專利名稱：低溫自動加熱的鋰電池應急啟動電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及應急電源，尤其涉及低溫自動加熱的鋰電池應急啟動電源。
背景技術(shù)：
鋰電池作為新能源的代表，在很多領(lǐng)域得到廣泛應 用。但由于鋰電池材料的固有特性，導致它對使用環(huán)境溫度的要求非?？量?，目前很難做到兼顧高溫、低溫均能正常大電流啟動放電。鋰電池在低溫下實際放電性能遠遠低于常溫下的放電性能，而且是隨著溫度下降而下降。一般在_20°C時，放電能力僅為室溫下的10% 20%，在-30°C時，放電能力僅剩2%左右。更為嚴峻的是，一般汽車的起動機卻是隨著溫度越低而需要的啟動電流越大，同時，應急啟動電源產(chǎn)品的特點就決定了它的主要使用環(huán)境基本上是在低溫或超低溫下進行。這將制約了鋰電池在動力應急啟動方面的大力發(fā)展。從用戶的實用角度出發(fā)，如果電池在低溫下，能夠用自身的一部分能量通過特定方式轉(zhuǎn)換成熱能反給電池加熱，使電池整體能夠快速恢復大電流放電性能，這是值得的。假設以8AH放電倍率為80C的動力型鋰電池為例常溫下放電電流為640安培/5秒/停3分鐘，能夠循環(huán)放電10次。那么在-20°C低溫環(huán)境下，其放電能力僅為64A左右，這個電流是無法用于啟動汽車。但是，如果利用其中IAH或I. 5AH的電能轉(zhuǎn)化為熱能，換取整體電池的溫度上升，從而達到理想的放電能力。雖然損耗了一定能量，但提高了放電能力，同等電壓、相同放電倍率的不同容量電池，單位時間內(nèi)放電能力基本一樣，區(qū)別只是放電的時間及循環(huán)次數(shù)。所以，這種自動預熱的方式將能彌補鋰電池對低溫環(huán)境下先天性的放電不足問題。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種低溫自動加熱的鋰電池應急啟動電源，以克服鋰電池在低溫環(huán)境下放電不足的缺陷，提高鋰電池在低溫下的啟動能力。本實用新型為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，低溫自動加熱的鋰電池應急啟動電源，包括有鋰電池，該鋰電池的電極連接有輸出電夾，鋰電池通過該輸出電夾向外供電，鋰電池外部設有熱源體，該熱源體與鋰電池的電極相連，鋰電池為熱源體供電，熱源體為鋰電池加熱。熱源體由發(fā)熱電阻片成型，發(fā)熱電阻片包裹在鋰電池外部，與鋰電池表面貼合。熱源體通過加熱開關(guān)電路連接至總控制電路，總控制電路通過電源控制電路與鋰電池的電極相連，鋰電池經(jīng)電源控制電路、總控制電路以及加熱開關(guān)電路為熱源體供電。鋰電池上接有溫度采樣電路，溫度采樣電路連接至總控制電路，溫度采樣電路將鋰電池的溫度信息傳輸至總控制電路?？偪刂齐娐飞线€連接有USB輸出、充電控制電路?？偪刂齐娐飞线B接有操作面板提示電路，將溫度及預熱信息通過操作面板告知用戶。該應急啟動電源能達到如下目的[0012]I.自動檢測電池的實時溫度及剩余電量；2.根據(jù)剩余電量和實際溫度判斷是否需要加熱，以及不同的環(huán)境下所需的加熱時間；3.設定最高加熱溫度上限，確保電池加熱完畢后，能達到理想的使用溫度；4.設定預熱時間上限，提高產(chǎn)品的加熱安全系數(shù)；5.根據(jù)不同的環(huán)境，不同的電池容量，自動調(diào)整預熱的功率及時間；6.機器自動將實時溫度及預熱信息通過操作面板傳遞給用戶。其設計依據(jù)在于I.鋰電池低溫下雖然無法放出大電流，但對于小電流、短時間的放電仍然可行；2.利用高穩(wěn)定性的發(fā)熱電阻片作為電池的加熱熱源體，并根據(jù)電池的形狀成形，包裹在每一節(jié)電池的表面上，通過電子開關(guān)與電池正、負極相連接；當電池放出的小電流通過電阻片后，能夠快速地轉(zhuǎn)換成熱能，熱能再以直接傳導方式給鋰電池表面加熱，使電池的整體溫度能夠在很短的時間內(nèi)快速回升，以達到標準的放電能力；3.根據(jù)電池的實時電量及溫度，自動調(diào)整電池的加熱時間和暫停時間比例,確保電池即能有效加熱，同時也留有自動恢復的時間，使電池不因過溫或持續(xù)放電而損壞。本實用新型的優(yōu)點在于，該應急啟動電源設置了為鋰電池加熱的熱源體，結(jié)合控制電路，在低溫環(huán)境下自動為鋰電池加熱，使應急啟動電源可在低溫環(huán)境正常使用。

