CN110828882A - 一种锂电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锂电池，包括电芯，电流检测器件，电流检测器件用电芯连接，控制电路板，控制电路板与电流检测器件和电芯连接，温度传感器，温度传感器与控制电路板连接，温度传感器设置在电芯内部或电芯外表面，碳基电热膜，碳基电热膜与控制电路板连接，碳基电热膜设置在电芯内部，当温度传感器检测到电芯的内部或外表面温度低于第一预设温度阈值时，控制电路板控制电芯为石墨烯加热器供电，通过碳基电热膜对电芯进行加热。通过在锂电池内部设置碳基电热膜，在低温时通过锂电池本身对碳基电热膜进行供电加热，升高锂电池的内部温度，从而保证锂电池的供电性能；以及在对锂电池充电时利用碳基电热膜将锂电芯内部温度提高到60度左右并保持一端时间可达到锂电池的快速充电的效果。

Description

一种锂电池

技术领域

本发明涉及电池充放电领域，特别是涉及一种新型锂电池。

背景技术

锂电池是一种可充电电池，锂电池被广泛应用于各种电子产品和电动汽车中。锂电池的性能虽好但是在低温时锂电池的供电性能被大大的降低，锂电池的适用温度在零下10度到零上40度之间，当温度低于零下10度时，锂电池的供电性能被大幅降低，基本上等于常温下的20％-30％左右。在低温环境下锂电池的供电性能被降低，且在低温下对锂电池进行充电也容易损坏锂电池的内部构造，从而造成安全问题；另外，锂电池的正常充电时间往往需要数个小时的时间，如何能够减少锂电池的充电时间并保证锂电池的安全性，是个很大的难题。

之前的解决方案有在电池组外部包裹发热器件加热电池，但存在加热时间长，热转换效率极低等问题，很难应用在锂电池中；也有在电芯内部装入金属材质发热膜方式为电池加热，但金属材质发热膜存在如绝缘封装不严容易导致短路产生电火花，以及很难实现自限温发热，并容易产生局部热点等问题，这些问题极其容易导致电芯发生起火爆炸的恶性事故，并不适合放置在锂电芯的内部使用。

而碳基电热膜具有发热效率高，升温速度快，发热面均匀，自限温发热等特点，发热过程中不会产生局部热点，表面毁损或短路也不会也产生电火花等优点，是最适合放入锂电芯内部的发热体。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种能够在低温下保持正常供电性能并能够在充电时实现安全快充的锂电池。

一种锂电池，包括电芯，所述电芯用于存储和释放电能；

电流检测器件，所述电流检测器件用于检测所述电池的充供电状态，所述电流检测器件与所述电芯连接；

控制电路板，所述控制电路板与所述电流检测器件和所述电芯连接；

温度传感器，所述温度传感器设置在电芯的内部或外部，与所述控制电路板连接，所述温度传感检测电芯的温度，所述电流检测器件判断电池充供电状态，当所述电流检测器件检测到所述充供电电流大于预设充供电电流阈值时，所述控制电路板控制所述温度传感器进行温度检测；

碳基电热膜，所述碳基电热膜与所述控制电路板连接，所述碳基电热膜设置在所述电芯内部，当所述温度传感器检测到所述电芯的内部温度低于第一预设温度阈值时，所述控制电路板控制所述电芯为所述碳基电热膜供电，通过所述碳基电热膜对所述电芯内部进行加热，当所述温度传感器检测到的电芯内部温度或外表面温度达到或超过第二预设温度，保持加热一段时间后，再通过所述控制电路板断开所述碳基电热膜与所述电芯的电路连接，停止对所述电芯进行加热，所述第二预设温度大于所述第一预设温度。

在其中一个实施例中，当电流检测器件检测到电池在充电状态时，所述第一预设温度阈值设置为零下60摄氏度到零上60度之间的任意温度值，所述第二预设温度阈值设置为零上55-65度之间的任意一个温度值，所述控制电路板对所述碳基电热膜供电并将电芯内部温度加热到第二预设温度阈值时，保持对所述碳基电热膜供电8-12分钟后再断开碳基电热膜与所述电芯的电路连接，停止对所述电芯进行加热。

在其中一个实施例中，当电流检测器件检测到电池在供电状态时，所述第一预设温度阈值设置为零下60摄氏度到零上20度之间的任意温度值，所述第二预设温度设置为零上10度-零上60度之间的任意一个温度值。

