CN103985917A - 一种锂电池低温充放电方法 - Google Patents

一种锂电池低温充放电方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种锂电池低温充电方法，包含：利用电池管理***实时检测电池的温度；利用电池管理***读取一预设规则，所述预设规则定义了多个连续的温度范围，每个温度范围对应一个充电截止电压；所述电池管理***将检测的电池的温度值与温度范围的边界值进行比对，看落到哪个温度范围内，得到对应的充电截止电压的值；利用电池管理***通过控制电路或充电机发出指令控制依据该充电截止电压对锂电池组充电。本发明具有的优点和积极效果是：通过锂电池组和管理***的配合，实现不需要借助外部加热也能对锂电池组进行低温充放电，且不会发生“锂晶枝”现象。

Description

一种锂电池低温充放电方法
技术领域
本发明属于电池充放电技术领域，尤其是涉及一种锂电池低温充放电方法。
背景技术
锂电池在低温情况下，各种活性物质活度降低，电芯电极的反应率低，电池性能非常低，实际充进的电量少，使用时电池的使用时间缩短。同时锂电池在低温充电过程中极易导致锂离子在负极析出，产生锂金属结晶，即“锂晶枝”现象。“锂晶枝”的生成会使电池的隔膜破裂而导致电池内部正负极短路，产生安全问题。同时，锂金属会和电解液反应，使电池活性减低，加快电池寿命的衰减。
现有技术中，使用锂电池时，为避免“锂晶枝”现象的发生，一般采用三种方法：第一种是禁止锂电池低温充电。第二种是当锂电池必须在低温环境中充电时，先对锂电池进行加热，从而避免了“锂晶枝”的现象的发生。第三种就是提出在低温环境下通过小电流式脉冲实现对电池进行充满电。第一种方法显然不能满足锂电池在众多领域的需求，尤其是目前的电动汽车领域，因其使用地域辽阔，尤其是我国的北方，冬季气候比较寒冷，室外温度可至零下30℃。第二种方法虽然在使用上较第一种好一些，但是其结构复杂，控制难度大，故障率高等问题始终影响了锂电池在使用领域，尤其是电动汽车领域的发展。第三种方法在理论上改善了低温充不进电的问题和低温状态下电子移动速度大于锂离子迁移速度造成过程中锂离子在负极表面析出的问题，但是忽视了由于在低温条件下正负极匹配量失衡造成的安全问题，产生一种“相对过充现象”。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种锂电池充放电方法，防止发生锂电池低温充电析出锂金属问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种锂电池低温充电方法，包括如下步骤：
S1.电池管理***实时检测电池的温度；
S2.电池管理***读取一预设规则，所述预设规则定义了多个连续的温度范围，每个温度范围对应一个充电截止电压；所述电池管理***将步骤S1检测的电池的温度值与温度范围的边界值进行比对，看落到哪个温度范围内，得到对应的充电截止电压的值；
S3.电池管理***通过控制电路或充电机发出指令控制依据S2步骤得到的充电截止电压对锂电池组充电。
进一步的，步骤S2中读取的预设规则还包括，每个充电截止电压对应一个充电电流；步骤S3中，对应相应的充电截止电压，采用预设规则中对应的充电电流对电池进行不同电流值的恒流充电。
进一步的，所述电池管理***包括微处理器、单节电压采集模块、电流采集模块和温度采集模块。
一种锂电池低温放电方法，包括如下步骤：
X1.电池管理***实时检测电池的温度；
X2.电池管理***读取一预设规则，所述预设规则定义了多个连续的温度范围，每个温度范围对应一个放电截止电压；所述电池管理***将步骤X1检测的电池的温度值与温度范围的边界值进行比对，看落到哪个温度范围内，得到对应的放电截止电压的值；
X3.电池管理***通过控制电路发出指令控制依据X2步骤得到的放电截止电压对锂电池组放电。
进一步的，所述电池为锂电池组或锂电池单体。