圖I是本實用新型提出的應急電源的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是該應急電源的工作原理圖；圖3是該應急電源的控制電路原理總路；圖4是圖3中電源控制電路原理圖；圖5是圖3中總控制電路原理圖；圖6是圖3中溫度采樣電路原理圖；圖7是圖3中USB輸出、充電控制電路原理圖；圖8是圖3中加熱控制電路原理圖。
具體實施方式
為了使本實用新型實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合圖示與具體實施例，進一步闡述本實用新型。如圖I所示，本實用新型提出的應急啟動電源包括有鋰電池，該鋰電池的電極連接有輸出電夾，鋰電池通過該輸出電夾向外供電，鋰電池外部設有熱源體，該熱源體與鋰電池的電極相連，鋰電池為熱源體供電，熱源體為鋰電池加熱。熱源體由發(fā)熱電阻片成型，發(fā)熱電阻片包裹在鋰電池外部，與鋰電池表面貼合。熱源體通過加熱開關(guān)電路連接至總控制電路，總控制電路通過電源控制電路與鋰電池的電極相連，鋰電池經(jīng)電源控制電路、總控制電路以及加熱開關(guān)電路為熱源體供電。鋰電池上接有溫度采樣電路，溫度采樣電路連接至總控制電路，溫度采樣電路將鋰電池的溫度信息傳輸至總控制電路。總控制電路上還連接有USB輸出、充電控制電路。總控制電路上連接有操作面板提示電路，將溫度及預熱信息通過操作面板告知用戶。參看圖2 圖8,該應急啟動電源的工作過程如下當開關(guān)SWl由OFF檔轉(zhuǎn)入USB-VCC檔位時，電池正極BAT+通過開關(guān)及二極管D4、限流電阻R8和穩(wěn)壓二極管ZDl限壓后，再經(jīng)過限流電阻R9驅(qū)動開關(guān)管Ql，使Ql完全導通，從而使Q4基極獲得反偏電壓，使Q4開關(guān)管完全導通。電池正極BAT+電壓經(jīng)過二極管D8、Q4、R25后加入三穩(wěn)集成穩(wěn)壓器7805的輸入端，使3腳輸出一個穩(wěn)定的5VDC電壓給CPU及其他電路供電。5VDC電源經(jīng)限流電阻R26接入IC3，IC3輸出穩(wěn)定的2. 5V作為CPU及溫度檢測電路的基準電源。 當“V1”、“CH+”、“外部VCC”等任一端接入電源時，7805也進入正常工作狀態(tài)。其中“VI”為外部夾子反接時，通過IC5將外部反接信號轉(zhuǎn)換成內(nèi)部正信號接后至二極管Dl的輸入端。CPU上電工作后，自動檢測各個信號輸入端口的AD變化量，經(jīng)過計算、處理后，驅(qū)動相應的光聲報警控制電路及加熱開關(guān)控制電路。電阻Rl與RTl組成電池溫度檢測電路，RTl為高精度NTC熱敏電阻，經(jīng)加工后安裝到電池殼體表面。CPU上電工作后，RTl將電池表面溫度對應不同的阻值并產(chǎn)生不同的壓降，使相應的電信號輸入單片機的第11腳，經(jīng)單片機處理后，讀出電池的實時溫度，并判斷電池是否處于溫度正常、過高或過低等狀態(tài)。如果溫度過高，及時通過聲光報警提示，如果電池溫度過低，則通過LED閃爍報警提示，并根據(jù)實際溫度進行對電池加熱。當加熱時間完畢或溫度已達到預先設定溫度值時，自動停止加熱，同時報警閃爍的LED息滅表示加熱完畢，進入待機使用狀態(tài)。IC5、R39、D5及R2、R17與C3組成反接報警提示信號采樣電路。具體工作過程是大電流開關(guān)處于OFF檔時，機器的正極夾子與外部電池的負極相連。