一种自动控温的电池箱及其控制方法与流程

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种自动控温的电池箱及其控制方法。

背景技术：

目前，电池广泛应用于电动汽车、机器人、电动工具等需要提供大电流的场合，然而，在实际使用过程中，由于电池的特性，与温度有极大的关连性，在低温情况下，其放电输出功率存在极大差异，从而限制了电池在严酷条件下的应用；另一方面，过低的温度对电池的运行安全也会产生极大影响。

具体的说，电池尤其是锂离子电池，在温度低于0度时，锂电池的电极反应速率会明显下降，放电时可放电电流急剧下降，从而输出功率也随之下降，具体为，低温充电时，锂离子则很容易产生结晶析出，刺穿隔膜造成内部短路。温度升高后，电解液液活性增加，锂电池可放电容量会随之增加。

现有的电池温度控制主要有以下几种，如在电池箱壳体内安装换热组件和填充相变材料，换热组件用于控制电池的温度，相变材料用于储能，通过换热组件与储能部的配合使用，可以将电池的温度控制在合适的范围内；也有通过控制器对温度进行控制，利用传感器获取环境温度，将其与预置的温度调节进行比较，若不满足，则通过控制器对温度进行调整，直至达到预置的温度值，但是这些方案存在一个问题，加热器围在电芯外围进行加热或填充相变材料的封装体围在电芯外围进行导热，不仅耗能，而且加热不均匀、电池的保温性也较差，使其不能够适应于极端的气候条件，鉴于此，急需开发一种低耗、电池温度加热均匀的自动控温的电池箱。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明采用的技术方案在于，一方面提供一种自动控温的电池箱，包括壳体、控制器、主加热器以及电池组，所述壳体为双层中空壳体，所述电池组浸没于相变材料内；所述控制器分别与所述主加热器、第一温度传感器和第二温度传感器相连，所述第一温度传感器用于获取所述壳体外部的大气环境温度，所述第二温度传感器用于获取所述主加热器的温度，所述控制器通过其内置的A/D模数转换电路采集所述电池组的电压信号并转换为数字量的电压值，当所述第一温度传感器检测到的温度数值小于预置的第一温度区间、所述第二温度传感器检测到的温度数值小于预置的第二温度区间并同时所述A/D模数转换电路检测到的电压值大于预置的第一电压区间时，所述控制器启动所述主加热器工作，并将其热量传递给所述相变材料进行储能。

进一步，所述主加热器和所述相变材料之间设有导热板。

进一步，当所述第一温度传感器检测到的温度数值大于所述预置的第一温度区间或所述第二温度传感器检测到的温度数值大于所述预置的第二温度区间或所述A/D模数转换电路检测到的电压值小于所述预置的第一电压区间时，所述控制器控制所述主加热器停止工作。

进一步，当所述第一温度传感器检测到的温度数值介于预置的所述第一温度区间或所述第二温度传感器检测到的温度数值介于所述预置的第二温度区间或所述A/D模数转换电路检测到的电压值介于所述预置的第一电压区间时，所述控制器控制所述主加热器维持原有的状态。

进一步，所述自动控温的电池箱还包括辅助加热器，其设于所述电池组的内部，且所述辅助加热器与所述控制器相连，所述控制器通过第三温度传感器获取所述电池组的温度，当所述第三温度传感器检测到的温度数值小于预置的第三温度区间并同时所述A/D模数转换电路检测到的电压值大于预置的第二电压区间时，所述控制器启动所述辅助加热器工作，使其对所述电池组进行加热。

进一步，当所述第三温度传感器检测到的温度数值大于所述预置的第三温度区间或所述A/D模数转换电路检测到的电压值小于所述预置的第二电压区间时，所述控制器控制所述辅助加热器停止工作。

进一步，当所述第三温度传感器检测到的温度数值介于所述预置的第三温度区间或所述A/D模数转换电路检测到的电压值介于所述预置的第二电压区间时，所述控制器控制所述辅助加热器维持原有的状态。

进一步，当所述A/D模数转换电路检测到的电压值大于所述预置的第一电压区间时，所述辅助加热器的电源为外部充电器；当所述A/D模数转换电路检测到的电压值小于所述预置的第一电压区间时，所述辅助加热器的电源为所述电池组自身储存的电能。

