一种低温磷酸铁锂锂离子动力电池及其低温放电方法
阅读说明：本技术 一种低温磷酸铁锂锂离子动力电池及其低温放电方法 (Low-temperature lithium iron phosphate lithium ion power battery and low-temperature discharging method thereof ) 是由 不公告发明人 于 2021-08-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种低温磷酸铁锂锂离子动力电池,包括电池本体,电池本体安装在壳体组件内,绝缘壳体的两侧分别嵌装有导热体,该导热体由一体式铜质的横导热条和纵导热条组成,横导热条填充在该U形凹槽内；壳体组件包括不锈钢框体,中空盖体通过螺栓安装在不锈钢框体的顶部；不锈钢框体与中空底板设置为一体结构,不锈钢框体设置为内真空层和外真空层的双层中空结构；传输机构包括保温油箱,保温油箱的内部安装有电加热管；本发明通过双层真空的不锈钢框体以及传输机构的设置,能够实现对电池本体预热的作用；同时可以进行保温隔热,避免在低温环境中工作；还可以在工作中进行散热,避免电池本体在高温环境中工作。(The invention discloses a low-temperature lithium iron phosphate lithium ion power battery, which comprises a battery body, wherein the battery body is arranged in a shell assembly, heat conductors are respectively embedded at two sides of an insulating shell, each heat conductor consists of a transverse heat conducting strip and a longitudinal heat conducting strip which are made of integrated copper, and the transverse heat conducting strips are filled in U-shaped grooves; the shell assembly comprises a stainless steel frame body, and the hollow cover body is arranged at the top of the stainless steel frame body through a bolt; the stainless steel frame body and the hollow bottom plate are arranged into an integral structure, and the stainless steel frame body is arranged into a double-layer hollow structure of an inner vacuum layer and an outer vacuum layer; the transmission mechanism comprises a heat-insulating oil tank, and an electric heating pipe is arranged in the heat-insulating oil tank; according to the invention, the battery body can be preheated by arranging the double-layer vacuum stainless steel frame and the transmission mechanism; meanwhile, the heat preservation and insulation can be carried out, so that the work in a low-temperature environment is avoided; the heat dissipation can be carried out in the working process, so that the battery body is prevented from working in a high-temperature environment.)
