低温环境下对锂电池进行加热的梯级升温系统和控制方法技术方案

本发明专利技术公开一种低温环境下对锂电池进行加热的梯级升温系统和控制方法，属于锂离子电池加工技术领域。系统包括放热反应箱、支架、电池箱和控制终端；放热反应箱设在支架底部，其顶部设有热气出口；支架中部设有与热气出口密接的导气通道；电池箱设在支架顶部，电池箱内部设有一个位于中心的预热仓和两个位于侧边的受热仓，预热仓中部设有与导气通道密接的传热通道，预热仓中设有预热仓电池，受热仓中设有受热仓电池，预热仓和受热仓中分别灌注有第一、第二相变材料。本申请采用梯级加热的方式分步提高锂电池的温度，确保电池组在低温环境下能够正常供电，供热时无需消耗电池组本身的电量，显著减小了电池组的损耗，有利于延长锂电池的使用寿命。电池的使用寿命。电池的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
低温环境下对锂电池进行加热的梯级升温系统和控制方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池加工
，具体涉及一种在低温环境下对锂电池进行加热的梯级升温系统和控制方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池作为一种能量密度高、响应速度快、循环寿命长的电化学储能元件，近年来已被广泛应用于电动汽车、规模储能和移动电子设备等领域。锂离子电池工作时的适宜温度区间约在0
‑
45℃，若电池在0℃以下的低温环境进行充放电，电池的离子电导率和扩散速率均会下降，会使得电池内部的电化学反应速率减缓，并增加负极析锂风险，引起电池容量快速衰减，极端情况下甚至会引起正负极短路，威胁电池的循环寿命和安全性能。
[0003]为了避免低温环境对电池运行造成的负面问题，现有的电动汽车和储能集装箱等大型储能装置中均配备有相应的加热装置，但是现有的锂离子电池加热装置普遍存在能耗大、加热效率低等问题。此外，对于移动电子设备等小型电池模组，在成本有限的制约条件下，仍然需要依靠直流放电方式加热，这种加热方式会导致电池模组整体出现较大的储能损失，并存在电池模组尺度下的电压与温度不一致问题。因而如何能在低温环境下快速提升锂离子电池的温度已经成为了行业内亟需解决的关键问题之一。
[0004]研发低温锂离子电池或提高锂离子电池周边环境的温度是两种较为常见且有效的帮助锂电池在低温环境下正常工作的方法。
[0005]低温锂离子电池虽然在低温环境下的应用前景良好，但就目前的研发状况而言，低温锂离子电池难以突破技术瓶颈，且研发成本及其应用成本都较高，经济性不强。
[0006]提高锂离子电池周边环境温度的方法主要包括液体传导加热法、电热膜片加热法、高温空气加热法等。液体传导加热虽然有较好的加热效果，但由于液体具有导电性，所以采用液体传导加热的方式来帮助系统升温的锂离子电池存在一定的漏电危险，系统的可靠性和安全性大大降低；电热膜片加热法虽然具有结构简单、效率高、通用性好、装配方便等优点，但电热膜片加热需要消耗电池组的能量，锂离子电池在加热的同时本身需要放电，严重影响了锂离子电池系统电量的使用，能耗较高；高温空气加热的方法具有操作简便、效率高等优点，且相较于上述两种加热方式而言，高温空气加热的方法不仅可以避免液体外溢导致的锂电池漏电风险，且不用消耗电池组的能量，大大提升了电池组使用的时间。
[0007]但利用高温空气加热法对电池模组进行一体化加热也存在一定的问题，对电池箱进行整体化加热时由于加热空间大，为了产生足够的热量，往往需要消耗大量的能源，且为了便于高温空气的顺利输送，通常还需要在电池箱内配备复杂的运输管道与外部产热装置进行固定相接，这就使得电池组的位置受到非常明显的限制，难以灵活移动；且单纯依靠一贯式通入的高温空气的热传导作用来加热电池，电池的受热均一性也不高，当在电池的不同部位温度不同的情况下进行放电会加剧电池的不平衡，对其容量、寿命、自放电能量、电池性能差异等都将造成不利影响，不利于电池模组的长期稳定运行。如中国专利CN 216563317 U公开的一种方便更换锂电池的锂电池加热装置，其在电池仓的两侧内壁铺设
有加热片，在电池箱的一端设置进风仓，风仓内部的风腔中设有电热丝，风腔的一端设有风机，电热丝用于对通过风腔的空气进行加热，通过热空气对锂电池进行预加热，预加热后再启动电池仓两侧内壁铺设的加热片对锂电池进行升温，该装置联合采用了电热膜片加热法和高温空气加热法对处于低温环境下的锂电池进行升温处理，但是一侧通热空气进行预加热的方案会造成靠近风腔一侧的电池温度升高快而另一侧的电池温度升高慢的情况，单体电池间的温度存在较为明显的差异，不利于后期电池的正常运行，且电热膜片加热法本身存在的弊端无法避免。
[0008]为此，针对高温空气加热法所存在的问题，还需进行进一步的完善与提高，以期在均匀稳定提高锂离子电池周围环境温度的同时能够最大化的节约能耗，提升工作过程的有效性和经济性。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的低温环境下锂电池加热能耗大、储能损失率高的问题，提供一种低温环境下对锂电池进行加热的梯级升温系统和控制方法。