另一方面，提供一种自动控温的电池箱的控制方法，所述主加热器的控制方法：当所述第一温度传感器检测到的温度数值小于所述预置的第一温度区间、所述第二温度传感器检测到的温度数值小于所述预置的第二温度区间并同时所述A/D模数转换电路检测到的电压值大于所述预置的第一电压区间时，所述控制器启动所述主加热器工作；当所述第一温度传感器或所述第二温度传感器或所述A/D模数转换电路检测到的值介于相应的区间内时，所述控制器控制所述主加热器维持原有的状态；当所述第一温度传感器或所述第二温度传感器检测到的值大于相应的温度区间或所述A/D模数转换电路检测到的值小于所述预置的第一电压区间时，所述控制器控制所述主加热器停止工作。

进一步，所述辅助加热器的控制方法为：当所述第三温度传感器检测到的温度数值小于预置的第三温度区间并同时所述A/D模数转换电路检测到的电压值大于所述预置的第二电压区间时，所述控制器启动所述辅助加热器工作；当所述第三温度传感器或所述A/D模数转换电路检测到的值介于相应的区间内时，所述控制器控制所述辅助加热器维持原有的状态；当所述第三温度传感器检测到的值大于所述预置的第三温度区间或所述A/D模数转换电路检测到的值小于所述预置的第二电压区间时，所述控制器控制所述辅助加热器停止工作。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：1、通过所述加热器加热，将其热量热传导给高储热值的所述相变材料，由于所述电池组浸没于所述相变材料内，这样可以确保在低耗的情况下，还能维持所述电池组各个区域温度的均衡，使其能够应用于-20℃～-40℃的极低的温度环境下；2、所述电池组封装于所述相变材料内，能够达到直接储能保温的效果；3、通过设置所述辅助加热器进行电池组温度的补偿，使其在电池组温度偏低，而加热回路电压大于最低启动电压时启动所述辅助加热器；4、在有外部充电器连接的情况下，通过所述主加热器和所述辅助加热器的配合，确保所述电池组能够满足最低工作温度的条件；在无外部充电器的情况下，也能够利用所述电池组自身储存的电能来进行加热，确保了所述电池组在极端气候条件下的放电性能。

附图说明

图1为实施例一中电池箱的部分爆炸图；

图2为本发明电池箱的剖面正视图；

图3为本发明控制器的控制电路图；

图4为本发明主加热器加热时的温控框图；

图5为本发明辅助加热器加热时的温控框图；

图6为本发明电池组的结构示意图；

图7为实施例四中电池箱的部分爆炸图；

图8为本发明电池箱的正面剖视图；

图9为本发明电池箱的反面剖视图；

图10为本发明阀门控制器的电路控制图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

实施例一

请参阅图1、图2、图3和图4所示，其分别为本发明电池箱的部分爆炸图、电池箱的剖面正视图、控制器的控制电路图以及主加热器加热时的温控框图。

结合图1和图2所示，一种自动控温的电池箱，包括壳体1，所述壳体为双层中空壳体(图中未画出)；主加热器2；控制器3；电池组4，其浸没在相变材料5内。

结合图3和图4所示，所述控制器3分别通过第一温度传感器31获取所述壳体1外部的大气环境温度、通过第二温度传感器32获取所述主加热器2的温度，通过其内置的A/D模数转换电路33采集所述电池组4的电压信号并转换为数字量的电压值，当所述第一温度传感器31检测到的温度数值小于预置的第一温度区间、所述第二温度传感器32检测到的温度数值小于预置的第二温度区间并同时所述A/D模数转换电路33检测到的电压值大于预置的第一电压区间时，所述控制器3启动所述主加热器2工作，将其热量传递给所述相变材料5进行储能，作为优选，在所述主加热器2与相变材料5(图1未画出)之间设有导热板21，利于所述主加热器2的热量传导给所述相变材料5，有利于所述相变材料5散发的热量通过所述导热板21散发到所述壳体1的外部。

其中，所述电池组4封装于所述相变材料5内，能够达到直接储能保温的效果，所述相变材料5采用高分子复合相变材料，其相变温度为40-50℃，具有绝缘的特性，能够直接与所述电池组4一起封装；具有阻燃的特性，使用时安全可靠；具有高的导热系数(导热系数K>0.8)，能够将所述电池组4的热量通过所述相变材料5传导于所述壳体1的内壁，经所述壳体1将热量扩散到外界。