技术领域
本发明涉及动力电池技术领域，具体来说，涉及一种低温磷酸铁锂锂离子动力电池及其低温放电方法。
背景技术
磷酸铁锂电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。它在充电时，磷酸亚铁锂中的部分锂离子脱出，经电解质传递到负极，同时正极释放电子，自外电路到达负极，维持化学反应的平衡；放电时，锂离子自负极脱出，经电解质到达正极，同时负极释放电子，自外电路到达正极，为外界提供能量。磷酸铁锂电池具有高效率输出、不燃烧、不爆炸、高温时性能良好、循环寿命长、可快速充电、低成本、无记忆效应、体积小、重量轻以及对环境无污染等特点。因此磷酸铁锂电池被广泛应用在大型电动车辆以及轻型电动车上。
但是磷酸铁锂电池在低温时，电池容量的衰减率较大，不适宜在低温环境下使用；为此，我们提出一种低温磷酸铁锂锂离子动力电池及其低温放电方法。
发明内容
本发明的技术任务是针对以上不足，提供一种低温磷酸铁锂锂离子动力电池及其低温放电方法，通过双层真空的不锈钢框体以及传输机构的设置，能够实现对电池本体预热的作用；同时可以进行保温隔热，避免在低温环境中工作；还可以在工作中进行散热，避免电池本体在高温环境中工作来解决上述问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种低温磷酸铁锂锂离子动力电池，包括电池本体、超级电容、壳体组件、传输机构以及控制盒，所述电池本体安装在壳体组件内，
所述电池本体包括绝缘壳体，所述绝缘壳体的一端内部固定安装有铜集流体，所述铜集流体的一侧设置有石墨晶体层，且绝缘壳体的另一端内部安装有铝集流体，所述铝集流体的一侧设置有磷酸铁锂电极，所述绝缘壳体的中部连接有隔膜，该隔膜将绝缘壳体的内部密封隔开成两个空腔区域，且两个空腔区域内均设置有电解液，所述绝缘壳体的上部两端分别安装有负极和正极，其中负极与铜集流体电连接，正极与铝集流体电连接；
所述绝缘壳体的两侧分别嵌装有导热体，该导热体由一体式铜质的横导热条和纵导热条组成，所述绝缘壳体的两侧外壁设置有水平内凹的U形凹槽，所述横导热条填充在该U形凹槽内；
所述壳体组件包括不锈钢框体、中空底板以及中空盖体，所述中空底板以及中空盖体的内部为真空，所述中空盖体通过螺栓安装在不锈钢框体的顶部；所述不锈钢框体与中空底板设置为一体结构，所述不锈钢框体设置为内真空层和外真空层的双层中空结构；
所述传输机构包括保温油箱，所述保温油箱的内部安装有电加热管，所述保温油箱的一侧安装有用于检测保温油箱内部油温的第一温度传感器；
所述保温油箱的底部通过注油管与内真空层连通，且注油管上安装有注油泵，所述保温油箱的底部通过抽油管与外真空层连通，且抽油管上安装有抽油泵，所述注油管与抽油管靠近不锈钢框体的端部通过下连通管连通，且下连通管上安装有下电磁阀；
所述保温油箱的上部通过内回油管与内真空层连通，且内回油管上安装有内电磁阀，所述保温油箱的上部通过外回油管与外真空层连通，且外回油管上安装有外电磁阀，所述内回油管与外回油管靠近不锈钢框体的端部通过上连通管连通，且上连通管上安装有上电磁阀；所述不锈钢框体的一端上部安装有用于检测壳体组件内部温度的第二温度传感器；且不锈钢框体的一端下部安装有用于检测内真空层内部温度的第三温度传感器；
所述控制盒固定安装在保温油箱上，且所述控制盒上还安装有第四温度传感器；所述控制盒内安装有单片机以及受控于单片机的双电池智能管理模块，双电池智能管理模块用于管理电池本体和超级电容，所述超级电容固定安装在连接壳内，所述连接壳固定连接在所述壳体组件与保温油箱之间；