本发明具有的优点和积极效果是：通过锂电池组和管理***的配合，实现不需要借助外部加热也能对锂电池组进行低温充放电，且不会发生“锂晶枝”现象。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明根据温度调整充电截止电压的充电方法的流程图；
图3是本发明根据温度同时调整充电截止电压和充电电流的充电方法的流程图；
图4是本发明根据温度调整放电截止电压的放电方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。
本发明的的实施例的核心思想是，电池充放电方法，根据电池在不产生“锂结晶”温度范围，来决定适当的充电截止电压和放电截止电压；最开始在恒定电流充电下，并于电池电压上升到该充电截止电压时改为定电压充电，实时检测电池的温度，随着充电的过程，电池的温度逐渐上升，电池的温度达到另一个温度范围，则相应的充电截止电压也随之上升，在依据新的充电截止电压进行充电，一次规则进行，直至电池充满电为止。同时，电池充电方法可进一步依据温度范围，来决定一适当的充电电流。
如图1所示，本发明实施例中电池为锂电池组，充电机通过电池管理***为锂电池充电；电池管理***包括微处理器、单节电压采集模块、电流采集模块和温度采集模块，单节电压采集模块用来采集单节锂电池的电压，电流采集模块用来检测锂电池组充放电时的电流，温度采集模块用来检测电池的温度；微处理器接收每个电池的电池电压、来自电流采集模块和温度采集模块的输出信号，对电池组的充放电过程进行控制；电池管理***配合充电机对理电池组的充电截止电压和充电电流的控制。
一种锂电池低温充电方法，包括如下步骤：
A1.电池管理***实时检测电池的温度；
A2.电池管理***读取一预设规则，所述预设规则定义了多个连续的温度范围，每个温度范围对应一个充电截止电压；所述电池管理***将步骤A1检测的电池的温度值与温度范围的边界值进行比对，看落到哪个温度范围内，得到对应的充电截止电压的值；
A3.电池管理***通过控制电路或充电机发出指令控制依据A2步骤得到的充电截止电压对锂电池组充电。
进一步的，步骤A2中读取的预设规则还包括，每个充电截止电压对应一个充电电流；步骤A3中，对应相应的充电截止电压，采用预设规则中对应的充电电流对电池进行不同电流值的恒流充电。
一种锂电池低温放电方法，包括如下步骤：
B1.电池管理***实时检测电池的温度；
B2.电池管理***读取一预设规则，所述预设规则定义了多个连续的温度范围，每个温度范围对应一个放电截止电压；所述电池管理***将步骤B1检测的电池的温度值与温度范围的边界值进行比对，看落到哪个温度范围内，得到对应的放电截止电压的值；
B3.电池管理***通过控制电路发出指令控制依据B2步骤得到的放电截止电压对锂电池组放电。
本发明一实施例取某品牌的某一型号的一组电池，做不同温度下不同充电截止电压的实验，通过实验测试和解剖(见表1)，得出在不同的电压值及不同的温度状态下，锂晶枝”现象的发生和程度也是不同的。
表1：锂晶枝现象发生温度和充电截止电压对应表
本实施例中一种锂电池低温充电方法的，如图2所示，包括如下步骤：
首先，电池管理***实时检测电池的温度；
之后.电池管理***读取一预设规则，所述预设规则定义了多个连续的温度范围，每个温度范围对应一个充电截止电压(见表2，表2是根据表一的结果得到的)；所述电池管理***将上步骤检测的电池的温度值与温度范围的边界值进行比对，看落到哪个温度范围内，得到对应的充电截止电压的值；具体的：当检测到锂电池组温度低于-22℃时，对应的充电截止电压为3.9OV，电池管理***通过控制电路或充电机发出指令控制采用3.9OV充电截止电压对锂电池组充电；随着充电进行，锂电池组产生热量，温度逐步上升；当检测到锂电池组温度处于-16℃≤C1≤-20℃的范围内时，采用4.OV充电截止电压对锂电池组充电；依次类推，随着温度的增加，充电截止电压逐渐增加，最终达到4.20V，在恒压充电，将锂电池组充满为止；此充电过程中，不会产生“锂晶枝”现象。
表2：对应不同温度范围的充电截止电压值
温度范围 充电截止电压(V)
>-10℃ 4.20V
-10℃≤C1≤-15℃ 4.10V
