一种锂离子启停电源的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种锂离子启停电源，包括至少一个电池模组，每个电池模组由多个单体电池连接构成，每个电池模组对应连接有一个加热电路，加热电路中设有一组用于为各对应单体电池加热的加热支路，各加热支路并联连接，每个加热支路中均串设有一个贴设于对应单体电池壳体上的加热膜和一个温控开关；每个单体电池上并联有一个稳压二极管。本实用新型的锂离子启停电源为每个单体电池设置加热支路，各加热支路并联连接，相互独立，保证各单体电池的工作温度，解决其低温适应性问题；单体电池与稳压二极管并联连接，利用其稳压特性，将在长期使用过程中电压高于过充电保护值的单体电池电压限制在合理范围内。
【专利说明】一种锂离子启停电源
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种汽车启停电源，尤其是涉及一种采用锂离子作为动力电池的汽车启停电源。
【背景技术】
[0002]由于近年ISS运动(空转熄火&再发动)的发展，对汽车启动电源提出了更高的技术要求，主要为更高的充放电循环寿命、连续冲击放电启动能力、更强的充电接受能力、更多的实际可用容量等。启停电源为汽车起动蓄电池的升级概念，随着近年节能意识的不断提高，要求汽车在等待红灯等(发动机怠速运行)情况下熄火，节省燃油，但又要求快速起动。对于此种要求锂离子电池最为合适，其容量大、冲击放电能力强，但也存在低温性能差，安全性能差的技术限制。
[0003]如专利申请号CN20100219198.4公开的“应用磷酸铁锂动力电池的汽车启动电源”、CN20110090859.2公开的“一种适用于低温环境的汽车应急启动方法及应急启动电源”和CN201110161872.2公开的“一种发动机启动电源”等，但是上述设计均未能有效解决锂离子动力电池作为汽车启停电源两大关键问题:1)锂离子动力电池在低温环境下的充放电问题:锂离子动力电池在低温环境下内阻增大，可用容量及倍率放电性能也明显降低，极易造成启动能力下降而无法正常启动车辆；此外，更为严重的是低温充电性能，即锂离子动力电池低温充电易产生析锂现象，引起爆炸。
[0004]因此，以锂离子动力电池作为启停电源必须解决低温适应性问题，若要保持锂电池在低温_18°C的500A-900A的起动能力，需要对其进行保温或加热；2)锂离子动力电池循环寿命长，可长期使用，但随着时间的延长，锂离子动力电池一致性指数趋向变差，在长期充电过程中可能造成某些单体电池过充电，锂离子动力电池不同于铅酸电池，可通过排气孔避免过充电，锂离子动力电池过充电可能引起电池损坏，严重者引起热失控或者爆炸等严重事故。在其他锂离子动力电池应用方案中，可通过电池管理系统防止单体锂离子动力电池过充电，传统的方案均采用保护板(复杂的电路板)或者更为复杂的电池管理系统解决过充问题，但对于成本及可靠性要求较为严格的启停电源，上述方案明显不符合要求。保护板及电池管理系统均存在体积大、可靠性差、成本高、工作电流小(保护板及电池管理系统的开关元件串联在锂离子启停电源回路中，无法承受900A的冲击电流)。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的是提供一种锂离子启停电源，使其在低温条件下可安全使用并防止在充电时对单体锂离子过充电，提高了以锂离子作为汽车启停电源的安全性、可靠性。
[0006]为了实现以上目的，本实用新型所采用的技术方案是:一种锂离子启停电源，包括至少一个电池模组，每个电池模组由多个单体电池连接构成，每个电池模组对应连接有一个加热电路，所述加热电路中设有一组用于为各对应单体电池加热的加热支路，各加热支路并联连接，每个加热支路中均串设有一个贴设于对应单体电池壳体上的加热膜和一个温控开关；每个单体电池上并联有一个稳压二极管。
