CN111682274B - 一种基于温度补偿的蓄电池低温充放电方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于温度补偿的蓄电池低温充放电方法，包括以下步骤，1）电池充放电时环境温度低于‑10℃时，均启动温度补偿装置升温；2）小电流0.05‑0.1C预充电判定阶段，充电达到0.3‑0.4H，若电池单格电压未到达2V，则充电器报警显示异常，结束充电；3）分段充电：第一阶段：恒流0.21‑0.24C至电池单格电压2.4V；第二阶段：恒流0.1‑0.2C至电池单格电压2.45V；第三阶段：限流0.01‑0.05C，电池单格电压恒压2.48V，电流低于0.01A；第四阶段：恒流0.07‑0.08C至电池单格电压2.5V，充电达到0.5H；第五阶段：电池单格限压2.29‑2.3V，限流0.005‑0.02C长时间浮充。该方法可避免蓄电池低温下充电不足引起的使用寿命缩短的问题。

Description

一种基于温度补偿的蓄电池低温充放电方法
技术领域
本发明属于蓄电池领域，尤其涉及一种基于温度补偿的蓄电池低温充放电方法。
背景技术
蓄电池是将化学能直接转化成电能的一种装置，是按可再充电设计的电池，通过可逆的化学反应实现再充电，通常是指铅酸蓄电池，它是电池中的一种，属于二次电池。因蓄电池性价比较高、功率特性好且价格实惠，近年来广泛运用于电动汽车，且电动汽车以其轻捷、方便、价格低廉等优势，在国内市场深受广大消费者的欢迎，根据调查显示，使用蓄电池的电动汽车在北方市场销量高、使用面广、受众人群很多。
目前，市场上电动汽车用铅蓄电池使用的充电器程序简单，且并未考虑到环境温度的地域差异，对于东北区域的使用人群来说，因其冬天环境的温度较低，通常在零下20度，甚至低于零下40度，此时现有的充电方式很难满足在此种低温下充电的要求，容易导致电池欠充电即无法充满电，同样的电池在苛刻的低温条件下也无法轻易放出容量，长此以往会造成电池内部活性物质硫酸铅盐化容量衰减快，使得电池的性能降低，最终导致电池使用寿命的缩短。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于温度补偿的蓄电池低温充放电方法，克服现有技术中的缺陷，有效解决背景技术中提出的问题，避免蓄电池在低温条件下充电不足引起的使用寿命缩短的问题。
为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种基于温度补偿的蓄电池低温充放电方法，包括下述步骤，
1）充电模块加热：当环境温度低于-10℃时，启动温度补偿装置使电池模块温度升高；
2）预充判定：小电流0.05-0.1CA预充电判定阶段，充电达到0.3-0.4H，若电池单格电压到达2V，转入下一阶段，否则充电器报警显示异常，结束充电；
3）分段充电：
第一阶段：恒流0.21-0.24CA充电阶段,充电至电池单格电压2.4V，或充电时间达到1-4H，程序转第二阶段；
第二阶段：恒流0.1-0.2CA充电阶段,充电至电池单格电压2.45V，或充电时间达到3-8H，程序转第三阶段；
第三阶段：限流0.01-0.05CA充电阶段，电池单格电压恒压2.48V，电流低于0.01或充电达到1-2H，程序转第四阶段；
第四阶段：恒流0.07-0.08CA充电阶段，充电至电池单格电压2.5V，充电达到0.5H小时，程序转第五阶段；
第五阶段：电池单格限压2.29-2.3V浮充充电阶段，限流0.005-0.02CA长时间浮充。
放电模块加热：电池进行放电时，当环境温度低于-10℃，启动温度补偿装置使电池模块温度升高。
在低温环境下电池温度低，内部活性物质活性降低，导致充电不足。在电池上增加温度补偿装置加热，增加电池温度使其内部活性物质升温，以加快其化学反应提高充电接收能力，使蓄电池能够足充电。同样在电池放电时，通过温度补偿装置增加活性物质利用率，提高放电容量。
同时，设定第一阶段和第二阶段为大电流充电，可加快电池内部升温，使电池在内外温度双重作用，提高充电效率，缩短充电时间，使得电池达到指定电压时尚无气体产生。设定第三阶段为恒压充电阶段，与恒流充电法相比，其充电过程更接近于最佳充电曲线，可消除电池内部的极化，使内部活性物质更好恢复。恒压限流后的下一阶段即第四阶段仍使用恒流小电流充电，可以将电池的出气量减到最少，作为充电完成前的过渡，可提升整体充电的性能。最后第五阶段采用浮充充电，可使得电池达到充电饱满的状态，弥补搁置时的容量损失。