举例如下：所述第一温度传感器31检测到的环境温度值为T₁，预置的第一温度区间为20℃≤T≤25℃；所述第二温度传感器32检测到的主加热器的温度数值为T₂，预置的第二温度区间为40℃≤T≤45℃；所述控制器3内置的A/D模数转换电路33检测到的电压值为U₁，预置的第一电压区间为25.2V≤U≤26.4V，当所述控制器同时检测到T₁<20℃，T₂<40℃，U>26.4V时，所述控制器3启动所述主加热器2进入工作状态。

本发明的所述控制器3在控制前，需完成自检和初始化，以保证所述控制器3能够正常稳定工作，自检和初始化需在所述电池箱连接有外部充电器或开启了电池开关的状态下运行；通过检测大气环境温度，确保所述电池箱处于合适温度的环境中；通过检测所述主加热器2的温度来避免所述相变材料5被过度加热；通过判断所述电池组4的电压(U>26.4V,表明有外部充电器接入)，确保所述主加热器2在接入外部充电器时启动。

本发明的电池箱，通过所述加热器2加热，将其热量热传导给高储热值的所述相变材料5，由于所述电池组4浸没于所述相变材料5内，这样可以确保在低耗的情况下，还能维持所述电池组4各个区域温度的均衡，使其能够应用于-20℃～-40℃的极低的温度环境下。

实施例二

如上所述的一种自动控温的电池箱，本实施例与其不同之处在于，如图4所示，当所述第一温度传感器31检测到的温度数值介于预置的第一温度区间或所述第二温度传感器32检测到的温度数值介于预置的第二温度区间或所述A/D模数转换电路33检测到的电压值介于预置的第一电压区间时，所述控制器3控制所述主加热器2维持原有的状态。

当所述第一温度传感器31检测到的温度数值大于预置的第一温度区间或所述第二温度传感器32检测到的温度数值大于预置的第二温度区间或所述A/D模数转换电路33检测到的电压值小于预置的第一电压区间时，所述控制器3控制所述主加热器2停止工作。

举例如下：所述第一温度传感器31检测到的环境温度值为T₁，预置的第一温度区间为20℃≤T≤25℃；所述第二温度传感器32检测到的主加热器2的温度数值为T₂，预置的第二温度区间为40℃≤T≤45℃；所述控制器3内置的A/D模数转换电路33检测到的电压值为U₁，预置的第一电压区间为25.2V≤U≤26.4V，当所述控制器3检测到T₁、T₂、U₁中的任意一项介于上述各自对应的区间时，所述控制器3则控制所述主加热器2维持原有的状态，当所述控制器3检测到T₁>25℃或T₂>45℃或U₁<25.2V的任意一项时，所述控制器3控制所述主加热器2停止工作。

本发明通过检测环境温度或主加热器温度或电池组电压的方式使所述主加热器2停止工作，能够避免所述电池箱超出一定阈值范围时，还对主加器2进行加热。

上述所述主加热器的控制方法为：

当所述第一温度传感器检测到的温度数值小于所述预置的第一温度区间、所述第二温度传感器检测到的温度数值小于所述预置的第二温度区间并同时所述A/D模数转换电路检测到的电压值大于所述预置的第一电压区间时，所述控制器启动所述主加热器工作；

当所述第一温度传感器或所述第二温度传感器或所述A/D模数转换电路检测到的值介于相应的区间内时，所述控制器控制所述主加热器维持原有的状态；

当所述第一温度传感器或所述第二温度传感器检测到的值大于相应的温度区间或所述A/D模数转换电路检测到的值小于所述预置的第一电压区间时，所述控制器控制所述主加热器停止工作。

实施例三

如上所述的一种自动控温的电池箱，本实施例与其不同之处在于，如图6所示，其为电池组的结构示意图，结合图3和图5所示，一种自动控温的电池箱还包括辅助加热器6，其与所述控制器3相连，所述控制器3通过第三温度传感器34获取所述电池组4的温度，当所述第三温度传感器34检测到的温度数值小于预置的第三温度区间并同时所述A/D模数转换电路33检测到的电压值大于预置的第二电压区间时，所述控制器3启动所述辅助加热器6工作，使其直接对所述电池组4进行加热。本实施例优选，所述辅助加热器设于所述电池组4的内部，利于所述辅助加热器6直接对其加热。

