本发明属于通信锂电池技术领域，具体涉及一种户外低温用锂电池组及其运行方法。
背景技术：
锂电池组作为可靠的后备电源广泛应用于通信基站备电领域，并且，有很多领域和场合，锂电池组需要安装于户外；另外锂电池组的最佳工作温度范围是20-40℃，温度过高或过低都会影响锂电池的性能，在较高温度下(如40-60℃)，锂电池组所释放的电量会比常温少0％-10％左右，这个电量的衰减目前是可接受的，然而在低温情况下，锂电池的性能衰减特别大：(1)充电：在0℃以下充电，锂离子会在负极表面还原形成锂枝晶，锂枝晶会刺破隔膜，导致电池短路。(2)放电：﹣10℃环境中可放出电量仅为60％，﹣20℃环境中可放出电量最多为30％，﹣20℃以下环境中禁止锂电池放电，存在安全隐患。
而我国东北地区、俄罗斯、北欧等地区都会出现极寒天气，且持续时间长，最低温度可达到﹣50℃，因此，如何开发一种适用于户外低温的锂电池组，使其在低温环境中仍然可以正常充放电，且容量不能出现大幅衰减，具有重要意义。
技术实现要素：
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种户外低温用锂电池组及其运行方法，可有效解决上述问题。
本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种户外低温用锂电池组，包括：箱体(1)、锂电芯(2)、自加热系统、保温层(10)和锂电池管理系统；
其中，所述自加热系统包括硅胶电热片(11)、自控温ksd过温保护器(9)及二次熔断式保险丝；所述硅胶电热片(11)为罩体结构，包括四个侧面和底面，分别包裹所述锂电芯(2)的四个侧面和底面，进而使热量向内向上散发，形成烘烤式的加热模式；所述锂电芯(2)的正极依次串联所述自控温ksd过温保护器(9)、所述二次熔断式保险丝和所述硅胶电热片(11)后，连接到所述锂电芯(2)的负极，由此形成加热控制回路；
所述锂电池管理系统设置于所述硅胶电热片(11)的外面；
所述保温层(10)为罩体结构，套设于所述硅胶电热片(11)的外部，所述保温层(10)共包括四个侧面、底面和顶面，进而将所述硅胶电热片(11)、所述锂电池管理系统和所述锂电芯(2)包裹在内；
所述锂电芯(2)、所述自加热系统、所述保温层(10)和所述锂电池管理系统形成的整体称为锂电池包(8)；所述锂电池包(8)的外面安装所述箱体(1)。
优选的，所述硅胶电热片(11)采用91w的硅胶电热片(11)；所述二次熔断式保险丝采用二次熔断式110℃保险丝。
优选的，所述保温层(10)为10mm厚气凝胶，由二氧化硅气凝胶和玻璃纤维组成。
优选的，在所述箱体(1)的底部装配有底板(3)，所述底板(3)具有中心通孔，所述中心通孔位置安装维修口盖板(4)；在所述底板(3)到其上方的电池包底部之间具有间隔，在此间隔中安装通信口固定板(5)，所述通信口固定板(5)上面安装通信板(6)、航插端子(7)和自控温ksd过温保护器(9)。
优选的，所述锂电池管理系统包括电池温度传感器、电池电压互感器、电池电流互感器、充放电控制芯片以及充放电控制开关；所述电池温度传感器、所述电池电压互感器和所述电池电流互感器的输出端均连接到所述充放电控制芯片的输入端；所述充放电控制芯片的输出端与所述充放电控制开关连接。
本发明还提供一种基于户外低温用锂电池组的运行方法，包括以下步骤：
自加热系统采用以下方法运行：
自加热系统包括硅胶电热片(11)、自控温ksd过温保护器(9)及二次熔断式保险丝；用于控制硅胶电热片(11)在0℃以下开启加热，10℃以上断开加热；具体的，当锂电芯(2)温度低于0℃时，自控温ksd过温保护器(9)闭合，锂电芯(2)向硅胶电热片(11)供电，硅胶电热片(11)开始工作，提高锂电芯(2)的温度，防止锂电芯(2)温度过低；当锂电芯(2)温度高于10℃度时，自控温ksd过温保护器(9)断开，锂电芯(2)与硅胶电热片(11)的回路断开，硅胶电热片(11)停止工作，防止锂电芯(2)温度过高；当自控温ksd过温保护器(9)失效且锂电芯(2)温度大于70℃时，二次熔断式保险丝熔断，防止锂电芯(2)温度过高，引发安全事故；
