一种电池组件及其高低温管理控制方法、气溶胶生成装置与流程

1.本发明涉及电池、气溶胶生成装置技术领域，具体涉及一种电池组件及其高低温管理控制方法、气溶胶生成装置。


背景技术：

2.在电子烟等气溶胶生成装置中，电池作为能量供应单元，是整个装置的“心脏”，其性能决定和影响了气溶胶生成装置的使用寿命、安全性等关键参数，而电池的稳定性、安全性问题归根结底反映在温度上。在气溶胶生成装置中，温度对电池的影响通常表现在两个方面；一方面在低温环境下，比如冬季，电池内部的电化学反应活性下降，电池容量减少，气溶胶生成装置的续航能力变差，甚至无法正常启动加热功能，不能满足消费者使用需求。且当电池温度低于一定值时，电池不能直接充电，面临低温充电存在的安全隐患；另一方面，由于气溶胶生成装置中加热区域温度高，电池暴露在高温环境下的几率大。同时在气溶胶生成过程中，电池放电电流大，电池内部温度不断升高，电池的容量、寿命、使用稳定性以及安全性都将受到显著影响。尤其在高温的夏季，电池产热速率大于散热速率，电池温度突然升高导致热失控，便可能引起起火、爆炸等现象。因此，对电池进行高低温管理以及安全管理是气溶胶生成装置中必不可少的设计环节。
3.目前，对气溶胶生成装置的电池以及装置本身的安全管理相关专利较少，有专利[cn105342009b]将电池电源的电荷水平与向加热元件施加预定加热周期的预定阈值周期进行比较，以保证在发烟模式下，发热元件的温度维持在操作温度，同时防止电池过放电，从而防止电池短路。专利[cn106572701b]为防止电池短路，带来安全隐患，该发明通过电压控制第一充电触头与可再充电电源之间的电压差低于第一阈值电压，防止第一电触头与可再充电电源之间有电流流过开关，以此方式实现短路保护。专利[cn110494052a]为防止气溶胶生成装置过热，进而引发安全问题，采用控制单元检测装置是否运作以及电池是否正在充电。当控制单元检测到气溶胶生成装置在运作时，阻止电池充电；当检测到电池正在充电时，控制单元阻止装置运作。专利[cn113039698a]为增加气溶胶生成装置电池的寿命并提高其使用安全性，从装置的存储器单元获取其电池有关的历史数据，确定电池的健康状态，然后基于所确定的健康状态，对气溶胶生成装置执行动作。
[0004]
以上专利技术都是从电路设计等方面对气溶胶生成装置以及电池进行控制和保护，没有考虑到在系统已经发生过热或者处在高温情况下的保护措施，同时没有考虑到低温环境下，电池的安全性问题。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的在于提供一种电池组件及其高低温管理控制方法、气溶胶生成装置，以期解决背景技术中的技术问题。
[0006]
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0007]
一种电池组件，包括:电池本体,用于提供能量；电池外壳，用于至少部分包围所述
电池本体；导热部件，设置在电池本体和电池外壳之间；加热件，布置于电池本体上，用于对所述电池本体和导热部件进行加热；温度传感器，布置于电池本体上，用于检测电池本体的温度；控制部件，分别电性连接于加热件和温度传感器。
[0008]
在一些实施例中，所述在电池本体为磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂正极材料中的一种或几种制成的可充电型锂离子电池。
[0009]
在一些实施例中，电池外壳由尼龙、聚苯砜、聚碳酸酯中的一种或几种制成。
[0010]
在一些实施例中，所述导热组件由石墨烯、金、银、铜或氮化铝、氮化硼中的一种或几种。
[0011]
在一些实施例中，所述加热件为加热板或加热膜或加热片，加热件包括电阻加热元件和基底，电阻加热元件由具有电阻温度系数特征的材料形成。
[0012]
在一些实施例中，电阻加热元件所述电阻加热元件由铂、钨、镍铬合金中的一种或几种构成；所述基底由电绝缘材料形成。
[0013]
在一些实施例中，在电池本体的上下两侧端由泡沫垫包裹填充。
[0014]
本发明还提供了一种电池组件的高低温管理控制方法，基于上述的电池组件实现，包括以下步骤：
[0015]
s1、温度传感器检测电池本体温度进而发出温度信号，控制组件接收温度信号；
[0016]
s2、当温度信号对应的温度tx低于设定的温度阈值t0时，控制组件控制加热件对电池本体和/或导热部件进行加热；
[0017]
s3、当温度信号对应的温度tx大于等于工作温度ta时，控制组件控制加热件对电池本体和导热部件停止加热；
[0018]
s4、当温度信号对应的温度tx大于等于安全温度t
h
时，停止电池本体对外供电，或者停止对电池本体充电。
[0019]
更为优选的技术方案是，所述温度阈值t0为10℃
‑
15℃；所述工作温度ta为25℃
‑
30℃；所述安全温度为50℃
‑
60℃。
[0020]