当所述第三温度传感器34检测到的温度数值介于预置的第三温度区间或所述A/D模数转换电路33检测到的电压值介于预置的第二电压区间时，所述控制器3控制所述辅助加热器6维持原有的状态。

当所述第三温度传感器34检测到的温度数值大于预置的第三温度区间或所述A/D模数转换电路33检测到的电压值小于预置的第二电压区间时，所述控制器3控制所述辅助加热器6停止工作。

举例如下：所述第三温度传感器34检测到的电池组温度值为T₃，预置的第三温度区间为5℃≤T≤6℃；所述控制器3内置的A/D模数转换电路33检测到的电压值为U₁，预置的第二电压区间为25.2V≤U≤25.6V，当所述控制器3检测到T₃<5℃并同时U₁>25.6V时，所述控制器3则启动所述辅助加热器6进入工作状态，当所述控制器3检测到T₃、U₁中的任意一项介于上述各自对应的区间时，所述控制器3则控制所述辅助加热器6维持原有的状态，当所述控制器3检测到T₁>6℃或U₁<25.2V的任意一项时，所述控制器3控制所述辅助加热器6停止工作。

本实施例中，所述辅助加热器6启动的判据是电池组温度和电池组电压两个条件，当电池组温度偏低，而加热回路电压大于最低启动电压时就可以启动所述辅助加热器6。

所述辅助加热器6的电源可以是外部充电器，当检测到U>26.4V时，表明有外部充电器接入，此时，若所述电池组4的温度较低，则启动所述辅助加热器6工作对所述电池组4直接进行加热，保证所述电池组4能够满足最低工作温度的条件，以维持其基本的充电性能，避免低温充电对锂电池造成损坏；所述辅助加热器6的电源也可以是所述电池组4提供的能量，当检测到U<26.4V时，表明未接入外部充电器，此时，所述主加热器2停止工作，若所述电池组4的温度较低，则利用所述电池组4自身储存的电能来进行加热，再通过导热材料直接对所述电池组4进行加热，是一种牺牲部分性能来保证剩余供电能力的策略，直接加热也确保了其效用的最大化。

本发明的电池箱，在有外部充电器连接的情况下，通过所述主加热器2和所述辅助加热器6的配合，确保所述电池组4能够满足最低工作温度的条件；在无外部充电器的情况下，也能够利用所述电池组自身储存的电能来进行加热，确保了所述电池组4在极端气候条件下的放电性能。

上述所述辅助加热器的控制方法为：当所述第三温度传感器检测到的温度数值小于预置的第三温度区间并同时所述A/D模数转换电路检测到的电压值大于所述预置的第二电压区间时，所述控制器启动所述辅助加热器工作；

当所述第三温度传感器或所述A/D模数转换电路检测到的值介于相应的区间内时，所述控制器控制所述辅助加热器维持原有的状态；

当所述第三温度传感器检测到的值大于所述预置的第三温度区间或所述A/D模数转换电路检测到的值小于所述预置的第二电压区间时，所述控制器控制所述辅助加热器停止工作。

实施例四

请参阅图7、图8、图9所示，其分别为本发明电池箱的部分爆炸图、电池箱的正面剖视图和电池箱的反面剖视图。

结合图7至图9所示，一种电池箱，包括壳体1，所述壳体1为双层中空壳体，其内层与外层之间设有若干相互连通的通道11，所述壳体1上设有两个与所述通道11相连通的阀门，一所述阀门的流通方向向内，一所述阀门的流通方向向外。

具体为，结合图7至图9所示，所述壳体1上设有两个阀门，其分别串联于所述通道11上，其中，一个所述阀门12能够用于控制空气的进入，另一个所述阀门13能够用于控制空气的流出，当两个所述阀门都处于关闭状态时，所述通道11内的空气处于不流通的状态，能够实现隔热保温的效果；如图8和图9所示，图中箭头所指的方向为空气流动的方向，当两个所述阀门都处于开启状态，即一所述阀门12的流通方向向内，另一所述阀门13的流通方向向外，外部空气经由一所述阀门12、壳体内部的通道11、再经由另一所述阀门13回到外部空间，这种外部空气与所述通道11形成的气流通道，能够通过空气循环带走多余热量，起到冷却的作用。

