CN110556601A - 一种三元动力电池低温充电工艺 - Google Patents

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张昌绪
杨建兵
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Abstract

本发明公开了一种三元动力电池低温充电工艺，具体充电步骤包括：1）模组加热：当电池模组内部温度小于‑15℃时不能进行充电，模组启动加热使电池模组内部温度升高；2）启动充电：加热后电池模组温度达到‑15℃＜T≤‑10℃时；启动充电，加热停止；3）分段充电：当电池模组开始充电后，电池模组的内部温度升高，根据电池模组内部不同的温度，调节充电倍率进行分段充电。本案充电环境温度低，锂离子活性低，反应速率慢，充电倍率小，温度升高，离子活性提高，反应速率加快，充电倍率提高，可以提高电池充电效率；电池模组充电过程电池发热，温度变高，不同温度下采用不同的充电倍率进行分段充电，可以提高电池在充电时的安全性和延长电芯使用寿命。

Description

一种三元动力电池低温充电工艺
技术领域
本发明涉及锂电池领域，具体涉及三元动力电池的低温充电技术。
背景技术
1.锂离子电池因为其能量密度高，倍率性能好，电压高、重量轻、循环寿命长、工作温
度范围宽、无记忆效应，在目前技术条件下是新能源汽车领域最广泛应用的产品。开发安全性更好、能密度更高、倍率性能更优的动力电池产品，是目前行业内的共识。
2.目前三元材料电池是动力电池行业的主流，随着国家对电池能量密度、续航里程的要求，三元动力电池将是未来的发展方向，目前高比能量三元动力电池，不能很好的兼顾低温充电性能，低温环境下盲目的过大倍率充电容易造成负极析锂，电池使用寿命缩短，甚至导致电芯短路，起火，爆炸，造成一定的安全隐患。
3.因此如何根据三元523+负极人造石墨体系动力电池实际充电能力，在保证电池安全充电的前提下，不同环境温度对应的充电倍率为本领域亟需解决的问题。
发明内容
本发明目的是：提供了一种三元523+负极人造石墨体系动力电池在不同环境温度下的最大充电倍率，可以保证充电时安全性和延长电池的使用寿命。
本发明的技术方案是：一种三元动力电池低温充电工艺，具体充电步骤包括：
1)模组加热：当电池模组内部温度小于-15℃时不能进行充电，模组启动加热使电池模组内部温度升高；
2)启动充电：加热后电池模组温度达到-15℃＜T≤-10℃时，启动充电，加热停止；
3)分段充电：当电池模组开始充电后，电池模组的内部温度不断升高，根据电池模组内部不同的温度，调节充电倍率进行分段充电。
优选的，所述步骤2)中启动充电后，充电最大倍率为0.1C，充电时间为0.5-0.7H。
优选的，所述步骤3)中，当电池模组内部温度为-10℃＜T≤-5℃时，最大充电倍率为0.1C，充电时间为0.5-0.7H。
优选的，所述步骤3)中，当电池模组内部温度为-5℃＜T≤0℃时，最大充电倍率0.2C，充电时间0.5-0.7H。
优选的，所述步骤3)中，当电池模组内部温度为0℃＜T≤5℃时，最大充电倍率0.2C，充电时间0.4-0.6H。
优选的，所述步骤3)中，当电池模组内部温度为5℃＜T≤10℃时，最大充电倍率0.3C，充电时间0.4-0.6H。
优选的，所述步骤3)中，当电池模组内部温度为10℃＜T≤15℃时，最大充电倍率0.4C，充电时间0.3-0.5H。
优选的，所述步骤3)中，当电池模组内部温度为15℃＜T≤20℃时，最大充电倍率0.5C，充电时间0.3-0.5H。
优选的，所述步骤3)中，当电池模组内部温度为20℃＜T≤25℃时，最大充电倍率0.8C，充电时间0.2-0.4H。
优选的，所述步骤3)中，当电池模组内部温度为25℃＜T≤30℃时，最大充电倍率1C，充电时间0.2-0.4H。
本发明的优点是：
1、充电环境温度越低，锂离子活性越低，内阻越高，反应速率慢，充电倍率越小，随着温度的升高，离子活性提高，反应速率加快，充电倍率提高，在保证产品安全的前提下可以提高电池充电效率；
2、电池模组内部温度较低时用小倍率充电，充电过程电池发热，电池模组内部温度变高，根据电池模组内部温度的变化提高充电倍率，不同温度下采用不同的充电倍率进行分段充电，电池提高在充电时的安全性和延长电芯使用寿命。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为一种三元动力电池低温充电工艺的循环数据对比图。
具体实施方式
实施例：
如附图1所示，一种三元动力电池低温充电工艺，充电环境温度越低，锂离子活性越低，内阻越高，反应速率慢，充电倍率越小，随着温度的升高，离子活性提高，反应速率加快，充电倍率提高；本实例针对三元523+负极人造石墨体系动力电池，在恒温箱内设定不同的充电温度，在空电状态下用不同的倍率充满电后，拆解观察负极界面情况，从而确定对应的最大充电倍率，保证充电的安全性，以标称容量100A，标称电压为200V的电池模组为例充电工艺，将动力电池的充电过程分解为几个不同倍率的充电阶段，每个充电阶段根据环境温度的变化，选择不同的充电最大倍率进行充电，数据如表1所示，具体步骤包括：
1)模组加热：当电池模组内部温度小于-15℃时不能进行充电，模组启动加热使电池模组内部温度升高；