整个充电过程无需电压补偿，避免了高电压造成电池失水严重、电池寿命减短的情况，满足低温充足电的需求。
本发明的进一步改进方案是，所述温度补偿装置包括电阻网和控制器，所述温度补偿装置以电池为供电电源，所述电阻网由电阻丝交织连接形成且所述电阻网包裹于电池表面。
本发明的进一步改进方案是，所述温度补偿装置升温包括四种情况，
当环境温度为-10~-20℃时，所述电阻丝加热温度30~40℃；
当环境温度为-21~-30℃时，所述电阻丝加热温度41~50℃；
当环境温度为-31~-40℃时，所述电阻丝加热温度51~60℃；
当环境温度为-41℃以下时，所述电阻丝加热温度61~70℃。
本发明的进一步改进方案是，所述第一阶段的充电时间是2小时。
本发明的进一步改进方案是，所述第二阶段的充电时间是5小时。
本发明的进一步改进方案是，所述第三阶段的充电时间是1.5小时。
本发明的进一步改进方案是，电池进行放电时，当环境温度低于-10℃，启动温度补偿装置使电池模块温度升高。
本发明与现有技术相比，所带来的有益效果有：
（1）在低温环境下电池温度低，内部活性物质活性降低，导致充电不足。在电池上增加温度补偿装置加热，增加电池温度使其内部活性物质升温，以加快其化学反应提高充电接收能力，使蓄电池能够充足电。同样在电池放电时，通过温度补偿装置增加活性物质利用率，提高放电容量。
同时，设定第一阶段和第二阶段为大电流充电，可加快电池内部升温，使电池在内外温度双重作用，提高充电效率，缩短充电时间，使得电池达到指定电压时尚无气体产生。设定第三阶段为恒压充电阶段，与恒流充电法相比，其充电过程更接近于最佳充电曲线，可消除电池内部的极化，使内部活性物质更好恢复。恒压限流后的下一阶段即第四阶段仍使用恒流小电流充电，可以将电池的出气量减到最少，作为充电完成前的过渡，可提升整体充电的性能。最后第五阶段采用浮充充电，可使得电池达到充电饱满的状态，弥补搁置时的容量损失。
整个充电过程无需电压补偿，避免了高电压造成池寿命减短的情况，满足低温充足电的需求。
（2）通过交织连接的电阻网包裹整个电池表面，可达到较为充分的加热效果，应用时可根据实际环境温度启动控制器。低温充电时，在温度补偿和分阶段充电的双重作用下提高充电效率，避免电池充电不足，提高了电池使用寿命。
（3）根据环境中实际温度的范围，控制器启动电阻网进行加热使得电池温度升高，环境温度-10℃以下充放电时启用温度补偿装置，-10℃以上该装置不启动。
（4）第一阶段大电流快速充电可缩短充电时间，使得内部活性物质快速升温的同时避免电池开始发生失水现象。
（5）第二阶段的中大电流使得电池达到快速充电的作用，5小时左右电池单格电压接近2.45V。
（6）消除电池内部极化，降低内阻，进一步恢复电池内部活性物质，提升电池性能。
附图说明
图1为本发明电阻网的结构示意图
图2为本发明温度补偿装置的俯视结构示意图
图中：1-电阻网；2-控制器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
一种基于温度补偿的蓄电池低温充放电方法，步骤包括
1）充电模块加热：当环境温度低于-10℃时，启动温度补偿装置使电池模块温度升高；所述温度补偿装置包括电阻网1和控制器2，所述温度补偿装置以电池为供电电源，所述电阻网1由电阻丝交织连接形成且所述电阻网1包裹于电池表面，所述控制器2安装在电池中盖内部，所述控制器2与所述电阻网1电连接并控制所述电阻网1升温加热。
2）预充判定：小电流0.05-0.1CA预充电判定阶段，充电达到0.3-0.4H，若电池单格电压到达2V，转入下一阶段，否则充电器报警显示异常，结束充电；
3）分段充电：第一阶段：恒流0.21-0.24CA充电阶段,充电至电池单格电压2.4V，或充电时间达到1-4H，程序转第二阶段；
第二阶段：恒流0.1-0.2CA充电阶段,充电至电池单格电压2.45V，或充电时间达到3-8H，程序转第三阶段；
第三阶段：限流0.01-0.05CA充电阶段，电池单格电压恒压2.48V，电流低于0.01或充电达到1-2H，程序转第四阶段；
第四阶段：恒流0.07-0.08CA充电阶段，充电至电池单格电压2.5V，充电达到0.5H，程序转第五阶段；
第五阶段：电池单格限压2.29-2.3V浮充充电阶段，限流0.005-0.02CA长时间浮充。
