CN117497913B - 一种低温环境下的聚合物锂电池组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种低温环境下的聚合物锂电池组。一种低温环境下的聚合物锂电池组，包括外壳、多个电池组、加热机构和驱动机构。加热机构包括多个上膜带、多个中膜带、多个下膜带、多个中部磨辊组和多个端部磨辊组。中部磨辊组和端部磨辊组固定设置于外壳内，每个上膜带和一个下膜带一一对应。每个端部磨辊组和一个上膜带以及一个下膜带相抵，每个中部磨辊组和一个中膜带相抵。驱动机构用于分别带动上膜带、中膜带和下膜带转动。本发明提供一种低温环境下的聚合物锂电池组，以解决现有的锂电池组在对锂电池进行加热时，加热不够均匀，容易导致锂电池组的使用寿命大幅衰减的问题。

Description

一种低温环境下的聚合物锂电池组

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种低温环境下的聚合物锂电池组。

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。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高，随着科学技术的发展，锂电池已经成为了主流。锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂，并且是可以充电的。可充电电池的第五代产品锂金属电池在1996年诞生，其安全性、比容量、自放电率和性能价格比均优于锂离子电池。由于其自身的高技术要求限制，只有少数几个国家的公司在生产这种锂金属电池。

目前，锂电池组因为便携性与优良的放电性能广泛应用于各个领域。然而，有很多领域和场合，锂电池组需要安装于户外或长期处于寒冷地区，然而在低温情况下，锂电池的性能衰减特别大，因此开发一种便携性的可用在低温环境下的锂电池组具有巨大的应用与现实意义。

如授权公告号为CN210535785U的实用新型专利提供了具有低温加热结构的锂电池组，通过设置发热膜带，发热膜带呈蛇形依次绕经成列或成排所述单体电池构成的电池模组，并通过加热风机对发热膜带加热，从而实现对电池模组的外侧进行全面加热。但由于发热膜带离加热风机近的地方热量较高，离加热风机远的地方热量较低，导致在对锂电池进行加热时，加热不均匀。而且由于电池靠近两极的两侧在使用时发生电化学反应剧烈，电池正负极两端热量较高，电池中部产生热量较少，使得加热后电池不同轴向位置的温度不同。

发明内容

本发明提供一种低温环境下的聚合物锂电池组，以解决现有的锂电池组在对锂电池进行加热时，加热不够均匀，容易导致锂电池组的使用寿命大幅衰减的问题。

本发明的一种低温环境下的聚合物锂电池组采用如下技术方案：一种低温环境下的聚合物锂电池组，包括外壳、多个电池组、加热机构和驱动机构。多个电池组沿着第一方向依次分布，每个电池组包括多个电池，电池竖直设置，多个电池沿着第二方向依次分布，第一方向垂直于第二方向，且第一方向和第二方向均为水平方向。

加热机构包括多个上膜带、多个中膜带、多个下膜带、多个中部磨辊组和多个端部磨辊组。上膜带、中膜带和下膜带均为环形带，多个上膜带转动地设置于多个电池的上部，多个上膜带沿着第一方向依次分布，每个上膜带沿着第二方向延伸。多个中膜带转动地设置于多个电池的中部，多个中膜带沿着第二方向依次分布，每个中膜带沿着第一方向延伸。多个下膜带转动地设置于多个电池的下部，多个下膜带沿着第一方向依次分布，每个下膜带沿着第二方向延伸。

中部磨辊组和端部磨辊组固定设置于外壳内，每个上膜带和一个下膜带一一对应。每个端部磨辊组和一个上膜带以及一个下膜带相抵，每个中部磨辊组和一个中膜带相抵。驱动机构用于分别带动上膜带、中膜带和下膜带绕着各自缠绕的多个电池转动。

进一步地，每个端部磨辊组设置于一个上膜带处，每个端部磨辊组包括两个端部磨辊单元，两个端部磨辊单元分别设置于上膜带沿着第一方向的两侧，每个端部磨辊单元包括多个端部磨辊，端部磨辊竖直设置，多个端部磨辊沿着第二方向依次设置，且每个端部磨辊处于相邻的两个电池之间。上膜带和下膜带的外周壁和端部磨辊相抵。

