[发明专利]室外巡检机器人电池组

说明书

本发明提供了一种室外巡检机器人电池组，包括给所述机器人的驱动系统和信息采集与识别系统供电的第一电池；适时监测第一电池的温度的温度传感器；给第一电池供热的自动电加热装置；用于安装第一电池、温度传感器和自动电加热装置的电池箱；温度传感器、自动电加热装置与所述机器人的控制器通讯连接；所述电池组还包括安装在电池箱内的具有耐低温能力的第二电池，第二电池分别与自动电加热装置和温度传感器电连接。本发明通过将耐低温能力强的电池与能量密度高的电池组合使用，克服了现有的耐低温性能强的电池所普遍存在的因能量密度低而难以高效率地控制并驱动室外巡检机器人工作的技术缺陷。

技术领域

本发明属于机器人制造技术与电池制造技术的交叉领域，具体涉及一种室外巡检机器人电池组。

背景技术

室外巡检机器人，是依靠其自身携带的电池(组)给机器人的控制系统、驱动系统和信息采集与识别系统提供电能，从而控制并驱动机器人完成工作。现有的、投入实际应用的室外巡检机器人，大多使用液态锂电池(组)，其原因是，一方面，相对于传统的蓄电池，锂电池具有诸多优点，另一方面，相对于现有的固态锂电池(不包括用于低能耗用品的小容量固态锂电池)，液态锂电池的生产成本较低，且技术上更加成熟。然而，液态锂电池也存在一个较为明显的技术缺陷，那就是在低温环境下，其性能严重衰减，从而极大地限制了室外巡检机器人工作的时间、地域。例如，在北方寒冷的冬季，或者在昼夜温差极大的高寒山区，室外巡检机器人难以正常工作。

为了改善液态锂电池的低温性能，目前，本技术领域主要采用了以下两类技术方案：

其一，设置电池自动加热装置，当电池(组)的环境温度降至设定的温度值(该数值等于或者略高于电池正常工作的温度下限)时，由机器人的控制器发出指令，启动自动加热装置给机器人的电池(组)供热，以便确保电池(组)正常工作。采用这种技术方案，确实能在一定程度上解决了机器人电池(组)在低温环境下不能正常工作的问题。然而，由于给机器人电池(组)供热的电能来源于机器人电池(组)本身，而电池(组)在低温环境下又不能正常充放电，故在寒冷的季节或地域，机器人电池(组)需要持续地将电能转化为热能来确保其自身的正常工作，这就极大地增加了电能的消耗，使得电池(组)每充满一次电后，机器人有效工作时间大幅度缩短，不仅降低机器人的工作效率，而且也会因频繁的充电而缩短电池(组)的循坏寿命。

其二，通过改进锂电池的内部物质成分，特别是电解液的物质成分，来提高锂电池的耐低温能力。例如，有研究者撰文(Rashad Muhammad and AsifMuhammad.Understanding the low temperature electrochemistry of magnesium-lithium hybrid ion battery in all-phenyl-complex solutions[J].Journal ofEnergy Chemistry,2021,56:383-390.)指出，全苯基-四氢叶酸酯溶液(APC-THFsolutions)对锂电池的电解液的冻结有很强的抑制作用，从而有效提高锂电池的低温性能。又如，复旦大学夏永姚、王永刚教授领衔的研究团队提出了一种以乙酸乙酯为溶剂的电解液，该电解液具有较低的冰点，在-70℃的低温下仍保持有足够的离子电导率，并基于此电解液构建全电池体系，探索电池在低温下的充放电特性(董晓丽等.低温-70℃下工作的有机物电池[J].科学新闻,2019(02):141.)。再如，近年来，国内外有不少专利或专利申请公开了通过改进锂电池电解液或/和电极材料来提高其低温性能的技术方案。此外，2021年1月，在俄罗斯圣彼得堡举行的一个技术论坛上，有俄罗斯研究者介绍，其所属研发团队成功研制了可在零下75℃的极端低温环境下工作的含有氟化物的锂电池。但该研究者同时指出，所述锂电池也存在一些不足，主要是能量密度低(约为同容积普通锂电池的百分之五十)、循环寿命短(约为同容积普通锂电池的百分之五十)和制造成本高(约为同规格普通锂电池的三倍)，故目前难以实现商业化应用。事实上，该研究者所指出的问题，也是现有的、通过改进锂电池的电解液或/和电极材料来提高其耐低温能力的技术方案所普遍面临的问题，区别仅仅在于程度不同。