一种动力电池的温度动态调节方法及动力电池与流程

1.本发明涉及动力电池设备技术领域，具体为一种动力电池的温度动态调节方法及动力电池。


背景技术：

2.动力电池即为工具提供动力来源的电源，多指为电动汽车、电动列车、电动自行车和高尔夫球车提供动力的蓄电池，其主要区别于用于汽车发动机启动的启动电池，多采用阀口密封式铅酸蓄电池、敞口式管式铅酸蓄电池以及磷酸铁锂蓄电池，锂铁电池是2000年后由美国永备公司所推出来并得到成功市场化的新型绿色高能化学电源，在应用于需要的高能量高功率电源的电子设备和电动玩具方面，显示了非常优越的性能，在中等放电电流以上时，锂铁电池的放电时间可达碱锰电池的6倍左右，而与镍氢电池相比，其放电电压平稳，储存时间具有显著优势。
3.现有技术中，如中国专利申请cn109346801a，公开了一种动力电池控温系统，该系统包括泵驱组件、冷凝器、加热器、电动三通阀、蒸发集热组件及配套管路。泵驱组件为气液流体循环提供动力；冷凝器在散热模式下，将蒸发集热组件产生热量排散到空气环境；加热器在补热模式下，为蒸发集热组件快速升温提供热量；蒸发集热组件高效收集热量；电动三通阀用于电池低温补热和高温散热模式切换。本发明采用两相传热及控温技术，实现动力电池低温补热和高温散热，确保动力电池工作在良好的温度水平和温差范围，能够满足各种能量密度动力电池控温需求。
4.但上述专利存在以下不足：动力电池是由多个电池模组组合而成，而每个电池模组内又包含有多个储能电芯，在实际使用时，对动力电池影响最大的是在低温环境下，动力电池的充放电效率均较低，并且低温环境下动力电池的电量具有显著的下降，电池在低温环境下充电均难以保障充入的电池中的电量，现有结构内不具备温控和高压电流防护的能力，致使此类电池在极端温度下使用局限性较大，使得此类电池使用场景受到极大的限制。
5.所以我们提出了一种动力电池的温度动态调节方法及动力电池，以便于解决上述中提出的问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种动力电池的温度动态调节方法及动力电池，通过与下壳体相连接的温控处理机构，利用温度传感器实时对壳体内部温度进行监测，并由电池管理模块根据温度数值判断电池的使用状态，当电池在较冷的环境下进行充放电时，可通过加热模接触器先将电流通入进每个加热膜中，因加热膜平均分布在每个电池模组上，并与电池模组充分接触，其表面释放的热量可持续对电池模组进行增温，同时升高后的温度逐步扩散到下壳体和上壳体之间，实现对电池内升温的过程，提高电流冲入进电池模组中的效率。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种动力电池的温度动态调节方法，包括如下步骤：s1、通过温度传感器实时检测电池模组的表面温度，电池模组表面温度的实时数据传输给电池管理模块；s2、电池管理模块根据电池模组表面温度的实时数据，以及电池模组的充放电状态，判断电池模组的使用状态；s3、电池管理模块根据电池模组的使用状态，控制温控处理机构和水冷降温机构执行操作；s4、当电池模组的表面温度小于设定的最低温度阈值m，并且电池模组处于充电状态时，市电通过电池管理模块控制电池模组的温度，保障电池模组的充电效率；其中，所述s4具体包括：s4.1、电池管理模块控制加热模接触器将电流通入进每个加热膜中，加热膜与电池模组充分接触，加热膜释放的热量实现对电池模组的加热升温，维持电池模组的电池活性，保障电池模组的充电效率；s4.2、当电池模组的表面温度到达0.9m时，加热模接触器向加热膜通入保温电流，并且加热模接触器实时调整箱加热膜提供的保温电流的大小，将电池模组的表面温度保持在（0.9m，1.1m）的区间内；s5、当电池模组的表面温度小于设定的最低温度阈值