每个中部磨辊组设置于一个中膜带处，每个中部磨辊组包括两个中部磨辊单元，两个中部磨辊单元分别设置于中膜带沿着第二方向的两侧，每个中部磨辊单元包括多个中部磨辊，中部磨辊竖直设置，多个中部磨辊沿着第一方向依次设置，且每个中部磨辊处于相邻的两个电池之间。中膜带的外周壁和中部磨辊相抵。

进一步地，外壳内还设置有两个限位板，两个限位板分别设置于电池的上端和下端，限位板上开设有多个通孔，每个电池设置于一个通孔内。每个限位板上开设有多个用于安装端部磨辊的第一限位槽，每个端部磨辊的上端设置于上端的限位板内的一个第一限位槽中，每个端部磨辊的下端设置于下端的限位板内的一个第一限位槽中。每个限位板上开设有多个用于安装中部磨辊的第二限位槽，每个中部磨辊的上端设置于位于电池上端的限位板内的一个第二限位槽中，每个中部磨辊的下端设置于位于电池下端的限位板内的一个第二限位槽中。

进一步地，每个上膜带上固定设置有第一齿圈，第一齿圈沿着上膜带的周向设置。每个中膜带上固定设置有第二齿圈，第二齿圈沿着中膜带的周向设置。每个下膜带上固定设置有第三齿圈，第三齿圈沿着下膜带的周向设置。外壳的内周壁上从上到下依次开设有三个滑槽，滑槽沿着外壳的周向设置。

驱动机构包括三个驱动电机和三个驱动齿带。驱动齿带沿着外壳的周向设置，驱动齿带设置于多个电池的外侧，每个驱动齿带转动地设置于一个滑槽内。第一齿圈、第二齿圈和第三齿圈分别和三个驱动齿带啮合。驱动电机固定设置于一个限位板上，每个驱动电机的输出轴上固定设置有一个齿轮，第一齿圈、第二齿圈和第三齿圈分别和三个齿轮啮合。

进一步地，端部磨辊的两端分别开设有一个第一环槽，第一齿圈和第三齿圈分别从两个第一环槽中通过。中部磨辊的中部开设有第二环槽，第二齿圈从第二环槽中通过。

进一步地，上膜带、中膜带和下膜带的内周壁光滑，上膜带、中膜带和下膜带的外周壁粗糙。

进一步地，低温环境下的聚合物锂电池组还包括多个极耳，极耳处于电池的两端，每个极耳连接两个相邻的电池。

进一步地，上膜带和下膜带转动方向相同，上膜带和中膜带的转动方向相反。沿着上下方向，上膜带的宽度和下膜带的宽度相同，中膜带的宽度是上膜带的宽度的两倍。

进一步地，外壳内设置有温度传感器和控制器，温度传感器用于检测外界环境温度，控制器用于控制电机转速。

进一步地，每个电池的外周壁上固定设置有第一挡环和第二挡环，第一挡环处于第二挡环的上侧，第一挡环的上侧面和上膜带的下侧面相抵，第一挡环的下侧面和中膜带的上侧面相抵。第二挡环的上侧面和中膜带的下侧面相抵。第二挡环的下侧面和下膜带的上侧面相抵。

本发明的有益效果是：本发明的一种低温环境下的聚合物锂电池组，通过设置能够相对于电池转动的上膜带、中膜带和下膜带，通过上膜带、下膜带转动时与端部磨辊组摩擦生热以及中膜带与中部磨辊组摩擦生热进而对电池进行加热。且每个上膜带以及每个下膜带都有一个端部磨辊组，每个中膜带有一个中部磨辊组，使得对电池加热更均匀。

又由于电池在工作时，电池中部产生的热量较少，电池两端产生的热量较多，通过驱动机构分别控制上膜带、中膜带和下膜带的转速，使得加热后电池不同轴向位置的温度均匀。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的一种低温环境下的聚合物锂电池组的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的一种低温环境下的聚合物锂电池组部分结构示意图；

