一种锂电池低温环境充电系统及方法技术方案

本申请涉及一种锂电池低温环境充电系统及方法，其包括：锂电池组，包括若干阵列排布的锂电池；铅酸蓄电池板，设置于锂电池组的底部，所述铅酸蓄电池板与锂电池组电连接，铅酸蓄电池板热接触于各锂电池的底面；换热系统，包括若干设置于各相邻锂电池之间的换热片、微型泵、循环管道和加热装置，所述换热片具有内腔且在内腔设置有波形支撑板，所述波形支撑板的波峰和波谷处抵接于所述换热片的内腔壁，所述波形支撑板与换热片的内腔壁之间的间隙容纳有循环液，所述循环管道连通各换热片至加热装置上以形成循环回路，所述微型泵设置于循环管道上。本申请具有高效地实现对低温环境下的锂电池进行充电，且减轻对电池本身造成的损害的优点。优点。优点。

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池低温环境充电系统及方法


[0001]本申请涉及新能源电池的领域，尤其是涉及一种锂电池低温环境充电系统及方法。

技术介绍

[0002]随着锂离子电池的广泛应用，多样化的充电形式也相继涌现。锂电池对工作温度的要求较为苛刻，比如低温下锂电池性能退化严重，同时在锂离子电池充放电过程中会有一些副反应发生。这些副反应中主要是锂离子与电解液不可逆的反应，会造成锂电池容量衰退，使电池性能进一步恶化。导电活性物质的消耗，造成容量衰减。研究发现，当荷电状态（SOC）和充电电流密度越大，测试温度越低，石墨负极的电位就会越负，负极表面的锂沉积副反应也越容易发生。
[0003]目前，一种可选的思路是，采用在锂电池表面设置电热丝，在低温环境下对电热丝进行供电，当电热丝对锂电池加热到一定程度时，则再启动锂电池，以利用锂电池自身的发热继续升温。相应的有一种替代方案，采用加热片替代加热丝，如聚酰亚胺薄片上面印刷电路板，使用加热片贴附于锂电池的表面，以来对锂电池进行加热。但是，对于加热膜加热，加热功率无法调节，容易造成干烧，电池温度分布不一致。升温速度慢，速率一般在0.2~0.4℃/min，且成本高，需要贴满。