[0007]所述加热电路的主电路上串设有手动节能开关。
[0008]每个电池模组的主电路上串设有自恢复式快速熔断器。
[0009]所述单体电池之间采用紫铜排导电连接。
[0010]该电源还包括用于放置电池模组的外壳，所述电池模组与外壳之间填充有石英砂。
[0011]所述加热膜为PTC加热膜。
[0012]所述温控开关为恒温双金属器。
[0013]所述加热电路的主电路上串设有熔断器。
[0014]本实用新型的锂离子启停电源为每个单体电池设置加热支路，各加热支路并联连接，相互独立，保证各单体电池的工作温度，解决其低温适应性问题；单体电池与稳压二极管并联连接，利用其稳压特性，将在长期使用过程中电压高于过充电保护值的单体电池电压限制在合理范围内。
[0015]采用PTC加热膜对低温环境中的锂离子启停电源进行加热，PTC加热膜通过导热胶粘帖于锂离子动力电池壳体上，最大限度保证产生的热量传导至电芯内部。温控开关采用常闭型结构恒温双金属器，温度低于临界点时保持常闭状态，加热支路工作；温度高于临界点时常闭触点断开，加热支路开路。
[0016]可恢复式快速熔断器的设计使用提高了启停电源的安全性、可靠性。
[0017]设置手动节能开关避免启停电源长期处于低温环境中而PTC加热电路长时间加热，过度消耗启停电源的能量。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型锂离子启停电源实施例的电路原理图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图及具体的实施例对本实用新型进行进一步介绍。
[0020]如图1所示为本实用新型锂离子启停电源实施例的电路原理图，该启停电源包括至少一个电池模组，本实施例采用4支磷酸铁锂动力电池串联形成一个电池模组作为启停电源的能量存储介质进行说明，分别为G1、G2、G3、G4。G1-G4串联为12V的电池模组，并具有一定的设计容量，当然，串联的电池模组可通过并联方式增大启停电源的容量，以满足不同车型的使用要求。
[0021]磷酸铁锂动力电池能量密度、循环寿命、自放电率等性能指标明显优于传统的铅酸电池，其安全性能同时右优于其他锂离子动力电池，是一种较为理想的启停电源。
[0022]每个电池模组由多个单体电池连接构成，每个电池模组对应连接有一个加热电路，加热电路中设有一组用于为各对应单体电池加热的加热支路，各加热支路并联连接，每个加热支路中均串设有一个贴设于对应单体电池壳体上的加热膜和一个温控开关；加热电路采用12V启停电源进行供电。以图1为例，本实施例的加热膜为PTC加热膜，温控开关采用恒温双金属器，通过感知周围介质的温度控制加热回路的通断。PTC加热膜通过导热胶粘帖于对应磷酸铁锂动力电池的G1-G4壳体上；E1-E4形成4个并联加热支路，独立工作，分别由恒温双金属器S1-S4控制。PTC加热膜为正温度系数热敏电阻，具有良好的限温特性，阻值随着温度上升而逐渐变大，自动减小发热功率进行限温，避免电解液分解风险，最终形成温度平衡。平衡点在本实例中设计为磷酸铁锂动力电池最低适应温度点，最大限度节省加热所用电能。恒温双金属器S1-S4为常闭型结构，温度低于临界点时保持常闭状态，加热支路工作；温度高于临界点时常闭触点断开，加热支路开路。
[0023]在加热电路的主电路上串设有在长期低温环境中使启停电源处于停用状态的手动节能开关S5。该开关在正常状态下一直保持闭合，保持加热电路的长期热备状态，只有在车辆长期停用(一个月以上)并处于寒冷环境下，为避免加热电路长期工作消耗电能，触发S5可分断加热回路，加热电路暂时开路。在启停电源使用前，复位手动节能开关S5并保持一段时间即可。另外，还在加热电路的主电路中串设一个熔断器F2，保证电路的安全工作。
