CN112164838A - 一种适用于低温条件下给锂电池充电的方法 - Google Patents

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CN112164838A CN202011147539.1A CN202011147539A CN112164838A CN 112164838 A CN112164838 A CN 112164838A CN 202011147539 A CN202011147539 A CN 202011147539A CN 112164838 A CN112164838 A CN 112164838A
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Abstract

本发明公开了一种适用于低温条件下给锂电池充电的方法，该方法具体包括组装充电系统步骤、充放电使电池升温步骤、正常充电步骤；所述组装充电系统步骤包括:S1、充电系统包括充电柜和管理系统，管理系统包括温度检测设备，温度检测设备的监测点与电池连接，管理系统通过温度检测设备获知电池的表面温度，充电柜的输出端与待充电的锂离子电池的正负极连接；S2、管理系统检测得到的电池的表面温度‑15℃＜T＜0℃时，进行充放电使电池升温步骤；本发明适用于在‑15℃～0℃的低温环境中使用，主要利用锂离子电池在充放电时的产热原理，使电池自动升温，避免电池在低温条件下充电出现析锂现象，不影响电池的寿命，方便使用，无需附加加热器。

Description

一种适用于低温条件下给锂电池充电的方法
技术领域
本发明涉及一种锂电池充电方法，具体的说，涉及一种适用于低温条件下给锂电池充电的方法，属于新能源电池技术领域。
背景技术
近几年，随着石油资源日渐匮乏，新能源行业得到越来越多重视，锂离子电池已经成为国家重点研究项目。
锂离子电池的低温性能一直是困扰锂离子电池进一步发展的瓶颈，特别是在低温条件下对锂离子电池进行充电时，负极的嵌锂动力学条件变差，负极的比容量降低，充电时很容易发生析锂现象，在负极表面形成锂镀层，甚至锂枝晶，造成锂电池的容量缺失及安全隐患。
现在在低温条件下，普遍采取增加一加热器对电池进行加热升温，电池表面达到一定温度后开始充电，如专利号为：201210563807.7公开了一种锂离子电池组充电加热系统和加热方法，所述方法中在锂离子电池组低温充电时采用的加热方式是通过电池组放电和外部加热装置同时工作，电池组内部和外部同时加热，加热效率高，加热时间短。通过充电回路的工作，补充因放电所损失的SOC，电池管理系统对整个流程中的充放电时间、充放电电流、温度、SOC等数据进行采集、监控和处理等。
上述该类锂离子电池组充电加热系统和加热方法通过对电池组进行放电和在电池组外部加设加热装置，并使其同时工作，能够对电池组内部和外部同时加热，方便进行充电，其中采用外部电热毯或电阻丝或PTC对电池进行加热，使对电池组的温度控制效果显著，但是该充电加热系统同样增加了负担，使其充电能耗大，并且采用的电气元件较多，使其结构复杂，制造和使用成本大，并且锂电池本身就具有一定的安全隐患，额外增加电热毯之类的加热装置进行加热，使锂电池损害爆炸的风险系数增大，大大提高安全隐患。
并且该现有的充电加热系统中并未对充放电时的电流及时间有明确说明，当处在低温环境下进行充放电时，电流过大或时间较长，会出现析锂现象，锂离子电池内的锂离子游离到电解液中不再循环使用，造成容量缺失及安全隐患。
发明内容
本发明要解决的主要技术问题是提供一种适用于在15℃～0℃的低温条件下给锂离子电池进行充电，利用锂离子电池充放电时自身产热的原理，循环进行浅充浅放电，使电池逐步提高电池的温度，既避免了锂离子电池低温条件下析锂，又不需要额外增加加热器的适用于低温条件下给锂电池充电的方法。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种适用于低温条件下给锂电池充电的方法，该方法具体包括组装充电系统步骤、充放电使电池升温步骤、正常充电步骤；
