CN209766606U - 一种新型保温电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型保温电池，包括防护外壳，防护外壳内设置有保温层，保温层内设置有电路板、电池组、内部温度传感器，电池组***设有导热层，电池组通过导热层与加热片相连通且与外部的太阳能电池板相连接；加热片还连通有蓄热层；太阳能电池板上设置有外部温度传感器；电路板上设置有主控电路、太阳能恒功率充电电路、禁止充电控制电路、电压测量电路、加热片控制电路、外部温度传感器接入电路、内部温度测量电路、稳压电路、状态指示电路、充放电保护电路、电源输出电路、太阳能充电指示电路。本保温电池具有主动加热功能，可根据外界温度主动调整电池组的温度，保证很长时间内电池都处于最佳使用温度。

Description

一种新型保温电池

技术领域

本实用新型涉及一种电池，尤其涉及一种新型保温电池。

背景技术

现如今，太阳能电池应用的范围越来越广，使得为太阳能电池储存电能的电池也越来越多。在众多用于储存电能的电池类型中，锂电池是使用最为广泛的。然而在中国北方，冬天气温常低于0℃，用于室外的锂电池损坏率很高，其损坏的原因主要是锂电池低温充电。通常，锂电池经过常温充放电后可以恢复，是可逆的容量损失；但低温充电会使电容量降低，甚至造成析锂，是永久性的容量损失，导致锂电池报废。具体为：锂电池在低温充电时，锂离子可能来不及嵌入石墨负极当中，从而在负极表面析出并形成金属锂枝晶，这一反应会消耗电池中可以反复充放电的锂离子、并大幅降低电池容量，析出的金属锂枝晶还会刺穿隔膜，影响锂电池的使用安全性能，使得锂电池的使用存在着众多安全隐患。

现如今，针对上述低温环境下锂电池的使用缺陷，大多是采用在锂电池的电池组外增加一层保温层实现被动保温来克服。但是，在北方的冬季低温环境保持时间长，即使在电池组外加保温层，电池组的热量也会散发到空气中，最多使电池组的温度比外边空气的温度稍微高一点，但无法保证锂电池始终处于最佳温度状态，影响锂电池的正常使用。

实用新型内容

为了解决上述技术所存在的不足之处，本实用新型提供了一种新型保温电池。

为了解决以上技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种新型保温电池，包括防护外壳，防护外壳内设置有保温层，保温层内设置有电路板、电池组以及内部温度传感器，电路板位于电池组的上方，电池组***设有导热层，电池组通过导热层与加热片相连通且电池组与外部的太阳能电池板相连接，内部温度传感器固定在电路板上；加热片还连通有蓄热层，蓄热层、加热片均位于保温层内，加热片位于蓄热层与导热层之间；太阳能电池板上设置有外部温度传感器；

电路板上设置有主控电路、太阳能恒功率充电电路、禁止充电控制电路、电压测量电路、加热片控制电路、外部温度传感器接入电路、内部温度测量电路、稳压电路、状态指示电路、充放电保护电路、电源输出电路、太阳能充电指示电路；

太阳能电池板与太阳能恒功率充电电路、太阳能充电指示电路、加热片控制电路的输入端电连接；电池组内设置有电池组电路，太阳能恒功率充电电路的输出端与电池组电路的输入端电相连；太阳能恒功率充电电路的输入端还电连接有禁止充电控制电路；

电池组内的电池组电路与主控电路、充放电保护电路均电连接，充放电保护电路与稳压电路、电压测量电路、电源输出电路分别电连接，电源输出电路外接用电设备；

加热片与加热片控制电路的输出端电连接，内部温度传感器与内部温度测量电路的输入端电连接；

内部温度测量电路、电压测量电路、太阳能充电指示电路的输出端分别与主控电路的输入端电连接，主控电路的输入端还与外部温度传感器接入电路的输出端电连接，外部温度传感器接入电路的输入端与外部温度传感器内的外部温度传感器电路电连接；所述主控电路的输出端分别与加热片控制电路、状态指示电路、禁止充电控制电路的输入端电连接。

进一步地，电池组采用锂电池。

进一步地，保温层采用阻燃材料制成。

本实用新型公开了一种新型保温电池，具有主动加热功能，可根据外界温度主动调整电池组的温度，同时蓄热层可将过剩的电量转化为热量存储在电池组内，保证很长时间内电池都处于最佳使用温度，有效解决了低温充放电导致电池组的电容量降低，甚至造成析锂的问题，提高了本新型保温电池的使用安全性。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图2为本实用新型电路板中的主控电路的电气原理图。