图3为图2中结构的爆炸图；

图4为本发明实施例一提供的一种低温环境下的聚合物锂电池组多个上膜带的示意图；

图5为本发明实施例一提供的一种低温环境下的聚合物锂电池组多个中膜带的示意图；

图6为本发明实施例一提供的一种低温环境下的聚合物锂电池组的下膜带的结构示意图；

图7为本发明实施例一提供的一种低温环境下的聚合物锂电池组的中膜带的结构示意图；

图8为本发明实施例一提供的一种低温环境下的聚合物锂电池组的驱动电机的结构示意图；

图9为本发明实施例一提供的一种低温环境下的聚合物锂电池组的端部磨辊的结构示意图；

图10为本发明实施例一提供的一种低温环境下的聚合物锂电池组的中部磨辊的结构示意图。

图中：100、外壳；210、限位板；211、通孔；221、上膜带；222、中膜带；223、下膜带；231、中部磨辊；232、端部磨辊；241、驱动电机；242、驱动齿带；243、齿轮；244、第一环槽；245、第二环槽；251、第二齿圈；252、第三齿圈；253、第一挡环；254、第二挡环；300、电池；400、极耳。

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。

参照图1至图10所示，本发明实施例一提供的一种低温环境下的聚合物锂电池组，包括外壳100、多个电池组、加热机构和驱动机构。多个电池组沿着第一方向依次分布，每个电池组包括多个电池300，电池300竖直设置，多个电池300沿着第二方向依次分布，第一方向垂直于第二方向，且第一方向和第二方向均为水平方向。

加热机构包括多个上膜带221、多个中膜带222、多个下膜带223、多个中部磨辊组和多个端部磨辊组。上膜带221、中膜带222和下膜带223均为环形带。多个上膜带221转动地设置于多个电池300的上部，多个上膜带221沿着第一方向依次分布，每个上膜带221沿着第二方向延伸。多个中膜带222转动地设置于多个电池300的中部，多个中膜带222沿着第二方向依次分布，每个中膜带222沿着第一方向延伸。多个下膜带223转动地设置于多个电池300的下部，多个下膜带223沿着第一方向依次分布，每个下膜带223沿着第二方向延伸。

中部磨辊组和端部磨辊组固定设置于外壳100内，每个上膜带221和一个下膜带223一一对应。每个端部磨辊组和一个上膜带221以及一个下膜带223相抵，每个中部磨辊组和一个中膜带222相抵。驱动机构用于分别带动上膜带221、中膜带222和下膜带223绕着各自缠绕的多个电池300转动。

在本实施例中，每个端部磨辊组设置于一个上膜带221处，每个端部磨辊组包括两个端部磨辊单元，两个端部磨辊单元分别设置于上膜带221沿着第一方向的两侧，每个端部磨辊单元包括多个端部磨辊232，端部磨辊232竖直设置，多个端部磨辊232沿着第二方向依次设置，且每个端部磨辊232处于相邻的两个电池300之间。上膜带221和下膜带223的外周壁和端部磨辊232相抵。端部磨辊232将上膜带221和下膜带223挤压变形后呈波浪形，使得上膜带221、下膜带223和电池300的外周壁紧贴，并且增大上膜带221、下膜带223和电池300的外周壁相接触的面积。

每个中部磨辊组设置于一个中膜带222处，每个中部磨辊组包括两个中部磨辊单元，两个中部磨辊单元分别设置于中膜带222沿着第二方向的两侧，每个中部磨辊单元包括多个中部磨辊231，中部磨辊231竖直设置，多个中部磨辊231沿着第一方向依次设置，且每个中部磨辊231处于相邻的两个电池300之间。中膜带222的外周壁和中部磨辊231相抵。中部磨辊231将中膜带222挤压变形后呈蛇形，使得中膜带222和电池300的外周壁紧贴，并增大了中膜带222和电池300的外周壁相接触的面积。

