一种锂离子电池组加热方法与流程

1.本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池组加热方法。


背景技术：

2.通常锂离子电池组在低温0℃以下不允许充电，否则可能发生安全性问题；在低温-20℃以下即可明显影响其功率放电性能，使输出电压降低、输出容量减少，甚至不能输出，无法完成正常的电能输出任务。锂离子电池组低温加热有自加热和外加热。自加热会消耗电池组本身电量，在电池组自身电量不足或电量设计裕度不足的情况下，会出现电池组无法满足工作任务要求的问题；外加热即利用外部能量对电池组进行加热，这种加热方法应用较多，但却存在质量和体积能量密度大幅下降、使用不便、加热不均匀、加热时间长、加热控制可靠性差等各种问题。如采用液体对电池组加热，这种加热方法需要在电池组内部设计管道，使用时先将外部液体加热而后通过循环泵对电池组进行加热，结构设计复杂且使用不便，对电池组质量和体积能量密度影响较大；有些则通过加热片配合电池管理系统实现电池组的加热控制，存在加热方式加热时间长、加热不均匀、温度控制可靠性差的问题。还有报道通过加热套配合电池管理系统实现电池组加热控制，加热均匀性虽好，同样存在加热控制可靠性差的问题。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的是提出一种锂离子电池组加热方法，旨在解决上述技术问题。
4.为实现上述目的，本发明提出一种锂离子电池组加热方法，多排电池排列设置形成电池堆，每排电池由多个电池单体组成；在每排电池的外部设置加热带，所述加热带采用外部加热电源进行供电；电池堆内部的多个加热带串联或并联后一端的引出线连接至第ⅰ加热点，另一端的引出线与温度继电器串联后连接至第ⅱ加热点；所述第ⅰ加热点、第ⅱ加热点分别用于与外部加热电源进行连接。
5.优选的，所述加热带为聚酰亚胺加热膜，所述加热带厚度不大于1mm。
6.优选的，电池单体至少有一个加热面与加热带接触。
7.优选的，在电池堆内部相邻的电池单体与加热带之间形成的三角区域采用导热硅胶片填平。
8.优选的，多个加热带串联或并联后一端的引出线上串联至少一个温度继电器，所述温度继电器的感温面设置在所述加热带的表面处。
9.优选的，若温度继电器的数量为两个时，采用通常是两只串联；若温度继电器的数量为四个时，采用两并两串之后使用。
10.优选的，所述温度继电器的感温面与加热带的表面之间通过纸板隔离，所述纸板的厚度为2mm。
11.优选的，在所述多个加热带串联或并联后一端的引出线上设置有加热电阻检测点。
12.优选的，所述温度继电器采用0℃
±
5℃或5℃
±
5℃或10℃
±
5℃或15℃
±
5℃或20℃
±
5℃或25℃
±
5℃或35℃
±
5℃的温度继电器。
13.所述加热带的设计方法为：根据uit＝cmδt进行计算，
14.其中：c为电池堆比热(j/g
·
℃)；
15.m为电池堆质量(g)；
16.δt为温度变化值，单位为℃，从环境温度升到温度继电器动作温度的差值；
17.u为加热电压(v)；
18.i为加热电流(a)；
19.t为加热时间(s)；
20.根据电池堆的重量m及工作的最低温度和规定的加热时间t计算得到加热电流i；
21.再根据r＝u/i计算得到加热电阻r的值，其中：u为加热电压(v)，i为加热电流(a)。
22.优选的，所述加热时间t为30min～40min。
23.由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
24.(1)本发明采用加热带缠贴附在每排电池单体的表面上就行进行加热，确保每个电池单体与加热带至少有一个接触面，使得电池组内部的电池单体受热更加均匀，有效克服了传统加热方式中存在加热不均的问题。
25.(2)在本发明中通过采用导热硅胶片电池组内部相邻的电池单体与加热带之间形成的三角区域填平，进一步保证了加热的均匀性。
26.(3)本发明通过采用外部加热电源对电池堆内部的加热回路供电，即可对电池组进行加热，当加热至温度继电器的动作温度时，温度继电器断开加热回路，当温度回落时，温度继电器又会自动闭合重复对电池组进行加热。实现了自动加热控制，电池组自动进行加热通断控制。
27.(4)本专利采用的加热带为主体厚度不大于1mm聚酰亚胺膜式加热带，对锂离子电池组的体积和重量影响基本可忽略。即加热系统设计部分对电池组整体的体积和质量能量密度的影响较小。
28.(5)本专利提供的锂离子电池组加热方法灵活性高，可根据实际需要灵活设计加热带的阻值，同过调整加热功率，使电池组在要求的时间内完成加热。
附图说明
29.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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
30.图1为本发明中电池堆内部电池组的加热结构示意图；
31.图2为本发明中加热电路示意图；
32.附图标号说明：1-电池单体；2-加热带；3-导热硅胶片；4-第ⅰ加热点；5-第ⅱ加热点；6-加热电阻检测点；7-纸板。
具体实施方式
