CN103117421A

CN103117421A - 一种电池低温充电方法

Info

Publication number: CN103117421A
Application number: CN2013100737992A
Authority: CN
Inventors: 韩雪冰; 卢兰光; 李建秋; 欧阳明高
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2013-03-07
Filing date: 2013-03-07
Publication date: 2013-05-22

Abstract

本发明提出一种电池低温充电方法，包括以下步骤：当电池温度低于温度阈值时，对电池进行脉冲充电；当电池温度达到温度阈值时，对电池进行常规充电。根据本发明的电池低温充电方法，针对新型电池的超长循环寿命和低温高倍率充电时无锂离子在负极析出等副反应，可以在低温下给电池充电，并且低温下依旧给电池内部充入相当于常温充电可充入的电量，具有安全可靠、充电效率高、延长电池寿命的优点。

Description

一种电池低温充电方法

技术领域

本发明属于电池充电技术领域，具体涉及一种电池低温充电方法。

背景技术

随着环境污染、能源危机、温室效应等问题的日益凸显，现在人们开始越来越关注可充电电池。无论是电动车、储电站，或者手机、笔记本电脑，电池都是至关重要的储能元件。目前电池的充电方法主要是恒流转恒压充电，但电池的低温充电一直是难于突破的问题。

对于以石墨为负极材料的锂离子电池来讲，由于低温下，电池内阻增加，尤其在温度低于0度的情况下，充电极易导致锂离子在负极析出等副反应，进而导致安全性问题。由于低温充电导致电池损坏甚至燃烧爆炸，进而造成人身和财产损失的案例屡见不鲜。此外，由于电池温度过低，内阻大幅度增加，导致电池在低温下可充入电量比起常温来讲大有缩水，在冬天的时候充电，如果电池温度没有调节到较高温度，往往给电池充电很长时间，也充不进去多少可用电量，会大幅度影响电池的寿命和耐久性。即使是最近出现的钛酸锂为代表的新型电池负极材料，电池循环寿命非常非常长，且低温充电的时候不会在负极产生析锂，但如果在直接在低温下充电，电池可充入电量相比较常温下要降低30%甚至更多。

目前针对电池的低温充电问题，还没有统一的解决办法。一般的解决方法均是建议利用外部加热措施，将电池温度加热到常温或者10度以上再充电，或者利用绝热材料和保温材料，保证电池温度不至于降得过低。如苹果公司建议在冬天充电的时候，“如果没有暖气的话，用被子或者用其他的东西把它捂热了，再进行充电就可以了”。但该方法受到环境限制，且起到的改善效果十分有限。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的目的在于提出一种电池低温充电方法，该方法针可以在低温下给电池充电，并且低温下依旧给电池内部充入相当于常温充电可充入的电量。

为了实现上述目的，根据本发明实施例的电池低温充电方法，包括以下步骤：S1.当电池温度低于温度阈值时，对所述电池进行脉冲充电；和S2.当所述电池温度达到所述温度阈值时，对所述电池进行常规充电。

在本发明的一个实施例中，所述步骤S1包括：S11.实时监测电池电压、电池温度和电池荷电状态；和S12.对所述电池进行反复的脉冲充放电，通过电池内阻产生的欧姆热从电池内部均匀加热电池。

在本发明的一个实施例中，所述步骤S12中，还包括：进行脉冲放电时，将放电能量反馈回电网或者其他储能部件，或者采取电阻丝利用所述放电能量对所述电池的外部加热以促使所述电池升温。

在本发明的一个实施例中，所述步骤S2中，所述常规充电为恒流转恒压充电、恒流充电、恒压充电、二段恒流充电或多段恒流充电中的一种。

在本发明的一个实施例中，所述电池为锂电池组或锂电池单体。

在本发明的一个实施例中，当所述电池为钛酸锂电池时，所述常规充电过程为大倍率充电。

根据本发明实施例的电池低温充电方法，可以实时监测电池单体的电压和温度，在电池温度过低而亟需充电的时候，先利用电池大倍率脉冲充放电所产生的欧姆热，从内部加热电池。在电池温度达到合适充电之后，再将电池按照正常充电过程充满。根据本发明的方法，可以针对新型电池的超长循环寿命和低温高倍率充电时无锂离子在负极析出等副反应，可以在低温下给电池充电，并且低温下依旧给电池内部充入相当于常温充电可充入的电量，具有安全可靠、充电效率高、延长电池寿命的优点。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是通常的恒流恒压充电的电压电流示意曲线；

图2是根据本发明实施例的电池低温充电方法的流程图；

图3是根据本发明实施例的电池低温充电方法的电池电压和电池电流示意曲线；

图4是根据本发明实施例的电池低温充电时的电池温度和电池电流示意曲线。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1所示是目前最常用的电池充电方法，即恒流转恒压充电的电池电压电流示意曲线，其中，曲线①表示电池电流曲线，曲线②表示电池电压曲线。具体地，首先以恒流充电至电池电压达到充电截止电压U_cut-off，充电电流按照电池厂家的推荐值，再以U_cut-off恒压充电至电流达到充电截止电流I_cut-off。其中，对电池单体充电的时候，U_cut-off即为电池厂家规定的单体充电截止电压，而充电截止电流I_cut-off即为电池厂家规定的单体充电截止电流，i_cut-off。而对电池组充电的时候，对于以n_s节电池串联n_p节电池并联而成的电池组来讲，其电池组的充电截止电压U_cut-off与电池单体的充电截止电压V_cut-off关系为：U_cut-off=V_cut-off×n_s；其电池组的充电截止电流I_cut-off与电池单体的充电截止电流i_cut-off关系为：I_cut-off=i_cut-off×n_p。对单体电池的充电来讲，恒流转恒压的充电方法是可以保证较快充电速度，也能保证电池电压不超过电池充电截止电压，从而保证电池安全性。但是对于电池组来讲，则恒流转恒压的充电方法，不一定能够保证电池的安全性，因此也可以采用其他充电方法，如多段恒流的充电方法，本文不再赘述。

