锂电池加热装置

文档序号:106938 发布日期:2021-10-15 浏览:13次 >En<

阅读说明:本技术 锂电池加热装置 (Lithium battery heating device ) 是由 江智元 李洪波 屈治国 魏进家 于 2021-06-18 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种锂电池加热装置,锂电池加热装置中,锂电池包括至少一个电芯,感应加热线圈设置于锂电池表面,感应加热电路连接且输出预定频率的交流电到感应加热线圈,其中,感应加热线圈基于交流电生成预定频率的交变磁场,锂电池基于交变磁场生成涡流以加热。(The invention discloses a lithium battery heating device, wherein a lithium battery comprises at least one battery cell, an induction heating coil is arranged on the surface of the lithium battery, and the induction heating coil is connected with the induction heating circuit and outputs alternating current with preset frequency to the induction heating coil, wherein the induction heating coil generates an alternating magnetic field with the preset frequency based on the alternating current, and the lithium battery generates eddy current based on the alternating magnetic field to heat.)

锂电池加热装置

技术领域

本发明涉及锂电池温控技术领域,尤其涉及一种锂电池加热装置。

背景技术

锂电池在低温环境下将面临严重的性能衰退。具体而言,当温度降低时,锂离子在绝大多数电极材料中的扩散速率急剧降低,导致电池低温性能严重退化。此外,负极材料在低温下会出现大量的金属锂析出,析出的锂与电解液形成新的SEI膜,导致电导率降低、嵌脱锂困难,性能更加恶化。因此,如何使电池在低温环境中迅速提升温度是克服电池低温启动困难的关键。

目前,针对电池的低温加热保温装置,主要通过在电池表面放置加热电阻或换热器实现热量向电池内部的输入。如专利CN201210140131.0一种LED灯具及其锂电池加热电路,利用加热电阻加热电池。又如专利CN202022069543.2一种锂电池加热温度控制装置,通过将电池与装有乙二醇二甲醚的加热装置接触实现电池的升温。以上提到的加热方式,需要热量从电池外部传导入内部,由于电池与加热介质间存在接触热阻,造成加热能量的损失,且电池的温升速率受限。

背景技术

部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解,因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂电池加热装置,高效节能地加热电池。

为了实现上述目的,本发明提供如下技术方案:

本发明的一种锂电池加热装置包括,

锂电池,其包括至少一个电芯,

感应加热线圈,其设置于所述锂电池表面,

感应加热电路,其连接且输出预定频率的交流电到所述感应加热线圈,其中,所述感应加热线圈基于所述交流电生成预定频率的交变磁场,所述锂电池基于所述交变磁场生成涡流以加热。

所述的一种锂电池加热装置中,感应加热电路包括电容、电感、电阻、场效应管和二极管。

所述的一种锂电池加热装置中,锂电池加热装置包括四组并联的所述场效应管和二极管,其中,各两组串联后并联。

所述的一种锂电池加热装置中,所述感应加热线圈的两端分别连接于串联的两组场效应管和二极管之间。

所述的一种锂电池加热装置中,所述锂电池加热装置还包括直流电源,其连接以供电所述锂电池加热装置。

所述的一种锂电池加热装置中,所述感应加热线圈的感应加热功率P为:其中,B感应加热的磁场强度,d为感应加热线圈直径,f为预定频率,ρ为材料电阻率,D为材料密度。

所述的一种锂电池加热装置中,所述感应加热线圈缠绕地包裹锂电池表面。

所述的一种锂电池加热装置中,在0℃环境下,所述锂电池在50s时间内平均温度上升超过30℃且锂电池内的最大温差不超过10℃。

所述的一种锂电池加热装置中,所述锂电池的正极材料包括钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂和三元材料。

所述的一种锂电池加热装置中,所述感应加热电路控制锂电池温升速度在3℃/s以下,防止电池温升过快引发热失控。

在上述技术方案中,本发明提供的一种锂电池加热装置,具有以下有益效果:本发明所述的一种锂电池加热装置大幅降低了因界面接触热阻引起的加热界面过热的现象,加热能量直接进入电池内部,电池温度更均匀,加热效率更高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是锂电池加热装置的结构示意图;

图2是锂电池加热装置的一个实施例的锂电池及感应加热线圈连接示意图;

图3是锂电池感应加热的升温效果示意图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施方式中的附图图1至图3,对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施方式是本发明一部分实施方式,而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式,都属于本发明保护的范围。

因此,以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式,都属于本发明保护的范围。

应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中,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”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发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的设备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发明的限制。

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。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。

在本发明中,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发明中的具体含义。

在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,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”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