機器的負極管子與外部電池的正極相連，此時利用外部電池的電壓經(jīng)R39限流后，經(jīng)IC5、D5轉(zhuǎn)換成光信號，IC5再將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)IC5的第三腳輸出并分為兩路,一路給電源控制電路，開啟CPU的工作電源；另一路接至R2、R17、C3等，將信號輸入單片機內(nèi)部進行處理。采樣電路中“CH/A “作為充電電電流大小采樣；“V2”為內(nèi)部電池上電工作采樣；“外部BAT+”作為輸出夾子外接電池極性正確采樣，同時也是作為外接電池錯接采樣(如12V的機器接到24V的電池兩端時作為內(nèi)外電池錯誤連接)；“CH+”作為充電器輸入電壓采樣，判斷是否有充電輸入，如果有，則需要將對應的充電指示電路打開，將實時的充電狀態(tài)通過LED傳遞給用戶；“內(nèi)部BAT+”作為內(nèi)電電池電量測試采樣點，電源與“BSB-VCC”共接一點端點，將電池的剩余電量通過不同顏色的LED燈顯示，表示電池的實時剩余電量。Sffl開關(guān)打開后，電源控制芯片ICl獲電并通過外圍電路采樣、降壓、穩(wěn)壓、濾波等電路后，接至USB接口。同時CPU也同步上電工作，當內(nèi)部電池電壓低于設定值時，即可從第單片機的第11腳輸出低電平，使ICl關(guān)閉輸出，從而實現(xiàn)USB低壓自動關(guān)斷功能。LED1、LED4作為機器與外部連接狀態(tài)提示，完全正確連接時，LED4 (綠燈)點亮；當外接極性反向時，LEDl快速閃爍(O. 25S亮/0. 25S滅)同時伴有持續(xù)報警聲。當外接電池電壓錯誤時，LEDl慢閃(IS亮/IS滅)同時伴有持續(xù)的報警聲用于表示內(nèi)、外電池錯誤連接。LED2、LED5、LED6作為機器的電池電量提示及充電滾動閃爍提示。當電池電壓低于
11.5V時，該LED2 (紅燈)點亮，當電池電壓低于8. OV時，該LED2快速閃爍，并伴有相應的報警聲。當電池電壓大于11. 5而小于12. 5V時，LED6 (黃燈)點亮。當電池電壓大于12. 5而小于15. 5V時，LED5 (綠燈)點亮，當電池電壓大于15. 5V時，LED5快速閃爍提示，并伴有持續(xù)的報警聲。當接入充電器，并且處于正在充電狀態(tài)時，LED2、LED5、LED6自動循環(huán)滾動點亮表示正在充電，當電池充電結(jié)束時，LED2、LED5、LED6全部常亮表示電池充滿。LED3作為機器的電池溫度提示，當電池溫度高于60度時，LED3 (紅燈)持續(xù)點亮并伴有持續(xù)的報警聲表示電池溫度過高。當電池溫度過低時，系統(tǒng)上電工作后，機器自動對電池進行加熱，同時LED3閃爍(O. 5s亮/0. 5s滅)表示電池溫度過低，機器正在進行加熱。當加熱時間已到或電池溫度達正常范圍繞內(nèi)時，LED3自動熄滅。蜂鳴器BI、控制開關(guān)管Q3及電阻R11、R14組成聲音報警提示電路；繼電器K2、自 恢復保險絲RF1、發(fā)熱電阻片RtA、保護二極管D10、開關(guān)管Q2及電阻RIO、R13組成電池加熱系統(tǒng)。當單片機判斷電池溫度過低并需要加熱時，單片機的第13腳輸出高電平驅(qū)動開關(guān)管Q2導通，從而使繼電器K2吸合導通，使發(fā)熱電阻片獲得工作電源，實現(xiàn)對鋰電池進行加熱的目的。該應急啟動電源具有以下優(yōu)點I.充分利用電池自身能量使其在超低溫下實現(xiàn)自動檢測電池電壓、溫度及加熱、關(guān)斷等一系列動作，實現(xiàn)電池能在超低溫環(huán)境下實現(xiàn)輸出大電流啟動的能力。2.系統(tǒng)自動根據(jù)電池的實時情況調(diào)整總的加熱的時間和暫停恢復時間，按照電池不同的溫度所需的加熱時間分為3分鐘、5分鐘、10分鐘。