上述常规充电方法主要适应于常温条件下给电池，但低温条件下容易出现本文背景技术中提到的诸多问题。因此，需要提出新型的低温充电方法对电池进行充电。

本发明提出一种电池低温充电方法的流程图，其流程如图2所示，包括以下步骤：

S1.当电池温度低于温度阈值时，对电池进行脉冲充电。

具体地，首先，实时监测电池电压、电池温度和电池荷电状态；其次，对电池进行反复的脉冲充放电，即充电一段时间，然后放电一段时间，如此这样反复，通过电池内阻产生的欧姆热从电池内部均匀加热电池，直至电池温度上升到合理值之上。同时监测电池的电压和温度，保证脉冲充电时，电池的电压不会高于某一电压，而脉冲放电时电池的电压不会低于放电截止电压，同时电池温度达到合理的温度范围之后，停止脉冲充放电，切换回正常的充放电过程。

优选地，进行脉冲放电时，还可以将放电能量反馈回电网或者其他储能部件，或者采取电阻丝等元件利用放电能量对电池的外部加热以促使电池升温。

S2.当电池温度达到温度阈值时，对电池进行常规充电。常规充电可以根据电池的性能参数选择具体为恒流转恒压充电、恒流充电、恒压充电、二段恒流充电或多段恒流充电中的一种。

需要说明的是，在本发明中，电池可为锂电池组或锂电池单体。

在本发明的一个优选实施例中，当电池为钛酸锂电池时，常规充电过程为大倍率充电。由于钛酸锂电池等电池在常温下采用大倍率充电，基本上可以与小倍率充电情况充入相同的电量。因此常规充电阶段，充电倍率可以适当高一些，以使得电池温度能够保持或者继续增加。

为使本领域技术人员更好地理解本发明，现结合图3和图4做进一步阐述。

图3是根据本发明实施例的电池低温充电方法的电池电压和电池电流示意曲线，其中，曲线（1）表示电池电流曲线，曲线（2）表示电池电压曲线。如图3所示，如果温度传感器监测到电池的温度较低，由于温度过低导致单独使用正常充电方法无法充入较多电量的时候，则对电池进行大电流的脉冲充放电，即大电流充电一段时间，然后大电流放电一段时间，如是反复直至电池温度上升到合理值之上。同时监测电池的电压和温度，保证脉冲充电时，电池的电压不会高于某一电压，而脉冲放电时电池的电压不会低于放电截止电压，同时电池温度达到合理的温度范围之后，停止脉冲充放电，切换回正常的充放电过程，如恒流转恒压充电过程。

需要说明的是，尽管图3所示的常规充电阶段为恒流转恒压充电过程，但在实际应用在可以为其他的常规充电过程。

图4是根据本发明实施例的电池低温充电时的电池温度和电流示意曲线，其中，曲线[1]表示电池电流曲线，曲线[2]表示电池温度曲线。如图4所示，整个电池温度的温度在脉冲充电阶段时从低温迅速上升到合理的充电温度，随后常规充电阶段在升温缓慢。

综上所述，本发明的核心思想是，利用大电流脉冲充放电可以利用电池内部的内阻产生焦耳热，从内部对电池进行加热，从而以较快的时间和效率均匀加热电池，待电池温度达到合理范围后，即可按照正常充电方法进行电池充电。同时在脉冲充放电的过程中，放电的时候从电池内部放出的电流可以回馈给电网或其他储能部件，从而可以降低整个充电过程的能耗；亦可以在电池周围加装电热丝，在电池放电的时候将放出的能量提供给电热丝，从而从外部加热电池，从而可以以最快的速度将电池温度加热到合理的工作温度范围，从而可以正常的工作。

根据本发明的电池低温充电方法，针对新型电池的超长循环寿命和低温高倍率充电时无锂离子在负极析出等副反应，可以在低温下给电池充电，并且低温下依旧给电池内部充入相当于常温充电可充入的电量，具有安全可靠、充电效率高、延长电池寿命的优点。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种电池低温充电方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.当电池温度低于温度阈值时，对所述电池进行脉冲充电；和

S2.当所述电池温度达到所述温度阈值时，对所述电池进行常规充电。

2.如权利要求1所述的电池低温充电方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

S11.实时监测电池电压、电池温度和电池荷电状态；和

S12.对所述电池进行反复的脉冲充放电，通过电池内阻产生的欧姆热从电池内部均匀加热电池。

3.如权利要求2所述的电池低温充电方法，其特征在于，所述步骤S12中，还包括：进行脉冲放电时，将放电能量反馈回电网或者其他储能部件，或者采取电阻丝利用所述放电能量对所述电池的外部加热以促使所述电池升温。

4.如权利要求1所述的电池低温充电方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述常规充电为恒流转恒压充电、恒流充电、恒压充电、二段恒流充电或多段恒流充电中的一种。

5.如权利要求1所述的电池低温充电方法，其特征在于，所述电池为锂电池组或锂电池单体。

6.如权利要求1所述的电池低温充电方法，其特征在于，当所述电池为钛酸锂电池时，所述常规充电过程为大倍率充电。