在其中一个实施例中，电芯内部设置至少一个碳基电热膜。

所述碳基电热膜包括碳纤维电热膜，碳纳米管电热膜，石墨烯电热膜，混合碳纤维碳纳米管和石墨烯材料的混合材料电热膜。

所述电芯包括但不限于锂聚合物电池电芯，锂离子电池电芯，锂基镁电池电芯，钛酸锂电池电芯，磷酸铁锂电池电芯。

所述电芯的内部结构包括但不限于卷绕式，叠层式结构。

上述锂电池包括：电芯，电芯用于存储和释放电能，电流检测器件，电流检测器件用于检测电池的充供电状态，控制电路板与电流检测器件、温度传感器和电芯连接，温度传感器，温度传感器设置在电芯的内部或外部，当电流检测器件检测到充供电电流大于预设电流阈值时，控制电路板控制温度传感器进行温度检测，碳基电热膜，碳基电热膜与控制电路板连接，碳基电热膜设置在电芯内部，当温度传感器检测到电芯的内部温度低于第一预设温度阈值时，控制电路板控制电芯为石墨烯加热器供电，通过碳基电热膜对电芯内部进行加热，当温度传感器检测到的温度超过第二预设温度时，通过控制电路板断开碳基电热膜与电芯的电路连接，停止对电芯进行加热。通过在锂电池内设置电流检测器件对锂电池的输入输出电流进行监测，通过电流检测结果确定是否开启温度传感器的温度检测功能，通过温度检测结果确定是否对电池进行加热，即从锂电池的工作电流和工作温度进行综合参考，当两者都满足条件时，才通过碳基电热膜对电芯进行加热，从而提升锂电池在低温状态时的供电性能以及锂电池在充电时的快充性能。

附图说明

图1为一个实施例中锂电池的模块结构图；

图2为一个实施例中锂电池结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，提供了一种锂电池100，包括：电芯110、电流检测器件120、控制电路板130、温度传感器140和碳基电热膜150，控制电路板130分别与电芯110、电流检测器件120、温度传感器140和碳基电热膜150连接。

具体地，电芯是用于对电路进行供电的组件，电芯包含多个子器件，通过整个电芯的各个子器件实现电池的充放电功能。电流检测器件是用来对电芯的充放电电流进行检测的器件，当电流检测器件检测电芯的充放电电流的电流大于预设电流阈值时，说明电芯处于快速充放电的过程中。控制电路板是控制整个锂电池工作的电路板，用于调控各个器件的工作状态，如开启关闭温度传感器，作为电池充供电保护板等。温度传感器是指用于对电芯的内部温度进行测量的传感器，通过温度传感器测量的温度数据与预设温度数据进行比较，确定电芯内部温度是否低于预先设置的第一预设温度，或是否高于预先设置的第二预设温度。电热膜是一种通电后能产热的薄膜，一般由电绝缘材料与封装在其内的发热电阻材料组成的发热元件，碳基电热膜是指由不同类型的碳原子的排列所组成的各种包括碳纤维、碳纳米管、石墨烯材料所构成，通过化学气相沉积、喷涂、涂覆等工艺生产出来的柔性发热膜，具有电-热转换效率高，能量损失小等优点，且碳基电热膜具有发热均匀及自限热等特性，安装在锂电芯内部时更不会因短路等原因产生电火花导致电池发生燃烧爆炸等恶性事故，安全性要远高于使用金属加热膜或其它类型加热方式，最适合安装在电芯内部使用。

在锂电池的使用过程中，控制电路板在接收到电流检测器件检测的电流数据之后，对电流数据与预设电流阈值进行对比，当超过预设电流阈值时，控制电路板接通温度传感器的电路，启动温度传感器对电芯的内部或外表部温度进行测量，得到电芯的内部或外表面温度数据，温度传感器将测量得到的温度数据发送至控制电路板，控制电路板对温度数据进行处理，当电芯处于向外供电状态且电芯内外表面温度数据低于供电状态时的第一预设温度时，锂电池处于低温工作状态，电池的供电性能大幅度降低，此时可通过控制电路板导通控制碳基电热膜与电芯间的电路连接，对电芯内部的碳基电热膜进行供电，碳基电热膜与电芯导通之后开始产热，快速升高电芯的内部温度，提高电芯的供电性能，保证电池的使用安全。当温度传感器检测到电芯的内部或外表面温度大于或等于预设第二温度时，说明电芯的内部温度已经足够高，此时通过控制电路板断开电芯与碳基电热膜的电路连接，停止为碳基电热膜进行供电，第二预设温度大于第一预设温度；当锂电芯处于充电状态且电芯内外表面温度数据低于充电状态时的第一预设温度时，此时控制电路板导通碳基电热膜与电芯间的电路连接，对电芯内部的碳基电热膜进行供电，碳基电热膜与电芯导通之后开始产热，快速升高电芯的内部温度达到充电状态时的第二预设温度并保持一段时间后，在该段时间内电池处于安全的快速充电状态，然后由控制电路板切断碳基电热膜与电芯之间的连接。

在一个实施例中，由电流检测器件检测到电芯处于供电状态时，第一预设温度设置为零下60度至5度之间的任意一个温度，第二预设温度设置为5度到60度之间的任意一个温度。锂电池的供电性能随着温度的降低而降低，锂电池在低于0℃时，电池的电容量大打折扣，故第一预设温度设置在低于0℃以下的一个值，当电量检测器件检测到电芯处于供电状态时通知控制电路板启动温度传感器，温度传感器检测到电池内部或外表面温度低于第一预设温度时，通过碳基电热膜发热产生的热量快速的为电池加热，第二预设温度过高或高低都不合适，过高浪费电池的电能，过低无法保证锂电池的供电性能和电容量，故选择合适的第二预设温度能够在保证耗能较小的情况下，保证锂电池的供电性能和电容量趋近正常工作状态时的供电性能和电容量，如可以将第二预设温度设置在20度左右，在20度左右，锂电池的供电性能和电容量都趋于正常水平值。