在一个实施例中,如图1至图2所示,锂电池加热装置包括,

锂电池4,其包括至少一个电芯,

感应加热线圈3,其设置于所述锂电池4表面,

感应加热电路2,其连接且输出预定频率的交流电到所述感应加热线圈3,其中,所述感应加热线圈3基于所述交流电生成预定频率的交变磁场,所述锂电池4基于所述交变磁场生成涡流以加热。

锂电池加热装置通过在锂电池4表面设置感应加热线圈3,在锂电池4内部产生感应电流和热量,使锂电池4在低温环境中迅速升温。电池感应加热线圈3结构根据电池的电芯形状进行设计,可采用圆盘式和螺旋式线圈;感应加热功率和加热深度通过电池的物性参数进行计算获得,通过计算加热功率来确定感应加热模块的设计参数和操作参数,主要包括输出功率、线圈结构、线圈圈数和加热时间,通过对感应加热参数的控制防止电池加热过程中过热引发热失控。

所述的一种锂电池加热装置的优选实施例中,感应加热电路2包括电容、电感、电阻、场效应管和二极管。

所述的一种锂电池加热装置的优选实施例中,锂电池加热装置包括四组并联的所述场效应管和二极管,其中,各两组串联后并联。

所述的一种锂电池加热装置的优选实施例中,所述感应加热线圈3的两端分别连接于串联的两组场效应管和二极管之间。

所述的一种锂电池加热装置的优选实施例中,所述锂电池加热装置还包括直流电源1,其连接以供电所述锂电池加热装置。

所述的一种锂电池加热装置的优选实施例中,所述感应加热线圈3的感应加热功率P为:其中,B感应加热的磁场强度,d为感应加热线圈3直径,f为预定频率,ρ为材料电阻率,D为材料密度。

所述的一种锂电池加热装置的优选实施例中,所述感应加热线圈3缠绕地包裹锂电池4表面。

所述的一种锂电池加热装置的优选实施例中,在0℃环境下,所述锂电池4在50s时间内平均温度上升超过30℃且锂电池4内的最大温差不超过10℃。

所述的一种锂电池加热装置的优选实施例中,所述锂电池4的正极材料包括钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂和三元材料。

所述的一种锂电池加热装置的优选实施例中,所述感应加热电路2控制锂电池4温升速度在3℃/s以下。

在一个实施例中,所述锂电池4可表示单个电芯也可表示多个电芯的组合,电芯可采用圆柱形锂电池4、方形锂电池4和软包锂电池4。电池的正极材料包括钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂和三元材料。所述的感应加热电路2由电容、电感、电阻、场效应管、二极管、开关电源、加热铜线圈等部件组成,当感应圈中通过一定频率的交流电时,在其内外将产生与电流变化频率相同的交变磁场。金属工件放入感应圈内,在磁场作用下,工件内就会产生与感应圈频率相同而方向相反的感应电流。由于感应电流沿工件表面形成封闭回路,通常称为涡流。此涡流将电能变成热能,将工件的表面迅速加热。

在一个实施例中,所述的感应加热线圈3制作材料包括漆包铜线或铜管。

感应加热功率P为:

其中,B感应加热的磁场强度,d为加热线圈3直径,f为磁场交变频率,ρ为材料电阻率,D为材料密度。

通过计算得到的感应加热功率,确定电池的温升速度,通过设计合适的磁场交变频率和线圈几何参数,使电池温升速度控制在3℃/s以下。

在一个实施例中,电池加热装置包括,

流电源1,用于给感应加热电路2供电;

感应加热电路2,用于在感应加热线圈3中产生交变磁场;

感应加热线圈3,用于在锂电池4内部激发涡流并产生热量,线圈可以放置于电池表面,进行电池平面加热,线圈也可以通过缠绕方式包裹电池表面,如图2所示;

本发明的工作原理:感应加热电路开启后,通过感应加热线圈产生交变磁场,线圈跟电池紧密接触,在电池内部引起铝和铜集流体内部产生表面电流,由于欧姆效应,表面电流耗散产生热量,使电池温度升高。

锂电池感应加热的升温效果如图3所示,在0℃低温环境下,当感应加热线圈从软包电池的一侧加热电池时,电池在50s时间内平均温度上升超过30℃,且电池内的最大温差不超过10℃,温度均匀性较好。

最后应该说明的是:所描述的实施例仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例,基于本申请中的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例,都属于本申请保护的范围。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例,毋庸置疑,对于本领域的普通技术人员,在不偏离本发明的精神和范围的情况下,可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此,上述附图和描述在本质上是说明性的,不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

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