m，并且电池模组处于放电状态时，电池模组通过电池管理模块控制加热模接触器间歇向加热膜通入保温电流，将电池模组的表面温度保持在（0.9m，1.1m）的区间内；s6、当电池模组的表面温度小于设定的最低温度阈值m，并且电池模组未进行充放电时，电池模组通过电池管理模块控制加热模接触器持续向加热膜通入保温电流，将电池模组的表面温度保持在（0.9m，m）的区间内；s7、当电池模组的表面温度大于设定的最高温度阈值n，并且电池模组处于充电状态时，市电持续向增压泵供电，使水冷液持续进入到水冷管道中，水冷液持续流动进行热交换，将电池模组的表面温度保持在（0.8n，n）的区间内；s8、当电池模组的表面温度大于设定的最高温度阈值n，并且电池模组处于放电状态时，电池模组间歇向增压泵供电，使水冷液间歇进入到水冷管道中，水冷液间歇流动进行热交换，将电池模组的表面温度保持在（0.9n，n）的区间内。
8.一种动力电池，包括：下壳体和上壳体，所述下壳体的内部设置有温控处理机构，所述下壳体和上壳体之间设置有水冷降温机构；所述下壳体和上壳体的内部均固定安装有装配框架，两个所述装配框架的内部均放置有两组电池模组，所述下壳体的内壁底部固定安装有电池管理模块；进一步地，所述温控处理机构包括pcb面板，所述pcb面板的顶部分别固定连接有主正极接触器、主负极接触器、电流传感器、预设电阻器、加热模熔断器和加热模接触器，所述下壳体的内表壁开设有凹槽，且凹槽的内部固定连接有温度传感器，两个所述装配框架中每个的内部均放置有两组加热膜，四组所述加热膜的数量和电池模组相等；所述下壳体的外表壁设置有高压插接端口，所述高压插接端口的接线端和pcb面板中的内部排线相连接；四组所述电池模组中每组的接线端之间均固定连接有一组输电导
线，四组所述输电导线中每组的正负极依次与主正极接触器和主负极接触器相连接；四组所述加热膜的电流输入端均与加热模接触器的接线端相连接；四组所述输电导线中每组的内部均固定连接有输电熔断器。
9.进一步地，所述水冷降温机构包括两组连接凹槽，两组所述连接凹槽中每个的内部均放置有嫁接块，两组所述嫁接块的相对一侧之间固定安装有矩形框架，所述矩形框架的内部设置有衔接板；所述衔接板的顶部和底部均设置有水冷管道，所述衔接板的顶部与底部均固定安装有增压泵，两个所述增压泵的输出端均固定连通有运液管道，两个所述增压泵的输出端分别与水冷管道的进液端相连通。
10.进一步地，所述电池管理模块的输入端和输出端均固定连接有一组信息线，两组所述信息线的接线端均与下壳体中的内部排线相连接。
11.进一步地，所述下壳体的正表面分别开设有正极预设孔洞和负极预设孔洞，所述正极预设孔洞和负极预设孔洞的内部分别固定连接有正极柱和负极柱；所述正极柱和正极预设孔洞的内表壁之间设置有密封圈a，所述负极柱和负极预设孔洞的内表壁之间设置有密封圈b。
12.进一步地，所述pcb面板的底部固定安装在下壳体的内壁底部，所述下壳体个上壳体的外表壁均固定套设有安装套环，两组所述连接凹槽均开设在其中一个安装套环的内部，两个所述安装套环的内部均预设有一组安装孔洞。
13.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明通过将动力电池的使用环境与动力电池的工作状态相结合，通过电池管理模块根据动力电池的实际情况对动力电池的工作温度进行控制，并且结合实际充放电情况使用不同的能源，并且根据电池的实际工作状态动态调整电池的工作温度，在各种使用环境下以及各种工作状态下，保证电池使用的稳定性。