图3为本实用新型电路板中的太阳能恒功率充电电路和禁止充电控制电路的电气原理图。

图4为本实用新型电路板中的电压测量电路的电气原理图。

图5为本实用新型电路板中的加热片控制电路的电气原理图。

图6为本实用新型电路板中的外部温度传感器接入电路的电气原理图。

图7为本实用新型外部温度传感器电路的电气原理图。

图8为本实用新型电路板中的内部温度测量电路的电气原理图。

图9为本实用新型电路板中的稳压电路的电气原理图。

图10为本实用新型电路板中的状态指示电路的电气原理图。

图11为本实用新型电路板中的充放电保护电路的电气原理图。

图12为本实用新型电路板中的电源输出电路的电气原理图。

图13为本实用新型电路板中的电池组电路的电气原理图。

图14为本实用新型电路板中的太阳能充电指示电路的电气原理图。

图中：1、防护外壳；2、保温层；3、导热层；4、电路板；5、电池组； 6、蓄热层；7、加热片；8、内部温度传感器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

一种新型保温电池，如图1所示，包括防护外壳1，防护外壳1内设置有保温层2，保温层2内设置有电路板4、电池组5以及内部温度传感器8，电路板4位于电池组5的上方，电池组5***设有导热层3，电池组5通过导热层3与加热片7 相连通且电池组5与外部的太阳能电池板相连接，内部温度传感器8固定在电路板4上；加热片7还连通有蓄热层6，蓄热层6、加热片7均位于保温层2内，加热片7位于蓄热层6与导热层3之间；太阳能电池板上设置有外部温度传感器；

其中，电池组4由锂电池组成，具有充电和放电功能。

保温层2使用阻燃材料制成，保温层2的作用是保持本新型保温电池的内部温度，当外界温度过高或过低时，保证本新型保温电池处于比较稳定的温度。

加热片7由碳纤维、石墨烯陶瓷加热片等电加热材料制作，为电池组4及蓄热层6加热。

蓄热层6采用石蜡等比热容大的材料制成，用于储存加热片7及电池组5产生的热量，当加热片7不加热的情况下释放热量保持电池组5的温度。

导热层3包裹在电池组5的***，传递电池组5和加热片7及蓄热层6之间的热量。

电路板上设置有用于调控本新型保温电池工作的各个电路，具体包括：主控电路、太阳能恒功率充电电路、禁止充电控制电路、电压测量电路、加热片控制电路、外部温度传感器接入电路、内部温度测量电路、稳压电路、状态指示电路、充放电保护电路、电源输出电路、太阳能充电指示电路。

为确保本新型保温电池工作的各个电路的正产工作，各电路的连接关系为：太阳能电池板与太阳能恒功率充电电路、太阳能充电指示电路、加热片控制电路的输入端电连接；电池组5内设置有电池组电路，太阳能恒功率充电电路的输出端与电池组电路的输入端电相连；太阳能恒功率充电电路的输入端还电连接有禁止充电控制电路；

电池组5内的电池组电路与主控电路、充放电保护电路均电连接，充放电保护电路与稳压电路、电压测量电路、电源输出电路分别电连接，电源输出电路外接用电设备；加热片7与加热片控制电路的输出端电连接，内部温度传感器8与内部温度测量电路的输入端电连接；

内部温度测量电路、电压测量电路、太阳能充电指示电路的输出端分别与主控电路的输入端电连接，主控电路的输入端还与外部温度传感器接入电路的输出端电连接，外部温度传感器接入电路的输入端与外部温度传感器内的外部温度传感器电路电连接；所述主控电路的输出端分别与加热片控制电路、状态指示电路、禁止充电控制电路的输入端电连接。

其中，主控电路如图2所示，其主控芯片U2采用STC15W204S芯片，通过设定程序控制整个电路；太阳能充电指示电路如图14所示，太阳能充电指示电路的U8用于检测太阳能电池板是否发电，如果发电，太阳能充电指示电路的U8导通主控芯片U2的P12脚接地。

太阳能恒功率充电电路如图3所示，采用太阳能恒功率充电芯片CN3722，该芯片的第6脚短接到地后将不对电池组5进行充电。

禁止充电控制电路为图3中框线所示的电气原理图，禁止充电控制电路与太阳能恒功率充电电路U3的第6脚短接时，太阳能恒功率充电电路将不给电池组5充电，利用这个功能，主控电路可以控制太阳能恒功率充电电路对电池组5 的充电状态。

电压测量电路如图4所示，由电阻R4与电阻R7组成分压电路，当电池组5的电压到达预设值时，主控芯片U2的P55脚通知主控电路，以确保主控电路正常完成调控作用。

加热片控制电路如图5所示，其加热片输出端子连接加热片7，当加热片控制电路的Q3导通后，加热片控制电路的电源接通。电路串联一个常闭式温度开关，当加热片失控(温度过高)时，常闭式温度开关断开，强制把加热片7的电源断电，保护电池组5的安全。

外部温度传感器采用DS18B20，其电气原理图如图7所示，通过与如图6所示的外部传感器接入电路接入整个电路，用于检测电池组5外部环境的温度。

内部温度传感器采用LM75A，为芯片式传感器，具有如图8所示的内部温度测量电路，该内部温度传感器焊接在电路板4上，用于检测电池组5内部环境的温度。

稳压电路如图9所示，稳压芯片U7采用1117-5V，由电池组5为稳压芯片U7 供电，输出5V电压。

充放电保护电路如图11所示，保护电池组5的正常工作，防止电池组5过放过充；充放电电路与电源输出电路电连接，电源输出电路如图12所示，电池组 5的输出电源，串联一个可恢复的保险丝F3，以防止输出短路，电源输出电源外接用电设备。