所述组装充电系统步骤包括:
S1、充电系统包括充电柜和管理系统，管理系统包括温度检测设备，温度检测设备的温度检测线与电池连接，管理系统通过温度检测设备获知电池的表面温度，充电柜的输出端与待充电的锂离子电池的正负极连接；
S2、管理系统检测得到的电池的表面温度-15℃＜T＜0℃时，进行充放电使电池升温步骤。
以下是本发明对上述技术方案的进一步优化：
充放电使电池升温步骤，具体包括：
S3、首先将电池静置2s后，执行步骤S4；
S4、充电柜对电池进行恒流充电，恒流充电的充电电流为0.1～0.2C（mA），恒流充电时间为40～60s，其中“C”表示电池的额定容量；
S5、恒流充电完成后，将电池静置2s后，执行步骤S6；
S6、充电柜对电池进行恒流放电，恒流放电的放电电流为0.1～0.2C（mA），恒流放电时间为60s,其中“C”表示电池的额定容量；
然后循环进行步骤S4、S5、S6、，循环次数为100次。
进一步优化：充放电使电池升温步骤中，管理系统实时检测电池的表面温度，当充放电使电池升温步骤结束后，电池的表面温度低于5℃时，重复进行充放电使电池升温步骤，直至电池的表面温度高于5℃。
进一步优化：该方法的步骤还包括：S7、管理系统实时检测电池的表面温度，当电池的表面温度高于5℃时，结束充放电使电池升温步骤，并进行正常充电步骤。
进一步优化：步骤S7中，管理系统实时检测电池的表面温度，当电池的表面温度高于5℃时，管理系统给充电柜下达指令，结束充放电使电池升温步骤，结束后，管理系统给充电柜下达指令进行正常充电步骤。
进一步优化：所述正常充电步骤，具体包括：
S8、首先将充放电使电池升温步骤结束后的电池1静置1min后，执行步骤S9；
S9、充电柜对电池进行恒流充电，恒流充电时充电电流为0.1～0.2C（mA），并限制电压，恒流充电时间为60～90min，其中“C”表示电池的额定容量；
S10、充电柜对电池进行进一步恒流充电，该恒流充电的充电电流为0.2～0.5C（mA），并限制电压，该恒流充电的充电的时间为180min，其中“C”表示电池的额定容量；
S11、充电柜对电池进行恒压充电，该恒压充电的充电电流为0.2～0.5C，并限制电压，其中限制电流为0.02C，充电结束。
进一步优化：步骤S9中对铁锂电池的限定电压为3700（mV），对三元电池的限定电压为4200（mV）。
进一步优化：步骤S10中对铁锂电池的限定电压为3700（mV），对三元电池的限定电压为4200（mV）。
本发明采用上述技术方案，构思巧妙，适用于在-15℃～0℃的低温环境中使用，并且使用方便，主要利用锂离子电池在充放电时的产热原理，循环进行浅充浅放，使电池自动升温，既避免了锂离子电池低温条件下充电出现析锂现象，也不影响锂离子电池的循环寿命，又能利用锂离子电池自身产热提高电池温度，在温度达到一定值后进行常规大电流放电，方便使用，节省了需要附加的给电池升温的加热器，大大降低生产和使用成本。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图说明
图1为本发明实施例的总体结构示意图。
图中：1-电池、2-充电柜；3-管理系统；4-温度检测线。
具体实施方式
实施例1：请参阅图1，一种适用于低温条件下给锂电池充电的方法，该方法具体包括组装充电系统步骤、充放电使电池升温步骤、正常充电步骤；
所述组装充电系统步骤包括:
S1、所述充电系统包括充电柜2和管理系统3，管理系统3包括温度检测设备，温度检测设备的温度检测线4与电池1连接，所述管理系统3通过温度检测设备的温度检测线4获知电池1的表面温度。