14.2、本发明通过设置电池管理模块，电池管理模块能够根据上下壳体内部的温度，对温控处理机构和水冷降温机构进行控制，在低温环境下通过温控处理机构对电池模组进行保温以充分维持电池模组的充电效率以及电池活性，充分保证电池模组的电量以及电池模组的充放电活性，保证电池模组能够在低温环境下进行有效的工作，并在电池模组放电过程中，通过水冷降温机构即时对电池模组放电产生的额外热量进行疏散，有效降低电池模组的损坏概率，使得该一种动力电池的温度动态调节方法及动力电池能够在各种温度环境下均有效地进行工作，并且充分保障电池的使用寿命，极大地扩展了该一种动力电池的温度动态调节方法及动力电池的使用场景。
15.3、本发明通过设置温控处理机构，当封装后的电池在较冷的环境下充电时，在温度传感器的监控下，下壳体和上壳体中的温度数值会传输给电池管理模块，再由电池管理模块根据下壳体和上壳体中的温度数值控制加热模接触器的开闭，当下壳体和上壳体中温度数值低于预设的加热数值时，将汇入到pcb面板中的电流通入到每个加热膜中，此过程中电流传感器实时对流通的电流强度的进行检测，随着加热膜通电过程的进行，加热膜表面电热效应产生的热量，逐渐对电池模组进行加热，并最终影响壳体内部的温度，在此过程中，通过温度传感器的检测，当下壳体和上壳体中的温度数值处于设定的充电温度区间时，电池管理模块判断当前下壳体和上壳体中的温度数值符合充电标准，然后电池管理模块控
制主正极接触器和主负极接触器的开启，并利用输电导线对电流的输送，使其持续汇入进每组电池模组中，对封装电池进行充电。
16.4、本发明通过设置水冷降温机构，当电池未进行充电，并且电池向外供电而处于做功状态时，电池放电过程中电能无法达到百分之百的利用，不可避免地产生一定的能量损耗，并以热量散发的方式呈现，此时壳体内部温度仍然由温度传感器进行检测，当数据输入到电池管理模块中后，由电池管理模块判断是否对壳体内部温度进行降温，降温过程是通过水冷降温机构来实现的，其降温过程中，通过开启增压泵，利用内部叶轮转动产生的吸附效果快速抽取外部储液罐中的水冷液，使其持续进入到水冷管道中，使得电池模组表面积攒的热量能够跟水冷管道内部的水冷液进行热量交换，并且通过设置增压泵可实现水冷液在水冷管道和储液罐间循环流动，使得水冷液快速流动快速进行热交换，快速带走电池模组表面积攒的热量，防止电池模组高温环境下产生短路，进而能够防止封装结构内部各个焊接点因高温而熔化导致焊接失效，保障电池模组乃至整个封装结构的使用寿命。
附图说明
17.图1为本发明的温度调节方法的流程示意图；图2为本发明的动力电池的装配结构示意图；图3为本发明的动力电池的线路分布结构示意图；图4为本发明的动力电池的温控处理机构的立体示意图；图5为本发明的图4的a处结构放大示意图；图6为本发明的动力电池的立体结构示意图；图7为本发明的图6的b处结构放大示意图；图8为本发明的动力电池的水冷降温机构的立体示意图；图9为本发明的动力电池的极柱结构示意图。
18.图中：1、下壳体；2、上壳体；3、装配框架；4、电池模组；5、电池管理模块；6、信息线；7、温控处理机构；701、pcb面板；702、主正极接触器；703、主负极接触器；704、电流传感器；705、预设电阻器；706、加热模熔断器；707、加热模接触器；708、高压插接端口；709、输电导线；710、输电熔断器；711、温度传感器；712、加热膜；8、安装套环；9、水冷降温机构；901、连接凹槽；902、嫁接块；903、矩形框架；904、衔接板；905、增压泵；906、水冷管道；10、正极预设孔洞；11、正极柱；12、密封圈a；13、负极预设孔洞；14、负极柱；15、密封圈b。
具体实施方式
19.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，所描述的实施条例仅仅是本发明一部分实施例，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做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。