1）放电模块加热：电池进行放电时，当环境温度低于-10℃，启动温度补偿装置使电池模块温度升高。所述温度补偿装置升温包括四种情况，
当环境温度为-10~-20℃时，所述电阻丝加热温度30~40℃；
当环境温度为-21~-30℃时，所述电阻丝加热温度41~50℃；
当环境温度为-31~-40℃时，所述电阻丝加热温度51~60℃；
当环境温度为-41℃以下时，所述电阻丝加热温度61~70℃。
当对电池进行放电时，仍根据环境温度启动温度补偿装置。
常见蓄电池多为6个电池单格。
实施例1：
以12V 20AH电池组为例（此处为一只常规6个电池单格的额定电压12V蓄电池），包括以下几个步骤：
1）模块加热：环境温度为-15℃，控制器22接收到充电信号，根据检测到的环境温度，启动温度补偿装置，使得电阻网1加热，温度升高35℃。
2）预充判定：充电电流2A=0.1CA*20AH，电池组电压能够达到2V*6=12V，则电池组无故障，转入分段充电阶段。
3）分段充电：
第一阶段：大电流恒流充电阶段，充电电流4.8A=0.24CA*20AH，恒流充电到电池电压14.4V=2.4V*6，或充电时间达到2H，程序转第二阶段；
第二阶段：大中电流恒流充电阶段，充电电流4A=0.2CA*20AH，恒流充电到电池电压14.70V=2.45V*6，或充电时间达到5H，程序转第三阶段；
第三阶段：恒压限流充电阶段，限流1A=0.05CA*20AH充电，恒压14.88V=2.48V*6，或充电1.5H，程序转第四阶段；
第四阶段：小电流恒流充电阶段，充电电流为1.6A=0.08CA*20AH，恒流充电到电池电压15V=2.5V*6，或充电0.5H，程序转第五阶段;
第五阶段：恒压限流浮充阶段，恒压13.8V=2.3V*6浮充，限流0.4A=0.02CA*20AH，长时间浮充。
放电时，环境温度为-15℃，同样启动温度补偿装置，电阻网1升温30~40℃，放电容量：设定终止电压9.9V,恒流10A放电，前5次放电容量18.9-19.5AH，循环寿命：435次。
而常规电池无温度补偿采用普通充电工艺：前5次放电容量15.1-16.2AH，循环寿命：186次。
实验对比的结果见表1：
充电工艺类别 环境温度 放电电流 终止电压 前5次放电容量 循环寿命
低温补偿充电 -15℃ 10A 9.9V 18.9-19.5AH 435次
普通充电 -15℃ 10A 9.9V 15.1-16.2AH 186次
实施例2：
以12V100AH电池组为例（此处为一只常规6个电池单格的额定电压12V蓄电池），包括以下几个步骤：
1）模块加热：环境温度为-33℃，控制器2接收到充电信号，根据检测到的环境温度，启动温度补偿装置，使得电阻网1加热，温度升高56℃。
2）预充判定：充电电流10A=0.1CA*100AH，电池组电压能够达到2V*6=12V，则电池组无故障，转入分段充电阶段。
3）分段充电：
第一阶段：大电流恒流充电阶段，充电电流24A=0.24CA*100AH，恒流充电到电池电压14.4V=2.4V*6，或充电时间达到3H，程序转第二阶段；
第二阶段：大中电流恒流充电阶段，充电电流20A=0.2CA*100AH，恒流充电到电池电压14.70V=2.45V*6，或充电时间达到5H，程序转第三阶段；
第三阶段：恒压限流充电阶段，限流5A=0.05CA*100AH充电，恒压14.88V=2.48V*6，或充电1.7H，程序转第四阶段；
第四阶段：小电流恒流充电阶段，充电电流为8A=0.08CA*100AH，恒流充电到电池电压15V=2.5V*6，或充电0.5H，程序转第五阶段;
第五阶段：恒压限流浮充阶段，恒压13.8V=2.3V*6浮充，限流2A=0.02CA*100H，长时间浮充。
放电时，环境温度为-33℃，同样启动电阻网1加热程序，使其电池温度升高51~60℃，放电容量：设定终止电压9.9V,恒流33.3A放电，前5次放电容量97-102AH，循环寿命：381次。
而常规电池无温度补偿采用普通充电工艺：前5次放电容量65-72AH，循环寿命：106次。
实验对比的结果见表2：
充电工艺类别 环境温度 放电电流 终止电压 前5次放电容量 循环寿命
低温补偿充电 -33℃ 33.3A 9.9V 91-98AH 381次
普通充电 -33℃ 33.3A 9.9V 65-72AH 106次
实施例3：