所述第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器以及第四温度传感器的信号输出端均与单片机连接，所述注油泵、抽油泵、内电磁阀、外电磁阀、上电磁阀、下电磁阀均受控于所述单片机。
作为优选，所述中空底板之间通过连接板与保温油箱连接，所述连接板上设置有安装区，所述注油泵、抽油泵、内电磁阀、外电磁阀、上电磁阀、下电磁阀均设置在安装区内，所述安装区上安装有L形卡板。
作为优选，所述连接板与连接壳上均开设有卡孔，所述L形卡板的两端均设置有卡块，所述卡块卡接在卡孔内。
作为优选，所述安装区与L形卡板之间填充有保温棉球，通过保温棉球起到保温效果，所述L形卡板的顶部设置有便于拆装的凹口。
作为优选，所述中空盖体上开设有通孔，所述中空盖体的底部固定粘接有密封隔热橡胶垫，所述不锈钢框体的顶部开设有与通孔对齐的螺纹孔，螺栓的一端穿过通孔安装到螺纹孔内并固定住中空盖体，所述中空盖体上还开设有便于正极和负极露出的预留孔。
作为优选，所述中空底板以及中空盖体的内部均设置有真空腔。
作为优选，所述保温油箱的内部设置有不易挥发的导热油，导热油占用保温油箱内80%-90%的容量，且导热油为硅酮或机油；其中，内真空层、外真空层以及保温油箱的剩余空间设置为真空。
作为优选，所述绝缘壳体的两端开设有便于取出电池本体的缺口。
本发明还提供了一种低温磷酸铁锂锂离子动力电池的低温放电方法，包括以下步骤：
S1、第一次启动，通过双电池智能管理模块控制超级电容进行供电，同时启动电加热管以及注油泵，并打开内电磁阀，实现内真空层与保温油箱之间的内循环；
S2、当壳体组件内部的温度上升到5℃温度后，通过双电池智能管理模块控制电池本体进行供电，与此同时关闭电加热管，此时实现了在低温环境下先预热后放电的操作，避免在低温环境下放电；
S3、电池本体放电过程中，会产生热量，当壳体组件内部的温度上升至20℃后，关闭内电磁阀，打开上电磁阀以及外电磁阀，此时使得内真空层、外真空层以及保温油箱形成内循环，内真空层的导热油吸收热量转移至外真空层中，通过侧壁进行散热，提高散热效率，避免电池在高温下工作；
S4、当车辆熄火暂停使用时，此时关闭注油泵、上电磁阀以及外电磁阀，打开下电磁阀，启动抽油泵，将内真空层和外真空层中的导热油抽到保温油箱中，形成双层真空隔热保温；
S5、当壳体组件内的温度降低到0℃时，关闭下电磁阀，打开注油泵以及内电磁阀，形成内循环，对壳体组件内进行温度控制，避免电池本体的温度降低，便于下一次进行使用。
作为优选，在车辆上安装有用于与单片机连结的控制器，能够通过人为进行调节电池工作状态或参数。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
1、本发明低温磷酸铁锂锂离子动力电池，通过将导热体嵌在绝缘壳体的两侧，提高电池本体的导热效果，便于对其进行加热或散热；
2、本发明低温磷酸铁锂锂离子动力电池，通过双层真空的不锈钢框体以及传输机构的设置，能够实现对电池本体预热的作用；同时可以进行保温隔热，避免在低温环境中工作时衰减；还可以在工作中进行散热，避免电池本体在高温环境中工作；
3、本发明低温磷酸铁锂锂离子动力电池，通过超级电容能够进行先放电工作，待电池本体温度较高时，切换至电池本体放电工作，避免了电池本体在低温下工作的情况；
4、本发明低温磷酸铁锂锂离子动力电池的放电方法，通过双电池智能管理模块配合单片机控制传输机构进行工作，实现智能化，无需人为操作，十分方便。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的低温磷酸铁锂锂离子动力电池的爆炸结构示意图；
图2是根据本发明实施例的电池本体的结构示意图；
图3是根据本发明实施例的电池本体内部的爆炸结构示意图；
图4是根据本发明实施例绝缘壳体的剖面结构示意图；
图5是根据本发明实施例U形凹槽的结构示意图；
图6是根据本发明实施例不锈钢框体的剖面结构示意图；
图7是根据本发明实施例传输机构的结构示意图；
图8是根据本发明实施例的电性连接框图；
图9是根据本发明实施例的低温磷酸铁锂锂离子动力电池的低温放电方法的工作流程图。
图中：