[0024]另外，磷酸铁锂动力电池单体G1-G4分别并联稳压二极管V1-V4，稳压二极管具有普通二极管的单向导电特性，但是它工作在反向击穿状态。当反向电压达到一定数值时，反向电流突然增大，稳压二极管进入击穿区，但是它并不损坏而是进入正常工作状态。在稳压二极管进入这一工作状态后，即使反向电流在很大范围内变化时，稳压二极管两端的反向电压也能保持基本不变，这就是稳压二极管的的稳压特性。本方案中稳压二极管型号为1N5335BRLG，稳定电压Vz3.9V，Iz320mA。随着启停电源的长期使用，可能存在个别锂离子动力单体电压超过3.9V，因此过充电的安全隐患。在此情况下，稳压二极管反向击穿，过充电单体蓄电池通过稳压二极管形成回路，缓慢消耗电能，降低单体电池电压，在长期使用过程中电压高于过充电保护值的单体电池电压限制在合理范围内。鉴于过充电过程为一个长期缓慢发生的过程，使用小功率的稳压二极管即可有效限制单体电池电压。
[0025]G1-G4之间采用紫铜排串联导电连接，紫铜排导电率高、内阻小，可明显提高启停电源的低温起动能力和连续起动能力。启停电源主电路中串联可恢复式快速熔断器F1，当启停电源外部发生短路或者反接时，F1可快速熔断，以保护启停电源。外部短路或者反接故障消除后，F1经过适当冷却可恢复导通。
[0026]本实用新型的启停电源还包括用于放置电池模组的ABS外壳，电池模组与外壳的间隙中填充有石英砂。石英砂具有良好的隔热性、热稳定性、灭火性并能形成均匀间隙。石英砂良好的隔热性可以有效减少启停电源在低温环境中的热量损失，提供PTC加热电路的加热效能。此外，石英砂颗粒形成的均匀细小间隙可为锂离子动力电池内部压力过高提供泄压空间，保持锂离子动力电池的安全阀功能。ABS壳体将锂离子动力电池模组完全封闭在内部，通过专用接线柱输出电能。
[0027]以上实施例仅用于帮助理解本实用新型的核心思想，不能以此限制本实用新型，对于本领域的技术人员，凡是依据本实用新型的思想，对本实用新型进行修改或者等同替换，在【具体实施方式】及应用范围上所做的任何改动，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种锂离子启停电源,包括至少一个电池模组,每个电池模组由多个单体电池连接构成，其特征在于:每个电池模组对应连接有一个加热电路，所述加热电路中设有一组用于为各对应单体电池加热的加热支路，各加热支路并联连接，每个加热支路中均串设有一个贴设于对应单体电池壳体上的加热膜和一个温控开关；每个单体电池上并联有一个稳压二极管。
2.根据权利要求1所述的锂离子启停电源，其特征在于:所述加热电路的主电路上串设有手动节能开关。
3.根据权利要求1所述的锂离子启停电源，其特征在于:每个电池模组的主电路上串设有自恢复式快速熔断器。
4.根据权利要求1所述的锂离子启停电源，其特征在于:所述单体电池之间采用紫铜排导电连接。
5.根据权利要求1所述的锂离子启停电源，其特征在于:该电源还包括用于放置电池模组的外壳，所述电池模组与外壳之间填充有石英砂。
6.根据权利要求1所述的锂离子启停电源，其特征在于:所述加热膜为PTC加热膜。
7.根据权利要求1所述的锂离子启停电源，其特征在于:所述温控开关为恒温双金属器。
8.根据权利要求1?7任意一项所述的锂离子启停电源，其特征在于:所述加热电路的主电路上串设有熔断器。
【文档编号】H01M10/615GK204088524SQ201420471196
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年8月20日 优先权日:2014年8月20日
【发明者】朱建锦, 谢秋, 臧思佳 申请人:中航锂电（洛阳）有限公司