以48V100AH电池组为例（此处为四只常规6个电池单格的额定电压12V蓄电池），包括以下几个步骤：
1）模块加热：环境温度为-45℃，控制器2接收到充电信号，根据检测到的环境温度，启动温度补偿装置，使得电阻网1加热，温度升高62℃。
2）预充判定：充电电流10A=0.1CA*100AH，电池组电压能够达到2V*24=48V，则电池组无故障，转入分段充电阶段。
3）分段充电：
第一阶段：大电流恒流充电阶段，充电电流24A=0.24CA*100AH，恒流充电到电池电压57.6V=2.4V*24，或充电时间达到3H，程序转第二阶段；
第二阶段：大中电流恒流充电阶段，充电电流20A=0.2CA*100AH，恒流充电到电池电压58.8V=2.45V*6，或充电时间达到6H，程序转第三阶段；
第三阶段：恒压限流充电阶段，限流4A=0.04CA*100AH充电，恒压59.52V=2.48V*6，或充电1.7H，程序转第四阶段；
第四阶段：小电流恒流充电阶段，充电电流为7A=0.07CA*100AH，恒流充电到电池电压60V=2.5V*6，或充电0.5H，程序转第五阶段；
第五阶段：恒压限流浮充阶段，恒压55.2V=2.3V*6浮充，限流1A=0.01CA*100H，长时间浮充。
放电时，环境温度为-45℃，同样启动电阻网1加热程序，使其电池温度升高62℃，放电容量：设定终止电压9.9V,恒流33.3A放电，前5次放电容量82-85AH，循环寿命：197次。
而常规电池无温度补偿采用普通充电工艺：前5次放电容量61-74AH，循环寿命：60次。
实验对比的结果见表3：
充电工艺类别 环境温度 放电电流 终止电压 前5次放电容量 循环寿命
低温补偿充电 -45℃ 33.3A 9.9V 82-85AH 197次
普通充电 -45℃ 33.3A 9.9V 61-74AH 60次
根据以上三个实施例参数可知，本申请的低温充电工艺配合温度补偿方法，相较于常规手段充电即普通充电工艺来说，可有效的提高其循环寿命。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种基于温度补偿的蓄电池低温充放电方法，其特征在于：包括下述步骤，
充电模块加热：当环境温度低于-10℃时，启动温度补偿装置使电池模块温度升高；
预充判定：小电流0.05-0.1C预充电判定阶段，充电达到0.3-0.4H，若电池单格电压到达2V，转入下一阶段，否则充电器报警显示异常，结束充电；
分段充电：
第一阶段：恒流0.21-0.24C充电阶段,充电至电池单格电压2.4V，或充电时间达到1-4H，程序转第二阶段；
第二阶段：恒流0.1-0.2C充电阶段,充电至电池单格电压2.45V，或充电时间达到3-8H，程序转第三阶段；
第三阶段：限流0.01-0.05C充电阶段，电池单格电压恒压2.48V，电流低于0.01A或充电达到1-2H，程序转第四阶段；
第四阶段：恒流0.07-0.08C充电阶段，充电至电池单格电压2.5V，充电达到0.5H，程序转第五阶段；
第五阶段：电池单格限压2.29-2.3V浮充充电阶段，限流0.005-0.02C长时间浮充；
放电模块加热：电池进行放电时，当环境温度低于-10℃，启动温度补偿装置使电池模块温度升高；
所述温度补偿装置包括电阻网（1）和控制器（2），所述温度补偿装置以电池为供电电源，所述电阻网（1）由电阻丝交织连接形成且所述电阻网（1）包裹于电池表面；
所述温度补偿装置升温包括四种情况，
当环境温度为-10~-20℃时，所述电阻丝加热温度30~40℃；
当环境温度为-21~-30℃时，所述电阻丝加热温度41~50℃；
当环境温度为-31~-40℃时，所述电阻丝加热温度51~60℃；
当环境温度为-41℃以下时，所述电阻丝加热温度61~70℃。
2.根据权利要求1所述的一种基于温度补偿的蓄电池低温充放电方法，其特征在于：所述第一阶段的充电时间是2H。
3.根据权利要求1所述的一种基于温度补偿的蓄电池低温充放电方法，其特征在于：所述第二阶段的充电时间是5H。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种基于温度补偿的蓄电池低温充放电方法，其特征在于：所述第三阶段的充电时间是1.5H。
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