一种锂电池低温加热控制电路及装置的制作方法

1.本技术涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种锂电池低温加热控制电路及装置。


背景技术：

2.锂电池是指电化学体系中含有锂(包括金属锂、锂合金和锂离子、锂聚合物)的电池，作为一种新型的储能电池，因为其优越的特性，已经在逐步取代传统的铅酸电池等，并且伴随着电子产品以及新能源汽车的发展，市场上对于锂电池的需求越来越大。但是，低温对锂电池的影响比较大，在低温环境下的充放电性能会严重下降，甚至会对电池内部结构造成不可逆的损伤。为满足锂电池能在低温环境下工作，需要配备自动加热功能，确保电池在低温环境下可正常充放电，比如户外备电场景的锂电池。
3.而现有技术中的锂电池加热电路，硬件复杂，并且需要配置软件才能实现控制，导致成本较高。


技术实现要素：

4.为克服现有技术中的不足，本技术提供一种锂电池低温加热控制电路及装置，采用纯硬件电路实现锂电池的低温加热控制，结构简单且稳定。
5.本技术提供的一种锂电池低温加热控制电路，所述控制回路应用于主回路；所述主回路包括直流电源、加热膜和加热控制开关，所述加热膜布设于锂电池的内部，所述直流电源为所述加热膜提供工作电压，所述加热控制开关设置于所述加热膜和所述直流电源之间，所述控制电路包括：
6.热敏电阻，设置于所述锂电池上，用于根据所述锂电池的温度获取对应的阻值；
7.采集放大电路，用于获取所述热敏电阻对应的采样电压，并将所述采样电压放大得到输出电压；
8.迟滞电压比较电路，用于与所述采集放大电路的输出电压进行比较，输出控制所述加热控制开关通断的高电平或者低电平。
9.在一种可能的实施方式中，所述控制电路还包括：
10.驱动器，连接于所述迟滞电压比较电路的输出端和所述加热控制开关之间，用于接收所述同相迟滞电压比较电路输出的电平，并根据所述电平的高低控制所述加热控制开关的通断；
11.其中，当所述迟滞电压比较电路输出高电平时，所述驱动器控制所述加热控制开关闭合；当所述迟滞电压比较电路输出低电平时，所述驱动器控制所述加热控制开关断开。
12.在一种可能的实施方式中，所述迟滞电压比较电路采用同相迟滞电压比较电路，并且所述采集放大电路的输出电压大于所述同相迟滞电压比较电路的高阈值电压时，所述同相迟滞电压比较电路输出高电平；所述采集放大电路的输出电压小于所述同相迟滞电压比较电路的低阈值电压时，所述同相迟滞电压比较电路输出低电平。
13.在一种可能的实施方式中，所述采集放大电路包括基准电压、第一电阻r1和运算
放大器，所述热敏电阻的一端接地，其另一端一路经所述第一电阻r1与所述基准电压连接，另一路直接接入所述运算放大器的同相输入端，所述运算放大器的反相输入端一路经第二电阻r2接地，另一路经第三电阻r3与所述运算放大器的输出端连接。
14.在一种可能的实施方式中，所述同相迟滞电压比较电路包括比较器，所述比较器的同相输入端一路经第四电阻r4与所述运算放大器的输出端连接，另一路经第五电阻r5与所述比较器的输出端连接；所述比较器的反相输入端一路经第六电阻r6接入基准电压，另一路经第七电阻r7接地。
15.在一种可能的实施方式中，所述运算放大器和所述比较器分别独立设置供电电压。
16.在一种可能的实施方式中，所述同相迟滞电压比较电路的高阈值电压根据所述比较器的反相输入端电压、所述第四电阻r4和所述第五电阻获取；所述同相迟滞电压比较电路的低阈值电压根据所述比较器的反相输入端电压、所述比较器的供电电压、所述第四电阻r4和所述第五电阻获取；所述比较器的反相输入端电压根据所述基准电压、所述第六电阻r6和所述第七电阻r7获取。
17.在一种可能的实施方式中，所述加热控制开关包括mosfet管、晶闸管或继电器。
18.在一种可能的实施方式中，所述采集放大电路中采用型号为opa344的运算放大器，所述同相迟滞电压比较电路中采用型号为lmv331的比较器。
19.本技术提供的一种锂电池低温加热控制装置，采用上述任一所述的锂电池低温加热控制电路。
20.相比现有技术，本技术的有益效果：
21.本实施例提供的锂电池低温加热控制电路及装置，使用热敏电阻作为锂电池的温度反馈信号，并通过采集放大电路对热敏电阻的温度反馈信号进行采样和放大得到输出电压，且通过迟滞电压比较电路与得到的输出电压进行比较，以输出控制加热控制开关通断的高电平或低电平，进而控制电热膜为锂电池加热或者停止加热，电路简单，功能可靠且无需软件控制；并且迟滞电压比较电路的低阈值电压和高阈值电压可以通过参数配置进行调节，进而调整加热控制开关通断所对应的温度阈值，满足不同锂电池产品的需求。
