CN113659231A - 一种恒温供电电池组系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种恒温供电电池组系统，根据电池组的结构设置相应的温度传感器和气压传感器，以获取当前电池组的工作状态，设置温度调节系统，温度调节系统设置碳纤维加热器，通过温度调节系统调节电池组的温度，从而保证电池组工作在最佳功率，防止因温度不佳导致电池寿命的降低。

Description

一种恒温供电电池组系统
技术领域
本发明涉及用于直接转变化学能为电能的装置，尤其涉及一种恒温供电电池组系统。
背景技术
“锂电池”，是一类由锂金属或锂合金为正/负极材料、使用非水电解质溶液的电池。其重量轻，容量大，是目前广泛使用于车辆的一种动力电池；但是由于锂电池本身受温度的影响很大，在温度低时其充放电容量降低很大，而在温度高时其寿命会大大降低；经研究发现锂电池的最佳工作温度一般在25℃附近，因此锂电池的电池组如何控制温度是目前的研究热点。
申请号CN201721345404.X公开了一种恒温电池组，包括壳体，所述壳体底部填充有热交换液，所述壳体内部放置有若干电池组，所述电池组底部浸润于热交换液内，所述壳体底部还设有温控装置，所述温控装置包括固定于壳体底面外壁上的电晶片、位于电晶片下方且与电晶片紧密连接的导热翅片、固定于导热翅片一侧风扇支撑板、固定于风扇支撑板上的若干并列排布的风扇、位于壳体底部与电晶片和风扇电连接的微电脑温度控制器及位于壳体侧壁上与微电脑温度控制器电连接的温度传感器。
但是使用传统的散热结构和方式一方面增加了电池组的自重，不适于在车辆上使用；另一方面传统的散热方式散热效果不好，如果使用液体还具有泄漏的风险。
发明内容
针对上述内容，为解决上述问题，提供一种恒温供电电池组系统，包括锂电池片组、供电管理模块、供电接口、充电接口和温度控制模块；锂电池片组、供电接口、充电接口和温度控制模块都连接供电管理模块，锂电池片组用于存储电能，供电接口用于电池组向外界供电，充电接口用于电池组从外界获取电能，并在锂电池片组内将电能转化成化学能储存；温度控制模块用于控制锂电池片组的温度，保证锂电池片组的温度在最佳供电温度；
锂电池片组包括多个锂电池片，锂电池片串联组成锂电池子组，锂电池子组相互并联形成锂电池片组，锂电池子组提供的电压满足供电接口的使用需求，且锂电池片组和锂电池子组的电压相等；
温度控制模块单独调节各个锂电池子组的温度。
供电电池组用于电动汽车、电动自行车或电动三轮车；
温度控制模块包括温度控制器、温度传感器、气压传感器、碳纤维管束和通风口风圈；
锂电池子组的形状为薄片形，多个锂电池子组层叠设置形成锂电池片组，相邻两个锂电池子组之间设置碳纤维管束层，碳纤维管束的方向平行于锂电池子组的延伸方向，从而使得从一侧流入的空气可以穿过碳纤维管束从另一侧流出并且带走热量；
温度传感器、气压传感器、碳纤维管束和通风口风圈连接至温度控制器，温度传感器设置在各个锂电池子组上，用于获取各个锂电池子组的温度；气压传感器设置于碳纤维管束进风口和出风口，用于监测碳纤维管束两端的气压差；通风口风圈设置在碳纤维管束的进风口一侧，用于控制流入碳纤维管束空气的量；通风口风圈的形状为光圈阀的结构，其在温度控制器的控制下调节开口大小；
碳纤维管束具有加热功能，可以在温度控制器的控制下加热，从而提高与碳纤维管束相邻的锂电池子组的温度。
温度控制器从供电管理模块获取供电接口和充电接口的充放电状态，电池组的状态包括待机、放电和充电三种；温度控制器内提前设置有温度阈值T1和T2，T1为15℃，T2为35℃；