所述步骤S1中，温度检测设备的监测点安装在电池1的中间部位，用于提高检测数据的准确性，方便使用。
所述该充电系统中的充电柜2和管理系统3均为现有技术，可由市面上直接购买获得，且均通过编程可实现自动化控制。
所述步骤S1中，充电柜2的输出端与待充电的锂离子电池1的正负极连接。
S2、所述管理系统3检测得到的电池1的表面温度为0℃时，管理系统3向充电柜2下发指令，进行充放电使电池升温步骤。
所述步骤S2中当管理系统3检测得到的电池1的表面温度低于-15℃时，管理系统3向充电柜2下发指令，不在启动进行充放电使电池升温步骤。
充放电使电池升温步骤，具体包括：
S3、首先将电池1静置2s后，执行步骤S4。
S4、充电柜2对电池1进行恒流充电，所述恒流充电时充电电流为0.1C（mA），恒流充电时间为60s，其中“C”表示电池1的额定容量。
所述步骤S4中的充电电流为0.1C（mA）表示：充电电流为电池额定容量*0.1（mA）。
S5、恒流充电完成后，将电池1静置2s后，执行步骤S6。
S6、充电柜2对电池1进行恒流放电，所述恒流放电时放电电流为0.1C（mA），恒流放电时间为60s,其中“C”表示电池1的额定容量。
然后循环进行步骤S4、S5、S6、，循环次数为100次。
所述步骤S6中的放电电流为0.1C（mA）表示：放电电流为电池额定容量*0.1（mA）。
所述充放电使电池升温步骤中，管理系统3实时检测电池1的表面温度，当充放电使电池升温步骤结束后，电池1的表面温度依然低于0℃时，管理系统3会继续给充电柜2下发指令，重复进行充放电使电池升温步骤，直至电池1的表面温度高于0℃。
S7、所述管理系统3实时检测电池1的表面温度，当电池1的表面温度高于0℃时，结束充放电使电池升温步骤，并进行正常充电步骤。
所述步骤S7中，管理系统3实时检测电池1的表面温度，当电池1的表面温度高于0℃时，管理系统3给充电柜2下达指令，结束充放电使电池升温步骤，结束后，管理系统3给充电柜2下达指令进行正常充电步骤。
所述正常充电步骤包括：
S8、首先将充放电使电池升温步骤结束后的电池1静置1min后，执行步骤S9。
S9、充电柜2对电池1进行恒流充电，恒流充电时充电电流为0.1C（mA），并限制电压，所述恒流充电时间为90min，其中“C”表示电池1的额定容量。
所述步骤S9中的充电电流为0.1C（mA）表示：充电电流为电池额定容量*0.1（mA）。
所述步骤S9中对铁锂电池的限定电压为3700（mV），对三元电池的限定电压为4200（mV）。
S10、充电柜2对电池1进行进一步恒流充电，该恒流充电的充电电流为0.2C（mA），并限制电压，该恒流充电的充电的时间为180min，其中“C”表示电池1的额定容量。
所述步骤S10中的充电电流为0.2C（mA）表示：充电电流为电池额定容量*0.2（mA）。
所述步骤S10中对铁锂电池的限定电压为3700（mV），对三元电池的限定电压为4200（mV）。
S11、充电柜2对电池1进行恒压充电，该恒压充电的充电电流为0.2C（mA），并限制电压，其中限制电流为0.02C，充电结束。
所述步骤S11中的充电电流为0.2C（mA）表示：充电电流为电池额定容量*0.2（mA）。
本发明采用上述技术方案，构思巧妙，适用于在-15℃～0℃的低温环境中使用，并且使用方便，主要利用锂离子电池在充放电时的产热原理，循环进行浅充浅放，使电池自动升温，既避免了锂离子电池低温条件下充电出现析锂现象，也不影响锂离子电池的循环寿命，又能利用锂离子电池自身产热提高电池温度，在温度达到一定值后进行常规大电流放电，方便使用，节省了需要附加的给电池升温的加热器，大大降低生产和使用成本。
实施例2：请参阅图1，一种适用于低温条件下给锂电池充电的方法，该方法具体包括组装充电系统步骤、充放电使电池升温步骤、正常充电步骤；