20.实施例一：一种动力电池的温度动态调节方法，包括如下步骤：s1、通过温度传感器实时检测电池模组的表面温度，电池模组表面温度的实时数据传输给电池管理模块；
s2、电池管理模块根据电池模组表面温度的实时数据，以及电池模组的充放电状态，判断电池模组的使用状态；s3、电池管理模块根据电池模组的使用状态，控制温控处理机构和水冷降温机构执行操作；s4、当电池模组的表面温度小于设定的最低温度阈值m（本实施例中，m数值优选为10℃），并且电池模组处于充电状态时，市电通过电池管理模块控制电池模组的温度，保障电池模组的充电效率；其中，s4具体包括：s4.1、电池管理模块控制加热模接触器将电流通入进每个加热膜中，加热膜与电池模组充分接触，加热膜释放的热量实现对电池模组的加热升温，维持电池模组的电池活性，保障电池模组的充电效率；s4.2、当电池模组的表面温度到达0.9m时，加热模接触器向加热膜通入保温电流，并且加热模接触器实时调整箱加热膜提供的保温电流的大小，将电池模组的表面温度保持在（0.9m，1.1m）的区间内；s5、当电池模组的表面温度小于设定的最低温度阈值m，并且电池模组处于放电状态时，电池模组通过电池管理模块控制加热模接触器间歇向加热膜通入保温电流，将电池模组的表面温度保持在（0.9m，1.1m）的区间内；s6、当电池模组的表面温度小于设定的最低温度阈值m，并且电池模组未进行充放电时，电池模组通过电池管理模块控制加热模接触器持续向加热膜通入保温电流，将电池模组的表面温度保持在（0.9m，m）的区间内；s7、当电池模组的表面温度大于设定的最高温度阈值n（本实施例中，n数值优选为50℃），并且电池模组处于充电状态时，市电持续向增压泵供电，使水冷液持续进入到水冷管道中，水冷液持续流动进行热交换，将电池模组的表面温度保持在（0.8n，n）的区间内；s8、当电池模组的表面温度大于设定的最高温度阈值n，并且电池模组处于放电状态时，电池模组间歇向增压泵供电，使水冷液间歇进入到水冷管道中，水冷液间歇流动进行热交换，将电池模组的表面温度保持在（0.9n，n）的区间内。
21.通过上述的动力电池的温度调节方法，将动力电池的使用环境与动力电池的工作状态相结合，通过电池管理模块根据动力电池的实际情况对动力电池的工作温度进行控制，并且结合实际充放电情况使用不同的能源，并且根据电池的实际工作状态动态调整电池的工作温度，在各种使用环境下以及各种工作状态下，保证电池使用的稳定性。
22.动力电池在寒冷条件下存放或工作时，其内部温度能够达到适合的数值m附近，在对应的数值区间内，保障动力电池内部的电解液的稳定以及电池充放电的效率；并且使得动力电池在较高温度下，或者因为充放电产生的热量无法散出动力电池时，对动力电池主动散热，保障动力电池的温度不超过电池的最高运行温度，有效杜绝电池过热起火的情况发生；从而使得动力电池能够在各个工况以及各个使用环境下均能保持稳定运行，有效提高动力电池的使用寿命和使用效果。
23.实施例二：根据图2和图4所示，一种动力电池，包括下壳体1和上壳体2，下壳体1的内部设置有温控处理机构7，下壳体1和上壳体2之间设置有水冷降温机构9，下壳体1和上壳体2的内
部均固定安装有装配框架3，两个装配框架3的内部均放置有两组电池模组4，下壳体1的内壁底部固定安装有电池管理模块5，电池管理模块5的输入端和输出端均固定连接有一组信息线6，两组信息线6的接线端均与下壳体1中的内部排线相连接。
24.根据图3-5所示，温控处理机构7包括pcb面板701，pcb面板701的顶部分别固定连接有主正极接触器702、主负极接触器703、电流传感器704、预设电阻器705、加热模熔断器706和加热模接触器707，下壳体1的内表壁开设有凹槽，且凹槽的内部固定连接有温度传感器711，两个装配框架3中每个的内部均放置有两组加热膜712，四组加热膜712的数量和电池模组4相等。