在待机状态下，温度控制器控制采集温度传感器的温度，从而获得第n个锂电池子组2的温度T0n，如果T0n＞T2，则控制该锂电池子组2相邻的通风口风圈4全开；如果T0n≤T2,则控制该锂电池子组2相邻的通风口风圈4关闭；如果所有的锂电池子组2的温度都小于T1，那么随机选择一组锂电池子组2，温度控制器控制该锂电池子组2相邻的碳纤维管束加热，使得该锂电池子组2的温度为T1和T2之间；
在放电状态下，温度控制器控制采集温度传感器的温度，从获得第n个锂电池子组2的温度Tfn；如果Tfn＞T2，则控制该锂电池子组2相邻的通风口风圈4全开；如果Tfn＜T1,则控制该锂电池子组2相邻的通风口风圈4关闭，同时开启对应的碳纤维管束层加热；如果T1≤Tfn≤T2，温度控制器采集对应锂电池子组2相邻的气压传感器的前后压差，根据压差调节通风口风圈4的开口大小，温度越高开口越大；同时在放电状态下，供电管理模块控制仅有T1≤Tfn的锂电池子组2向外界输出电能；
在充电状态下，温度控制器控制采集温度传感器的温度，从获得第n个锂电池子组2的温度Tcn；如果Tcn＞T1，则控制该锂电池子组2相邻的通风口风圈4全开；如果Tcn≤T1,则控制该锂电池子组2相邻的通风口风圈4关闭；如果充电时所有的锂电池子组2的温度都大于T2，停止充电，使得该锂电池子组2的温度为T1和T2之间后再进行充电。
碳纤维管束层3的厚度为2mm以下，且管束内径大于厚度的50％，以保证良好的通风效果。
本发明的有益效果为：
本发明在锂电池内部置入碳纤维管束层结构，充分利用碳纤维轻质、导热系数高、加热效果好的特点；首先轻质，使得即使加入碳纤维后的锂电池重量增加很少；其次导热系数高，使得锂电池在温度升高后其内部的热量很容易散发出来，散热效果比传统锂电池高的多；由于碳纤维本身可以制作成加热器，当锂电池温度不足时，碳纤维自身还可以加热，从而保证锂电池工作在最佳温度区间内。
将锂电池子组的供电电压设置的和锂电池片组相同，当在温度较低的环境中使用时，初次启动时由于有一组碳纤维加热器保证锂电池子组中有一个温度是最佳温度，此时就可以直接将其向外供电，保证了电池组的使用，在使用后其他组继续加热升温，可以保证在待机状态下省电的同时在使用时保证所有工作的电池都在最佳温度范围，最大化的提高电池寿命。
设置通风口风圈结构，充分利用车辆前进中产生的风力给电池散热，节约能源。
附图说明
被包括来提供对所公开主题的进一步认识的附图，将被并入此说明书并构成该说明书的一部分。附图也阐明了所公开主题的实现，以及连同详细描述一起用于解释所公开主题的实现原则。没有尝试对所公开主题的基本理解及其多种实践方式展示超过需要的结构细节。
图1为本发明的锂电池片组的结构示意图；
图2为本发明整体架构示意图；
图3为本发明锂电池片组和风圈的结构示意图。
具体实施方式
本发明的优点、特征以及达成所述目的的方法通过附图及后续的详细说明将会明确。
实施例1：
一种恒温供电电池组系统，包括锂电池片组1、供电管理模块、供电接口、充电接口和温度控制模块；锂电池片组1、供电接口、充电接口和温度控制模块都连接供电管理模块，锂电池片组1用于存储电能，供电接口用于电池组向外界供电，充电接口用于电池组从外界获取电能，并在锂电池片组1内将电能转化成化学能储存；温度控制模块用于控制锂电池片组1的温度，保证锂电池片组1的温度在最佳供电温度；
锂电池片组1包括多个锂电池片，锂电池片串联组成锂电池子组2，锂电池子组2相互并联形成锂电池片组1，锂电池子组2提供的电压满足供电接口的使用需求，且锂电池片组1和锂电池子组2的电压相等；
温度控制模块单独调节各个锂电池子组2的温度。
供电电池组用于电动汽车、电动自行车或电动三轮车；
温度控制模块包括温度控制器、温度传感器、气压传感器、碳纤维管束和通风口风圈4；
锂电池子组2的形状为薄片形，多个锂电池子组2层叠设置形成锂电池片组1，相邻两个锂电池子组2之间设置碳纤维管束层3，碳纤维管束的方向平行于锂电池子组2的延伸方向，从而使得从一侧流入的空气可以穿过碳纤维管束从另一侧流出并且带走热量；