附图说明
22.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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获得其他相关的附图。
23.图1示出了本技术一实施例所述锂电池低温加热控制电路的电路图；
24.图2示出了本技术一实施例所述加热开启和关闭的温度回差示意图。
25.主要元件符号说明：
26.1、蓄电池，2、加热膜，3、采集放大电路，4、迟滞电压比较电路，5、加热控制开关。
具体实施方式
27.下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终
相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
28.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
29.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
30.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
31.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
32.为了满足锂电池在低温环境下能够正常充电的需求，对锂电池设置低温加热装置，但是现有技术中，低温加热装置所采用的低温加热电路往往结构复杂且不稳定，同时需要软件控制，设计成本较高。基于此，本技术提供一种锂电池低温加热控制电路及装置，能够通过纯硬件电路实现锂电池的低温加热功能，结构简单且稳定。
33.参见说明书附图1，本技术一实施方式提供的一种锂电池低温加热控制电路，应用于应用于主回路，所述主回路包括直流电源、加热膜2和加热控制开关5，其中，加热膜2布设于锂电池1的内部，并且加热膜2和加热控制开关5串联于直流电源的正极和负极之间，当加热控制开关5闭合时，直流电源为加热膜2提供工作电源，加热膜2开启为锂电池1加热；当加热控制开关5断开时，加热膜2停止为锂电池1加热。在一实施例中，所述锂电池1为锂电池包，加热膜2能够在锂电池包内具有一定的排布结构设计进而保证加热的均匀性。
34.而加热控制开关5的通断由本技术提供的控制电路控制，所述控制电路包括热敏电阻、采集放大电路3、迟滞电压比较电路4和驱动器，其中，所述热敏电阻设置于锂电池1上，用于采集锂电池1的温度反馈信号，即根据锂电池的实时温度获取对应的阻值；所述采集放大电路3用于获取所热敏电阻对应的采样电压，并将该采样电压放大得到输出电压；所述迟滞电压比较电路4用于与采集放大电路3的输出电压进行比较，以输出高电平或者低电平；所述驱动器用于接收迟滞电压比较电路4输出的电平，并根据电平的高低控制加热控制开关5的通断，当为高电平时，控制加热控制开关5闭合，当为低电平时，控制加热控制开关5断开。
35.具体的，在一实施例中，所述采集放大电路3包括基准电压vref、第一电阻r1和运算放大器u1，所述热敏电阻rt的一端接地，其另一端一路经第一电阻r1与基准电压vref连接，另一路直接接入运算放大器u1的同相输入端，运算放大器u1的反相输入端一路经第二电阻r2接地，另一路经第三电阻r3与所述运算放大器u1的输出端连接。所述同相迟滞电压比较电路4包括比较器u2，比较器u2的同相输入端一路经第四电阻r4与运算放大器u1的输出端连接，另一路经第五电阻r5与比较器u2的输出端连接；比较器的反相输入端一路经第六电阻r6接入基准电压vref，另一路经第七电阻r7接地，其中算放大器和比较器分别独立设置供电电压vcc。
36.在采集放大电路3中，热敏电阻rt与第一电阻r1组成对基准电压vref的分压，通过计算获取的敏电阻rt对应的采样电压vin＝vref*rt/(r1+rt)，并作为运算放大器u1的同相输入信息；第二电阻r2和第三电阻r3是运算放大器u1增益调节电阻，决定采样电压vin的放大倍数，通过计算得到采集放大电路的输出电压vo＝vin*(1+r3/r2)＝(vref*rt/(r1+rt))*(1+r3/r2)，并作为比较器u2的同相输入输入信息。