25.根据图4所示，下壳体1的外表壁设置有高压插接端口708，高压插接端口708的接线端和pcb面板701中的内部排线相连接，通过设置高压插接端口708，可与外接导线相连接，用于高压电流的汇入。
26.根据图3-4所示，四组电池模组4中每组的接线端之间均固定连接有一组输电导线709，四组输电导线709中每组的正负极依次与主正极接触器702和主负极接触器703相连接，通过设置主正极接触器702和主负极接触器703，主正极接触器702和主负极接触器703不仅能接通和切断电路，而且还具有低电压释放保护作用。
27.根据图3-图5所示，四组加热膜712的电流输入端均与加热模接触器707的接线端相连接，通过设置加热膜712，用于对壳体内的多组电池模组4进行升温处理。
28.根据图3所示，四组输电导线709中每组的内部均固定连接有输电熔断器710，通过设置输电熔断器710，用于切断输电导线709内部电流的流动，避免强负荷电压通入到电池模组4中，对电池模组4内部结构造成损坏。
29.在使用时，利用温度传感器711实时对壳体内部温度进行监测，并由电池管理模块5根据温度数值判断电池的使用状态，当电池在较冷的环境下进行充放电时，可通过加热模接触器707先将电流通入进每个加热膜712中，因加热膜712平均分布在每个电池模组4上，并与电池模组4充分接触，其表面释放的热量可持续对电池模组4进行增温，同时升高后的温度逐步扩散到下壳体1和上壳体2之间，实现对电池内升温的过程，提高电流冲入进电池模组4中的效率。
30.根据图6-8所示，水冷降温机构9包括两组连接凹槽901，两组连接凹槽901中每个的内部均放置有嫁接块902，两组嫁接块902的相对一侧之间固定安装有矩形框架903，矩形框架903的内部设置有衔接板904，通过设置矩形框架903，可为水冷部件的装配提供安装条件。
31.根据图8所示，衔接板904的顶部和底部均设置有水冷管道906，衔接板904的顶部与底部均固定安装有增压泵905，两个增压泵905的输出端均固定连通有运液管道，两个增压泵905的输出端分别与水冷管道906的进液端相连通，通过设置增压泵905，当启动增压泵905后，可将外部储液罐中的水冷液抽取进水冷管道906中，并使水冷液在水冷管道906和储液罐中形成内循环，促进液体的流动，避免壳体内部高温掺入进水冷液中。
32.根据图9所示，下壳体1的正表面分别开设有正极预设孔洞10和负极预设孔洞13，正极预设孔洞10和负极预设孔洞13的内部分别固定连接有正极柱11和负极柱14，通过设置正极柱11和负极柱14，用于对电池内部电流的传输。
33.根据图9所示，正极柱11和正极预设孔洞10的内表壁之间设置有密封圈a12，负极
柱14和负极预设孔洞13的内表壁之间设置有密封圈b15，通过设置密封圈a12和密封圈b15，有效避免外界灰尘和液体进入到正极预设孔洞10和负极预设孔洞13的内部，对正极柱11和负极柱14的电流传输造成影响。
34.根据图4-7所示，pcb面板701的底部固定安装在下壳体1的内壁底部，下壳体1个上壳体2的外表壁均固定套设有安装套环8，两组连接凹槽901均开设在其中一个安装套环8的内部，两个安装套环8的内部均预设有一组安装孔洞，确定pcb面板701与封装结构整体间的连接关系，设置安装套环8，可在下壳体1和上壳体2相连接时，通过安装套环8中所预设的安装孔洞进行固定。
35.在使用时，需要首先对封装结构进行组装，将每组电池模组4依次放置到装配框架3的内部，并与加热膜712的表面充分接触，每组输电导线709的正负极分别与主正极接触器702和主负极接触器703相连接，再将上壳体2盖附到下壳体1的顶部，此时两个安装套环8充分接触，其每两个的安装孔洞相互对齐后，使用指定零件进行固定，再把水冷管道906的进液端与出液端与外部储液罐体相连通。