温度传感器、气压传感器、碳纤维管束和通风口风圈4连接至温度控制器，温度传感器设置在各个锂电池子组2上，用于获取各个锂电池子组2的温度；气压传感器设置于碳纤维管束进风口和出风口，用于监测碳纤维管束两端的气压差；通风口风圈4设置在碳纤维管束的进风口一侧，用于控制流入碳纤维管束空气的量；通风口风圈4的形状为光圈阀的结构，其在温度控制器的控制下调节开口大小；
碳纤维管束具有加热功能，可以在温度控制器的控制下加热，从而提高与碳纤维管束相邻的锂电池子组2的温度。
温度控制器从供电管理模块获取供电接口和充电接口的充放电状态，电池组的状态包括待机、放电和充电三种；温度控制器内提前设置有温度阈值T1和T2，T1为15℃，T2为35℃；
在待机状态下，温度控制器控制采集温度传感器的温度，从而获得第n个锂电池子组2的温度T0n，如果T0n＞T2，则控制该锂电池子组2相邻的通风口风圈4全开；如果T0n≤T2,则控制该锂电池子组2相邻的通风口风圈4关闭；如果所有的锂电池子组2的温度都小于T1，那么随机选择一组锂电池子组2，温度控制器控制该锂电池子组2相邻的碳纤维管束加热，使得该锂电池子组2的温度为T1和T2之间；
在放电状态下，温度控制器控制采集温度传感器的温度，从获得第n个锂电池子组2的温度Tfn；如果Tfn＞T2，则控制该锂电池子组2相邻的通风口风圈4全开；如果Tfn＜T1,则控制该锂电池子组2相邻的通风口风圈4关闭，同时开启对应的碳纤维管束层加热；如果T1≤Tfn≤T2，温度控制器采集对应锂电池子组2相邻的气压传感器的前后压差，根据压差调节通风口风圈4的开口大小，温度越高开口越大；同时在放电状态下，供电管理模块控制仅有T1≤Tfn的锂电池子组2向外界输出电能；
在充电状态下，温度控制器控制采集温度传感器的温度，从获得第n个锂电池子组2的温度Tcn；如果Tcn＞T1，则控制该锂电池子组2相邻的通风口风圈4全开；如果Tcn≤T1,则控制该锂电池子组2相邻的通风口风圈4关闭；如果充电时所有的锂电池子组2的温度都大于T2，停止充电，使得该锂电池子组2的温度为T1和T2之间后再进行充电。
碳纤维管束层3的厚度为2mm以下，且管束内径大于厚度的50％，以保证良好的通风效果。
碳纤维管束层的导热系数为25W/(m·K)以上，且碳纤维管束层的单层加热功率为30W以上。
通风口风圈的光圈阀的叶片数为6片以上，最大通风口径50mm2。
在使用时，若处于待机状态，则说明车辆没有移动，此时的外界风力较小，也不必过多调节电池，由于外界实际温度高于35度的情况不多，仅仅需要注意在温度过低的情况下保持一组锂电池子组的温度高于15度就可以供使用；当车辆启动以后，处于放电状态，此时车辆前进，风力也变大，可以很好的为电池提供降温，此时若温度过高就开大风圈降温，如果温度低就启动碳纤维加热；风从风圈进入碳纤维管束，带走碳纤维的热量，同时也使得锂电池降温；当处于充电状态下，由于高温充电具有一定危险，因此监控电池的温度，过高时停止充电，放置发生危险即可，如果过低可以加热，保证充电的电量，防止由于温度过低导致的充电不充分，影响续航。
以上所述，仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种恒温供电电池组系统，包括锂电池片组(1)、供电管理模块、供电接口、充电接口和温度控制模块；其特征在于：锂电池片组(1)、供电接口、充电接口和温度控制模块都连接供电管理模块，锂电池片组(1)用于存储电能，供电接口用于电池组向外界供电，充电接口用于电池组从外界获取电能，并在锂电池片组(1)内将电能转化成化学能储存；温度控制模块用于控制锂电池片组(1)的温度，保证锂电池片组(1)的温度在最佳供电温度；
