一種熱電偶電池熱自動管理系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種熱電偶電池熱自動管理系統，屬于電池管理技術領域。本電池組箱中的各單體電池外壁都接觸有熱電偶測量端，各熱電偶測量端通過熱電偶補償線連接對應的熱電偶電壓輸出端子，各單體電池對應的熱電偶電壓輸出端子相互串聯成一個總熱電偶電源，總熱電偶電源的負極接地，各單體電池的熱電偶電壓輸出端子及單體電池的正極都接入對應的三極管放大電路且該放大電路的輸出端為電池組的電源輸出，總熱電偶電源的正極接每個單體電池的熱電偶電壓輸出端子負極。本發明電路簡單，反應速度快，造價低廉，能夠對單體電池集中堆放構成的蓄電池組實現對電池單體進行獨立電流調節，實現智能獨立降溫，并能滿足電池組長時間工作的需要。
【專利說明】
一種熱電偶電池熱自動管理系統
技術領域
[0001]本發明涉及一種熱電偶電池熱自動管理系統，屬于電池管理技術領域。
【背景技術】
[0002]目前在電池管理系統中，目前最新的技術主要有①鋰電池相變潛熱式保溫套進行降溫，該保溫套是一種低成本的高效被動式電池熱能管理技術，鋰電池相變潛熱式保溫套對電池起到熱穩定和平衡保護的目的。所采用的鋰電池降溫散熱套由42°相變材料和超導熱材料混合而成，鋰電池發熱熱量由相變材料進行吸收后通過超導熱材料迅速把熱量和環境溫度進行熱交換，由于相變材料趨于恒溫的特性，鋰電池始終處在42°左右的恒溫環境中，確保鋰電池的安全。相變材料是一種蓄能材料，當它從固體狀態轉換為液體狀態的時候會吸收大量的熱，從液體狀態結晶成固體時則釋放大量的熱，通過相變材料的這種溫度調節功能，能有效起到熱緩沖的作用。鋰電池降溫散熱套上的相變材料是封裝在微米級的膠囊內，所以當相變材料發生固液轉換的時候不會發生液體泄漏現象。②另一種是PCM降溫，該方法不需要依賴電能來運轉。當鋰離子電池發出熱量時，熱能被石蠟吸收，其狀態便從固態轉變成液態，這便是PCM熱量管理的原理。“即使所有的石蠟轉化為液體，我們的PCM石墨基體依然保持著最初的形狀。基本的物理張力可以將石蠟保存在石墨‘海綿’中，因為石蠟和石墨之間的表面張力大于液態石蠟流出來的沖力”，在電池放電過程中，部分熱量會散發掉，部分會儲存在PCM和電池單元內。電池單元停止工作時也會停止產生熱量，儲存在熱電容器內的熱量就會重新散發到電池單元和周圍的環境中(參見http: / / www.newmaker.com/news_85283.html)。
[0003]上述兩種現有技術的電池降溫方案均屬于采用相變潛熱技術對電池進行降溫，該技術可以實現對電池單體的降溫，但如果這個電池單體的工作時間過長，保溫套吸熱達到極限，由于每一個電池單體被集中堆放在一起，與周圍環境進行熱交換則無法實現，因此這一方案只適用于電池組處于短期工作的環境。
[0004]對于電池組的電池單體進行智能獨立降溫，目前是通過電源管理系統進行熱管理，但是對電池包的電源熱管理對企業技術要求過高，其計算模式復雜，管理效果并不理想，無法實現單體(cell)電池的精確管理，目前還沒有可行的技術，該問題亟待解決。
【發明內容】
[0005]基于上述電源熱管理存在的問題，本發明的目的是提供一種熱電偶電池熱自動管理系統，能夠對單體電池集中堆放構成的蓄電池組實現對電池單體進行獨立電流調節，實現智能獨立降溫，并能滿足電池組長時間工作的需要。
