一种基于脉冲操作的锂离子动力电池低温充电方法

摘要

本发明公开了一种基于脉冲操作的锂离子动力电池低温充电方法，包括：S1首先以小电流充电至一定电量；S2对电池进行双向脉冲充电至95％SOC；S3最后以0.1C恒流充电至100％SOC。上述技术方案采用脉冲加热法进行加热，在充电时间、效率等方面具有优势，同时可以抑制负极上固体电解质界面层厚度的增加，并降低正极活性物质的损耗，用电池欧姆阻抗在脉冲充电过程中产生焦耳热提高锂离子电池温度，同时负脉冲降低了电池极化，避免锂金属在负极的析出，同时提高了加热速度。

权利要求

1.一种基于脉冲操作的锂离子动力电池低温充电方法，其特征在于，包括以下步骤：S1首先以小电流充电至一定电量；

S2对电池进行双向脉冲充电至95％SOC，将5％SOC到95％SOC按照5％SOC的间隔分为

10％SOC、15％SOC…直至95％SOC共18段充电过程，所述18阶段充电过程中每段充电过程包括：首先第一阶段施加一定倍率正向脉冲一定时间T1后，第二阶段立即以相同倍率进行负脉冲，并保持一定时间T2，直到充电至下一段充电过程，所述T1和T2获取方法为：在电池脉冲加热之前，在5％SOC,10％SOC...95％SOC下分别以脉冲倍率恒流充电30S,静置30‑50分钟直至电压稳定为止，取各SOC下电压下降至第二阶段中间所用时间t为T1,T2数值为T1时间的1/2；

S3最后以0.1C恒流充电至100％SOC。

2.根据权利要求1所述的一种基于脉冲操作的锂离子动力电池低温充电方法，其特征在于，所述步骤S1充电前将待测锂离子电池(2)恒温静置并连接测试设备。

3.根据权利要求1所述的一种基于脉冲操作的锂离子动力电池低温充电方法，其特征在于，所述步骤S1小电流为0.1C，充电至5％SOC后进入步骤2。

4.根据权利要求2所述的一种基于脉冲操作的锂离子动力电池低温充电方法，其特征在于，所述恒温静置温度为‑25℃～‑10℃区间内的某一恒定温度，静置时间保持8‑12小时。

5.根据权利要求2所述的一种基于脉冲操作的锂离子动力电池低温充电方法，其特征在于，所述待测锂离子电池(2)用夹具固定，施加压力为10‑15Psi，待测锂离子电池(2)表面正负极耳下方和电池中间位置，分别接有3个热电偶(1)，待测锂离子电池(2)上下部分别接有两个压力片(3)。

说明书

一种基于脉冲操作的锂离子动力电池低温充电方法

技术领域

[0001] 本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种基于脉冲操作的锂离子动力电池低温充电方法。

背景技术

[0002] 锂离子动力电池在低温环境下使用会导致放电容量下降、内阻上升，这些问题给锂离子电池在低温环境下运行带来了很大困难，尤其是低温充电会显著增加电池极化和析
锂可能性，因此有必要通过预热方式来解决上述问题。在诸多预加热方法中，利用锂离子电
池充放电进行内部加热是目前广泛研究的技术热点。

[0003] 常见的锂离子电池低温充电方法，通过优化恒流充电电流，降低低温充电时间，并且避免低温充电过程中的析锂风险。还有人采用一种低温下三元锂离子电池充电过程SOC‑
OCV测试方法，利用阶段充电方法，减小低温充电析锂风险。现有技术还有一种低温下恒流
充电方法，通过优化恒流充电电流，减小低温充电析锂风险。

[0004] 有资料显示，现有的技术方案采用了单向直流加热方法，使用电流小，加热时间长，加热效率低，尤其在大尺寸锂离子电池中使用时容易出现加热不均匀的现象，导致锂离
子电池老化速度加剧，并且现有的技术方案没有评估低温加热过程对锂离子电池循环寿命
的影响，具有一定的技术局限性。

