低温进行充电的蓄电池组实现装置的制作方法

本实用新型涉及一种充电蓄电池组的实现装置，具体涉及一种可在低温环境下(零度以下)进行充电的蓄电池组的实现装置。

背景技术：

对于长时间在低温环境下工作，而又依赖电池组供电的电子设备，必然存在充电需求。但当前条件下，大多蓄电池组在低于零度的环境下充电，不但进程缓慢充不满电，还会对电池造成不可逆的物理损伤，极大地降低了电池组的使用寿命；现有部分电池组加热箱用来解决低温不能充电的问题，但加热速度较慢，而且无法真实反应电池组电芯温度，加热温度过低仍会对电池造成伤害，加热温度过高会导致过程缓慢。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型提供一种在电池组不受损情况下，确保充电速率和充电容量的低温进行充电的蓄电池组实现装置。

为解决上述问题，本实用新型采取的技术方案为：低温进行充电的蓄电池组实现装置，包括设置于电芯正极的温度传感器、包裹于电芯外侧的加热膜、温控自动切换模块、外部充电设备；外部充电设备经温控自动切换模块连接于电芯正、负极形成充电通道，外部充电设备经温控自动切换模块连接于加热膜形成加热通道；温控自动切换模块与温度传感器连接并根据温度传感器测得温度选择性接通充电通道、加热通道。

在电池组内部电芯正极附近设置温度传感器，用来监测电池组内部温度T；电芯正极最能反映出电芯的真实温度。将加热膜通过缠绕方式，紧密地包裹在单体电池外侧金属壳上，以保证快速升温加热；温控自动切换模块通过读取温度传感器的温度T，来自动判断是否需要启动加热。当接通外部电源，对电池组进行充电时，温控自动切换模块读取温度T值，当温度T值低于温度T1时，首先将外部电源切换至加热通道，使加热膜开始工作升温，当T值达到某温度T1时，切断加热通道，将外部电源切换至充电通道，对电池组进行充电；当T值再次低于某温度T1时，重复以上循环，始终确保在对电池组充电时，电芯温度在安全充电温度以上。

温控自动切换模块包括温度控制信号产生电路及充放电信号产生电路，温度控制信号产生电路为：+5V电压经第一电阻接至第1-1比较器的反相输入端，第1-1比较器的反相输入端经第三电阻接地，+5V电压经第二电阻接至第1-1比较器的同相输入端，第1-1比较器的同相输入端经温度传感器接地，第1-1比较器的输出端产生温度控制信号；

此处第1-1比较器的同相输入端输入的是温度传感器检测的温度T，反相输入端输入设置的标准值温度T1，当检测到温度T<T1,加热通道电路开始工作；反之，充电通道工作，加热通道与充电通道在温度点T1处自动切换。

充放电信号产生电路为：电池组负极接至第5-1比较器的同相输入端、第5-2比较器的反相输入端，电池组负极经第二十一电阻、第二十六电阻并联支路，第二十电阻、第二十四电阻并联支路接地，第5-1比较器的反相输入端、第5-2比较器的同相输入端接地，第5-1比较器的输出端产生放电信号、第5-2比较器的输出端产生充电信号；

当电池组外接负载放电时，放电电流由电池组负极流向地，此时电池组负极电位大于地的电位，两个电位信号送入第5-1比较器进行比较产生高电平放电信号；当电池组外接充电机时，充电电流由地流向电池组负极，此时电池组负极电位小于地电位，同样两个电位信号送入第5-2比较器进行比较产生高电平充电信号。

温度控制信号与充电信号接入第六与门电路输入端，第六与门电路输出端经第十一电阻接至第二三极管的基极，第二三极管的发射极接地，第二三极管的集电极接场效应管的栅极、第三三极管的集电极，场效应管的漏极经加热膜接第1-2比较器同相输入端，第1-2比较器同相输入端经第五电阻、第六电阻的并联支路接电池组负极、第1-2比较器反相输入端，第1-2比较器输出端产生加热信号；场效应管的源极分别经开关、第八电阻接电池组正极、第三三极管的集电极，第三三极管的发射极接地；

当充电机接入电池组后，上电瞬间，充电机会对电池组有一个充电电流，此时充电信号为高电平，如果电池组处于低温环境时，温度控制信号同样为高电平，经过第六与门电路输出高电平信号控制打开由第十一电阻、第二三极管、第八电阻组成的开关电路，同时开通场效应管、加热膜、第五电阻、第六电阻加热通道有加热电流通过，第1-2比较器将第五、第六取样电阻两端电压信号进行比较产生加热信号。

放电信号、加热信号接入异或门电路输入端，异或门电路输出端、温度控制信号接入第3-1与门电路输入端，第3-1与门电路的输出端、加热信号接入第3-2与门电路输入端，第3-2与门电路输出端产生通道切换信号并经第十二电阻接至第三三极管的基极。

当充电机接入电池组后且电池组处于低温环境下，上电瞬间，会产生一个加热信号，此时，放电信号为低电平，将这两个电平送入异或电路产生的高电平信号与温度控制信号送入第3-1与门电路产生的高电平信号再与加热信号(此时为高电平)进行相与产生通道切换信号。