36.当封装后的电池在较冷的环境下充电时，先将外接电源插入进高压插接端口708中，利用电池内仍然储备的部分电量，对结构内部的多个检测部件进行供电，在温度传感器711的监控下，下壳体1和上壳体2中的温度数值会传输给电池管理模块5，再由电池管理模块5根据下壳体1和上壳体2中的温度数值控制加热模接触器707的开闭，当下壳体1和上壳体2中温度数值低于预设的加热数值时（本实施例中，加热数值优选为10℃），将汇入到pcb面板701中的电流通入到每个加热膜712中，此过程中电流传感器704实时对流通的电流强度的进行检测，随着加热膜712通电过程的进行，加热膜712表面电热效应产生的热量，逐渐对电池模组4进行加热，并最终影响壳体内部的温度，在此过程中，通过温度传感器711的检测，当下壳体1和上壳体2中的温度数值处于设定的充电温度区间时（本实施例中，充电温度区间优选为20-35℃），电池管理模块5判断当前下壳体1和上壳体2中的温度数值符合充电标准，然后电池管理模块5控制主正极接触器702和主负极接触器703的开启，并利用输电导线709对电流的输送，使其持续汇入进每组电池模组4中，对封装电池进行充电，当电池充电完成后，将外接电源拔除。
37.当电池未进行充电，并且电池未向外供电而处于未做功的状态时，此时，下壳体1和上壳体2中的多个检测部件通过电池模组4内储存的电能进行做功，以维持多个检测部件的用电，与低温环境下充电的过程相似，通过检测部件的检测和电池管理模块5对温控处理机构7的控制，保持电池内部温度的恒定，保证电池模组4内电解液的化学反应速率一直保持在最佳状态，以应对随时可能进行的放电做功过程。
38.当电池未进行充电，并且电池向外供电而处于做功状态时，电池放电过程中电能无法达到百分之百的利用，不可避免地产生一定的能量损耗，并以热量散发的方式呈现，此时壳体内部温度仍然由温度传感器711进行检测，当数据输入到电池管理模块5中后，由电池管理模块5判断是否对壳体内部温度进行降温（当温度传感器711检测到壳体内部温度超过设定的高温数值时，本实施例中高温数值优选为50℃，电池管理模块5判断需要对壳体内部温度进行降温），降温过程是通过水冷降温机构9来实现的，其降温过程中，通过开启增压泵905，利用内部叶轮转动产生的吸附效果快速抽取外部储液罐中的水冷液，使其持续进入到水冷管道906中，使得电池模组4表面积攒的热量能够跟水冷管道906内部的水冷液进行
热量交换，并且通过设置增压泵905可实现水冷液在水冷管道906和储液罐间循环流动，使得水冷液快速流动快速进行热交换，快速带走电池模组4表面积攒的热量，防止电池模组4高温环境下产生短路，进而能够防止封装结构内部各个焊接点因高温而熔化导致焊接失效，保障电池模组4乃至整个封装结构的使用寿命。
39.本发明通过设置电池管理模块5，电池管理模块5能够根据上下壳体内部的温度，对温控处理机构7和水冷降温机构9进行控制，在低温环境下通过温控处理机构7对电池模组4进行保温以充分维持电池模组4的充电效率以及电池活性，充分保证电池模组4的电量以及电池模组4的充放电活性，保证电池模组4能够在低温环境下进行有效的工作，并在电池模组4放电过程中，通过水冷降温机构9即时对电池模组4放电产生的额外热量进行疏散，有效降低电池模组4的损坏概率，使得该一种动力电池的温度动态调节方法及动力电池能够在各种温度环境下均有效地进行工作，并且充分保障电池的使用寿命，极大地扩展了该一种动力电池的温度动态调节方法及动力电池的使用场景。
40.尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。