[0006]實現本發明上述目的所采取的技術方案是:電池組箱中的各單體電池外壁都接觸有熱電偶測量端，各熱電偶測量端通過熱電偶補償線連接對應的熱電偶電壓輸出端子，各單體電池對應的熱電偶電壓輸出端子相互串聯成一個總熱電偶電源，總熱電偶電源的負極接地，各單體電池的熱電偶電壓輸出端子及單體電池的正極都接入對應的三極管放大電路且該放大電路的輸出端為電池組的電源輸出，總熱電偶電源的正極接每個單體電池的熱電偶電壓輸出端子負極。
[0007]電池組箱側面為夾層結構，外層的箱體外殼為保溫層，內層的箱體內壁為導體層，電池組箱夾層間的空氣對流層頂端封閉，下端設有開放孔，箱體外殼的上部設置有換氣窗口，在該換氣窗口上裝有與換氣窗口尺寸相同的雙金屬調溫片。
[0008]三極管放大電路為兩級相連的三極管放大電路，三極管1~2的基極接單體電池的熱電偶電壓輸出端子正極，三極管!^的發射極接地，三極管!^的集電極與三極管1^的基極連接，三極管!^的集電極連接單體電池的正極，三極管T1的發射極接電池組的輸出端正極，單體電池的負極并聯接電池組的輸出端負極。
[0009]電池組箱體外殼的換氣窗口的截面為內小外大的梯形結構。
[0010]熱電偶補償線采用<0.2平方毫米的導線，熱電偶采用使用溫度為-200°c?350°C的銅一康銅T型熱電偶。
[0011]熱電偶是由兩種不同成份的材質導體組成閉合回路，當兩端存在溫度梯度時，回路中就會有電流通過，此時兩端之間就存在電動勢熱電動勢，就是所謂的塞貝克效應。在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時，只要該材料兩個接點的溫度相同，熱電偶所產生的熱電勢將保持不變，即不受第三種金屬接入回路中的影響。本發明中所采用的熱電偶就是利用了上述原理。然而，熱電偶的材料一般都比較貴重(特別是采用貴金屬時)，為了節省熱電偶材料，降低成本，本發明采用補償導線把熱電偶的冷端(自由端)延伸到溫度比較穩定的電壓輸出端子上。熱電偶補償導線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動到端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響，不起補償作用。本發明采用了成本較低的銅一銅鎳熱電偶(IEC國際標準生產分度號為T )T型熱電電偶，該熱電偶的正極為純銅，負極為銅鎳合金(也稱康銅)，在賤金屬熱電偶中，它的準確度最高、熱電極的均勻性好；它的使用溫度是_200°C?350 °C，它們靈敏度比較高，銅一康銅熱電偶還有一個特點是價格便宜，是常用幾種定型產品中最便宜的一種。
[0012]當電池發熱量較小的時候，電池內部的溫度與電池箱體底部的溫差很小，熱電偶累加起來的電壓值較低，這個時候三極管T2的基極電壓過低，該三極管處于截止狀態，而對于另一只三極管Tl而言，三極管Tl的集極電壓值等于單體電池正極電壓值，為高電平，三極管TI處于導通態，單體電池的正極輸出通過TI的集電極到發射極，單體電池電流正常輸出；當電池箱體溫度升高的時候，電池內部的溫度與電池箱體底部的溫差變大，熱電偶累加起來的電壓值較高，這個時候三極管T2的基極電壓達到了工作電壓狀態，三極管T2的基極電壓決定了其電流輸出的大小，此時對于三極管Tl而言，三極管Tl的集極電壓值也就不再等于單體電池正極電壓值，而處于放大工作電壓狀態，這時的單體電池電流輸出大小反比于三極管T2的基極電壓，換言之，單體電池溫度越高，該單體電池的輸入電流就越小，起到了自動調節降溫的作用。另一方面，整個電池箱的溫差決定了電池箱體是否處于電流調節狀態，如果電池箱體的整體溫度較低，低于規定值，那么單體電池必須溫度極高，才能實現單體電池電流的調節。