技术实现思路

[0004]为了高效地实现对低温环境下的锂电池进行充电，且减轻对电池本身造成的损害，本申请提供一种锂电池低温环境充电系统及方法。
[0005]第一方面，本申请提供的一种锂电池低温环境充电系统，采用如下的技术方案：一种锂电池低温环境充电系统，包括：锂电池组，包括若干阵列排布的锂电池；铅酸蓄电池板，设置于锂电池组的底部，所述铅酸蓄电池板与锂电池组电连接，铅酸蓄电池板热接触于各锂电池的底面；换热系统，包括若干设置于各相邻锂电池之间的换热片、微型泵、循环管道和加热装置，所述换热片具有内腔且在内腔设置有波形支撑板，所述波形支撑板的波峰和波谷处抵接于所述换热片的内腔壁，所述波形支撑板与换热片的内腔壁之间的间隙容纳有循环液，所述循环管道连通各换热片至加热装置上以形成循环回路，所述微型泵设置于循环管道上。
[0006]通过采用上述技术方案，锂电池作为主供电电源，铅酸蓄电池作为辅助供电电源，由于铅酸蓄电池对低温的耐受性高，在低温环境下，能够用于对换热系统进行供电。微型泵驱动循环液沿循环管道流动，加热装置对循环液进行统一加热，避免了将加热片遍布在各锂电池上的高成本，同时还有利于锂电池处于高温状态时利用循环系统外接换热系统进行散热。由于换热片为包含有循环液的夹板，在厚度方向上的支撑效果差，当锂电池温度升高
时将会膨胀挤压换热片，波形支撑板能够对换热片提供支撑和缓冲。可选的，加热装置也可以设置于波形支撑板上以便于对循环液进行加热。
[0007]另外，通过该方案，循环液经过循环能够充分地与各个锂电池进行换热，由于锂电池的位置不同，其温度也有所不同，循环液在对各处锂电池加热时能够尽量减小温度差异。这是由于锂电池组统一由SOC进行控制，锂电池局部温度分布不均将会导致SOC误判而在不合适的时机启动锂电池供电，使得锂电池内部锂枝晶的快速生长和电池短路。
[0008]可选的，该锂电池低温环境充电系统还包括云母外壳，所述云母外壳的内部设置有用于与外部电路连通的电路接口，所述锂电池组安装于云母外壳内，且锂电池的外壁组抵接于云母外壳的内侧壁，且锂电池组顶部的电极结构嵌入于所述电路接口中。
[0009]通过采用上述技术方案，云母外壳具有优良的导热性能，锂电池的电极结构嵌入到云母外壳中，能够使得锂电池使用过程中的电极结构快速散热和彼此绝缘，同时减少电池结构中为电极结构的预留空间，使得整体结构更为紧凑。
[0010]此外，作为辅助电源的铅酸蓄电池无须过大的设计过大的容量，为了提高整个电池系统的能量密度，铅酸蓄电池采用轻薄的板状设计，对压力的承受效果弱，由于铅酸蓄电池板设置于锂电池组的底部，也就是说，铅酸蓄电池相当于盖子位于锂电池组的上方，避免了沉重的锂电池组对其产生直接压迫，节约了额外支撑结构。此外，铅酸蓄电池在进行放电时，能够发生吸热作用，从而为高温状态下的锂电池进行降温。
[0011]可选的，该锂电池低温环境充电系统还包括：超级电容器，所述超级电容器的正极连于铅酸电池和锂电池组的正极，负极连于铅酸电池和锂电池组的负极；第一升压电路，连于锂电池组和超级电容器之间，用于获取锂电池组的电能，升压后为超级电容器充电；第二升压电路，连于铅酸电池和超级电容器之间，用于获取铅酸电池的电能，升压后为超级电容器充电。
[0012]在相关技术中，为了克服加热膜加热的缺陷，目前有利用电脉冲对锂电池进行加热的方法。锂电池具有低温下电池内阻增大的特性，在锂电池的两端提供持续振荡的电流，电流流经电池后电芯内部产生欧姆热，使电池温度快速升高。目前振荡电流通常由混动汽车的电机或者在电池组中设置的超级电容来提供，但是前者无法方便地到纯电动车上，后者则需要在电池组中设置大容量的超级电容进行蓄电，超级电容仅用于供电之用，不仅占用较大的空间且成本高。
[0013]因此，在本方案中，在低温环境下采用铅酸蓄电池板对第二升压电路进行供电，第二升压电路对电流升压后为超级电容器进行充电，充电结束后第二升压电路断开，且导通超级电容器与锂电池组。超级电容器对锂电池组快速放电，产生高压的脉冲电流，电流流经电池后电芯内部产生欧姆热，使电池温度快速升高。
[0014]可选的，所述锂电池组与超级电容器的连接通路上设置有第一开关，所述铅酸电池与超级电容器的连接通路上设置有第二开关。
[0015]可选的，所述第一开关用于接收具有第一脉宽的第一控制信号，以导通第一开关；所述第一升压电路用于接收具有第三脉宽的第三控制信号，以触发第一升压电路；所述第二开关用于接收具有第二脉宽的第二控制信号，以导通第二开关；所述第二升压电路用于
接收具有第四脉宽的第四控制信号，以触发第二升压电路；第一控制信号和第四控制信号均为周期信号，在每个周期中，第一控制信号和第四控制信号间隔发送且第四控制信号位于第一控制信号之前，第四脉宽大于第一脉宽。第二控制信号和第三控制信号均为周期信号，在每个周期中，第而控制信号和第三控制信号间隔发送且第三控制信号位于第二控制信号之前，第三脉宽大于第二脉宽。
[0016]通过采用上述技术方案，当铅酸电池借助超级电容器将锂电池组升温到正常温度范围时，锂电池组对铅酸蓄电池进行反向充电。在一个充放电周期开始时，第一开关常闭，第二开关关闭，第一升压电路基于第三控制信号启动，以接收锂电池组的供电，第一升压电路对电流升压后为超级电容器进行充电。由于第三脉宽较大，因此超级电容器在一个周期内拥有足够的时间进行充电。超级电容器充电完成后第一升压电路断开，第二开关接收到第二控制信号并开启，超级电容器与铅酸蓄电池相导通，由于第二脉宽较小，超级电容器对铅酸蓄电池快速放电，产生高压的脉冲电流，直至充放电周期结束。
[0017]理论上，稳定的电流充电时蓄电池中产生的极化电压会阻碍其本身的充电，特别是快充后期，使出气率和温升显着升高，极化电压的大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂电池低温环境充电系统，其特征在于，包括：锂电池组(2)，包括若干阵列排布的锂电池；铅酸蓄电池板(3)，设置于锂电池组(2)的底部，所述铅酸蓄电池板(3)与锂电池组(2)电连接，铅酸蓄电池板(3)热接触于各锂电池的底面；换热系统，包括若干设置于各相邻锂电池之间的换热片(4)、微型泵、循环管道和加热装置，所述换热片(4)具有内腔且在内腔设置有波形支撑板(41)，所述波形支撑板(41)的波峰和波谷处抵接于所述换热片(4)的内腔壁，所述波形支撑板(41)与换热片(4)的内腔壁之间的间隙容纳有循环液(42)，所述循环管道连通各换热片(4)至加热装置上以形成循环回路，所述微型泵设置于循环管道上。2.根据权利要求1所述的锂电池低温环境充电系统，其特征在于，还包括云母外壳(1)，所述云母外壳(1)的内部设置有用于与外部电路连通的电路接口，所述锂电池组(2)安装于云母外壳(1)内，且锂电池的外壁组抵接于云母外壳(1)的内侧壁，且锂电池组(2)顶部的电极结构嵌入于所述电路接口中。3.根据权利要求2所述的锂电池低温环境充电系统，其特征在于，还包括：超级电容器，所述超级电容器的正极连于铅酸电池和锂电池组(2)的正极，负极连于铅酸电池和锂电池组(2)的负极；第一升压电路，连于锂电池组(2)和超级电容器之间，用于获取锂电池组(2)的电能，升压后为超级电容器充电；第二升压电路，连于铅酸电池和超级电容器之间，用于获取铅酸电池的电能，升压后为超级电容器充电。4.根据权利要求3所述的锂电池低温环境充电系统，其特征在于，所述锂电池组(2)与超级电容器的连接通路上设置有第一开关，所述铅酸电池与超级电容器的连接通路上设置有第二开关。5.根据权利要求4所述的锂电池低温环境充电系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨昌军，张洋，肖宏，伍毅，曹龙，
申请(专利权)人：深圳市华美兴泰科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：