-16℃≤C1≤-20℃ 4.00V
<-20℃ 3.90V
如图3所示，在保证电池组安全的前提下，为了更好地发挥电池的性能，进一步的，读取的预设规则还包括，每个充电截止电压对应一个充电电流(见表3)对应相应的充电截止电压，采用不同的充电电流对电池组进行不同电流值的恒流充电；本实施例中具体的为：当检测到锂电池组在-22℃时，调整充电电流为0.1C，当温度升高，电压逐步升高的时候，电流也相应地变大，直至电压为2.5V以上，恢复常规设定充电电流，即0.5C。
表3：不同温度下调控充电截至电压时根据电压的范围控制充电电流
温度范围 充电初始电压 电流
>-10℃ >2.5V 正常设定电流
-10℃≤C1≤-15℃ 2V<C1≤2.5V 0.3C
-16℃≤C1≤-20℃ 1.5V<C1≤2V 0.2C
-21℃≤C1≤-25℃ 1V<C1≤1.5V 0.1C
-26℃≤C1≤-30℃ 0.5V≤C1≤1V 0.05C
<-30℃ <0.5V 报警
一种锂电池低温放电方法的实施例，如图4所示，包括如下步骤：
首先，电池管理***实时检测电池的温度；
之后.电池管理***读取一预设规则，所述预设规则定义了多个连续的温度范围，每个温度范围对应一个放电截止电压(见表4)；所述电池管理***将上步骤检测的电池的温度值与温度范围的边界值进行比对，看落到哪个温度范围内，得到对应的放电截止电压的值；具体的：当检测到锂电池组温度低于-20℃时，对应的放电截止电压为1.5OV，电池管理***通过控制电路发出指令控制采用1.5O V放电截止电压对锂电池组放电；随着放电进行，锂电池组产生热量，温度逐步上升；当电池管理***检测到锂电池组的温度达到-20℃时，电池管理***将放电截止电压从1.5V不断调整到2.2V；依次类推，当温度>-10℃，放电截止电压为2.5V的设定的进行放电。
附表4：对应不同温度范围的放电截止电压值
温度范围 放电截止电压
>-10℃ 2.5V
-10℃≤C1≤-15℃ 2.2V
-16℃≤C1≤-20℃ 2.0V
-21℃≤C1≤-25℃ 1.5V
-26℃≤C1≤-30℃ 1.0V
<-30℃ 0V
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (5)

1.一种锂电池低温充电方法，其特征在于：提供给电池管理***，借以决定一充电截止电压，进而依据此充电截止电压对电池充电，此方法包括如下步骤：
A1.电池管理***实时检测电池的温度；
A2.电池管理***读取一预设规则，所述预设规则定义了多个连续的温度范围，每个温度范围对应一个充电截止电压；所述电池管理***将步骤A1检测的电池的温度值与温度范围的边界值进行比对，看落到哪个温度范围内，得到对应的充电截止电压的值；
A3.电池管理***通过控制电路或充电机发出指令控制依据A2步骤得到的充电截止电压对锂电池组充电。
2.根据权利要求1所述的锂电池低温充放电方法，其特征在于：步骤A2中读取的预设规则还包括，每个充电截止电压对应一个充电电流；步骤A3中，对应相应的充电截止电压，采用预设规则中对应的充电电流对电池进行不同电流值的恒流充电。
3.根据权利要求1或2所述的锂电池低温充放电方法，其特征在于：所述电池管理***包括微处理器、单节电压采集模块、电流采集模块和温度采集模块。
4.一种锂电池低温放电方法，其特征在于：包括如下步骤：
B1.电池管理***实时检测电池的温度；
B2.电池管理***读取一预设规则，所述预设规则定义了多个连续的温度范围，每个温度范围对应一个放电截止电压；所述电池管理***将步骤B1检测的电池的温度值与温度范围的边界值进行比对，看落到哪个温度范围内，得到对应的放电截止电压的值；
B3.电池管理***通过控制电路发出指令控制依据B2步骤得到的放电截止电压对锂电池组放电。
5.根据权利要求1至4任一所述的锂电池低温放电方法，其特征在于：所述电池为锂电池组或锂电池单体。
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