[0010]本专利技术是这样来实现的：一种低温环境下对锂电池进行加热的梯级升温系统，包括放热反应箱、支架、电池箱和控制终端；放热反应箱设在支架底部，其顶部设有热气出口；支架的架板中部设有导气通道，导气通道的底面与热气出口密合相接；电池箱设在支架顶部，电池箱的箱体内部被分隔出三个仓室，分别是位于中心的预热仓和位于两侧的受热仓，预热仓中部设有传热通道，传热通道的底部与导气通道的顶部密合相接、顶部与盖板底面密合相接，在预热仓中设有预热仓电池，受热仓中设有受热仓电池，单个仓室中的电池串联连接并在末端引出电线连接口后再并联连接到控制终端；预热仓中灌注第一相变材料，受热仓中灌注第二相变材料。
[0011]进一步地，第一相变材料的热熔点低于第二相变材料的热熔点。
[0012]进一步地，传热通道由高导热性的材料制成，在传热通道顶部设有泄压阀。
[0013]进一步地，预热仓电池在传热通道的外围环周均布，受热仓电池阵列分布在受热仓中；在预热仓中设有第一温度传感器，在两个受热仓中分别设有一个第二温度传感器，三个温度传感器分别与相应仓室中的一个电池表面相接触，第一、第二温度传感器均与控制终端电性连接。
[0014]进一步地，在预热仓和受热仓中均设有导热翅片。
[0015]进一步地，在放热反应箱的侧壁上设有投料口、底部设有排渣口，投料口设在放热反应箱侧壁的上部，投料口处设有活动挡板，排渣口利用密封盖密封，放热反应箱内用于投放基于化学反应即能放出热量的燃料包。
[0016]进一步地，支架的架板底部四角位置分别设有一个可折叠支脚，在架板顶部四角位置分别设有一个直角支座，直角支座围合形成的空间与箱体的外部形状相适配，电池箱卡接连接在支架上方的直角支座之间。
[0017]进一步地，在支架的架板下方设有连接板，在连接板的两侧设有沿其长度方向延伸的滑槽，在放热反应箱的顶部两侧位置分别设有一条沿其长度方向延伸的滑块，滑块与滑槽的形状相适应，滑块连接在连接板上相应一侧的滑槽上并可沿其滑动。
[0018]上述梯级升温系统的控制方法如下：
[0019]1)将燃料包和水从投料口投入放热反应箱中，基于化学反应产生的大量热气从热气出口传出，热气流通至传热通道中
[0020]2)传热通道中高温气体的热量经热传导作用传递给预热仓中的第一相变材料，第一相变材料温度升高，预热仓电池周围的环境温度随之升高；当第一温度传感器监测到预热仓电池的温度高于20℃时停止燃料包的投放，放热反应结束，通过控制终端启用预热仓电池，由预热仓电池独立进行电源供给工作；
[0021]3)预热仓中的余热及预热仓电池正常工作产生的热量向外周扩散并传递给受热仓中的第二相变材料，第二相变材料温度升高，受热仓电池周围的环境温度随之升高；
[0022]4)当第二温度传感器监测到受热仓本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低温环境下对锂电池进行加热的梯级升温系统，其特征在于，包括放热反应箱、支架、电池箱和控制终端；放热反应箱设在支架底部，其顶部设有热气出口；支架的架板中部设有导气通道，导气通道的底面与热气出口密合相接；电池箱设在支架顶部，电池箱的箱体内部设有三个仓室，分别是位于中心的预热仓和位于两侧的受热仓，预热仓中部设有传热通道，传热通道的底部与导气通道的顶部密合相接、顶部与盖板底面密合相接，预热仓中设有预热仓电池，受热仓中设有受热仓电池，单个仓室中的电池串联连接并在末端引出电线连接口后再并联连接到控制终端；预热仓中灌注第一相变材料，受热仓中灌注第二相变材料。2.如权利要求1所述的低温环境下对锂电池进行加热的梯级升温系统，其特征在于，第一相变材料的热熔点低于第二相变材料的热熔点。3.如权利要求1所述的低温环境下对锂电池进行加热的梯级升温系统，其特征在于，传热通道由高导热性的材料制成，在传热通道顶部设有泄压阀。4.如权利要求1所述的低温环境下对锂电池进行加热的梯级升温系统，其特征在于，预热仓电池在传热通道的外围环周均布，受热仓电池阵列分布在受热仓中；在预热仓中设有第一温度传感器，在两个受热仓中分别设有一个第二温度传感器，三个温度传感器分别与相应仓室中的一个电池表面相接触，第一、第二温度传感器均与控制终端电性连接。5.如权利要求1所述的低温环境下对锂电池进行加热的梯级升温系统，其特征在于，在预热仓和受热仓中均设有导热翅片。6.如权利要求1所述的低温环境下对锂电池进行加热的梯级升温系统，其特征在于，在放热反应箱的侧壁上设有投料口、底部设有排渣口，投料口设在放热反应箱侧壁的上部，投料口处设有活动挡板，排渣口利用密封盖密封，放热反应箱内用于投放基于化学反应即能放出热量的燃料包。7.如权利要求1所述的低温环境下对锂电池进行加热的梯级...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨家铭，袁小璐，吴重天，吴林煦，仇程慧，施红，王蛟，蔡玉飞，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：