锂电池管理系统采用以下方法运行：
充放电控制芯片通过电池温度传感器、电池电压互感器和电池电流互感器，实时采集电池温度、电池电压和电池电流值，并对采集到的电池工作参数进行分析，当锂电池充放电过程中出现过压、欠压、过流、过温、欠温时，充放电控制芯片及时对充放电控制开关进行控制，从而切断工作回路，控制锂电池以最优状态运行。
本发明提供的户外低温用锂电池组及其运行方法具有以下优点：
一方面，采用自加热系统，可以控制加热性能开启/关闭，电池加热组件分别包裹电池的四个侧面和底面，热量向内向上散发，形成烘烤式加热模式，此加热模式可保证锂电池受热均匀，可以将锂电池的工作温度控制在15℃±5℃中；另一方面，采用10mm厚气凝胶作为保温层，将电池包和电池管理系统包裹在内，可有效避免热量散失；上述两种技术相互配合，从而保证电池组可应用在户外低温恶劣环境中，并保证电池的使用性能。
附图说明
图1为户外低温用锂电池组的爆炸视图；
图2为锂电池包的爆炸视图；
图3为户外低温用锂电池组的主视图；
图4为户外低温用锂电池组的俯视图；
图5为户外低温用锂电池组的侧视图；
图6为户外低温用锂电池组的仰视图；
图7为锂电池组的维修口示意图；
图8为户外低温用锂电池组内锂电池包的结构示意图；
图9为户外低温用锂电池组内锂电芯的结构示意图；
图10为户外低温用锂电池组内自加热系统的整体示意图；
图11为户外低温用锂电池组内自加热系统的电源线和自控温控制开关放大示意图；
图12为保温层的立体示意图；
图13为保温层的立体示意图；
图14为自加热系统的原理图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种户外低温用锂电池组，通过配置自加热系统和保温层，使其非常适合于在户外低温环境中使用，保证其使用性能，例如，在户外恶劣环境下仍具备优异的充放电性能，充放电容量不衰减，寿命不降低。
参考附图，包括：箱体1、锂电芯2、自加热系统、保温层10和锂电池管理系统；户外低温用锂电池组可以根据环境温度开启自加热系统，通过硅胶电热片的发热及气凝胶保温材料，使锂电池组处于最佳的工作温度环境中。
户外低温用锂电池组的通信口和保险等组件均在机箱内，仅将电源和加热控制开关置于面板上，便于接线，机箱的防护等级为ip55，满足户外使用要求。锂电池包所用电芯为10ah的磷酸铁锂电芯，pack方式为15串2并。
如图3-6所示，分别为户外低温用锂电池组的主视、俯视、侧视、仰视图，满足户外使用要求。如图7所示，为锂电池组的维修口内部示意图。
如图8-9所示，为户外低温用锂电池组内锂电池包和电芯示意图，所用电芯为10ah的磷酸铁锂电芯，采用15串2并的连接方式，先并联后串联。
下面对各个主要部分详细介绍：
(1)自加热系统
如图10所示，电池加热组件为1片硅胶电热片，包括5个面，分别包裹电池的四个侧面和底面，热量向内向上散发，此烘烤式的加热模式加热速度快，且加热均匀。如图11所示，自加热系统的电源线和自控温控制开关放大示意图；自控温控制开关位于正极电源线上，低于0℃开启加热，10℃以上断开加热。
自加热系统可实现以下功能：锂电池环境温度低于0℃开启加热，10℃以上断开加热；自加热系统包括硅胶电热片11、自控温ksd过温保护器9及二次熔断式保险丝；硅胶电热片11为罩体结构，包括四个侧面和底面，分别包裹锂电芯2的四个侧面和底面，进而使热量向内向上散发，形成烘烤式的加热模式；锂电芯2的正极依次串联自控温ksd过温保护器9、二次熔断式保险丝和硅胶电热片11后，连接到锂电芯2的负极，由此形成加热控制回路；实际应用中，硅胶电热片11采用91w的硅胶电热片11；二次熔断式保险丝采用二次熔断式110℃保险丝。
其工作原理为：
