CN116505138A - 一种感应加热电池的方法及应用该方法的新型电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电池领域，为一种感应加热电池的方法及应用该方法的新型电池，在电池上设置线圈，线圈两端连接电磁温度控制器，电磁温度控制器连接有输入电源，电磁温度控制器用于电流转换并为线圈供电，线圈通电后产生为电池提供磁场，电池在磁场中感应出涡流产生热量，为电池加热，或者在电池上设置空芯线，空芯线内部能够盛装液体介质，空芯线连接有冷却系统，冷却系统连接有输入电源，输入电源为冷却系统供能，冷却系统控制空芯线内液体介质的温度，以实现空芯线对电池的加热和冷却，本申请的感应加热使热量在物体本身内部产生，加热效率高，温度均匀性好，空间利用率高，且本申请可通过将线圈设置为空心来盛装液体介质，对带电池进行加热或冷却。
Description
技术领域
本发明涉及电池领域，具体为一种感应加热电池的方法及应用该方法的新型电池。
背景技术
相比传统的内燃机汽车，新能源汽车具有高效、清洁等优势，但同时存在其特有的缺点，最显然地，是对环境温度的苛刻要求。锂离子电池是新能源汽车中最昂贵但最不为人所知的部件，它直接影响着车辆的行驶范围、安全性、舒适性和可靠性。车用锂离子电池的正常工作温度范围在0℃到+50℃之间，而考虑其性能和寿命，常常被限制在更窄的工作温度范围：20℃到40℃。当前，在低温环境下(0℃以下)，锂离子电池的性能大幅下降，导致电动乘用车的行驶里程显著降低，放大了用户的里程焦虑，并带来了潜在的安全隐患。低温充电同样面临充电时间大幅增长，安全隐患增加，寒冷天气带来的不便将阻碍电动汽车的普及。非车用锂离子电池及铅酸等其它类型电池因其电化学本质，也同样存在低温性能下降，安全性下降等问题，因此需要设计一种方法和新型电池能够在低温下快速加热电池从而解决电池低温性能下降，安全性下降等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种感应加热电池的方法及应用该方法的新型电池，使电池温度在适宜的温度下进行工作，以解决现有的技术缺陷和不能达到的技术要求。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种感应加热电池的方法，在电池上设置线圈，所述线圈两端连接电磁温度控制器，所述电磁温度控制器连接有输入电源，所述电磁温度控制器用于电流转换并为线圈供电，所述线圈通电后产生为电池提供磁场，所述电池在磁场中感应出涡流产生热量，以实现为电池加热，只要是导体就能在变化的磁场中感应出涡流，涡流流经材料电阻产生焦耳热加热材料，在铁等铁磁(和亚铁磁)材料中，磁滞损耗也可能产生热量，电池中是分布着导体的，因此使用电磁感应加热可以让电池内部产热且发热部位不局限在一处，使得温度场更为均匀；
或者在电池上设置空芯线，空芯线也是导线，可以实现上述线圈的所有电感加热功能，此外所述空芯线内部可供冷却液体介质流动，所述空芯线连接有冷却系统，所述冷却系统连接有输入电源，所述输入电源为冷却系统供能，所述冷却系统控制空芯线内液体介质的温度，以实现空芯线对电池的加热和冷却，空芯线也是一种导线，可以实现上述线圈的所有电感加热功能外，通还可以过对空芯线内液体介质的温度的控制，来实现空芯线的放热或吸热，在电池温度低时加液体介质使其放热，在电池温度高时降低液体介质温度使其吸收带电池热量。
优选的，所述线圈进行绝缘处理，为防止线圈带电对电池产生影响，对线圈做绝缘处理。
优选的，所述电磁温度控制器包括电池管理系统和感应加热控制器，所述感应加热控制器连接有输入电源、电池管理系统和线圈，所述输入电源为感应加热控制器供能，所述电池管理系统为感应加热控制器提供电池信息，电池管理输入感应加热控制器的信息包括：电池的SOC(电池的电量)、电池的实时电流、单个电芯的电压、单个电芯的温度、电池的SOH(健康度)等，感应加热控制器根据输入的电池信息，将电源调制后，产生所需频率和幅值大小的交变电流输出给线圈。
优选的，所述冷却系统包括电池管理系统、感应加热控制器、热交换器和车辆热管理系统，所述感应加热控制器连接有电池管理系统、热交换器和空芯线，所述热交换器分别与空芯线内的介质通道和和车辆热管理系统的冷却介质通道相连，所述电池管理系统为感应加热控制器提供电池信息，所述感应加热控制器为用于电源调制和控制空芯线内流体流动，并反馈信息给车辆热管理系统，电池管理输入感应加热控制器的信息包括：电池的SOC(电池的电量)、电池的实时电流、单个电芯的电压、单个电芯的温度、电池的SOH(健康度)等，除此之外车辆热管理系统所受到的信息包括交换器基本运行信息、液体介质的温度信息等。
优选的，所述输入电源为直流电源或者为交流电源；所述感应加热控制器的输出电流为定频交流电或者为变频交流电。电磁感应加热的原理是通过通电产生交变磁场，在导体表面及内部形成涡流，来实现加热目标导体。