[0013]對于電池組工作而言，處于一個適當的溫度(一般而言，控制在25度)電池組的電流輸出效率處于最佳狀態，如果溫度過低，例如低于10度以下，電池的額定容量就會減小。在本發明中，整個電池組箱體的四周采用了夾層結構，如果電池組箱體的溫度過高，換氣窗口位置的雙金屬調溫片就發生彎曲，使得換氣窗口被打開，熱氣流在空氣對流層夾層中上升，當氣流流過夾層的時候，箱體內壁的溫度被降低，雙金屬片的彎曲程度與電池箱體的溫度成正比，溫度越高，換氣窗口開度越大，當發熱和散熱到平衡態之后，電池組被控制在最佳溫度范圍之內；如果環境溫度過低，雙金屬片恢復平直狀態，把換氣窗口進行嚴密封堵，夾層具有保溫的作用，利用電池自身的發熱，使得箱體溫度慢慢升高，使得電池處于適合的溫度范圍內。因此采用雙金屬片敏感性，可以不通過任何電路調節，自動實現整個電池組箱體的溫度控制。
[0014]本發明的有益效果:本發明中，每一節電池的外表面緊貼有熱電偶測量端，當該電池單體溫度升高的時候，使得半導體三極管的基極電壓發生改變，自動調節輸出電流，實現對該電池單體的保護和降溫，另一方面，電池組箱體采用雙金屬調溫片封閉換氣窗口，實現箱體溫度自動調節，不對環境產生任何影響，所使用的是模擬電路，反應速度快，造價低廉，可以實現對電池單體的獨立降溫以及整個箱體的溫度自動調節，并且能夠長期工作，具有廣闊的應用前景。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明結構主視示意圖。
[0016]圖中:1.箱體內壁，2.空氣對流層，3.箱體外殼，4.夾層開放孔，5.熱電偶電壓輸出端子，6.箱體底層，7.單體電池，8.單體電池正極，9.熱電偶測量端，10.換氣窗口，11.雙金屬調溫片。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖和實施例，對本發明作進一步說明，但本發明的內容并不限于所述范圍。
[0018]本發明由電池組箱體內壁I與箱體外殼3構成四周側面帶有夾層的電池組箱體組合，一系列單體電池7設置在箱體內壁的空間中，箱體外殼3的上部設置有換氣窗口 10，雙金屬調溫片11裝在換氣窗口 10處與之匹配。電池組箱體的夾層的空氣對流層2頂端封閉，下端設有.夾層開放孔4。換氣窗口 10的橫截面呈內小外大的梯形結構，雙金屬調溫片11的尺寸與換氣窗口 10的相等。電池組箱體底層6嵌入熱電偶電壓輸出端子5，該端子焊接有兩根相同的熱電偶補償線，熱電偶的補償線連接銅一銅鎳熱電偶T型熱電偶測量端9，而熱電偶測量端9則緊貼在單體電池7的外壁上。每一個單體電池7都對應一對熱電偶電壓輸出端子5，構成一個微小的電源體，獲得一個總的串聯電壓，整體構成一個總熱電偶電源，總熱電偶電源的負極接地，正極接每個單體電池7的熱電偶電壓輸出端子5的負極，各單體電池7的熱電偶電壓輸出端子5及單體電池正極8都接入了對應的一套三極管放大電路中，該三極管放大電路的輸出端即為電池組的電源輸出，連接負載。每個單體電池7配置的三極管放大電路為兩級相連的三極管放大電路，熱電偶電壓輸出端子5的正極接于三極管T2的基極，總熱電偶電源的正極與單個三極管T2的基極之間配置有限流電阻R2,三極管T2的發射極接地，其集電極與另一三極管!^的集電極之間接入了限流電阻仏并同時連接單體電池7的正極，三極管!^的基極直接連接三極管!^的集電極，三極管T1的發射極連接電池組的電源正極。