锂电池片组(1)包括多个锂电池片，锂电池片串联组成锂电池子组(2)，锂电池子组(2)相互并联形成锂电池片组(1)，锂电池子组(2)提供的电压满足供电接口的使用需求，且锂电池片组(1)和锂电池子组(2)的电压相等；
温度控制模块单独调节各个锂电池子组(2)的温度。
2.根据权利要求1所述的恒温供电电池组系统，其特征在于：
供电电池组用于电动汽车、电动自行车或电动三轮车；
温度控制模块包括温度控制器、温度传感器、气压传感器、碳纤维管束和通风口风圈(4)；
锂电池子组(2)的形状为薄片形，多个锂电池子组(2)层叠设置形成锂电池片组(1)，相邻两个锂电池子组(2)之间设置碳纤维管束层(3)，碳纤维管束的方向平行于锂电池子组(2)的延伸方向，从而使得从一侧流入的空气可以穿过碳纤维管束从另一侧流出并且带走热量；
温度传感器、气压传感器、碳纤维管束和通风口风圈(4)连接至温度控制器，温度传感器设置在各个锂电池子组(2)上，用于获取各个锂电池子组(2)的温度；气压传感器设置于碳纤维管束进风口和出风口，用于监测碳纤维管束两端的气压差；通风口风圈(4)设置在碳纤维管束的进风口一侧，用于控制流入碳纤维管束空气的量；通风口风圈(4)的形状为光圈阀的结构，其在温度控制器的控制下调节开口大小；
碳纤维管束具有加热功能，可以在温度控制器的控制下加热，从而提高与碳纤维管束相邻的锂电池子组(2)的温度。
3.根据权利要求2所述的恒温供电电池组系统，其特征在于：
温度控制器从供电管理模块获取供电接口和充电接口的充放电状态，电池组的状态包括待机、放电和充电三种；温度控制器内提前设置有温度阈值T1和T2，T1为15℃，T2为35℃；
在待机状态下，温度控制器控制采集温度传感器的温度，从而获得第n个锂电池子组(2)的温度T0n，如果T0n＞T2，则控制该锂电池子组(2)相邻的通风口风圈(4)全开；如果T0n≤T2,则控制该锂电池子组(2)相邻的通风口风圈(4)关闭；如果所有的锂电池子组(2)的温度都小于T1，那么随机选择一组锂电池子组(2)，温度控制器控制该锂电池子组(2)相邻的碳纤维管束加热，使得该锂电池子组(2)的温度为T1和T2之间；
在放电状态下，温度控制器控制采集温度传感器的温度，从获得第n个锂电池子组(2)的温度Tfn；如果Tfn＞T2，则控制该锂电池子组(2)相邻的通风口风圈(4)全开；如果Tfn＜T1,则控制该锂电池子组(2)相邻的通风口风圈(4)关闭，同时开启对应的碳纤维管束层加热；如果T1≤Tfn≤T2，温度控制器采集对应锂电池子组(2)相邻的气压传感器的前后压差，根据压差调节通风口风圈(4)的开口大小，温度越高开口越大；同时在放电状态下，供电管理模块控制仅有T1≤Tfn的锂电池子组(2)向外界输出电能；
在充电状态下，温度控制器控制采集温度传感器的温度，从获得第n个锂电池子组(2)的温度Tcn；如果Tcn＞T1，则控制该锂电池子组(2)相邻的通风口风圈(4)全开；如果Tcn≤T1,则控制该锂电池子组(2)相邻的通风口风圈(4)关闭；如果充电时所有的锂电池子组(2)的温度都大于T2，停止充电，使得该锂电池子组(2)的温度为T1和T2之间后再进行充电。
4.根据权利要求2所述的恒温供电电池组系统，其特征在于：
碳纤维管束层(3)的厚度为2mm以下，且管束内径大于厚度的50％，以保证良好的通风效果。
5.根据权利要求2所述的恒温供电电池组系统，其特征在于：
碳纤维管束层的导热系数为25W/(m·K)以上，且碳纤维管束层的单层加热功率为30W以上。
6.根据权利要求2所述的恒温供电电池组系统，其特征在于：
通风口风圈的光圈阀的叶片数为6片以上，最大通风口径50mm2。
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