一种带自动加热结构的组合式电池的制作方法

电气元件制品的制造及其应用技术1.本发明涉及卫星通信技术领域，具体涉及一种带自动加热结构的组合式电池。背景技术：2.室外应用的设备经常受到低温天气的影响，其中供电能力决定设备的使用时间。而针对卫星通信设备，电池作为其中的供电系统，直接影响了设备的使用时间，而卫星通信设备一般配备锂电池，锂电池较为理想的工作范围为15℃-40℃，而卫星通信设备的使用环境极可能低于0℃，在低温条件下，电池可能出现容量降低、内阻升高、内部副反应增加等问题，尤其是在低温充电的过程中，可能出现析锂现象，极大影响电池寿命，并有安全隐患。普通电池可以大规模生产，成本低，而生产专门应用在卫星通信设备上的低温电池则成本较高。3.目前电池以及加热系统主要针对于汽车以及大规模电池组，利用ptc或相关电路进行加热，并对电池加热系统进行控制。而对于户外设备而言，比如卫星通信设备，卫星通信产品经常在恶劣条件下使用，且由于卫星信号不能被建筑物等其他物体遮挡，所以卫星通信设备常用在室外，作为便携式卫星通信终端，所有设备设计便携、易用，方便背负以及现场组装、使用，其用不到大规模电池组，不适用于复杂的加热单元以及电池系统。因此，开发户外设备专用的低温电池供电方案，更加有利于现有设备的使用，并提高产品设备性价比。技术实现要素：4.本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种带自动加热结构的组合式电池。5.为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：一种带自动加热结构的组合式电池，包括低温电池组、mcu控制器、常温电池组、充/放电插头和电源开关，所述低温电池组的充电口连接充/放电插头，用于充电，所述低温电池组的放电口连接mcu控制器的电源端，用于为mcu控制器供电，所述常温电池组的充/放电口通过电源开关连接充/放电插头4，用于充电和放电，所述电源开关的控制端连接mcu控制器，用于控制电源开关的启闭，从而控制常温电池组的充电和放电。6.进一步的，在所述常温电池组上设有第一温度传感器和加热垫，分别用于感应常温电池组的温度和对常温电池组加热，所述第一温度传感器的数据输出端连接mcu控制器的信号输入端，用于将常温电池组温度ta传输给mcu控制器，在所述mcu控制器处设有第二温度传感器，用于感应环境温度，所述第二温度传感器的数据输出端连接mcu控制器的信号输入端，用于将环境温度数据tb传输给mcu控制器，所述低温电池组通过mcu控制器连接加热垫，由低温电池组供电、mcu控制器控制加热垫的工作状态；mcu控制器设定最低限定温度t0和工作需要温度t1：当常温电池组温度ta《最低限定温度t0时，mcu控制器控制电源开关关闭，并且mcu控制器通过pwm控制加热垫以最大功率p=1.0工作；当最低限定温度t0《常温电池组温度ta《工作需要温度t1时,mcu控制器通过pwm控制加热垫以功率p(n)=k1*(ta-tb)+p(n-1)工作，式中，k1为均匀加热系数；当常温电池组温度ta》工作需要温度t1时，mcu控制器控制电源开关开启，通过充/放电插头4对外正常供电或充电，并且mcu控制器通过pwm控制加热垫以功率p=k2*(t1-tb)继续工作，式中，k2为功率保持加热系数，从而维持现有的电池温度。7.进一步的，所述均匀加热系数k1由现场实验确定，由于系统的迟滞效应，前一时间片加热的功率p还未有完全反映在当前的温度传感器检测到的信息当中，当常温电池组被加热一定时间之后，逐渐降低加热功率，以实现均匀受热并节省加热功耗之目的。8.进一步的，所述功率保持加热系数k2根据实验确定，给定一个功率p，维持常温电池组的当前温度到一个合理范围，从而保证常温电池组的温度不会降低到工作需要温度t1以下，降低加热功耗。9.进一步的，所述第一温度传感器采用热电偶a，所述第二温度传感器采用热电偶b。10.进一步的，所述加热垫采用石墨烯加热垫。11.本发明的有益效果是:本发明以混合式电池工作模式，利用低温电池组加热常温电池组并对加热功率进行控制，保证常温电池组在适宜的温度下工作，极大提高组合式电池的工作可靠性和时长。附图说明12.图1为本发明的结构框图；图2为本发明实施例中的热备份系统结构框图。13.图中标号说明：1、低温电池组，2、mcu控制器，3、常温电池组，4、充/放电插头，5、电源开关，6、加热垫，（a，b）、热电偶。具体实施方式14.下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。15.