[0005] 中国专利文献CN111092271A公开了一种“锂离子电池低温充电方法”。包括如下步骤：(1)用电流I1以恒流的方式将电池充电至预设电位V1，静置时间为t1；(2)用电流I2以恒
流的方式将电池充电至预设电位V2，然后在此电位下恒压充电至电流下降到I3；(3)用电流
I3以恒流的方式将电池充电至截止电压V3，然后在此电位下恒压充电至电流下降到I4。上
述技术方案采用了单向直流加热方法，使用电流小，加热时间长，加热效率低。

发明内容

[0006] 本发明主要解决原有的技术方案采用单向直流加热方法，使用电流小，加热时间长，加热效率低的技术问题，提供一种基于脉冲操作的锂离子动力电池低温充电方法，采用
脉冲加热法进行加热，在充电时间、效率等方面具有优势，同时可以抑制负极上固体电解质
界面层厚度的增加，并降低正极活性物质的损耗，用电池欧姆阻抗在脉冲充电过程中产生
焦耳热提高锂离子电池温度，同时负脉冲降低了电池极化，避免锂金属在负极的析出，同时
提高了加热速度，成本低，无需增加昂贵的测试设备。

[0007] 本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明包括以下步骤：

[0008] S1首先以小电流充电至一定电量；

[0009] S2对电池进行双向脉冲充电至95％SOC；所用脉冲电流为2‑5C,电流过大引起电池老化加剧，电流过小不利于电池加热效果。

[0010] S3最后以0.1C恒流充电至100％SOC。

[0011] 作为优选，所述的步骤S1充电前将待测锂离子电池恒温静置并连接测试设备。

[0012] 作为优选，所述的步骤S1小电流为0.1C，充电至5％SOC后进入步骤2。用于避免锂离子电池在高SOC和低SOC极化加剧。

[0013] 作为优选，所述的步骤2将5％SOC到95％SOC按照5％SOC的间隔分为10％SOC、15％SOC…直至95％SOC共45段充电过程。分为45段充电过程，每一段充电过程分别进行双向脉
冲充电。

[0014] 作为优选，所述的45阶段充电过程中每段充电过程包括：首先第一阶段施加一定倍率正向脉冲一定时间T1后，第二阶段立即以相同倍率进行负脉冲，并保持一定时间T2，直
到充电至下一段充电过程。利用电池欧姆阻抗在脉冲充电过程中产生焦耳热提高锂离子电
池温度，同时负脉冲降低了电池极化，避免锂金属在负极的析出，同时提高了加热速度。

[0015] 作为优选，所述的T1和T2获取方法为：在电池脉冲加热之前，在5％SOC,10％SOC...95％SOC下分别以脉冲倍率恒流充电30S,静置30‑50分钟直至电压稳定为止，取各
SOC下电压下降至第二阶段中间所用时间t为T1,T2数值为T1时间的1/2。用于进一步降低脉
冲极化对锂离子电池的影响。

[0016] 作为优选，所述的恒温静置温度为‑25℃～‑10℃区间内的某一恒定温度，静置时间保持8‑12小时。

[0017] 作为优选，所述的待测锂离子电池用夹具固定，施加压力为10‑15Psi，待测锂离子电池表面正负极耳下方和电池中间位置，分别接有3个热电偶，待测锂离子电池上下部分别
接有两个压力片。待测锂离子电池置于恒温箱内，保持8‑12小时，使得电池内部温度与恒温
箱内温度一致，恒温箱内温度为‑25℃～‑10℃区间内的某一恒定温度，待测电池用夹具固
定，施加压力为10‑15Psi。电池表面正负极耳下方和电池中间位置，分别接有3个热电偶测
试双向脉冲充电过程中电池的温度变化，同时在电池上下部分别接有两个压力片测试电池
表面应力变化。

[0018] 本发明的有益效果是：采用脉冲加热法进行加热，在充电时间、效率等方面具有优势，同时可以抑制负极上固体电解质界面层厚度的增加，并降低正极活性物质的损耗，用电
池欧姆阻抗在脉冲充电过程中产生焦耳热提高锂离子电池温度，同时负脉冲降低了电池极
化，避免锂金属在负极的析出，同时提高了加热速度。