在本实施例中，外壳100内还设置有两个限位板210，两个限位板210分别设置于电池300的上端和下端，限位板210上开设有多个通孔211，每个电池300设置于一个通孔211内。

每个限位板210上开设有多个用于安装端部磨辊232的第一限位槽，每个端部磨辊232的上端设置于位于电池300上端的限位板210内的一个第一限位槽中，每个端部磨辊232的下端设置于位于电池300下端的限位板210内的一个第一限位槽中。

每个限位板210上开设有多个用于安装中部磨辊231的第二限位槽，每个中部磨辊231的上端设置于上端的限位板210内的一个第二限位槽中，每个中部磨辊231的下端设置于下端的限位板210内的一个第二限位槽中。

在本实施例中，每个上膜带221上固定设置有第一齿圈，第一齿圈沿着上膜带221的周向设置。每个中膜带222上固定设置有第二齿圈251，第二齿圈251沿着中膜带222的周向设置。每个下膜带223上固定设置有第三齿圈252，第三齿圈252沿着下膜带223的周向设置。外壳100的内周壁上从上到下依次开设有三个滑槽，滑槽沿着外壳100的周向设置。

驱动机构包括三个驱动电机241和三个驱动齿带242。驱动齿带242沿着外壳100的周向设置，驱动齿带242设置于多个电池300的外侧，每个驱动齿带242转动地设置于一个滑槽内。第一齿圈、第二齿圈251和第三齿圈252分别和三个驱动齿带242啮合。驱动电机241固定设置于一个限位板210上，每个驱动电机241的输出轴上固定设置有一个齿轮243，第一齿圈、第二齿圈251和第三齿圈252分别和三个齿轮243啮合。

启动三个驱动电机241，三个驱动电机241分别带动三个齿轮243转动，三个齿轮243分别带动第一齿圈、第二齿圈251和第三齿圈252转动，第一齿圈带动多个上膜带221转动，第二齿圈251带动多个中膜带222转动，第三齿圈252带动多个下膜带223转动。

驱动电机241还可以带动上膜带221、中膜带222和下膜带223往复式前进或往复式后退进，减少行程以使得上膜带221、下膜带223与端部磨辊232接触处的热量，中膜带222与中部磨辊231接触处的热量更快速地传递给电池300的周壁，同时能够将上膜带221、中膜带222和下膜带223的中部的热量带到上膜带221、中膜带222和下膜带223的两端，使得对多个电池300的加热更均匀。

在本实施例中，端部磨辊232的两端分别开设有一个第一环槽244，第一齿圈和第三齿圈252分别从两个第一环槽244中通过，且第一齿圈、第三齿圈252分别与第一环槽244脱离接触，防止第一齿圈和第三齿圈252在转动时和端部磨辊232接触，进而对端部磨辊232造成损坏。

中部磨辊231的中部开设有第二环槽245，第二齿圈251从第二环槽245中通过，且第二齿圈251和第二环槽245脱离接触，防止第二齿圈251在转动时和中部磨辊231接触，进而对中部磨辊231造成损坏。

在本实施例中，上膜带221、中膜带222和下膜带223的内周壁光滑，上膜带221、中膜带222和下膜带223和电池300之间的摩擦较小。上膜带221、中膜带222和下膜带223的外周壁粗糙，上膜带221、下膜带223与端部磨辊232之间摩擦较大，上膜带221、下膜带223转动时与端部磨辊232摩擦生热。中膜带222与中部磨辊231之间摩擦较大，中膜带222与中部磨辊231摩擦生热。

在本实施例中，低温环境下的聚合物锂电池组还包括多个极耳400，极耳400处于电池300的两端，每个极耳400连接两个相邻的电池300。

在本实施例中，上膜带221和下膜带223转动方向相同，上膜带221和中膜带222的转动方向相反。沿着上下方向，上膜带221的宽度和下膜带223的宽度相同，中膜带222的宽度是上膜带221的宽的两倍，以使得上膜带221、中膜带222和下膜带223在转动时，电池300受到上膜带221、中膜带222和下膜带223的摩擦转矩互相抵消，避免电池300发生转动，进而避免极耳400与电池300受力脱落。