所述组装充电系统步骤包括:
S1、所述充电系统包括充电柜2和管理系统3，管理系统3包括温度检测设备，温度检测设备的温度检测线4与电池1连接，所述管理系统3通过温度检测设备的温度检测线4获知电池1的表面温度，所述温度检测设备的监测点安装在电池1的中间部位，用于提高检测数据的准确性，方便使用，所述充电柜2的输出端与待充电的锂离子电池1的正负极连接。
所述该充电系统中的充电柜2和管理系统3均为现有技术，可由市面上直接购买获得，且均通过编程可实现自动化控制。
S2、所述管理系统3检测得到的电池1的表面温度为-7.5℃时，管理系统3向充电柜2下发指令，进行充放电使电池升温步骤，当管理系统3检测得到的电池1的表面温度低于-15℃时，管理系统3向充电柜2下发指令，不在启动进行充放电使电池升温步骤。
充放电使电池升温步骤，具体包括：
S3、首先将电池1静置2s后，执行步骤S4。
S4、充电柜2对电池1进行恒流充电，所述恒流充电时充电电流为0.15C（mA），恒流充电时间为50s，其中“C”表示电池1的额定容量，所述充电电流为0.15C（mA）表示：充电电流为电池额定容量*0.15（mA）。
S5、恒流充电完成后，将电池1静置2s后，执行步骤S6。
S6、充电柜2对电池1进行恒流放电，所述恒流放电时放电电流为0.15C（mA），恒流放电时间为60s,其中“C”表示电池1的额定容量，所述放电电流为0.15C（mA）表示：放电电流为电池额定容量*0.15（mA）。
然后循环进行步骤S4、S5、S6、，循环次数为100次。
所述充放电使电池升温步骤中，管理系统3实时检测电池1的表面温度，当充放电使电池升温步骤结束后，电池1的表面温度依然低于0℃时，管理系统3会继续给充电柜2下发指令，重复进行充放电使电池升温步骤，直至电池1的表面温度高于0℃。
S7、所述管理系统3实时检测电池1的表面温度，当电池1的表面温度高于0℃时，结束充放电使电池升温步骤，并进行正常充电步骤。
所述步骤S7中，管理系统3实时检测电池1的表面温度，当电池1的表面温度高于0℃时，管理系统3给充电柜2下达指令，结束充放电使电池升温步骤，结束后，管理系统3给充电柜2下达指令进行正常充电步骤。
所述正常充电步骤包括：
S8、首先将充放电使电池升温步骤结束后的电池1静置1min后，执行步骤S9。
S9、充电柜2对电池1进行恒流充电，恒流充电时充电电流为0.15C（mA），并限制电压，所述恒流充电时间为75min，其中“C”表示电池1的额定容量，所述充电电流为0.15C（mA）表示：充电电流为电池额定容量*0.15（mA）。
所述步骤S9中对铁锂电池的限定电压为3700（mV），对三元电池的限定电压为4200（mV）。
S10、充电柜2对电池1进行进一步恒流充电，该恒流充电的充电电流为0.35C（mA），并限制电压，该恒流充电的充电的时间为180min，其中“C”表示电池1的额定容量，所述充电电流为0.35C（mA）表示：充电电流为电池额定容量*0.35（mA）。
所述步骤S10中对铁锂电池的限定电压为3700（mV），对三元电池的限定电压为4200（mV）。
S11、充电柜2对电池1进行恒压充电，该恒压充电的充电电流为0.35C（mA），并限制电压，其中限制电流为0.02C，充电结束，其中“C”表示电池1的额定容量，所述充电电流为0.35C（mA）表示：充电电流为电池额定容量*0.35（mA）。
本发明采用上述技术方案，构思巧妙，适用于在-15℃～0℃的低温环境中使用，并且使用方便，主要利用锂离子电池在充放电时的产热原理，循环进行浅充浅放，使电池自动升温，既避免了锂离子电池低温条件下充电出现析锂现象，也不影响锂离子电池的循环寿命，又能利用锂离子电池自身产热提高电池温度，在温度达到一定值后进行常规大电流放电，方便使用，节省了需要附加的给电池升温的加热器，大大降低生产和使用成本。