作为优选，本实施例在所述壳体1内的四周都设有相互连通的所述通道11，这样，当空气流通过所述通道11时，能够使所述壳体1的四周都充满流通的空气，散热效果更好。

作为优选，本实施例的所述阀门优选为双向阀门，由于所述双向阀门的流通方向既可以向外，也可以向内，因此，当所述壳体1上安装有多个所述双向阀门时，能够随机选择至少一所述阀门的流通方向向内，至少一所述阀门的流通方向向外，如:当安装有四个所述双向阀门时，可以选择一个所述阀门的流通方向向内，一个所述阀门的流通方向向外，其他阀门关闭；或者也可以选择一个所述阀门的流通方向向内，其余三个所述阀门的流通方向向外或者其他选择方式，所述双向阀门的设置，增加了选择的多样性，选择的情况可根据箱体内部温度的不同情况进行选择。

作为优选，在所述阀门的出口处设有防尘布(图中未画出)，用于阻挡外界空气中的灰尘或者大颗粒物质进入所述通道11内，以防堵塞所述通道11。

进一步，本实施例还可通过所述阀门抽取所述通道11内的空气，使所述通道11内形成一定负压，实现更佳的隔热保温效果，具体为，保持一所述阀门处于关闭状态，在另一流通方向向外的所述阀门上连接气泵，通过所述气泵抽取所述通道11内的空气，使所述通道11内达到一定的负压。

本实施例中，所述阀门的数量不仅仅限于两个，还可以为两个以上，其中，至少一个所述阀门的流通方向向内，至少一个所述阀门的流通方向向外。

实施例五

如上所述的一种电池箱，本实施例与其不同之处在于，如图10所示，其为阀门控制器的电路控制图，一种电池箱，还包括阀门控制器7，其与所述压力传感器71和所述阀门的开关72相连，所述压力传感器71用于检测所述通道11内的压力，当所述压力传感器71检测到的压力值大于所述通道11内的压力阈值时，所述阀门控制器3控制至少一流通方向向外的所述阀门的开启。

本实施例，通过设置所述压力传感器71检测所述通道11内的压力，在检测值大于压力阈值时，所述控制器控制流通方向向外的所述阀门开启来释放压力，能够避免在所述通道11内的温度过高时，使内部空气膨胀，发生爆炸的危险。

实施例六

如上所述的一种电池箱，本实施例与其不同之处在于，如图10所示，其为阀门控制器的电路控制图，一种电池箱，还包括温度传感器73，其与所述阀门控制器3相连，所述温度传感器73用于检测所述通道11内的温度，当所述温度传感器73检测到的温度值大于所述通道11内的温度阈值时，所述阀门控制器3控制所述阀门转向排风冷却；当所述压力传感器71检测到的压力值小于所述通道11内的压力阈值且所述温度传感器73检测到的温度值小于所述通道11内的温度阈值时，所述阀门控制器3控制所述阀门关闭，以起到隔热保温的效果。

本实施例中，在温度过高时，高导热系数的所述相变材料5，能够将内部热量传导到所述壳体1的内壁上，所述控制器3控制所述阀门自动转向排风冷却的方向，达到散热的功能，同时也能够降低所述通道11内的压力；在温度过低时，若所述压力传感器71检测到的压力值小于所述通道11内的压力阈值，则可控制所述阀门的关闭，以保证所述通道11内的压力处于安全状态的情况下再使其内部处于封闭的状态，此时，所述通道11内过低的温度可通过所述壳体1内储存的相变材料5进行温度补偿。

实施例七

如上所述的一种电池箱，本实施例与其不同之处在于，如图7所示，所述壳体1的底部设有若干筋条8，用于支撑所述壳体1内部的重量。

上述实施例采用采用所述主加热器2加热、所述辅助加热器6补偿温度，采用所述相变材料5直接封装所述电池组4，实现储热、保温的功能；所述壳体内部循环的风道加上自动化控制阀门的开启方向实现了空气隔热保温和散热降温的双重作用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。