在本实施例中，外壳100内设置有温度传感器和控制器，温度传感器用于检测外界环境温度，控制器用于控制电机转速。工作时，温度传感器检测外界环境温度，并通过控制器分别控制三个驱动电机241的转速。

在本实施例中，每个电池300的外周壁上固定设置有第一挡环253和第二挡环254，第一挡环253处于第二挡环254的上侧，第一挡环253的上侧面和上膜带221的下侧面相抵，第一挡环253的下侧面和中膜带222的上侧面相抵。第二挡环254的上侧面和中膜带222的下侧面相抵。第二挡环254的下侧面和下膜带223的上侧面相抵。第一挡环253防止上膜带221从电池300上部脱落，第二挡环254防止中膜带222从电池300中部脱落。

工作过程：工作时，温度传感器检测外界环境温度，并通过控制器分别控制三个驱动电机241的转速。

启动三个驱动电机241，三个驱动电机241分别带动三个齿轮243转动，三个齿轮243分别带动第一齿圈、第二齿圈251和第三齿圈252转动，第一齿圈带动多个上膜带221转动，第二齿圈251带动多个中膜带222转动，第三齿圈252带动多个下膜带223转动。最终使得上膜带221和下膜带223转动方向相同，上膜带221和中膜带222的转动方向相反，又由于沿着上下方向，上膜带221的宽度和下膜带223的宽度相同，中膜带222的宽度是上膜带221的宽度的两倍，从而使得电池300受到上膜带221、中膜带222和下膜带223的摩擦转矩互相抵消，避免电池300发生转动，进而避免极耳400与电池300受力脱落。

上膜带221、下膜带223与端部磨辊232摩擦生热，中膜带222与中部磨辊231摩擦生热，并通过转动将热量带给电池300本体表面，且上膜带221、中膜带222和下膜带223的转速越大，产生的热量越多。

三个驱动电机241刚启动时，三个驱动电机241的转速相同，上膜带221、下膜带223与端部磨辊232摩擦产生的热量和中膜带222与中部磨辊231摩擦产生的热量基本上相同，从而使得电池300的不同位置的温度更均匀。

待电池300工作后，使得上膜带221和下膜带223的转速相同，上膜带221的转速小于中膜带222的转速。这是由于电池300靠近两极的两侧在使用时发生电化学反应剧烈，电池300中部产生热量较少，为维持电池300不同轴向位置的温度均匀性和加热均匀性，采用不同的转速产生不同的摩擦热，以减小电池300的中部和电池300的两端的热量差，从而使得电池300的不同位置的温度更均匀。

在本发明的一种低温环境下的聚合物锂电池组的其它实施例中，与上述实施例不同的是：每个电池300内设置一个温度监测系统，以检测每个电池300不同位置的实时的温度，并根据实时温度分别控制上膜带221、中膜带222和下膜带223的转速，进而控制上膜带221、中膜带222和下膜带223对电池300的加热量，使电池300的不同位置的温度更均匀。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种低温环境下的聚合物锂电池组，其特征在于：

包括外壳、多个电池组、加热机构和驱动机构；多个电池组沿着第一方向依次分布，每个电池组包括多个电池，电池竖直设置，多个电池沿着第二方向依次分布，第一方向垂直于第二方向，且第一方向和第二方向均为水平方向；

加热机构包括多个上膜带、多个中膜带、多个下膜带、多个中部磨辊组和多个端部磨辊组；上膜带、中膜带和下膜带均为环形带，多个上膜带转动地设置于多个电池的上部，多个上膜带沿着第一方向依次分布，每个上膜带沿着第二方向延伸；多个中膜带转动地设置于多个电池的中部，多个中膜带沿着第二方向依次分布，每个中膜带沿着第一方向延伸；多个下膜带转动地设置于多个电池的下部，多个下膜带沿着第一方向依次分布，每个下膜带沿着第二方向延伸；