优选的，所述线圈(或空芯线)设置于电池整体的外部，电磁感应加热是在导体内部产生热量，不用进行实质接触，且此时线圈形状可根据需求选择；
或者所述线圈(或空芯线)设置于电池内部，将线设置于电池中，即使电池的部件具有线圈的作用，赋予电池本身产生磁场的能力，并对自身加热。
优选的，所述线圈或空芯线至少为一组，且所述线圈覆盖于电池整体或电池部分区域，根据电池所加热的区域不同进行线圈的设计，电池的种类是多样的，包括电芯、多个电芯、电芯组成的模组、模组组成的电池包等，所以可根据所需可对电池的一部分进行加热，所设置的线圈根据需求设置一组或多组，且所述线圈选用导电材质。
优选的，电池包括头部、底部和中间部分，所述线圈作用于中间部分，为不影响电池正常进行供能，只对电池的中间部分进行温度控制，且电池中间部分占据电池绝大部分，所以影响电池整体温度。
优选的，所述将线圈嵌入或黏贴到电池外壳和内部电池间的间隙中，使其合理利用电池内部空间对电池加热，且因距离较近，加热效果更加明显；
或者在所述线圈之间填充材料，使电磁线圈配合其他材料作为电池外壳使用，直接将线圈设计成电池的一部分，使线圈具备电池外壳的支撑作用，也同时具有线圈自身的作用，不但使线圈具有多功能性，还节约了材料；
或者所述线圈设置为各线圈间紧密贴合作为电池的外壳使用，使线圈单独作为电池外壳使用，不但具备多功能性，还使线圈间的间隙达到最小，使线圈的加热效果进一步提升。
优选的，所述线圈横截面为圆形或者为扁状，且所述线圈为实心或者为空芯，根据实际情况，从应用地区的气候角度和空间利用方面可对线圈的形状和横截面进行不同选择。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本申请通过电磁感应来实现对电池的加热，在感应加热的过程中，热量在电池本身内部产生，且不需要任何外部接触，因此比所有现存电池加热技术加热效率高，温度均匀性好，空间利用率高。加热效率高意味着节能，温度均匀性好意味着对电池寿命及性能影响小，空间利用率高意味着节省材料即物料成本小，且本申请可通过将实心线圈替换为空芯线，可供冷却液体介质流动，并以液体介质为媒介，对电池进行加热或冷却，实现在不同环境温度下使电池保持适宜的工作温度
附图说明
图1为本发明中感应加热原理示意图；
图2为本发明的感应加热流程示意图；
图3为本发明感应加热线路示意图；
图4为本发明感应加热使用空芯线带冷却系统线路示意图；
图5为本发明线圈在外壳内测的新型电池整体结构示意图；
图6为本发明中外壳内侧示意图；
图中：1、头部；2、底部；3、中间部分；4、线圈；5、电池外壳；6、内部电池；7线圈引线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图，本发明实施例
实施例：
如图1、3、4所示：一种感应加热电池的方法，在电池上设置线圈，所述线圈两端连接电磁温度控制器，所述电磁温度控制器连接有输入电源，所述电磁温度控制器用于电流转换并为线圈供电，所述线圈通电后产生磁场，所述电池在磁场中感应出涡流产生热量，以实现为电池加热，只要是导体就能在变化的磁场中感应出涡流，涡流流经材料电阻产生焦耳热加热材料，在铁等铁磁(和亚铁磁)材料中，磁滞损耗也可能产生热量，电池中是分布着导体的，因此使用电磁感应加热可以让电池内部产热且发热部位不局限在一处，使得温度场更为均匀。
所述线圈进行绝缘处理，防止线圈电泄露影响周围环境中的人或物，避免带电线圈对电池的影响，所以对线圈做绝缘处理。
如图2、3所示：所述电磁温度控制器包括电池管理系统和感应加热控制器，所述感应加热控制器连接有输入电源、电池管理系统和线圈，所述输入电源为感应加热控制器供能，所述电池管理系统为控制器提供电池信息，电池管理系统向控制器输入的具体信号信息为：电池温度T0,是指电池需要启动低温加热的温度值,例如0℃、电池温度T1，是指电池停止低温加热的温度值,为10℃，交流电的电压u,单位V.频率f单位Hz.为12V，加热周期t1是指单次加热的时长,为30s，加热工作时间t2是指在一个加热周期中，交流电源供电时间,为1s、循环总次数k是指加热周期的个数为k个，k为10。
如图1所示：所述输入电源为直流电源；所述感应加热控制器的输出电流为变频电流，使线圈产生交变磁场。
所述线圈设置于电池内部，赋予电池为自身加热的功能。
如图5所示：所述线圈为一组，匝数为10，且所述线圈覆盖于电池部分区域，选用单个电芯电池作为加热目标。
如图5所示：本申请包括头部1、底部2和中间部分3，所述线圈4作用于中间部分3，中间部分3占据电池的比例较大，对中间部分3加热效果较佳。