本发明还提供了一种气溶胶生成装置，基于上述的电池组件制成。同时，也根据上述电池组件的高低温管理控制方法来管理气溶胶生成装置的电池。
[0021]
本技术所披露的一种电池组件及其高低温管理控制方法、气溶胶生成装置可能带来的有益效果包括但不限于：
[0022]
本发明提出一种电池组件及气溶胶生成装置，该系统结构简单、散热效果好且可以对电池进行预热，有效提高电池稳定性能、增加使用寿命、提高安全性能。
[0023]
根据本发明的电池高低温管理方法，在环境温度较低时，温度传感器检测电池本体温度，控制组件根据温度传感器反馈的温度信号控制加热件对电池本体和导热组件进行加热，导热组件可以进一步将热量传递给电池本体，从而对电池进行预热，保证电池可以正常的进行充放电，提高电池的充放电性能；在环境温度较高时，导热组件将电池本体产生的热量传递至外壳体，从而可以及时快速地将电池本体产生的热量有效地散去，进而可以延长电池的使用寿命、使用稳定性及安全性。
附图说明
[0024]
图1和图2是根据本发明实施例1的电池组件安装在气溶胶生成装置内的不同角度
的纵向剖视图；
[0025]
图3是根据本发明实施例的电池组件安装在气溶胶生成装置内的电池本体与导热组件的示意图；
[0026]
图4是根据本发明实施例1的电池组件安装在气溶胶生成装置内的横向剖视图；
[0027]
图5是根据本发明实施例2的电池组件安装在气溶胶生成装置内的横向剖视图；
[0028]
图6是根据本发明实施例3的电池组件安装在气溶胶生成装置内的横向剖视图；
[0029]
其中：10
‑
外壁，101
‑
电池本体，11
‑
泡沫垫，102
‑
导热组件，103
‑
电池外壳，104
‑
加热件，105
‑
控制组件，106
‑
温度传感器。
具体实施方式
[0030]
为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
[0031]
相反，本技术涵盖任何由权利要求定义的在本技术的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本技术有更好的了解，在下文对本技术的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本技术。
[0032]
以下将结合图1
‑
6对本技术实施例所涉及的一种电池组件及其高低温管理控制方法、气溶胶生成装置进行详细说明。值得注意的是，以下实施例仅仅用于解释本技术，并不构成对本技术的限定。
[0033]
实施例1：
[0034]
如图1
‑
3所示，一种电池组件，包括:电池本体101,用于提供能量，例如，可以为气溶胶生成装置提供能量也可以为其他装置提供能量；电池组件包含电池本体101、泡沫垫11、导热组件102、电池外壳103、加热件104、控制组件105、温度传感器106。泡沫垫11布置于电池本体101两端壁，电池本体101设置在电池外壳103内部，导热组件102布置于电池本体101与电池外壳103之间，导热组件102紧密包裹在电池本体101侧壁，导热组件102形状与电池本体101形状保持一致。加热件104布置于电池本体101上端壁，导热的连接于导热组件102和电池本体101，温度传感器106，布置于电池本体101上，控制组件105布置于电池本体101上端壁，电性连接于温度传感器106和加热件104。
[0035]
参照图4，电池本体101呈圆柱型或椭圆型，电池外壳103全部或者部分的包围电池本体101，电池外壳103与电池本体101形状保持一致。导热组件102布置于电池本体101与电池外壳103之间，且作为一个连续性的组件完全包围电池本体101，大体呈空心圆柱或者空心椭圆柱形状。
[0036]
具体而言，电池本体101两端壁由泡沫垫11包裹填充，防止电池本体101受到挤压冲击。电池本体101设置在电池外壳103内部，导热组件102导热地连接于电池本体101与电池外壳103之间，导热组件102可以连续性或间隔性的布置于电池本体101与电池外壳103之间，导热组件102可以传递热量。例如，导热组件102可以将电池本体101上的热量传递至电池外壳103上，电池外壳103进一步将热量扩散至气溶胶生成装置外壁10，导热组件102也可以将热量传递至电池本体101上。
[0037]
加热件104同时对电池本体101和导热组件102进行加热，加热件104可以设在电池本体101和导热组件102端壁上。温度传感器106用于检测电池本体101的温度，以及用于根据检测到的电池本体101的温度产生温度信号，温度传感器106可以设置在电池本体101上。控制组件105分别电性连接于加热件104和温度传感器106，控制组件105用于接收温度信号，以及根据温度信号控制加热件104加热或停止加热。
[0038]