1、电池本体；101、绝缘壳体；102、正极；103、缺口；104、纵导热条；105、横导热条；106、负极；107、铜集流体；108、石墨晶体层；109、隔膜；110、电解液；111、磷酸铁锂电极；112、铝集流体；113、U形凹槽；2、壳体组件；201、中空底板；2011、真空腔；202、不锈钢框体；2021、内真空层；2022、外真空层；
3、超级电容；301、连接壳；4、传输机构；401、保温油箱；402、电加热管；403、第一温度传感器；404、内回油管；405、内电磁阀；406、外回油管；407、外电磁阀；408、上连通管；409、上电磁阀；410、注油管；411、注油泵；412、抽油管；413、抽油泵；414、下连通管；415、下电磁阀；416、第二温度传感器；417、第三温度传感器；
5、控制盒；501、第四温度传感器；6、中空盖体；601、通孔；602、密封隔热橡胶垫；603、预留孔；7、连接板；701、卡孔；702、安装区；8、L形卡板；801、凹口；802、卡块。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1-图8所示，根据本发明实施例的一种低温磷酸铁锂锂离子动力电池，包括电池本体1、超级电容3、壳体组件2、传输机构4以及控制盒5，电池本体1安装在壳体组件2内；
如图3-5所示，电池本体1包括绝缘壳体101，绝缘壳体101的一端内部固定安装有铜集流体107，铜集流体107的一侧设置有石墨晶体层108，且绝缘壳体101的另一端内部安装有铝集流体112，铝集流体112的一侧设置有磷酸铁锂电极111，绝缘壳体101的中部连接有隔膜109，该隔膜109将绝缘壳体101的内部密封隔开成两个空腔区域，且两个空腔区域内均设置有电解液110，绝缘壳体101的上部两端分别安装有负极106和正极102，其中负极106与铜集流体107电连接，正极102与铝集流体112电连接；
如图4和图5所示，绝缘壳体101的两侧分别嵌装有导热体，该导热体由一体式铜质的横导热条105和纵导热条104组成，绝缘壳体101的两侧外壁设置有水平内凹的U形凹槽113，横导热条105填充在该U形凹槽113内；
如图1和图6所示，壳体组件2包括不锈钢框体202、中空底板201以及中空盖体6，中空底板201以及中空盖体6的内部为真空，中空盖体6通过螺栓安装在不锈钢框体202的顶部；不锈钢框体202与中空底板201设置为一体结构，不锈钢框体202设置为内真空层2021和外真空层2022的双层中空结构；
如图7所示，传输机构4包括保温油箱401，保温油箱401的内部安装有电加热管402，保温油箱401的一侧安装有用于检测保温油箱401内部油温的第一温度传感器403；保温油箱401的底部通过注油管410与内真空层2021连通，且注油管410上安装有注油泵411，保温油箱401的底部通过抽油管412与外真空层2022连通，且抽油管412上安装有抽油泵413，注油管410与抽油管412靠近不锈钢框体202的端部通过下连通管414连通，且下连通管414上安装有下电磁阀415；
保温油箱401的上部通过内回油管404与内真空层2021连通，且内回油管404上安装有内电磁阀405，保温油箱401的上部通过外回油管406与外真空层2022连通，且外回油管406上安装有外电磁阀407，内回油管404与外回油管406靠近不锈钢框体202的端部通过上连通管408连通，且上连通管408上安装有上电磁阀409；不锈钢框体202的一端上部安装有用于检测壳体组件2内部温度的第二温度传感器416；且不锈钢框体202的一端下部安装有用于检测内真空层2021内部温度的第三温度传感器417；
如图1所示，控制盒5固定安装在保温油箱401上，且控制盒5上还安装有第四温度传感器501；控制盒5内安装有单片机以及受控于单片机的双电池智能管理模块，双电池智能管理模块用于管理电池本体1和超级电容3，超级电容3固定安装在连接壳301内，连接壳301固定连接在壳体组件2与保温油箱401之间；
如图8所示，第一温度传感器403、第二温度传感器416、第三温度传感器417以及第四温度传感器501的信号输出端均与单片机连接，注油泵411、抽油泵413、内电磁阀405、外电磁阀407、上电磁阀409、下电磁阀415均受控于单片机。其中注油泵411、抽油泵413均为微型泵，内电磁阀405、外电磁阀407、上电磁阀409、下电磁阀415均为微型电磁阀。