所述将线圈4黏贴到电池外壳5内壁上，处于电池外壳5和内部电池6间的间隙中，使其合理利用电池内部空间，且因距离较近，加热效果更加明显，沿用原来的外壳在壳体内壁通过黏贴的方式布置线圈4，因为电池外壳5与内部电池6本身存在一定的间隙，因此可以使用极薄的电线在内测绕制成线圈4，线圈4匝数通常为8-12匝，选用18650圆形电芯，将电池外壳5中间部剖开，内部面向上，展开后约为一长56.55mm宽50mm的长方形，用厚1mm，宽2.5mm的方形扁线铺到外壳内部面上。
如图5、6所示：所述线圈4横截面为扁状，且所述线圈4为实心，材质为铜，扁状线圈4占据空间较小，因为方形扁线表面都是做过绝缘处理,所以与电池外壳5是绝缘的，引线1与引线2(用于与感应加热控制器和线圈4间的连接)与感应加热控制器连接，在感应加热控制器的控制下产生的交变电流从方形扁线中流过，形成了交变磁场，电芯内部材料在交变磁场的作用下产热，从而实现加热。
工作原理：本身申请通过输入电源供电，电池管理系统将电池信息传递给控制器，确认电池目前的温度是否低于设定的需加热的温度值，如果高于该温度则停止加热工作，如果低于需加热的温度则进行下一步工作，根据电池管理系统所提供的电池信息，计算所需电压、频率和加热时间等，计算完成后，感应加热控制器根据所需调节相关数值，并对线圈进行通电，线圈通电后产生磁场，在电池内部导体中产生涡流，实现对电池的加热，在加热的过程中每次加热循环都要进行温度反馈，当反馈温度低于加热要达到的目标值时继续加热，如果达到目标温度值则停止加热。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也能够经适当组合，形成本领域技术人员能够理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种感应加热电池的方法及应用该方法的新型电池，其特征在于，在电池上设置线圈，所述线圈两端连接电磁温度控制器，所述电磁温度控制器连接有输入电源，所述电磁温度控制器用于电流转换并为线圈供电，所述线圈通电后为电池提供磁场，所述电池在磁场中感应出涡流产生热量，以实现为电池加热；
或者在电池上设置空芯线，所述空芯线内部能供冷却液体介质流动，所述空芯线连接有冷却系统，所述冷却系统连接有输入电源，所述输入电源为冷却系统供能，所述冷却系统控制空芯线内液体介质的温度，以实现空芯线对电池的加热和冷却。
2.根据权利要求1所述的一种感应加热电池的方法及应用该方法的新型电池，其特征在于，所述线圈进行绝缘处理。
3.根据权利要求2所述的一种感应加热电池的方法及应用该方法的新型电池，其特征在于，所述电磁温度控制器包括电池管理系统和感应加热控制器，所述感应加热控制器连接有输入电源、电池管理系统和线圈，所述输入电源感应加热为控制器供能，所述电池管理系统为控制器提供电池信息。
4.根据权利要求2所述的一种感应加热电池的方法及应用该方法的新型电池，其特征在于，所述冷却系统包括电池管理系统、感应加热控制器、热交换器和车辆热管理系统，所述感应加热控制器连接有电池管理系统、热交换器和空芯线，所述热交换器分别与空芯线内的介质通道和车辆热管理系统的冷却介质通道相连，所述电池管理系统为感应加热控制器提供电池信息，所述感应加热控制器为用于电源调制和控制空芯线内流体流动，连接有线圈和车辆热管理系统，所述电池管理系统为控制器提供电池信息，所述控制器为用于转换电流为热交换器供电，所述热交换器控制空芯线内流体流动，并反馈信息给车辆热管理系统。
5.根据权利要求1、2、3、4所述的一种感应加热电池的方法及应用该方法的新型电池，其特征在于，所述输入电源为直流电源或者为交流电源；
所述电磁温度控制器和冷却系统的输出电流为定频电流或者为变频电流。
6.根据权利要求5所述的一种感应加热电池的方法及应用该方法的新型电池，其特征在于，所述线圈设置于电池整体的外部；
或者所述线圈设置于电池内部。
7.根据权利要求6所述的一种感应加热电池的方法及应用该方法的新型电池，其特征在于，所述线圈或空芯线至少为一组，且所述线圈覆盖于电池整体或电池部分区域。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的一种新型电池，其特征在于，包括头部(1)、底部(2)和中间部分(3)，所述线圈(4)作用于中间部分。
9.根据权利要8所述的一种新型电池，其特征在于，所述将线圈(4)嵌入或黏贴到电池外壳(5)内壁上，处于电池外壳(5)和内部电池(6)间的间隙中；
或者在所述线圈(4)之间填充材料，使线圈(4)配合其他材料作为电池外壳使用，
或者所述线圈(4)设置为各线圈(4)间紧密贴合作为电池的外壳使用。
10.根据权利要8所述的一种新型电池，其特征在于，所述线圈(4)横截面为圆形或者为扁状，且所述线圈(4)为实心或者为空心。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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