中部磨辊组和端部磨辊组固定设置于外壳内，每个上膜带和一个下膜带一一对应；每个端部磨辊组和一个上膜带以及一个下膜带相抵，每个中部磨辊组和一个中膜带相抵；驱动机构用于分别带动上膜带、中膜带和下膜带绕着各自缠绕的多个电池转动；

每个端部磨辊组设置于一个上膜带处，每个端部磨辊组包括两个端部磨辊单元，两个端部磨辊单元分别设置于上膜带沿着第一方向的两侧，每个端部磨辊单元包括多个端部磨辊，端部磨辊竖直设置，多个端部磨辊沿着第二方向依次设置，且每个端部磨辊处于相邻的两个电池之间；上膜带和下膜带的外周壁和端部磨辊相抵；每个中部磨辊组设置于一个中膜带处，每个中部磨辊组包括两个中部磨辊单元，两个中部磨辊单元分别设置于中膜带沿着第二方向的两侧，每个中部磨辊单元包括多个中部磨辊，中部磨辊竖直设置，多个中部磨辊沿着第一方向依次设置，且每个中部磨辊处于相邻的两个电池之间；中膜带的外周壁和中部磨辊相抵；

外壳内还设置有两个限位板，两个限位板分别设置于电池的上端和下端，限位板上开设有多个通孔，每个电池设置于一个通孔内；每个限位板上开设有多个用于安装端部磨辊的第一限位槽，每个端部磨辊的上端设置于上端的限位板内的一个第一限位槽中，每个端部磨辊的下端设置于下端的限位板内的一个第一限位槽中；每个限位板上开设有多个用于安装中部磨辊的第二限位槽，每个中部磨辊的上端设置于位于电池上端的限位板内的一个第二限位槽中，每个中部磨辊的下端设置于位于电池下端的限位板内的一个第二限位槽中；

每个上膜带上固定设置有第一齿圈，第一齿圈沿着上膜带的周向设置；每个中膜带上固定设置有第二齿圈，第二齿圈沿着中膜带的周向设置；每个下膜带上固定设置有第三齿圈，第三齿圈沿着下膜带的周向设置；外壳的内周壁上从上到下依次开设有三个滑槽，滑槽沿着外壳的周向设置；驱动机构包括三个驱动电机和三个驱动齿带；驱动齿带沿着外壳的周向设置，驱动齿带设置于多个电池的外侧，每个驱动齿带转动地设置于一个滑槽内；第一齿圈、第二齿圈和第三齿圈分别和三个驱动齿带啮合；驱动电机固定设置于一个限位板上，每个驱动电机的输出轴上固定设置有一个齿轮，第一齿圈、第二齿圈和第三齿圈分别和三个齿轮啮合；

端部磨辊的两端分别开设有一个第一环槽，第一齿圈和第三齿圈分别从两个第一环槽中通过；中部磨辊的中部开设有第二环槽，第二齿圈从第二环槽中通过；

上膜带和下膜带转动方向相同，上膜带和中膜带的转动方向相反；沿着上下方向，上膜带的宽度和下膜带的宽度相同，中膜带的宽度是上膜带的宽度的两倍；

外壳内设置有温度传感器和控制器，温度传感器用于检测外界环境温度，控制器用于控制电机转速。

2.根据权利要求1所述的一种低温环境下的聚合物锂电池组，其特征在于：

上膜带、中膜带和下膜带的内周壁光滑，上膜带、中膜带和下膜带的外周壁粗糙。

3.根据权利要求1所述的一种低温环境下的聚合物锂电池组，其特征在于：

低温环境下的聚合物锂电池组还包括多个极耳，极耳处于电池的两端，每个极耳连接两个相邻的电池。

4.根据权利要求1所述的一种低温环境下的聚合物锂电池组，其特征在于：

每个电池的外周壁上固定设置有第一挡环和第二挡环，第一挡环处于第二挡环的上侧，第一挡环的上侧面和上膜带的下侧面相抵，第一挡环的下侧面和中膜带的上侧面相抵；第二挡环的上侧面和中膜带的下侧面相抵；第二挡环的下侧面和下膜带的上侧面相抵。