當電池發熱量較小的時候，電池內部的溫度與電池箱體底部的溫差很小，熱電偶累加起來的電壓值較低，這個時候三極管T2的基極電壓過低，該三極管處于截止狀態，而對于另一只三極管Tl而言，三極管Tl的集極電壓值等于單體電池正極電壓值，為高電平，三極管Tl處于導通態，單體電池的正極輸出通過Tl的集電極到發射極，單體電池電流正常輸出；當電池箱體溫度升高的時候，電池內部的溫度與電池箱體底部的溫差變大，熱電偶累加起來的電壓值較高，這個時候三極管Τ2的基極電壓達到了工作電壓狀態，三極管Τ2的基極電壓決定了其電流輸出的大小，此時對于三極管Tl而言，三極管Tl的集極電壓值也就不再等于單體電池正極電壓值，而處于放大工作電壓狀態，這時的單體電池電流輸出大小反比于三極管Τ2的基極電壓，換言之，單體電池溫度越高，該單體電池的輸入電流就越小，起到了自動調節降溫的作用。當電池組箱體的溫度過高時，換氣窗口位置的雙金屬調溫片就發生彎曲，使得換氣窗口被打開，熱氣流在空氣對流層夾層中上升，當氣流流過夾層的時候，箱體內壁的溫度被降低，雙金屬片的彎曲程度與電池箱體的溫度成正比，溫度越高，換氣窗口開度越大，當發熱和散熱到平衡態之后，電池組被控制在最佳溫度范圍之內；如果環境溫度過低，雙金屬片恢復平直狀態，把換氣窗口進行嚴密封堵，夾層具有保溫的作用，利用電池自身的發熱，使得箱體溫度慢慢升高，使得電池處于適合的溫度范圍內。
【主權項】
1.一種熱電偶電池熱自動管理系統，其特征是:電池組箱中的各單體電池外壁都接觸有熱電偶測量端，各熱電偶測量端通過熱電偶補償線連接對應的熱電偶電壓輸出端子，各單體電池對應的熱電偶電壓輸出端子相互串聯成一個總熱電偶電源，總熱電偶電源的負極接地，各單體電池的熱電偶電壓輸出端子及單體電池的正極都接入對應的三極管放大電路且該放大電路的輸出端為電池組的電源輸出，總熱電偶電源的正極接每個單體電池的熱電偶電壓輸出端子負極。2.按權利要求1所述的熱電偶電池熱自動管理系統，其特征是:電池組箱側面為夾層結構，外層的箱體外殼為保溫層，內層的箱體內壁為導體層，電池組箱夾層間的空氣對流層頂端封閉，下端設有開放孔，箱體外殼的上部設置有換氣窗口，在該換氣窗口上裝有與換氣窗口尺寸相同的雙金屬調溫片。3.按權利要求2所述的熱電偶電池熱自動管理系統，其特征是:三極管放大電路為兩級相連的三極管放大電路，三極管T2的基極接單體電池的熱電偶電壓輸出端子正極，三極管T2的發射極接地，三極管T2的集電極與三極管T1的基極連接，三極管T1的集電極連接單體電池的正極，三極管!^的發射極接電池組的輸出端正極，單體電池的負極并聯接電池組的輸出端負極。4.按權利要求2所述的熱電偶電池熱自動管理系統，其特征是:電池組箱體外殼的換氣窗口的截面為內小外大的梯形結構。5.按權利要求2所述的熱電偶電池熱自動管理系統，其特征是:熱電偶補償線采用<.0.2平方毫米的導線，熱電偶采用使用溫度為-200°C?350°C的銅一康銅T型熱電偶。
【文檔編號】H01M10/6561GK106099250SQ201610685968
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月19日 公開號201610685968.1, CN 106099250 A, CN 106099250A, CN 201610685968, CN-A-106099250, CN106099250 A, CN106099250A, CN201610685968, CN201610685968.1
【發明人】陳崢, 申江衛, 肖仁鑫, 陳蜀喬, 韓永斌, 章春元, 冷小威
【申請人】東莞力朗電池科技有限公司