在一个实施例中，由电流检测器件检测到电芯在处于充电状态时，第一预设温度阈值设置为零下60摄氏度到零上60度之间的任意温度值，所述第二预设温度阈值设置为零上55-65度之间的任意一个温度值。锂电池充电时随着电池内部温度的短暂升高会有一个安全快速充电的过程，但需要充电时控制电池内部的升高温度在50-65度之间，所持续的升温保持时间为8-15分钟之间才能实现安全快速充电，所述电流检测器件在判断电芯处于充电状态时，通知控制电路板启动温度传感器检测电芯温度，当检测到电芯内部或外表面温度低于第二预设温度时，控制电路板导通碳基电热膜与电池正负极的连接，由碳基电热膜发热迅速将电池内部温度加温到第二预设温度，一般预设为60度左右，并保持加热状态8-15分钟，一般预设在10分钟左右，为电芯实现快速充电，在10分钟就可充到电池电量的70％-80％左右，然后控制电路板切断碳基电热膜和电池正负极的连接停止发热，电池自然降温并恢复到正常充电状态。

在一个实施例中，电芯内部设置至少一个碳基电热膜，即可以在电芯内部设置一个或多个碳基电热膜。电芯包括卷绕式和叠片式锂电池，如在卷绕式锂电池中的电芯内部表面裹一层碳基电热膜和/或是其中一层或多层隔膜中设置碳基电热膜。电芯包括正极、负极和隔膜，碳基电热膜可以设置在薄膜与正极之间或是薄膜与负极之间。如图2所示，锂电池100为叠片式电池，电芯110为包括正极112、负极114、隔膜116，碳基电热膜150设置在薄膜116与正极112之间。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种锂电池，其特征在于，所述锂电池包括：

电芯，所述电芯用于存储和释放电能；

电流检测器件，所述电流检测器件用于检测所述电池的充供电电流，所述电流检测器件与所述电芯连接；

控制电路板，所述控制电路板与所述电流检测器件和所述电芯连接；

温度传感器，所述温度传感器设置在电芯内部或外部，与所述控制电路板连接，所述温度传感检测电芯温度，所述电流检测器件判断电芯充供电状态，当所述电流检测器件检测到所述充供电电流大于预设充供电电流阈值时，所述控制电路板控制所述温度传感器进行温度检测；

碳基电热膜，所述碳基电热膜与所述控制电路板连接，所述碳基电热膜设置在所述电芯内部，当所述温度传感器检测到所述电芯的内部或外部温度低于第一预设温度阈值时，所述控制电路板控制所述电芯为所述碳基电热膜供电，通过所述碳基电热膜对所述电芯内部进行加热，当所述温度传感器检测到的电芯内部或外部温度达到或超过第二预设温度，保持加热一段时间后，通过所述控制电路板断开所述碳基电热膜与所述电芯的电路连接，停止对所述电芯进行加热，所述第二预设温度大于所述第一预设温度。

2.根据权利要求1所述的锂电池，其特征在于，当电流检测器件检测到电池在充电状态时，所述第一预设温度阈值设置为零下60摄氏度到零上60度之间的任意温度值，所述第二预设温度阈值设置为零上55-65度之间的任意一个温度值。

3.根据权利要求2所述的锂电池，其特征在于，当电流检测器件检测到电池在充电状态时，所述控制电路板对所述碳基电热膜供电并将电芯内部温度加热到第二预设温度阈值时，保持对所述碳基电热膜供电8-12分钟后再断开碳基电热膜与所述电芯的电路连接，停止对所述电芯进行加热。

4.根据权利要求1所述的锂电池，其特征在于，当电流检测器件检测到电池在供电状态时，所述第一预设温度阈值设置为零下60摄氏度到零上20度之间的任意温度值，所述第二预设温度设置为零度-零上60度之间的任意一个温度值。

5.根据权利要求1所述的锂电池，其特征在于，所述电芯内部设置至少一个碳基电热膜。

6.根据权利要求1所述的锂电池，其特征在于，所述碳基电热膜包括碳纤维电热膜，碳纳米管电热膜，石墨烯电热膜，混合碳纤维碳纳米管和石墨烯材料的混合材料电热膜。

7.根据权利要求1所述的锂电池，其特征在于，所述电芯类型包括但不限于锂聚合物电池电芯，锂离子电池电芯，锂基镁电池电芯，钛酸锂电池电芯，磷酸铁锂电池电芯。

8.根据权利要求1所述的锂电池，其特征在于，所述电芯的内部结构包括但不限于卷绕式，叠层式结构。

Images