如图14所示，为自加热系统的原理图，自加热系统由91w的硅胶电热片、自控温ksd过温保护器及二次熔断式110℃保险丝组成，硅胶电热片的总额定电压为48v，总额定功率为91w±5％；硅胶电热片在常温下(25℃)额定阻值为25.32ω，范围为24.11ω-26.65ω。可以控制硅胶电热片在0℃以下开启加热，10℃以上断开加热。当电池温度低于0℃时，自控温ksd过温保护器闭合，电池可以给硅胶电热片供电，硅胶电热片开始工作，提高电池包的温度，防止电池温度过低；当电池温度高于10℃时，自控温ksd过温保护器断开，电池与硅胶电热片的回路断开，硅胶电热片停止工作，防止电池温度过高。保险丝是在自控温ksd过温保护器失效的情况下，如电池温度大于70℃，保险丝熔断，防止电池包温度过高，引发安全事故。
(2)锂电池管理系统
锂电池管理系统设置于硅胶电热片11的外面；锂电池管理系统包括电池温度传感器、电池电压互感器、电池电流互感器、充放电控制芯片以及充放电控制开关；温度传感器紧贴在电芯表面，灵敏度高，实时监控电芯温度，传输到电池管理系统，保证锂电池组的安全运行。电池温度传感器、电池电压互感器和电池电流互感器的输出端均连接到充放电控制芯片的输入端；充放电控制芯片的输出端与充放电控制开关连接。
(3)保温层
如图12-13所示，保温层为10mm厚气凝胶，主要由二氧化硅气凝胶和玻璃纤维组成，保温层共包括6个面，将电池包和电池管理系统包裹在内，可有效避免热量散失。
保温层10为罩体结构，套设于硅胶电热片11的外部，保温层10为10mm厚气凝胶，由二氧化硅气凝胶和玻璃纤维组成。保温层10共包括四个侧面、底面和顶面，进而将硅胶电热片11、锂电池管理系统和锂电芯2包裹在内；
锂电芯2、自加热系统、保温层10和锂电池管理系统形成的整体称为锂电池包8；锂电池包8的外面安装箱体1。
在箱体1的底部装配有底板3，底板3具有中心通孔，中心通孔位置安装维修口盖板4；在底板3到其上方的电池包底部之间具有间隔，在此间隔中安装通信口固定板5，通信口固定板5上面安装通信板6、航插端子7和自控温ksd过温保护器9。
本发明还提供一种户外低温用锂电池组的运行方法，包括以下步骤：
自加热系统采用以下方法运行：
自加热系统包括硅胶电热片11、自控温ksd过温保护器9及二次熔断式保险丝；用于控制硅胶电热片11在0℃以下开启加热，10℃以上断开加热；具体的，当锂电芯2温度低于0℃时，自控温ksd过温保护器9闭合，锂电芯2向硅胶电热片11供电，硅胶电热片11开始工作，提高锂电芯2的温度，防止锂电芯2温度过低；当锂电芯2温度高于10℃度时，自控温ksd过温保护器9断开，锂电芯2与硅胶电热片11的回路断开，硅胶电热片11停止工作，防止锂电芯2温度过高；当自控温ksd过温保护器9失效且锂电芯2温度大于70℃时，二次熔断式保险丝熔断，防止锂电芯2温度过高，引发安全事故；
锂电池管理系统采用以下方法运行：
充放电控制芯片通过电池温度传感器、电池电压互感器和电池电流互感器，实时采集电池温度、电池电压和电池电流值，并对采集到的电池工作参数进行分析，当锂电池充放电过程中出现过压、欠压、过流、过温、欠温时，充放电控制芯片及时对充放电控制开关进行控制，从而切断工作回路，控制锂电池以最优状态运行。
本发明提供的户外低温用锂电池组及其运行方法具有以下优点：
一方面，采用自加热系统，可以控制加热性能开启/关闭，电池加热组件分别包裹电池的四个侧面和底面，热量向内向上散发，形成烘烤式加热模式，此加热模式可保证锂电池受热均匀，可以将锂电池的工作温度控制在15℃±5℃中；另一方面，采用10mm厚气凝胶作为保温层，将电池包和电池管理系统包裹在内，可有效避免热量散失；上述两种技术相互配合，从而保证电池组可应用在户外低温恶劣环境中，并保证电池的使用性能。
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来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。