在温度较低的环境中(例如冬季)，气溶胶生成装置中电池本体101以及周围环境的温度较低，电池本体101内部的化学反应动力学降低，不利于电池本体101的充电和放电性能。当温度传感器106检测到电池本体101的温度较低(低于10℃时)，温度传感器106将温度信号传递给控制组件105，控制组件105控制加热件104工作，直接对电池本体101一端壁进行加热，同时对导热组件102进行加热，导热组件102利用其高导热性能，将热量传递至电池本体101侧壁，由此可以对电池本体101快速且均匀地加热。当电池本体101的温度达到设定的温度值25℃时，控制组件105控制加热件104停止加热，从而可以在低温环境下对电池本体101进行快速预热，保证电池组件可以正常的进行充放电，以提高气溶胶生成装置的使用性能。
[0039]
在温度较高的环境中(例如夏季)，气溶胶生成装置的电池组件在工作过程中，放电功率高放电电流大，电池本体101产生大量的热量不易散出。同时，由于气溶胶生成装置的发热元件部位发热温度高，累积热量大，导致电池本体101周围环境温度上升。
[0040]
当温度传感器106检测到电池本体101的温度较高，温度传感器106将所检测到温度信号传递给控制组件105，控制组件105控制加热件104不工作，此时，导热组件102可以将电池本体101的热量以及电池本体101周围的热量传递至电池外壳103，最终热量通过电池外壳103向气溶胶生成装置下壳体外壁10散去。
[0041]
进一步当温度传感器106检测到温度信号大于50℃时，气溶胶生成装置的主控系统关断电池本体101的电源输出，同时导热组件102将电池本体101及周围的热量导出。该方法可以及时有效地将电池本体101产生的热量向外界环境散去，从而延长电池组件的使用寿命、使用稳定性及安全性。
[0042]
在一些实施例中，电池为磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂等正极材料所组成的可充电型锂离子电池。电池外壳103为尼龙(ppa)、聚苯砜(ppsu)、聚碳酸酯(pc)等耐高温高分子聚合物材料。在电池本体101的上下两侧端由泡沫垫11包裹填充。电池本体101端壁由泡沫垫11包裹填充作为缓冲层，保护电池本体101。
[0043]
在一些实施例中，导热组件102沿电池本体101的周向或高度方向设置，导热地连接于电池本体101的侧壁，可以是一组或者多组。导热组件102由导热材料组成，可以是石墨烯，或金、银、铜等金属材料，或氮化铝、氮化硼等化合物中的一种或几种。
[0044]
在一些实施例中加热件104布置于电池本体101端壁，并导热地连接于导热组件102。加热件104为加热板或加热膜或加热片，加热件104包括电阻加热元件和基底，该加热元件由具有电阻温度系数特征的材料形成，且具有较大的电阻温度系数，其可以是铂、钨、镍铬合金等中的一种或几种；基底由电绝缘材料形成，可以是氧化钴、氧化铝、原硅酸镁等陶瓷材料。
[0045]
本发明还提供了一种电池组件的高低温管理控制方法，基于上述的电池组件实现，包括以下步骤：
[0046]
s1、温度传感器106检测电池本体101温度进而发出温度信号，控制组件105接收温度信号；
[0047]
s2、当温度信号对应的温度tx低于设定的温度阈值t0时，控制组件105控制加热件104对电池本体101和/或导热部件进行加热；
[0048]
s3、当温度信号对应的温度tx大于等于工作温度ta时，控制组件105控制加热件104对电池本体101和导热部件停止加热；
[0049]
s4、当温度信号对应的温度tx大于等于安全温度th时，停止电池本体101对外供电，或者停止对电池本体101充电。
[0050]
更为优选的技术方案是，温度阈值t0为10℃
‑
15℃；工作温度ta为25℃
‑
30℃；安全温度为50℃
‑
60℃。
[0051]
本发明还提供了一种气溶胶生成装置，基于上述的电池组件制成。同时，也根据上述电池组件的高低温管理控制方法来管理气溶胶生成装置的电池。本发明提出一种气溶胶生成装置，该装置结构简单、散热效果好且可以对电池进行预热，有效提高电池稳定性能、增加使用寿命、提高安全性能。
[0052]
实施例2：
[0053]
参照图5，在本实施例中，电池本体101呈圆柱型或椭圆型，电池外壳103全部或者部分的包围电池本体101，电池外壳103与电池本体101形状保持一致。导热组件102布置于电池本体101与电池外壳103之间，作为多个间隔性的组件包围电池本体101，大体呈空心圆柱或者空心椭圆柱形状。其余部分均与实施例1相同，这里不再赘述。
[0054]
实施例3：
[0055]
参照图6，在本实施例中，电池本体101呈方型，电池外壳103全部或者部分的包围电池本体101，电池外壳103与电池本体101形状保持一致。导热组件102布置于电池本体101与电池外壳103之间，以一个或者多个组件包围电池本体101，大体呈方型。其余部分均与实施例1相同，这里不再赘述。
[0056]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。