实施例3：请参阅图1，一种适用于低温条件下给锂电池充电的方法，该方法具体包括组装充电系统步骤、充放电使电池升温步骤、正常充电步骤；
所述组装充电系统步骤包括:
S1、所述充电系统包括充电柜2和管理系统3，管理系统3包括温度检测设备，温度检测设备的温度检测线4与电池1连接，所述管理系统3通过温度检测设备的温度检测线4获知电池1的表面温度，所述温度检测设备的监测点安装在电池1的中间部位，用于提高检测数据的准确性，方便使用，所述充电柜2的输出端与待充电的锂离子电池1的正负极连接。
所述该充电系统中的充电柜2和管理系统3均为现有技术，可由市面上直接购买获得，且均通过编程可实现自动化控制。
S2、所述管理系统3检测得到的电池1的表面温度为0℃时，管理系统3向充电柜2下发指令，进行充放电使电池升温步骤，当管理系统3检测得到的电池1的表面温度低于-15℃时，管理系统3向充电柜2下发指令，不在启动进行充放电使电池升温步骤。
充放电使电池升温步骤，具体包括：
S3、首先将电池1静置2s后，执行步骤S4。
S4、充电柜2对电池1进行恒流充电，所述恒流充电时充电电流为0.2C（mA），恒流充电时间为40s，其中“C”表示电池1的额定容量，所述充电电流为0.2C（mA）表示：充电电流为电池额定容量*0.2（mA）。
S5、恒流充电完成后，将电池1静置2s后，执行步骤S6。
S6、充电柜2对电池1进行恒流放电，所述恒流放电时放电电流为0.2C（mA），恒流放电时间为60s,其中“C”表示电池1的额定容量，所述放电电流为0.2C（mA）表示：放电电流为电池额定容量*0.2（mA）。
然后循环进行步骤S4、S5、S6、，循环次数为100次。
所述充放电使电池升温步骤中，管理系统3实时检测电池1的表面温度，当充放电使电池升温步骤结束后，电池1的表面温度依然低于0℃时，管理系统3会继续给充电柜2下发指令，重复进行充放电使电池升温步骤，直至电池1的表面温度高于0℃。
S7、所述管理系统3实时检测电池1的表面温度，当电池1的表面温度高于0℃时，结束充放电使电池升温步骤，并进行正常充电步骤。
所述步骤S7中，管理系统3实时检测电池1的表面温度，当电池1的表面温度高于0℃时，管理系统3给充电柜2下达指令，结束充放电使电池升温步骤，结束后，管理系统3给充电柜2下达指令进行正常充电步骤。
所述正常充电步骤包括：
S8、首先将充放电使电池升温步骤结束后的电池1静置1min后，执行步骤S9。
S9、充电柜2对电池1进行恒流充电，恒流充电时充电电流为0.2C（mA），并限制电压，所述恒流充电时间为90min，其中“C”表示电池1的额定容量，所述充电电流为0.2C（mA）表示：充电电流为电池额定容量*0.2（mA）。
所述步骤S9中对铁锂电池的限定电压为3700（mV），对三元电池的限定电压为4200（mV）。
S10、充电柜2对电池1进行进一步恒流充电，该恒流充电的充电电流为0.5C（mA），并限制电压，该恒流充电的充电的时间为180min，其中“C”表示电池1的额定容量，所述充电电流为0.5C（mA）表示：充电电流为电池额定容量*0.5（mA）。
所述步骤S10中对铁锂电池的限定电压为3700（mV），对三元电池的限定电压为4200（mV）。
S11、充电柜2对电池1进行恒压充电，该恒压充电的充电电流为0.5C（mA），并限制电压，其中限制电流为0.02C，充电结束，其中“C”表示电池1的额定容量，所述充电电流为0.5C（mA）表示：充电电流为电池额定容量*0.5（mA）。
本发明采用上述技术方案，构思巧妙，适用于在-15℃～0℃的低温环境中使用，并且使用方便，主要利用锂离子电池在充放电时的产热原理，循环进行浅充浅放，使电池自动升温，既避免了锂离子电池低温条件下充电出现析锂现象，也不影响锂离子电池的循环寿命，又能利用锂离子电池自身产热提高电池温度，在温度达到一定值后进行常规大电流放电，方便使用，节省了需要附加的给电池升温的加热器，大大降低生产和使用成本。
