一种低温可充电锂电池组的制作方法

本发明是一种可用于室外低温环境下可以充电和放电的锂电池组，是智能自行车，特别是智能公共自行车在低温环境下可持续运营的关键组件之一。属于电池和电子设备领域。

背景技术：

随着物联网技术和动能发电技术的发展和普及，智能自行车等室外应用的智能设备越来越多。特别是面向城市公共交通的智能公共自行车，一方面需要有电池给智能设备提供电力支持，另一方面又希望通过自行车骑行过程中产生的动能来给电池充电（也有产品利用风能和太阳能来给电池充电），以达到不需要要人工充电就可以保证公共自行车可持续运营的目的。而锂电池一般都只能在0℃至45℃的温度范围内可以充电，并且低温环境下给锂电池充电对电池的损坏也特别大。目前很多厂商，为了解决低温环境下的锂电池放电的问题，大多采用的方式是在锂电池材料里面加入特殊材料，比如采用钛酸锂，或选用VGCF和比表面积在(2000±500) ㎡/g的活性炭为添加剂及其相匹配的正负极材料，注入添加特殊添加剂的特种电解液等。并且这些专门生产的特种低温锂电池一般都只解决了低温环境下的放电问题，而对低温环境的充电问题解决得都不太好，或者说这些产品并不关注低温环境下的充电问题。针对智能公共自行车骑行过程中持续发电特点，在低温环境下如何给电池充电并且还不对锂电池造成损坏，本发明提出了一种保温加辅热的方法，可以在低温环境下给锂电池充电，并且不对锂电池造成损坏。

技术实现要素：

本发明的目标是解决低温环境下锂电池的充电问题，希望通过保温和辅热的方式，通过自主设计的控制主板，在低温环境下也可以给锂电池充电，保证电池的持续可用。本发明利用普通的工业18650电池作为电池芯，通过多节电池芯的组合做成不同规格的产品（附图1中的示意图是以4节18650电池，2X2组合的产品），在电池组的加上直流电热膜，在电热膜外面再加上保温膜，通过温度感应器通知专门设计的电池控制主板是让电热膜加热还是给电池充电。本发明的具体技术方案是：一种低温可充电锂电池组，该电池组包括：输出端（1）、主控智能电路板（3）、电芯（10）、保温膜（11）、温控开关（12、15）、发热膜（16）、镍片（4、8、13）、绝缘片（2、5、6、7、9、14）等。通过自主设计的主控智能电路板，通过温控开关来控制电热膜的供电或给电池充电，从而达到低温环境下给锂电池充电的目的。进一步的，在低温环境下，通过保温和辅热机制，可以把动能发电机产生的电能给锂电池组充电和保持适当的内部温度让电池可以持续供电，解决了低温环境下，长期在室外工作的智能自行车等设备的电池可用性问题。

进一步的，其中主控智能电路板包括了单片机系统、充电和充电恒流电单元、加热器控制单元、USB输出单元、电源分配单元等等，主控智能电路板是电源充电、辅热、输电的控制中枢，通过可编程的单片机系统，接收两个温控开关（分别监测电池内部和外部温度）的温度变化信号，自动根据温度的变化来对电池进行充电或辅热的处理，如果没有电流输出，而电池内部温度特别低（接近电池供电的最低温度）时，还会利用电池本身的电能来进行辅热，保证电池的持续供电。

进一步的，温控开关包括了内部温控开关和外部温控开关等，内部温控开关置于电池组的中部，用于监测电池内部的温度，并根据设定的阀值向主控智能电路板发送电池内部的温度变化信号；外部温控开关置于控制主板的外侧，用于监测周围环境的温度变化，并根据设定的阀值向主控智能电路板发送周围环境的温度变化信号。

更进一步的，发热膜是采用电热转换效能非常高的硅胶电热膜，硅胶电热膜是比较柔软可定制的电热膜，可以根据电池组的不同组合进行定制，以达到最优的辅热效果。

更进一步的，保温膜柔韧度高，保温性能好的保温膜既作为电池组的外包装，又起到隔热保温的作用。

通过这个实用的设计，可以解决低温环境下，智能自行车的充电和供电问题。相比特种低温锂电池的制作方法，本发明有如下特点和优势：

1、取材方便，成本低廉。所采用的锂电池芯是市场上唾手可得的工业用18650标准电池芯，不需要特殊工艺加工生产，采购成本也低；

2、由于采用了高性能的电热膜，电热转换率高，用很少的电量就可以获得比较高的热能，辅热效果好；

3、在电池已充满的情况下，主控智能电路板会根据室外温度的情况，适当提高电池组的温度，让电池的放电性能更好。

附图说明：

图1：本发明各零件总体设计图；

图2：本发明主控智能电路板电路设计图；

具体实施方案：

为了实现本发明目标，本发明设计了专用的主控智能电路板，通过温控开关感知电池组的内部温度，根据设定的温度条件来判定是给加热片进行加热提升锂电池的周围温度，还是给锂电池充电。并且在锂电池充满电的情况下，适当提高锂电池的工作温度，以达到更佳的放电性能。下面对本发明的几个关键实施例进行详细说明。

低温充电机制：

在低温环境下，如果发电机工作有输入电流的情况下，如果锂电池组的内部温度比较低，低于锂电池正常充电需要的最低温度时（比如低于0℃），智能控制主板将电流输出给电热膜对电池组进行加温。当电池组的内部温度升高到锂电池可以正常充电的温度时，智能控制主板根据电池的剩余电量来判断是否需要给电池充电。如果需要给电池充电，就停止给加热片供电，将电流输出给锂电池进行充电，如果不需要充电（电池已满），则继续给电池组加热，充分利用发电机产生的电能（详见下面的剩余电量辅热机制）。

低温辅热机制：

当周围环境温度很低，低于锂电池的最低放电温度的环境下，如果发电机的也没有工作的情况下，智能控制板会在电池内部温度低于某个值（比如—20℃），利用锂电池的电能给加热片供电，以保证电池组可以持续供电。当电池组内部温度提升到某个值后（比如-5℃），辅热功能终止。

过充保护机制：

当电池已经充满，智能控制主板停止给电池充电，避免给电池组过度充电。

剩余电量辅热机制：

在低温环境下，电池已经充满，但电池组的内部温度不太高的情况下，智能控制主板将发电机产生的剩余电力供给电热膜，提高电池组的内部温度，提升电池的使用效率，延长电池在低温环境下的使用时间和使用寿命。当加热导致电池组内部温度达到某个较高值（比如40℃）时，智能控制主板停止给加热片供电。并断开发电机的电路，让发电机停止给电池组供电。