CN117175121A - 一种高寒环境下使用的应急电池组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高寒环境下使用的应急电池组，包括壳体、绝热层、设置在壳体内部的锂二氧化硫电池组、自动激活稳压电路，自动激活稳压电路置于壳体一端，置于壳体中。本发明的壳体为电池组提供机械强度及一定保温性能；绝热层收集电池在工作过程中产生的轻微热量，利于电池继续工作；稳压部分保证电压输出的稳定，避免发生输出电压不稳定现象；激活部分避免锂二氧化硫电池组长期存放后存在的滞后现象无法给稳压组件供电。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池领域，具体涉及一种高寒环境下使用的应急电池组。
背景技术
高寒环境中使用的供电能源供应一直是高寒环境(登山、野外作业、军事)中难以解决的问题。在高寒环境中，缺乏能量补给，无法为二次电池充电，且二次电池的低温特性决定其无法在高寒环境放出大部分能量，仅能做维持性质的小电流输出，且二次电池的自放电率较大，一般年损失其能量的15％左右。因此，设计一种免维护、适合长期存放及随时使用的应急电池组显得必要。
发明内容
本发明目的在于提供一种高寒环境下使用的应急电池组，该电池组能在-40℃情况下输出额定75％能量。能在免维护情况下，5年内保持90％以上的能量，适合应急高寒环境使用。
为了实现以上技术目的，本发明采用如下技术方案：
一种高寒环境下使用的应急电池组，包括壳体、绝热层、设置在壳体内部的锂二氧化硫电池组、自动激活稳压电路，自动激活稳压电路置于壳体一端，置于壳体中。
进一步地，所述的锂二氧化硫电池组采用8个电池电芯，四串二并设计。
进一步地，所述的电池是一种圆柱形一次电池，内部电极为卷绕式结构。
进一步地，所述的电池的正负极引出由金属－玻璃－金属封装绝缘，全密封结构。
进一步地，所述的电池的钢壳由冷轧镀镍钢板制成。
进一步地，所述的电池的工作温度范围：-55℃～+65℃。
进一步地，所述的绝热层为EVA棉。
进一步地，所述自动激活稳压电路包括连接线、LED指示灯、激活部分及稳压部分、开关、USB接口，连接线、正负极与电池组正负极分别连接。
进一步地，所述壳体通过卡扣或超声波焊接密封。
进一步地，所述USB接口可接电热背心或应急通讯等用电器具。
与类似现有技术相比，本发明具有如下技术优势：
(1)本发明采用超低温型的锂二氧化硫电芯为能量来源。
(2)本发明的锂二氧化硫电芯采用电液纯化工艺设计，保证其低滞后性及低容量降低率。
(3)本发明使用EVA棉绝热层增加其放电的稳定性。
(4)本发明使用自动激活电路及5VDCDC直流降压电路，稳压输出电路保证其输出的电压的稳定。降压芯片可能为ETA2893、WD5030，SG1524、MP1495S，SL1581或类似DCDC降压芯片。
(5)本发明设计开关，开关导通时，电池组通过设置于自动激活稳压板上的功率电阻直接放电激活。激活后，电池组可通过稳压输出电路输出恒电压，保证电池组随时可处于可输出状态。
(6)本发明方便的USB接口设计，使其能接电热背心及其他应急用电设备。
(7)本发明的壳体为电池组提供机械强度及一定保温性能；绝热层收集电池在工作过程中产生的轻微热量，利于电池继续工作；稳压部分保证电压输出的稳定，避免用电器具电压波动；激活部分避免锂二氧化硫电池组长期存放后存在的滞后现象无法给稳压组件供电。
附图说明
图1为本发明的高寒环境下使用的应急电池组的结构示意图；
图2为激活部分电路图；
图3为稳压部分电路图；
图4为优质电池在接入电阻后的t_min时间，能快速恢复到激活电压V_Threshold阈值以上，U1判断电池无钝化，控制Q2截止相关图；
图5为轻度滞后电池接入电阻后的t_min时间，电池电压降到阈值电压V_Threshold以下，U1判断电池有钝化相关图；
图6为深度滞后电池接入电阻后的t_min时间，电池电压降到阈值电压V_Threshold以下，U1判断电池有钝化相关图；
图7为U1判断电池激活失败，控制Q2截止，激活电路停止工作相关图。
具体实施方式
如图1所示，一种高寒环境下使用的应急电池组，包括壳体、绝热层、设置在壳体内部的锂二氧化硫电池组、自动激活稳压电路。
所述的锂二氧化硫电池组采用8个电池电芯，四串二并设计，连接成排装后，表层覆盖EVA棉作为绝热层，置于壳体中。自动激活稳压电路包括连接线、LED指示灯、激活部分(见图2)及稳压部分(见图3)、开关、USB接口组成，自动激活稳压电路置于壳体一端，连接线、正负极与电池组正负极分别连接。壳体通过卡扣或超声波焊接密封。
所述的电池是一种圆柱形一次电池，内部电极为卷绕式结构，负极活性物质为金属锂，正极活性物质为液体二氧化硫。正负极引出由金属－玻璃－金属封装绝缘，全密封结构，壳体由冷轧镀镍钢板制成。所述的电池的工作温度范围：-55℃～+65℃。