如图1和图7中所示，中空底板201之间通过连接板7与保温油箱401连接，连接板7上设置有安装区702，注油泵411、抽油泵413、内电磁阀405、外电磁阀407、上电磁阀409、下电磁阀415均设置在安装区702内，安装区702上安装有L形卡板8。利用L形卡板8起到防护和保温作用，避免各个设备在低温环境下工作。
如图1中所示，连接板7与连接壳301上均开设有卡孔701，L形卡板8的两端均设置有卡块802，卡块802卡接在卡孔701内。L形卡板8便于进行拆装。
具体的，安装区702与L形卡板8之间填充有保温棉球，通过保温棉球起到保温效果，L形卡板8的顶部设置有便于拆装的凹口801。利用保温棉球保温，避免热量从安装区702向外散发，起到保温效果。
如图1中所示，中空盖体6上开设有通孔601，中空盖体6的底部固定粘接有密封隔热橡胶垫602，不锈钢框体202的顶部开设有与通孔601对齐的螺纹孔，螺栓的一端穿过通孔安装到螺纹孔内并固定住中空盖体6，中空盖体6上还开设有便于正极102和负极106露出的预留孔603。中空底板201以及中空盖体6的内部均设置有真空腔2011。
在实施时，保温油箱401的内部设置有不易挥发的导热油，导热油占用保温油箱401内80%-90%的容量，且导热油为硅酮或机油；其中，内真空层2021、外真空层2022以及保温油箱401的剩余空间设置为真空。绝缘壳体101的两端开设有便于取出电池本体1的缺口103。
如图9所示，本发明低温磷酸铁锂锂离子动力电池在低温放电时，包括以下步骤：
S1、第一次启动，通过双电池智能管理模块控制超级电容3进行供电，同时启动电加热管402以及注油泵411，并打开内电磁阀405，实现内真空层2021与保温油箱401之间的内循环；
S2、当壳体组件2内部的温度上升到5℃温度后，通过双电池智能管理模块控制电池本体1进行供电（其中双电池智能管理模块为现有技术，其中包括电源切换电路），与此同时关闭电加热管402，此时实现了在低温环境下先预热后放电的操作，避免在低温环境下放电；
S3、电池本体1放电过程中，会产生热量，当壳体组件2内部的温度上升至20℃后，关闭内电磁阀405，打开上电磁阀409以及外电磁阀407，此时使得内真空层2021、外真空层2022以及保温油箱401形成内循环，内真空层2021的导热油吸收热量转移至外真空层2022中，通过侧壁进行散热，提高散热效率，避免电池在高温下工作；
S4、当车辆熄火暂停使用时，此时关闭注油泵411、上电磁阀409以及外电磁阀407，打开下电磁阀415，启动抽油泵413，将内真空层2021和外真空层2022中的导热油抽到保温油箱401中，形成双层真空隔热保温；
S5、当壳体组件2内的温度降低到0℃时，关闭下电磁阀415，打开注油泵411以及内电磁阀405，形成内循环，对壳体组件2内进行温度控制，避免电池本体1的温度降低，便于下一次进行使用。
在车辆上安装有用于与单片机连结的控制器，能够通过人为进行调节电池工作状态或参数。
在实际应用时，
本发明低温磷酸铁锂锂离子动力电池，通过将导热体嵌在绝缘壳体101的两侧，提高电池本体1的导热效果，便于对其进行加热或散热；通过双层真空的不锈钢框体202以及传输机构4的设置，能够实现对电池本体1预热的作用；同时可以进行保温隔热，避免在低温环境中工作；还可以在工作中进行散热，避免电池本体1在高温环境中工作；通过超级电容3能够进行先放电工作，待电池本体1温度较高时，切换至电池本体1放电工作，避免了电池本体1在低温下工作的情况。本发明低温磷酸铁锂锂离子动力电池的放电方法，通过双电池智能管理模块配合单片机控制传输机构4进行工作，实现智能化，无需人为操作，十分方便。
通过上面具体实施方式，所述技术领域的技术人员可容易的实现本发明。但是应当理解，本发明并不限于上述的具体实施方式。在公开的实施方式的基础上，所述技术领域的技术人员可任意组合不同的技术特征，从而实现不同的技术方案。
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