本發(fā)明是一種可用于室外低溫環(huán)境下可以充電和放電的鋰電池組，是智能自行車，特別是智能公共自行車在低溫環(huán)境下可持續(xù)運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵組件之一。屬于電池和電子設(shè)備領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和動(dòng)能發(fā)電技術(shù)的發(fā)展和普及，智能自行車等室外應(yīng)用的智能設(shè)備越來越多。特別是面向城市公共交通的智能公共自行車，一方面需要有電池給智能設(shè)備提供電力支持，另一方面又希望通過自行車騎行過程中產(chǎn)生的動(dòng)能來給電池充電（也有產(chǎn)品利用風(fēng)能和太陽能來給電池充電），以達(dá)到不需要要人工充電就可以保證公共自行車可持續(xù)運(yùn)營(yíng)的目的。而鋰電池一般都只能在0℃至45℃的溫度范圍內(nèi)可以充電，并且低溫環(huán)境下給鋰電池充電對(duì)電池的損壞也特別大。目前很多廠商，為了解決低溫環(huán)境下的鋰電池放電的問題，大多采用的方式是在鋰電池材料里面加入特殊材料，比如采用鈦酸鋰，或選用VGCF和比表面積在(2000±500) ㎡/g的活性炭為添加劑及其相匹配的正負(fù)極材料，注入添加特殊添加劑的特種電解液等。并且這些專門生產(chǎn)的特種低溫鋰電池一般都只解決了低溫環(huán)境下的放電問題，而對(duì)低溫環(huán)境的充電問題解決得都不太好，或者說這些產(chǎn)品并不關(guān)注低溫環(huán)境下的充電問題。針對(duì)智能公共自行車騎行過程中持續(xù)發(fā)電特點(diǎn)，在低溫環(huán)境下如何給電池充電并且還不對(duì)鋰電池造成損壞，本發(fā)明提出了一種保溫加輔熱的方法，可以在低溫環(huán)境下給鋰電池充電，并且不對(duì)鋰電池造成損壞。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目標(biāo)是解決低溫環(huán)境下鋰電池的充電問題，希望通過保溫和輔熱的方式，通過自主設(shè)計(jì)的控制主板，在低溫環(huán)境下也可以給鋰電池充電，保證電池的持續(xù)可用。本發(fā)明利用普通的工業(yè)18650電池作為電池芯，通過多節(jié)電池芯的組合做成不同規(guī)格的產(chǎn)品（附圖1中的示意圖是以4節(jié)18650電池，2X2組合的產(chǎn)品），在電池組的加上直流電熱膜，在電熱膜外面再加上保溫膜，通過溫度感應(yīng)器通知專門設(shè)計(jì)的電池控制主板是讓電熱膜加熱還是給電池充電。本發(fā)明的具體技術(shù)方案是：一種低溫可充電鋰電池組，該電池組包括：輸出端（1）、主控智能電路板（3）、電芯（10）、保溫膜（11）、溫控開關(guān)（12、15）、發(fā)熱膜（16）、鎳片（4、8、13）、絕緣片（2、5、6、7、9、14）等。通過自主設(shè)計(jì)的主控智能電路板，通過溫控開關(guān)來控制電熱膜的供電或給電池充電，從而達(dá)到低溫環(huán)境下給鋰電池充電的目的。進(jìn)一步的，在低溫環(huán)境下，通過保溫和輔熱機(jī)制，可以把動(dòng)能發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能給鋰電池組充電和保持適當(dāng)?shù)膬?nèi)部溫度讓電池可以持續(xù)供電，解決了低溫環(huán)境下，長(zhǎng)期在室外工作的智能自行車等設(shè)備的電池可用性問題。

進(jìn)一步的，其中主控智能電路板包括了單片機(jī)系統(tǒng)、充電和充電恒流電單元、加熱器控制單元、USB輸出單元、電源分配單元等等，主控智能電路板是電源充電、輔熱、輸電的控制中樞，通過可編程的單片機(jī)系統(tǒng)，接收兩個(gè)溫控開關(guān)（分別監(jiān)測(cè)電池內(nèi)部和外部溫度）的溫度變化信號(hào)，自動(dòng)根據(jù)溫度的變化來對(duì)電池進(jìn)行充電或輔熱的處理，如果沒有電流輸出，而電池內(nèi)部溫度特別低（接近電池供電的最低溫度）時(shí)，還會(huì)利用電池本身的電能來進(jìn)行輔熱，保證電池的持續(xù)供電。