对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种适用于低温条件下给锂电池充电的方法，该方法具体包括组装充电系统步骤、充放电使电池升温步骤、正常充电步骤；
所述组装充电系统步骤包括:
S1、充电系统包括充电柜（2）和管理系统（3），管理系统（3）包括温度检测设备，温度检测设备的温度检测线（4）与电池（1）连接，管理系统（3）通过温度检测设备获知电池（1）的表面温度，充电柜（2）的输出端与待充电的锂离子电池（1）的正负极连接；
S2、管理系统（3）检测得到的电池（1）的表面温度-15℃＜T＜0℃时，进行充放电使电池升温步骤。
2.根据权利要求1所述的一种适用于低温条件下给锂电池充电的方法，其特征在于：充放电使电池升温步骤，具体包括：
S3、首先将电池（1）静置2s后，执行步骤S4；
S4、充电柜（2）对电池（1）进行恒流充电，恒流充电的充电电流为0.1～0.2C（mA），恒流充电时间为40～60s，其中“C”表示电池（1）的额定容量；
S5、恒流充电完成后，将电池（1）静置2s后，执行步骤S6；
S6、充电柜（2）对电池（1）进行恒流放电，恒流放电的放电电流为0.1～0.2C（mA），恒流放电时间为60s,其中“C”表示电池（1）的额定容量；
然后循环进行步骤S4、S5、S6、，循环次数为100次。
3.根据权利要求2所述的一种适用于低温条件下给锂电池充电的方法，其特征在于：充放电使电池升温步骤中，管理系统（3）实时检测电池（1）的表面温度，当充放电使电池升温步骤结束后，电池（1）的表面温度低于0℃时，重复进行充放电使电池升温步骤，直至电池（1）的表面温度高于0℃。
4.根据权利要求3所述的一种适用于低温条件下给锂电池充电的方法，其特征在于：该方法的步骤还包括：S7、管理系统（3）实时检测电池（1）的表面温度，当电池（1）的表面温度高于0℃时，结束充放电使电池升温步骤，并进行正常充电步骤。
5.根据权利要求4所述的一种适用于低温条件下给锂电池充电的方法，其特征在于：步骤S7中，管理系统（3）实时检测电池（1）的表面温度，当电池（1）的表面温度高于0℃时，管理系统（3）给充电柜（2）下达指令，结束充放电使电池升温步骤，结束后，管理系统（3）给充电柜（2）下达指令进行正常充电步骤。
6.根据权利要求5所述的一种适用于低温条件下给锂电池充电的方法，其特征在于：所述正常充电步骤，具体包括：
S8、首先将充放电使电池升温步骤结束后的电池（1）静置1min后，执行步骤S9；
S9、充电柜（2）对电池（1）进行恒流充电，恒流充电时充电电流为0.1～0.2C（mA），并限制电压，恒流充电时间为60～90min，其中“C”表示电池（1）的额定容量；
S10、充电柜（2）对电池（1）进行进一步恒流充电，该恒流充电的充电电流为0.2～0.5C（mA），并限制电压，该恒流充电的充电的时间为180min，其中“C”表示电池（1）的额定容量；
S11、充电柜（2）对电池（1）进行恒压充电，该恒压充电的充电电流为0.2～0.5C，并限制电压，其中限制电流为0.02C，充电结束。
7.根据权利要求6所述的一种适用于低温条件下给锂电池充电的方法，其特征在于：步骤S9中对铁锂电池的限定电压为3700（mV），对三元电池的限定电压为4200（mV）。
8.根据权利要求7所述的一种适用于低温条件下给锂电池充电的方法，其特征在于：步骤S10中对铁锂电池的限定电压为3700（mV），对三元电池的限定电压为4200（mV）。
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