不需要额外提供加热电源，使用方便，并通过对锂离子电池内部电池堆加热，解决锂离子电池在低温环境条件下容量利用率不高的缺点。
附图说明
图1是一种可挂载的低温自加热高功率锂离子电池组的结构图。
图2是电芯堆内部结构图。
图3是温控指示板结构图。
图4是低温自加热系统功能图。
图5是低温自加热方法原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行说明。
参见图1，本发明的一种可挂载的低温自加热高功率锂离子电池组：包括外壳、灌封胶2、电芯堆4、保温板5、温控主板9、电连接器11、断路器12、开关13、温控指示板14；外壳包括前板1、底板3、右壁板6、后板7、盖板8、左壁板10，前板1、底板3、右壁板6、后板7、盖板8、左壁板10之间通过螺钉固定组装成长方形盒体。
外壳由2A12铝合金板材一体化铣削加工，用螺钉固定组装而成，表面黑色阳极化处理，可实现较高的结构强度，较轻的质量，并耐腐蚀。电芯堆4安装在电池组中心位置并用灌封胶2固定，与开关13相连接，以控制负载输出和自加热输出。保温板5安装在外壳与电芯堆4之间。温控主板9固定在盖板8内侧，用于控制电池组的低温自加热。温控指示板14安装在前板1，用于判读电池组剩余电量和加热状态。电连接器11安装在前板1，带有充电、放电接点，用于电池组输入、输出接口。为了防止电池组短路，在电路中串联了断路器12安装在前板上。
参见图2，电芯堆4由单体电池15通过专用硅橡胶按照需要进行粘结固定，并用跨接片16通过点焊实现串并联，实现一定的输出电压、电流和功率，最大输出功率可达900W。灌封胶由硅橡胶和导热无机材料复配而成，具有一定的结构强度和较好的导热性能，在电池封盖前，灌注到外壳内部，均匀填充电芯堆，实现电池在使用过程中的结构固定，均匀单体电池之间的温度差异。单体电池15为锂离子电池。
参见图3，温控指示板14由加热指示灯18和电量指示灯17组成，用于电量指示和加热工作指示。其中电量指示灯17为电池电压模拟量输出，根据给定的电池电压对照续航时间表和电量指示灯17的点亮的数量，可得到电池该状态下的最大续航时间。电池续航时间表按照任务需求设计电池容量和最大工作时间，其中温度、日历寿命衰减、循环寿命衰减、电池压降等因素对电池续航的影响均按照最坏情况考虑，保证电池在寿命末期依然能够达到设计的续航设计。
参见图4，所述温控主板9由加热带、温度采集模块、电量采集模块、控制模块组成。加热带紧贴安装在电芯堆4周围，将接收到的电芯堆4电能转化为热能，实现对电池组的加热。温度采集模块通过安装在电芯堆4上的温度传感器实现温度信号采集，发送给控制模块。电量采集模块采集电芯堆4的电池电压发送给控制模块。控制模块采用嵌入式微控制器，控制温度、电压采集模块根据指令采集温度和电压信息，根据采集的温度和电压信息控制是否启动加热带进行加热，当采集到的电压值低于设定的阈值时，控制温度主板与电芯堆4的连接断开，控制温控指示板上的加热指示灯18和电量指示灯17的显示，实现对其它模块的控制和信号采集，依据电池温度和电池电压进行温度控制、自动断电等功能控制，避免控制板对电芯堆电量的消耗。
参见图5，锂离子电池组在低温环境条件下，打开电池组开关13，电池组正、负极接入温控主板9形成控制回路；根据预设值(启动加温温度T1、关闭加温温度T2和加温电压U1)和检测值(通过温度采集模块和电量采集模块分别监测电池组温度T内和电压U内)，来控制低温自加热系统通断和温控指示板14的显示。
(1)当T内＜T1，U内＞U1(以防止电池组过放电)时，电池组开始以一定的加热电流自加热，电池组给加热器提供加热电能，加热指示灯18亮；
(2)加热启动后，当T内≥T2或U内＜U1时，停止加热，加热指示灯18灭。
(3)加温时间为0～40min。
其中，T内、T1、T2、U内、U1可根据实际需求通过软件进行设置。
本发明提供了一种小型化、高功率、适应悬挂装置内复杂严酷工作环境的低温自加热高功率电池组；加热电源来源于电池组，不需要额外提供加热电源，并通过对锂离子电池内部电池堆加热，解决了锂离子电池在低温环境条件下容量利用率不高的缺点，能够独立可靠地为飞机新加装的武器/悬挂物/悬挂装置提高28V直流工作用电。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。