当充电机接入电池组后，在低温环境下开始给充电机上电，在上电瞬间，前后会产生一个充电信号与加热信号，当检测到加热信号后，经异或电路、与门电路产生加热通道与充电通道的通道切换信号，当通道切换信号为高电平时，加热通道开启；反之，加热通道关闭。当加热通道开启后，开始为电池组加热，当加热至温度T大于T1时，温度控制信号变为低电平，经过与门产生温度控制信号低电平信号,关闭加热通道停止加热；当温度T再次低于T1时，再次开启加热通道加热。

所述的充电通道内设置有保护电路，保护电路采用S-8204A系列电池保护IC。

保护电路是指在充电通道内设置有保护芯片，此处采用S-8204A系列电池保护IC，防止外部充电设备对电池组造成过充充电，防止电池放电时造成过放放电，防止短路，在充放电端口短路时，切断电池组与端口的通道达到保护作用；加热通道与充放电端口之间设置有温控开关，防止在加热失控时，起到切断加热通道的作用。

所述的加热膜为热转换效率极高的石墨烯加热膜。将石墨烯加热膜通过缠绕方式，紧密地贴在单体电池外侧金属壳上，可以加快热传导的速率，保证快速升温加热。

优选的，所述电芯为圆形，加热膜呈S形包裹于电芯外侧。

优选的，所述电芯为片状，加热膜呈回形包裹于电芯外侧。

本实用新型能够通过温度传感器准确地获知电池组电芯温度，并进行快速加热升温，可以有效解决低温环境下对蓄电池组充电的问题，在电池组不受损情况下，确保充电速率和充电容量。本实用新型有效的解决了电池组的低温环境下充电问题，防止因充电时温度过低充不满电以及对电池造成物理伤害。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图；

图2为温控自动切换模块电路原理图；

图3为圆形电芯低温充电蓄电池组S形包裹示意图；

图4为片状电芯低温充电蓄电池组回形包裹示意图；

具体实施方式

低温进行充电的蓄电池组实现装置，如图1所示，包括设置于电芯正极的温度传感器、包裹于电芯外侧的石墨烯加热膜、温控自动切换模块、外部充电设备；外部充电设备经温控自动切换模块连接于电芯正、负极形成充电通道，外部充电设备经温控自动切换模块连接于石墨烯加热膜形成加热通道；温控自动切换模块与温度传感器连接并根据温度传感器测得温度选择性接通充电通道、加热通道。所述的充电通道内设置有保护电路，保护电路采用S-8204A系列电池保护IC。

如图2所示，温控自动切换模块包括温度控制信号产生电路及充放电信号产生电路，温度控制信号产生电路为：+5V电压经第一电阻R1接至第1-1比较器U1-1的反相输入端，第1-1比较器U1-1的反相输入端经第三电阻R3接地GND，+5V电压经第二电阻R2接至第1-1比较器U1-1的同相输入端，第1-1比较器U1-1的同相输入端经温度传感器Rt1接地GND，第1-1比较器U1-1的输出端产生温度控制信号Tem；

充放电信号产生电路为：电池组负极Port-接至第5-1比较器U5-1的同相输入端、第5-2比较器U5-2的反相输入端，电池组负极Port-经第二十一电阻R21、第二十六电阻R26并联支路，第二十电阻R20、第二十四电阻R24并联支路接地GND，第5-1比较器U5-1的反相输入端、第5-2比较器U5-2的同相输入端接地GND，第5-1比较器U5-1的输出端产生放电信号DOP、第5-2比较器U5-2的输出端产生充电信号COP；

温度控制信号Tem与充电信号COP接入第六与门电路U6输入端，第六与门电路U6输出端经第十一电阻R11接至第二三极管Q2的基极，第二三极管Q2的发射极接地GND，第二三极管Q2的集电极接场效应管Q1的栅极、第三三极管Q3的集电极，场效应管Q1的漏极经加热膜R4接第1-2比较器U1-2同相输入端，第1-2比较器U1-2同相输入端经第五电阻R5、第六电阻R6的并联支路接电池组负极Port-、第1-2比较器U1-2反相输入端，第1-2比较器U1-2输出端产生加热信号Heat；场效应管Q1的源极分别经开关S1、第八电阻R8接电池组正极Port+、第三三极管Q3的集电极，第三三极管Q3的发射极接地GND；

放电信号DOP、加热信号Heat接入异或门电路U2输入端，异或门电路U2输出端、温度控制信号Tem接入第3-1与门电路U3-1输入端，第3-1与门电路U3-1的输出端、加热信号Heat接入第3-2与门电路U3-2输入端，第3-2与门电路U3-2输出端产生通道切换信号CTL并经第十二电阻R12接至第三三极管Q3的基极。

如图3所示，所述电芯为圆形，加热膜呈S形包裹于电芯外侧。

如图4所示，所述电芯为片状，加热膜呈回形包裹于电芯外侧。