[發(fā)明專利]一種鋰離子電池低溫充電方法及其裝置

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• 申請日: 2017-10-20
• 公開（公告）號: CN108011409A
• 公開（公告）日: 2018-05-08
• 發(fā)明（設計）人: 孟海軍;袁中直;劉鵬程;劉金成
• 申請（專利權）人: 惠州億緯鋰能股份有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H01M10/44
• 代理公司: 廣州市華學知識產(chǎn)權代理有限公司 44245
• 代理人: 葉敏明

本發(fā)明公開一種鋰離子電池低溫充電方法及其裝置。充電裝置包括：充電模塊、電池組及電流調(diào)節(jié)模塊。電池組的總正端通過電流調(diào)節(jié)模塊與充電模塊的正極連接，電池組的總負端與充電模塊的負極連接；電流調(diào)節(jié)模塊包括總溫度開關及與總溫度開關并聯(lián)連接的若干個電流調(diào)節(jié)支路，電流調(diào)節(jié)支路包括一支路溫度開關及與支路溫度開關串聯(lián)連接的負溫度系數(shù)熱敏電阻；總溫度開關、每一電流調(diào)節(jié)支路中的支路溫度開關分別在不同的溫度區(qū)間內(nèi)實現(xiàn)閉合或斷開；每一電流調(diào)節(jié)支路中的負溫度系數(shù)熱敏電阻分別在不同的溫度區(qū)間內(nèi)具有不同的阻值。通過具有漸變特性的器件來控制鋰離子電池的充電電流，保證鋰離子電池在更寬的溫度范圍可以充電，保證低溫下可以充電。

技術領域

本發(fā)明涉及鋰離子電池低溫充電技術領域，特別是涉及一種鋰離子電池低溫充電方法及其裝置。

背景技術

鋰離子電池在低溫下(通常為0℃以下)禁止充電，由于鋰離子電池在低溫下充電的時候，其負極石墨難以發(fā)生鋰離子的嵌入反應，而導致金屬鋰在石墨負極表面沉積，形成鋰枝晶，易刺破隔膜，導致電池內(nèi)部短路而產(chǎn)生鼓脹、電解液泄露、爆炸起火等安全問題，同時也會縮短電池的循環(huán)壽命。

為了防止電池在低溫下充電而產(chǎn)生安全問題，通常在鋰離子電池組中設置電池管理系統(tǒng)(BMS)，通過電池中的溫度傳感器檢測電池的溫度，通過BMS中的芯片設置充電管理的邏輯判斷程序，配合充電電路中的電子開關，對電池的充電行為進行管理。當溫度低于禁止充電的溫度時，充電開關斷開，充電電路被切斷；當溫度上升到適合充電的溫度范圍之后，充電開關接通，給電池進行充電。這種充電保護方法，只有“開”、“關”二個狀態(tài)，這與電化學電池可充電速率隨溫度降低而逐漸減小的電化學特性不一致，同時也導致電池組在低溫下無法充電使用，如果是使用帶有這種BMS的鋰離子電池供電的電動汽車，那么這種電動車在寒冷的地方(例如中國北方的冬天)就無法充電使用了。

對于鋰離子電化學電池來說，其可充電的能力是逐漸下降的，而不是“開/關”這種突變式的變化。其在室溫25℃下具有良好的充電性能，到15℃、10℃、5℃、0℃時其可充電能力逐漸下降，在0℃以下也具有一定的可充電能力，只是只能更小的電流進行充電，而不能進行大電流充電。

但是在現(xiàn)有技術中，為了解決鋰離子電池低溫下充電的問題，采取的主要方法可以歸納為三種：

一是物理加熱的方法，即檢測到電池處于低溫下的時候，啟動加熱裝置，使纏繞在電池周圍的加熱器件對電池進行加熱，當電池溫度上升到允許充電的溫度之后再啟動充電。類似的方法也可以使用交變電流的方法使電池加熱到可以充電的溫度之后再進行充電，例如ZL201410071715.6電池的低溫預熱與充電方法。這是目前普遍采用的方法。這種方法要求面臨低溫環(huán)境時具有外部供電的條件，同時也會額外消耗電力。有時為了節(jié)約外部電力，則利用電池在低溫下可以放電的特性，使用電池本身放電過程中的自發(fā)熱來實現(xiàn)自體加熱；

二是通過外部管理電路調(diào)節(jié)充電截止電壓或充電脈沖電流等方法，通過一定頻率的脈沖電流對電池進行充電，在保證電池內(nèi)部不產(chǎn)生鋰枝晶的情況下，可以通過充電過程所產(chǎn)生的物理的和化學的熱效應使得電池溫度上升，并保證充電的平均電量不大于電池可以承受的電量，提升電池可充電能力和低溫充電安全性。例如ZL201510408433.5一種安全的鋰二次電池充電方法及裝置，就是針對不同溫度范圍的低溫環(huán)境，實施不同充電電流幅度和頻率的間歇式脈沖充電和放電，從而能夠保證電池在低溫下可以安全地充電。又如中國專利ZL201410252579.0一種鋰電池低溫充放電方法，利用電池管理系統(tǒng)讀取一預設規(guī)則，所述預設規(guī)則定義了多個連續(xù)的溫度范圍，每個溫度范圍對應一個充電截止電壓，利用電池管理系統(tǒng)通過控制電路或充電機發(fā)出指令控制依據(jù)該充電截止電壓對鋰電池組充電。這類充電方式主要通過充電管理系統(tǒng)進行管理，需要管理芯片及其數(shù)學模型的配合、并使用較多的溫度傳感器、電流/電壓控制和管理裝置等等元器件，電路復雜，成本高；