参照图1所示，一种带自动加热结构的组合式电池，包括低温电池组1、mcu控制器2、常温电池组3、充/放电插头4和电源开关5，所述低温电池组1的充电口连接充/放电插头4，用于充电，所述低温电池组1的放电口连接mcu控制器2的电源端，用于为mcu控制器2供电，mcu控制器2平时处于低功耗模式，当检测到充电/放电时，被唤醒，所述常温电池组3的充/放电口通过电源开关5连接充/放电插头4，用于充电和放电，所述电源开关5的控制端连接mcu控制器2，用于控制电源开关5的启闭，从而控制常温电池组3的充电和放电。16.在所述常温电池组3上设有第一温度传感器和加热垫6，分别用于感应常温电池组3的温度和对常温电池组3加热，所述第一温度传感器的数据输出端连接mcu控制器2的信号输入端，用于将常温电池组温度ta传输给mcu控制器2，在所述mcu控制器2处设有第二温度传感器，用于感应环境温度，所述第二温度传感器的数据输出端连接mcu控制器2的信号输入端，用于将环境温度数据tb传输给mcu控制器2，所述低温电池组1通过mcu控制器2连接加热垫6，由低温电池组1供电、mcu控制器2控制加热垫6的工作状态；mcu控制器2设定最低限定温度t0和工作需要温度t1：当常温电池组温度ta《最低限定温度t0时，mcu控制器2控制电源开关5关闭，并且mcu控制器2通过pwm控制加热垫6以最大功率p=1.0工作；当最低限定温度t0《常温电池组温度ta《工作需要温度t1时,mcu控制器2通过pwm控制加热垫6以功率p(n)=k1*(ta-tb)+p(n-1)工作，式中，k1为均匀加热系数，n为计算次数，p(n)表示计算过程的第n次，p(n-1)表示计算过程的第n-1次；当常温电池组温度ta》工作需要温度t1时，mcu控制器2控制电源开关5开启，通过充/放电插头4对外正常供电或充电，并且mcu控制器2通过pwm控制加热垫6以功率p=k2*(t1-tb)继续工作，式中，k2为功率保持加热系数，从而维持现有的电池温度。17.所述均匀加热系数k1由现场实验确定，由于系统的迟滞效应，前一时间片加热的功率p还未有完全反映在当前的温度传感器检测到的信息当中，当常温电池组3被加热一定时间之后，逐渐降低加热功率，以实现均匀受热并节省加热功耗之目的。18.所述功率保持加热系数k2根据实验确定，给定一个功率p，维持常温电池组3的当前温度到一个合理范围，从而保证常温电池组3的温度不会降低到工作需要温度t1以下，降低加热功耗。19.所述第一温度传感器采用热电偶a，所述第二温度传感器采用热电偶b。20.所述加热垫6采用石墨烯加热垫。21.在本实施例中，将多个本发明带自动加热结构的组合式电池组成热备份装置，以两个为例，第一个为电池a，第二个为电池b，电池a和电池b都能通过充/放电插头4进行充电和放电，在电池a和电池b上分别设置开关a和开关b，分别用于控制电池a和电池b的启闭，开关a和开关b的控制端连接mcu控制器2，mcu控制器2可以分别控制开关a和开关b的启闭，引入充电控制板，充电控制板的设置在充/放电插头4与电池之间，充电控制板的控制输入端与mcu控制器2连接，充电控制板的控制输出端分别与电池a和电池b连接，也能用于分别控制开关a和开关b的启闭，充电控制板的输入/输出端与充/放电插头4连接，用于通过充/放电插头4充电或对设备供放电，充电控制板支持通用充电协议，并通过其中的大功率协议实现对于充电器的电压诱骗、电压的双向充电/放电控制，其中对于充电器的协议控制兼容大功率充电协议，由于卫星设备功耗经常在50w-100w之间，目前的快充协议可以满足功率要求，如pd100的20v/5a的使用功率以及qc4.0中的20v/5a的功率，充电控制板上带有dc/dc模块，将外部电压转换为16.8v的内部电压，为电池a和电池b充电，对于设备，直接使用20v电源，避免二次电压变换带来的效率损失。22.在对电池热备份时，通过充电电压直接为mcu控制器2，其中mcu控制器2内部电路会根据电压通过ad采样，计算当前电压：当处于放电状态时，默认打开开关a，关闭开关b，利用电池a为设备供电，电压低于一定程度，比如12.2v（一般电池最低放电电压为12v），则打开电源开关b，关闭开关a，通过电池b对设备进行供电；当电池b的电压同样降低时，再关闭开关b，打开开关a，电池在此过程中实际上已经进行了直接更换，从而实现不间断的多块电池连续供电，在实际应用时，可以针对设置更多的电池组这样切换，如电池c、电池d和电池e等。23.此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。24.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。









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