進(jìn)一步的，溫控開關(guān)包括了內(nèi)部溫控開關(guān)和外部溫控開關(guān)等，內(nèi)部溫控開關(guān)置于電池組的中部，用于監(jiān)測(cè)電池內(nèi)部的溫度，并根據(jù)設(shè)定的閥值向主控智能電路板發(fā)送電池內(nèi)部的溫度變化信號(hào)；外部溫控開關(guān)置于控制主板的外側(cè)，用于監(jiān)測(cè)周圍環(huán)境的溫度變化，并根據(jù)設(shè)定的閥值向主控智能電路板發(fā)送周圍環(huán)境的溫度變化信號(hào)。

更進(jìn)一步的，發(fā)熱膜是采用電熱轉(zhuǎn)換效能非常高的硅膠電熱膜，硅膠電熱膜是比較柔軟可定制的電熱膜，可以根據(jù)電池組的不同組合進(jìn)行定制，以達(dá)到最優(yōu)的輔熱效果。

更進(jìn)一步的，保溫膜柔韌度高，保溫性能好的保溫膜既作為電池組的外包裝，又起到隔熱保溫的作用。

通過這個(gè)實(shí)用的設(shè)計(jì)，可以解決低溫環(huán)境下，智能自行車的充電和供電問題。相比特種低溫鋰電池的制作方法，本發(fā)明有如下特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：

1、取材方便，成本低廉。所采用的鋰電池芯是市場(chǎng)上唾手可得的工業(yè)用18650標(biāo)準(zhǔn)電池芯，不需要特殊工藝加工生產(chǎn)，采購(gòu)成本也低；

2、由于采用了高性能的電熱膜，電熱轉(zhuǎn)換率高，用很少的電量就可以獲得比較高的熱能，輔熱效果好；

3、在電池已充滿的情況下，主控智能電路板會(huì)根據(jù)室外溫度的情況，適當(dāng)提高電池組的溫度，讓電池的放電性能更好。

附圖說明：

圖1：本發(fā)明各零件總體設(shè)計(jì)圖；

圖2：本發(fā)明主控智能電路板電路設(shè)計(jì)圖；

具體實(shí)施方案：

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目標(biāo)，本發(fā)明設(shè)計(jì)了專用的主控智能電路板，通過溫控開關(guān)感知電池組的內(nèi)部溫度，根據(jù)設(shè)定的溫度條件來判定是給加熱片進(jìn)行加熱提升鋰電池的周圍溫度，還是給鋰電池充電。并且在鋰電池充滿電的情況下，適當(dāng)提高鋰電池的工作溫度，以達(dá)到更佳的放電性能。下面對(duì)本發(fā)明的幾個(gè)關(guān)鍵實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。

低溫充電機(jī)制：

在低溫環(huán)境下，如果發(fā)電機(jī)工作有輸入電流的情況下，如果鋰電池組的內(nèi)部溫度比較低，低于鋰電池正常充電需要的最低溫度時(shí)（比如低于0℃），智能控制主板將電流輸出給電熱膜對(duì)電池組進(jìn)行加溫。當(dāng)電池組的內(nèi)部溫度升高到鋰電池可以正常充電的溫度時(shí)，智能控制主板根據(jù)電池的剩余電量來判斷是否需要給電池充電。如果需要給電池充電，就停止給加熱片供電，將電流輸出給鋰電池進(jìn)行充電，如果不需要充電（電池已滿），則繼續(xù)給電池組加熱，充分利用發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能（詳見下面的剩余電量輔熱機(jī)制）。

低溫輔熱機(jī)制：

當(dāng)周圍環(huán)境溫度很低，低于鋰電池的最低放電溫度的環(huán)境下，如果發(fā)電機(jī)的也沒有工作的情況下，智能控制板會(huì)在電池內(nèi)部溫度低于某個(gè)值（比如—20℃），利用鋰電池的電能給加熱片供電，以保證電池組可以持續(xù)供電。當(dāng)電池組內(nèi)部溫度提升到某個(gè)值后（比如-5℃），輔熱功能終止。

過充保護(hù)機(jī)制：

當(dāng)電池已經(jīng)充滿，智能控制主板停止給電池充電，避免給電池組過度充電。

剩余電量輔熱機(jī)制：

在低溫環(huán)境下，電池已經(jīng)充滿，但電池組的內(nèi)部溫度不太高的情況下，智能控制主板將發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的剩余電力供給電熱膜，提高電池組的內(nèi)部溫度，提升電池的使用效率，延長(zhǎng)電池在低溫環(huán)境下的使用時(shí)間和使用壽命。當(dāng)加熱導(dǎo)致電池組內(nèi)部溫度達(dá)到某個(gè)較高值（比如40℃）時(shí)，智能控制主板停止給加熱片供電。并斷開發(fā)電機(jī)的電路，讓發(fā)電機(jī)停止給電池組供電。