USB接口可接电热背心或应急通讯等用电器具。
自动激活稳压电路原理图说明：
一、自动检测功能：电源板可在开机时自动检测电池是否钝化。
二、激活0V电压：当激活钝化电池时，电源板在激活电压低致0V时仍能可靠工作。
三、控制点：电源板重要控制点及参数有
1.激活阈值电压V_Threshold，由低功耗三端电压比较IC：U1进行设定。
2.最短激活与测试时间t_min，由C3充电时间进行设定。
3.最长激活限制时间t_max，由C1 C2放电时间进行设定。
四、控制原理：
控制点V_Threshold t_min t_max构建一个矩形阈值激活工作区域，将不同工况的电池控制在此范围内。
开关在OFF位置时，电池对C1 C2充电作为电源板后备电源。
开关在ON位置时，Q2先导通，将激活/测试电阻R1～R8接入电池端：
1.优质电池在接入电阻后的t_min时间内，能快速恢复到激活电压V_Threshold阈值以上，U1判断电池无钝化，控制Q2截止，如图4。
快速转到正常工作模式，ETA2893 U1 DC-DC5V电路工作，给用户负载提供稳定DC5V电源。
2.轻度或深度滞后电池接入电阻后的t_min时间内，电池电压降到阈值电压V_Threshold以下，U1判断电池有钝化，如图5，图6。
控制激活电阻继续工作到最长激活限制时间t_max，如果钝化电池能在t_min～t_max时间段内被激活，且电压高于阈值电压V_Threshold，
U1判断电池激活完成，控制Q2截止。转到正常工作模式，ETA2893 U1 DC-DC5V电路工作，给用户负载提供稳定DC5V电源。
3.当深度滞后不可激活电池接入电阻后的t_min时间内，电池电压降到阈值电压V_Threshold以下，U1判断电池有钝化，
U1控制激活电阻继续工作到最长激活限制时间t_max，如果钝化电池在t_min～t_max时间段内无法被激活，电压低于阈值电压V_Threshold，
则U1判断电池激活失败，控制Q2截止，电路板停止工作，如图7。
本发明的单电池新电及储存电池常温、低温容量对比见表1。
表1单电池新电及储存电池常温、低温容量对比表
本发明的单节WR18700电芯储存时间长，在5年的储存期中，能量损失率不超过10％。随时可以激活使用。
本发明的应急电池组新电及储存电池常温、低温放电时间及能量对照见表2。
表2应急电池组新电及储存电池常温、低温放电时间及能量对照表
| 放电方式 | 放电时间 | 放电能量 | |
| 4WR18700-2新电 | 25℃10W恒功率 | 5.3h | 53Wh |
| 4WR18700-2新电 | -40℃5W恒功率 | 8.2h | 41Wh |
| 4WR18700-2三年 | 25℃10W恒功率 | 4.9h | 49Wh |
| 4WR18700-2五年 | 25℃10W恒功率 | 4.8h | 48Wh |
由表2可知：本发明电池组能在-40℃情况下输出额定75％能量，在-40℃环境中输出75％能量；能在免维护情况下，5年内保持90％以上的能量，适合应急高寒环境使用。
Claims (10)
1.一种高寒环境下使用的应急电池组，其特征在于，包括壳体、绝热层、设置在壳体内部的锂二氧化硫电池组、自动激活稳压电路，自动激活稳压电路置于壳体一端，置于壳体中。
2.根据权利要求1所述的高寒环境下使用的应急电池组，其特征在于，所述的锂二氧化硫电池组采用8个电池电芯，四串二并设计。
3.根据权利要求2所述的高寒环境下使用的应急电池组，其特征在于，所述的电池是一种圆柱形一次电池，内部电极为卷绕式结构，正极活性物质为二氧化硫。
4.根据权利要求2所述的高寒环境下使用的应急电池组，其特征在于，所述的电池的正负极引出由金属－玻璃－金属封装绝缘，全密封结构。
5.根据权利要求2所述的高寒环境下使用的应急电池组，其特征在于，所述的电池的壳体由冷轧镀镍钢板制成。
6.根据权利要求-5任一项所述的高寒环境下使用的应急电池组，其特征在于，所述的电池的工作温度范围：-55℃～+65℃。
7.根据权利要求1所述的高寒环境下使用的应急电池组，其特征在于，所述的绝热层为EVA棉。
8.根据权利要求1所述的高寒环境下使用的应急电池组，其特征在于，所述自动激活稳压电路包括连接线、LED指示灯、激活部分及稳压部分、开关、USB接口，连接线、正负极与电池组正负极分别连接。
9.根据权利要求1所述的高寒环境下使用的应急电池组，其特征在于，所述壳体通过卡扣或超声波焊接密封。
10.根据权利要求1所述的高寒环境下使用的应急电池组，其特征在于，所述USB接口可接包括电热背心或应急通讯用电器具。
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