33.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的一部分实施例，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作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。
34.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
35.另外，在本发明中涉及“第
ⅰ”
、“第
ⅱ”
等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第
ⅰ”
、“第
ⅱ”
的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
36.结合图1、图2所示，一种锂离子电池组加热方法，多排电池排列设置形成电池堆，在电池堆的周围采用羊毛毡等保温材料进行包裹。每排电池由多个电池单体1组成；在每排电池的外部设置加热带2，所述加热带采用外部加热电源进行供电；电池堆内部的多个加热带2串联或并联后一端的引出线连接至第ⅰ加热点4，另一端的引出线与温度继电器串联后连接至第ⅱ加热点5；所述第ⅰ加热点4、第ⅱ加热点5分别用于与外部加热电源进行连接，具体地，第ⅱ加热点5用于连接外部加热电源的正极，第ⅰ加热点4用于连接外部加热电源的负极，形成加热回路。
37.在本实施中，所述加热带1采用聚酰亚胺加热膜，所述加热带1的主体厚度不大于1mm，即聚酰亚胺加热膜形成的加热带1主体厚度不大于1mm，对锂离子电池组的体积和重量影响基本可忽略。即加热系统设计部分对电池组整体的体积和质量能量密度的影响较小。
38.如图1所示，在电池堆内部相邻的电池单体1与加热带2之间形成的三角区域采用导热硅胶片3填平。导热硅胶片3用于将电池组内部的间隙进行填充以提高导热，进一步保证加热的均匀性。
39.结合图1、图2所示，电池堆内部多个加热带2串联或并联后一端的引出线上串联至少一个温度继电器，所述温度继电器，所述温度继电器的感温面设置在所述加热带2的表面处。温度继电器用于感知加热带2的温度，当外部加热电源对加热回路供电，加热至温度继电器的动作温度时，温度继电器断开加热回路，当温度回落时，温度继电器又会自动闭合重复对电池组进行加热。若温度继电器的数量为两个时，采用通常是两只串联；若温度继电器的数量为四个时，采用两并两串之后使用。
40.在本实施例中，所述温度继电器的数量为两个，包括相串联的温度继电器k1和温度继电器k2。采用两只温度继电器串联至加热回路，可提高加热回路加热断开的可靠性。
41.在本实施例中，所述温度继电器的感温面与加热带1的表面之间通过纸板7隔离，所述纸板7的厚度为2mm，通过设置纸板，可用于保护温度继电器的感温面，用于模拟加热后电池单体1的温度。
42.如图2所示，在所述多个加热带2串联或并联后一端的引出线上设置有加热电阻检
测点6。通过设置加热电阻检测点6，方便用于检测各个加热带1串联或并联后的电阻。在图2中，r1～r4表示分别表示4个加热带1进行并联的结构示意。
43.本实施例中，所述温度继电器k1、k2采用0℃
±
5℃或5℃
±
5℃或10℃
±
5℃或15℃
±
5℃或20℃
±
5℃或25℃
±
5℃或35℃
±
5℃的温度继电器。
44.加热带1的设计方法为：根据uit＝cmδt进行计算，
45.其中：c为电池堆比热(j/g
·
℃)；
46.m为电池堆质量(g)；
47.δt为温度变化值，单位为℃，从环境温度升到温度继电器动作温度的差值；
48.u为加热电压(v)；
49.i为加热电流(a)；
50.t为加热时间(s)；
51.根据电池堆的重量m及工作的最低温度和规定的加热时间t计算得到加热电流i。
52.若在进行加热带设计时，没有规定加热时间t，应使加热时间控制在30min～40min为好，加热功率过大，热传导时间太短，可能造成单体电池内冷外热，受热不均匀；加热功率过小，可能造成加热功率小于散热功率达不到加热效果；根据经验，将加热时间控制在30min～40min，加热功率适中，加热效果较好。
53.再根据r＝u/i计算得到加热电阻r的值，其中：u为加热电压(v)，i为加热电流(a)。
54.根据电池组中电池单体1的排布，进行加热带尺寸设计。为方便加热带的制作和装配，一个电池组中通常采用多片加热带进行并联或串联，为提高加热的可靠性，并联应用较多。
55.若为并联使用，则每片加热带阻值计算方法为r＝r
×
n；若为串联使用，则每片加热带阻值计算方法为r＝r/n，其中r为电池组中每片加热带的阻值(ω)，r为各个加热带2的总阻值(ω)，n为电池组中加热带1的数量。加热带设计过程中，尽量使每只单体电池至少有两个对称的加热带接触面，以使电池堆中每只单体电池均匀快速受热。
56.具体地，如某锂离子电池组采用圆柱锂离子电池3并4串设计，根据温度与能量的关系公式uit＝cmδt，并根据r＝u/i，计算得到由某一温度加热到+25℃加热时间约35min，加热电流为3a，加热电阻r为9.4ω，电池堆采用3行4列排布，采用4片加热带并联设计，则每片加热带1电阻为r为37.6ω。加热带1并联后与两只温度继电器串联，加热带与温度继电器设计情况如图1所示，加热回路电路图如图2所示。
57.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。