2)启动充电：加热后电池模组温度达到-15℃＜T≤-10℃时，启动充电，加热停止，充电倍率为0.1C，充电时间为0.6H；
3)分段充电：当电池模组开始充电后，电池模组的内部温度不断升高，根据电池模组内部不同的温度，自动调节充电倍率进行分段充电；通过温感探头监控电池模组内部温度，设定充电倍率区间，通过电池管理系统(BMS系统)管控充电倍率；
当电池模组内部温度为-10℃＜T≤-5℃时，充电倍率为0.1C，充电时间为0.6H。
当电池模组内部温度为-5℃＜T≤0℃时，充电倍率0.1C，充电时间0.6H。
当电池模组内部温度为0℃＜T≤5℃时，充电倍率0.2C，充电时间0.5H。
当电池模组内部温度为5℃＜T≤10℃时，充电倍率0.3C，充电时间0.5H。
当电池模组内部温度为10℃＜T≤15℃时，充电倍率0.4C，充电时间0.4H。
当电池模组内部温度为15℃＜T≤20℃时，充电倍率0.5C，充电时间0.4H。当电池模组内部温度为20℃＜T≤25℃时，充电倍率0.8C，充电时间0.3H。当电池模组内部温度为25℃＜T≤30℃时，充电倍率1C，充电时间0.3H。
表1
充电倍率(C) 充电电流(A) 充电时间(H) 上限电压(V) 环境温度(℃)
0 0 0 0 -20℃≤T≤-15℃
0.1 10 0.6 200 -15℃＜T≤-10℃
0.1 10 0.6 200 -10℃＜T≤-5℃
0.2 10 0.6 200 -5℃＜T≤0℃
0.2 20 0.5 200 0℃＜T≤5℃
0.3 30 0.5 200 5℃＜T≤10℃
0.4 40 0.4 200 10℃＜T≤15℃
0.5 50 0.4 200 15℃＜T≤20℃
0.8 80 0.3 200 20℃＜T≤25℃
1 100 0.3 200 25℃＜T≤30℃
测试数据
从试验数据可以得出的不同环境温度对应的最大充电倍率如下表：
环境温度区 最大充电倍率
-20℃≤T≤-15℃ 不能充电
-15℃＜T≤-10℃ 0.1C
-10℃＜T≤-5℃ 0.1C
0℃＜T≤5℃ 0.2C
5℃＜T≤10℃ 0.3C
10℃＜T≤15℃ 0.4C
15℃＜T≤20℃ 0.5C
20℃＜T≤25℃ 0.8C
25℃＜T≤30℃ 1C
本案的电池低温充电工艺，根据不同温度采用不同的充电倍率，通过循环数据对比，如附图1所示，可以得到三元523+负极人造石墨体系动力电池在不同环境温度下的最大充电倍率，可以保证充电时安全性和延长电池的使用寿命。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明的。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明的所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种三元动力电池低温充电工艺，其特征在于：具体充电步骤包括：
1）模组加热：当电池模组内部温度小于-15℃时不能进行充电，模组启动加热使电池模组内部温度升高；
2）启动充电：加热后电池模组温度达到-15℃＜T≤-10℃时，启动充电，加热停止；
3）分段充电：当电池模组开始充电后，电池模组的内部温度不断升高，根据电池模组内部不同的温度，调节充电倍率进行分段充电。
2.根据权利要求1所述的一种三元动力电池低温充电工艺，其特征在于：所述步骤2）中启动充电后，充电最大倍率为0.1C，充电时间为0.5-0.7H。
3.根据权利要求1所述的一种三元动力电池低温充电工艺，其特征在于：所述步骤3）中，当电池模组内部温度为-10℃＜T≤-5℃时，充电最大倍率为0.1C，充电时间为0.5-0.7H。
4.根据权利要求1所述的一种三元动力电池低温充电工艺，其特征在于：所述步骤3）中，当电池模组内部温度为-5℃＜T≤0℃时，充电最大倍率0.2C，充电时间0.5-0.7H。
5.根据权利要求1所述的一种三元动力电池低温充电工艺，其特征在于：所述步骤3）中，当电池模组内部温度为0℃＜T≤5℃时，充电最大倍率0.2C，充电时间0.4-0.6H。
6.根据权利要求1所述的一种三元动力电池低温充电工艺，其特征在于：所述步骤3）中，当电池模组内部温度为5℃＜T≤10℃时，充电最大倍率0.3C，充电时间0.4-0.6H。
7.根据权利要求1所述的一种三元动力电池低温充电工艺，其特征在于：所述步骤3）中，当电池模组内部温度为10℃＜T≤15℃时，充电最大倍率0.4C，充电时间0.3-0.5H。
8.根据权利要求1所述的一种三元动力电池低温充电工艺，其特征在于：所述步骤3）中，当电池模组内部温度为15℃＜T≤20℃时，充电最大倍率0.5C，充电时间0.3-0.5H。
9.根据权利要求1所述的一种三元动力电池低温充电工艺，其特征在于：所述步骤3）中，当电池模组内部温度为20℃＜T≤25℃时，充电最大倍率0.8C，充电时间0.2-0.4H。
10.根据权利要求1所述的一种三元动力电池低温充电工艺，其特征在于：所述步骤3）中，当电池模组内部温度为25℃＜T≤30℃时，充电最大倍率1C，充电时间0.2-0.4H。
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