37.在该实施例中，迟滞电压比较电路4采用同相迟滞电压比较电路，当采集放大电路3的输出电压大于同相迟滞电压比较电路的高阈值电压时，同相迟滞电压比较电路输出高电平；当采集放大电路3的输出电压小于同相迟滞电压比较电路的低阈值电压时，同相迟滞电压比较电路输出低电平。具体的，在同相迟滞电压比较电路中，第六电阻r6和第七电阻r7组成对基准电压vref的分压，通过计算得到比较器u2的反向输入参考电压vset＝vref*r7/(r6+r7)；第五电阻r5是比较器u2的正反馈电阻，与第四电阻r4共同调节比较器u2的阈值电压，该阈值电压包括高阈值电压和低阈值电压，通过计算得到高阈值电压vh＝vset*(r4+r5)/r5，低阈值电压vl＝(vset*(r4+r5)/r5-(r4/r5)*vcc)，压差δv＝vh-vl＝(r4/r5)*vcc。
38.当vo＞vh时，同相迟滞电压比较电路的输出vout为高电平，此时，驱动器u3控制加热控制开关5闭合，加热膜2开启为锂电池1加热；当vo《vl时，同相迟滞电压比较电路的输出vout为低电平，驱动器u3控制加热控制开关5断开，加热膜2停止为锂电池1加热。
39.其中，加热控制开关5为mosfet管、晶闸管或继电器中任意一种，加热控制开关5的类型可以根据实际应用进行设置，本技术并对此进行限制和固定。
40.由于，热敏电阻rt的阻值与锂电池的检测温度成反比关系，而vo跟随热敏电阻rt的阻值单调递增，所以vo与锂电池的检测温度同样成反比关系，即锂电池的检测温度越低vo变大，锂电池的检测温度升高vo减小。又由于，vo＞vh时，加热控制开关5闭合，加热膜2开启为锂电池1加热，说明锂电池检测温度低于加热开启温度阈值t1，vo《vl时，加热控制开关5断开，加热膜2停止为锂电池1加热，说明锂电池检测温度高于加热关闭温度阈值t2。参见说明书附图2，其中，t2＝t1+δt，δt是温度回差，t1对应高阈值电压vh，t2对应低阈值电压vl，δt对应压差δv。所以本技术提供的控制电路，能够通过对控制电路中电气元器件参数的配置，调整同相迟滞电压比较电路的低阈值电压vl和高阈值电压vh，进而调整加热控制开关5的加热开启温度阈值t1和加热关闭温度阈值t2，来适用不同的锂电池产品。
41.在一实施例中，采用型号为opa344的运算放大器u1，型号为lmv331的比较器u2，供电电压vcc＝3.3v，基准电压vref＝2.5v，取r1＝10kω，r2＝10kω，r3＝1.1kω，r4＝1kω，r5＝14kω，r6＝2.55kω，r7＝10.2kω，所选热敏热敏电阻rt的阻值在+25℃时为10kω，在
+5℃时为22.17kω，在-5℃时为34.25kω，则：
42.vset＝vref*r7/(r6+r7)＝2v；
43.vh＝vset*(r4+r5)/r5≈2.143v；
44.vl＝(vset*(r4+r5)/r5-(r4/r5)*vcc)≈1.91v；
45.δv＝(r4/r5)*vcc＝1/14*3.3v＝0.2357v；
46.在-5℃时，vo＝(vref*rt/(r1+rt))*(1+r3/r2)＝34.25/44.25*2.5v*1.11≈2.148v》vh，vout输出3.3v高电平，加热膜2开启加热；在+5℃时，vo＝(vref*rt/(r1+rt))*(1+r3/r2)＝22.17/32.17*2.5*1.11＝1.83v*1.1≈1.912v《vl，vout输出0v低电平，加热膜2停止加热。
47.本技术提供的锂电池低温加热控制电路，使用热敏电阻作为温度反馈信号对主电路的加热控制开关进行控制，最终使得锂电池的温度在低于加热开启温度阈值t1时开启加热，在温度高于加热关闭温度阈值t2时关闭加热，达到自动低温加热的效果，并且功能可靠，同时控制电路整体采用纯硬件，并不涉及软件，成本较低；另外，通过对控制电路中不同的阻值参数配置不同的加热开启温度阈值t1和加热关闭温度阈值t2，从而满足不同锂电池产品的需求。
48.需要说明的是，在其他实施例中，迟滞电压比较电路4也可以采用反相迟滞电压比较电路，原理与上述同相迟滞电压比较电路相同，只是相应的输出控制逻辑需要反相，此应为本领域技术人员所熟知的技术手段，在此不作赘述。
49.本实用新型还提供一种锂电池低温加热控制装置，采用上述锂电池低温加热控制电路，确保锂电池在低温环境下能够正常充放电。由于本技术实施例中的控制装置解决问题的原理与本技术实施例上述控制电路相似，因此控制装置的实施可以参见控制电路的实施，重复之处不再赘述。
50.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
51.尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。