状态指示电路如图10所示，监测整个电路的工作状态，与主控电路电连接。

通过上述各电路的连接关系可知，本新型保温电池的具体工作过程为：首先，电池组5采用锂电池，其放电温度范围为-20℃至60℃，而充电温度为0℃至45℃。

当外部太阳能电池板开始有发电时，太阳能状态指示电路的U8导通将主控芯片U2的P12脚接地，主控芯片U2控制内部温度测量电路的U4获取内部温度传感器8检测到的电池组5内部温度，如果电池组5内部温度低于0℃，主控芯片U2 将P14脚置低，禁止充电控制电路的Q2导通，将太阳能恒功率充电电路U3的第6 脚短接到地，太阳能恒功率充电电路的U3不给电池组5充电。

主控芯片U2的P31脚置低，加热片控制电路的Q3导通给加热片7供电，加热片7将热量传导到包裹在电池组5外的导热层3上，使每节电池都得到加热；当内部温度传感器8检测到电池组5的温度加热到超过0℃时，主控芯片U2控制禁止充电控制电路的Q2截止，同时截止加热片控制电路的Q3，太阳能恒功率充电电路的U3给电池组5进行充电；当电压检测电路检测到电池组5充满电后，主控芯片U2将加热片控制电路的Q3导通，继续给电池组5进行加热，由蓄热层6将热能存储起来，当内部温度测量电路的U4检测内部温度已上升到40℃时，关断加热片控制电路的Q3。

当充电时电池组5的温度在0℃以上时，太阳能恒功率充电电路的U3将直接给电池组5充电；当电池充满电后，外部温度传感器电路的U1检测电池组5的外部温度是否在10℃以下，如果电池组5的温度在10℃以下，在电池充满电后导通禁止充电控制电路的Q2，太阳能恒功率充电电路控制加热片控制电路的U6给加热片7供电，使电池得到加热；如果电池组5的温度在10℃以上时，将只为电池组5充电。

本实用新型所公开了的新型保温电池，具有主动加热功能，可根据外界温度主动调整电池组的温度，同时蓄热层可将过剩的电量转化为热量存储在电池组内，保证很长时间内电池都处于最佳使用温度，有效解决了低温充放电导致电池组的电容量降低，甚至造成析锂的问题，提高了本新型保温电池的使用安全性。

上述实施方式并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种新型保温电池，包括防护外壳(1)，其特征在于：所述防护外壳(1)内设置有保温层(2)，保温层(2)内设置有电路板(4)、电池组(5)以及内部温度传感器(8)，电路板(4)位于电池组(5)的上方，电池组(5)***设有导热层(3)，电池组(5)通过导热层(3)与加热片(7)相连通且电池组(5)与外部的太阳能电池板相连接，内部温度传感器(8)固定在电路板(4)上；所述加热片(7)还连通有蓄热层(6)，蓄热层(6)、加热片(7)均位于保温层(2)内，加热片(7)位于蓄热层(6)与导热层(3)之间；所述太阳能电池板上设置有外部温度传感器；

所述电路板(4)位于上设置有主控电路、太阳能恒功率充电电路、禁止充电控制电路、电压测量电路、加热片控制电路、外部温度传感器接入电路、内部温度测量电路、稳压电路、状态指示电路、充放电保护电路、电源输出电路、太阳能充电指示电路；

所述太阳能电池板与太阳能恒功率充电电路、太阳能充电指示电路、加热片控制电路的输入端电连接；所述电池组(5)内设置有电池组电路，太阳能恒功率充电电路的输出端与电池组电路的输入端电相连；所述太阳能恒功率充电电路的输入端还电连接有禁止充电控制电路；

所述电池组(5)内的电池组电路与主控电路、充放电保护电路均电连接，充放电保护电路与稳压电路、电压测量电路、电源输出电路分别电连接，电源输出电路外接用电设备；

所述加热片(7)与加热片控制电路的输出端电连接，内部温度传感器(8)与内部温度测量电路的输入端电连接；

所述内部温度测量电路、电压测量电路、太阳能充电指示电路的输出端分别与主控电路的输入端电连接，主控电路的输入端还与外部温度传感器接入电路的输出端电连接，外部温度传感器接入电路的输入端与外部温度传感器内的外部温度传感器电路电连接；所述主控电路的输出端分别与加热片控制电路、状态指示电路、禁止充电控制电路的输入端电连接。

2.根据权利要求1所述的新型保温电池，其特征在于：所述电池组(5)采用锂电池。

3.根据权利要求1所述的新型保温电池，其特征在于：所述保温层(2)采用阻燃材料制成。