Claims (10)

1.一种可挂载的低温自加热高功率锂离子电池组，其特征在于：包括外壳、灌封胶(2)、电芯堆(4)、保温板(5)、温控主板(9)、电连接器(11)、断路器(12)、开关(13)、温控指示板(14)；电芯堆(4)安装在外壳内并用灌封胶(2)固定，与开关(13)相连接；开关(13)设置在外壳上，开关(13)控制电芯堆(4)的负载输出和自加热输出；保温板(5)安装在外壳与电芯堆(4)之间；温控主板(9)与电芯堆(4)、温控指示板(14)连接，温控主板(9)固定在外壳的盖板(8)内侧，用于控制电池组的自加热；温控指示板(14)安装在外壳上，用于判读电池组剩余电量和加热状态；电连接器(11)安装在外壳上；在温控主板(9)与电芯堆(4)、温控指示板(14)的电路中串联断路器(12)，断路器(12)安装在外壳上，防止电池组短路。
2.根据权利要求1所述的一种可挂载的低温自加热高功率锂离子电池组，其特征在于：外壳包括前板(1)、底板(3)、右壁板(6)、后板(7)、盖板(8)、左壁板(10)；前板(1)、底板(3)、右壁板(6)、后板(7)、盖板(8)、左壁板(10)之间通过螺钉固定组装成长方形盒体。
3.根据权利要求2所述的一种可挂载的低温自加热高功率锂离子电池组，其特征在于：外壳由2A12铝合金板材一体化铣削加工制成，表面黑色阳极化处理。
4.根据权利要求2所述的一种可挂载的低温自加热高功率锂离子电池组，其特征在于：电连接器(11)安装在前板(1)上，带有充电、放电接点，作为电池组输入、输出接口。
5.根据权利要求1或2所述的一种可挂载的低温自加热高功率锂离子电池组，其特征在于：电芯堆(4)包括若干单体电池(15)，单体电池(15)依次横纵排列，通过硅橡胶进行粘结固定，并用跨接片(16)通过点焊实现串并联。
6.根据权利要求5所述的一种可挂载的低温自加热高功率锂离子电池组，其特征在于：灌封胶(2)由硅橡胶和导热无机材料复配而成，在电池组封盖前，灌注到外壳内部，均匀填充电芯堆(4)，实现电芯堆(4)在使用过程中的结构固定，均匀单体电池(15)之间的温度差异。
7.根据权利要求6所述的一种可挂载的低温自加热高功率锂离子电池组，其特征在于：温控指示板(14)包括加热指示灯(18)和电量指示灯(17)，其中，加热指示灯(18)指示电池组是否处于自加热状态；电量指示灯(17)为电池电压模拟量输出，根据给定的电池电压对照续航时间表和电量指示灯(17)的点亮的数量，得到电池该状态下的最大续航时间。
8.根据权利要求7所述的一种可挂载的低温自加热高功率锂离子电池组，其特征在于：所述温控主板(9)包括加热带、温度采集模块、电量采集模块、控制模块；加热带紧贴安装在电芯堆(4)周围，将接收到的电芯堆(4)的电能转化为热能，实现对电池组的加热；温度采集模块通过安装在电芯堆(4)上的温度传感器实现温度信号采集，发送给控制模块；电量采集模块采集电芯堆(4)的电池电压发送给控制模块；控制模块采用嵌入式微控制器，控制温度、电压采集模块根据指令采集温度和电压信息，根据采集的温度和电压信息控制是否启动加热带进行加热；当采集到的电压值低于设定的阈值时，控制模块控制温度主板(9)与电芯堆(4)的连接断开，避免控制板对电芯堆电量的消耗；控制模块控制温控指示板上的加热指示灯(18)和电量指示灯(17)的显示。
9.根据权利要求8所述的一种可挂载的低温自加热高功率锂离子电池组，其特征在于：打开电池组开关(13)，电芯堆(4)正、负极接入温控主板(9)形成控制回路；根据预设值和检测值，预设值包括设定的启动加温温度T1、关闭加温温度T2和加温电压U1，检测值包括温度采集模块监测的电池组温度T内和电量采集模块监测的电池组电压U内，控制电池组是否启动自加热，并控制温控指示板(14)的显示，具体为：
当T内＜T1且U内＞U1时，温控主板(9)控制加热带加热，加热指示灯(18)亮；加热启动后，当T内≥T2或U内＜U1时，停止加热，加热指示灯(18)灭。
10.根据权利要求5所述的一种可挂载的低温自加热高功率锂离子电池组，其特征在于：单体电池(15)为锂离子电池。
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