當電池溫度在_5°C -10°C時，總的加熱時間為3分鐘；當電池溫度在-10°C -20°C時，總的加熱時間為5分鐘；當電池溫度在_20°C以下時，總的加熱時間為10分鐘；同時每分鐘有兩個加熱循環(huán)(即加熱27s停3s為一個循環(huán))。使電池即能快速達到快速升溫，同時也對電池及時地保護，給電池自動恢復的時間。3.加熱系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)設定電池的溫度上限值(60°C)、加熱最高溫度上限值(200C),起始加熱溫度點(-5°C )、持續(xù)加熱時間27s (同時受限于電池的實時電壓)、暫停時間3s、最長一次加熱時間有3分鐘、5分鐘、10分鐘(根據(jù)電池的實際溫度自動調(diào)整)。4.發(fā)熱電阻片即能在低溫下充當熱源給電池加熱，同時也可以在電池高溫下增大電池表面的散熱面積，幫助電池達到快速降溫的作用。以上顯示和描述了本實用新型的基本原理、主要特征和本實用新型的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型范圍內(nèi)。本實用新型要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。
權(quán)利要求1.低溫自動加熱的鋰電池應急啟動電源，包括有鋰電池，該鋰電池的電極連接有輸出電夾，鋰電池通過該輸出電夾向外供電，其特征在于，鋰電池外部設有熱源體，該熱源體與鋰電池的電極相連，鋰電池為熱源體供電，熱源體為鋰電池加熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低溫自動加熱的鋰電池應急啟動電源，其特征在于，熱源體由發(fā)熱電阻片成型，發(fā)熱電阻片包裹在鋰電池外部，與鋰電池表面貼合。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低溫自動加熱的鋰電池應急啟動電源，其特征在于，熱源體通過加熱開關(guān)電路連接至總控制電路，總控制電路通過電源控制電路與鋰電池的電極相連，鋰電池經(jīng)電源控制電路、總控制電路以及加熱開關(guān)電路為熱源體供電。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低溫自動加熱的鋰電池應急啟動電源，其特征在于，鋰電池上接有溫度采樣電路，溫度采樣電路連接至總控制電路，溫度采樣電路將鋰電池的溫度信息傳輸至總控制電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低溫自動加熱的鋰電池應急啟動電源，其特征在于，總控制電路上還連接有USB輸出、充電控制電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低溫自動加熱的鋰電池應急啟動電源，其特征在于，總控制電路上連接有操作面板提示電路，將溫度及預熱信息通過操作面板告知用戶。
專利摘要本實用新型提出一種低溫自動加熱的鋰電池應急啟動電源，包括有鋰電池，該鋰電池的電極連接有輸出電夾，鋰電池通過該輸出電夾向外供電，鋰電池外部設有熱源體，該熱源體與鋰電池的電極相連，鋰電池為熱源體供電，熱源體為鋰電池加熱。熱源體由發(fā)熱電阻片成型，發(fā)熱電阻片包裹在鋰電池外部，與鋰電池表面貼合。該應急啟動電源設置了為鋰電池加熱的熱源體，結(jié)合控制電路，在低溫環(huán)境下自動為鋰電池加熱，使應急啟動電源可在低溫環(huán)境正常使用。
文檔編號H02J7/00GK202798083SQ20122048743
公開日2013年3月13日 申請日期2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月20日
發(fā)明者張忠仁, 范振明, 李科, 武強, 沈靜 申請人:上海廣為美線電源電器有限公司, 上海廣為電器工具有限公司, 上海廣為拓浦電源有限公司