附图说明

[0019] 图1是本发明的一种测试结构示意图。

[0020] 图2是本发明的一种双向脉冲加热过程示意图。

[0021] 图3是本发明的一种脉冲时间变化示意图。

[0022] 图中1热电偶，2待测锂离子电池，3压力片。

具体实施方式

[0023] 下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

[0024] 实施例：本实施例的一种基于脉冲操作的锂离子动力电池低温充电方法，如图1所示，包括待测锂离子电池2置于恒温箱内，保持8‑12小时，使得电池内部温度与恒温箱内温
度一致，恒温箱内温度为‑25℃～‑10℃区间内的某一恒定温度，待测电池用夹具固定，施加
压力为10‑15Psi。电池表面正负极耳下方和电池中间位置，分别接有3个热电偶1测试双向
脉冲充电过程中电池的温度变化，同时在电池上下部分别接有两个压力片3测试电池表面
应力变化。本发明所用软包锂离子电池为叠片结构，正极材料层状三元过渡金属氧化物/锰
酸锂/钴酸锂中的一种或几种，负极材料为人造石墨/天然石墨中的一种或几种，设计容量
为50‑70Ah，厚度为10‑13mm，长度为450‑600mm,充放电截止电压范围是2.8‑4.3V。

[0025] 为了避免锂离子电池在高SOC和低SOC极化加剧，恒定低温下首先以小电流0.1C充电至5％SOC,对电池进行双向脉冲至10％SOC、15％SOC…直至95％SOC,间隔为5％SOC，分为
共45段充电过程。最后以0.1C恒流充电至100％SOC。所用脉冲电流为2‑5C,电流过大引起电
池老化加剧，电流过小不利于电池加热效果。

[0026] 以5％SOC下为例，所用双向脉冲加热过程如图2所示，首先施加一定倍率正向脉冲一定时间T1后，立即以相同倍率进行负脉冲，并保持一定时间T2，直到充电至10％SOC,按照
相同方法依次进行。利用电池欧姆阻抗在脉冲充电过程中产生焦耳热提高锂离子电池温
度，同时负脉冲降低了电池极化，避免锂金属在负极的析出，同时提高了加热速度。

[0027] 为了进一步降低脉冲极化对锂离子电池的影响，脉冲时间T1根据图3方法确认，具体做法是在电池脉冲加热之前，在5％SOC,10％SOC...95％SOC下分别以脉冲倍率恒流充电
30S,静置30‑50分钟直至电压稳定为止，取各SOC下电压下降至第二阶段中间所用时间t为
T1,T2数值为T1时间的1/2。

[0028] 采用上述双向脉冲充电法，锂离子电池的温升速度为0.5‑1.0℃/分钟，并且电池表面三个热电偶最大温差不超过0.5℃，说明电池内部温度分布均匀性好。为验证不同倍率
脉冲加热对锂离子电池循环寿命的影响，与常温0.3C/0.3C的循环性能做了对比(0.3C是目
前纯电动汽车用锂离子电池常规充电电流)，如表1所示，可以看出，采用双向脉冲加热后，
充电时间与常温0.3C相近，双向脉冲倍率不高于4C时，锂离子电池循环寿命没有明显降
低，。随着倍率增加，循环前后不可逆应力变化逐渐增加，这与结构膨胀、微析锂引起的电池
结构变化有关，当不可逆应力超过17.6Psi时，锂离子电池循环寿命显著下降。通过上述数
据可以看出，在本发明中，脉冲倍率不超过4C时，采用双向脉冲方法可以有效改善锂离子电
池低温充电性能。

[0029]

[0030] 表1.锂离子电池循环寿命测试结果

[0031] 与现有技术方案相比，本发明采用双向脉冲充电加热法，其中所用脉冲电流由锂离子电池极化曲线优选获得，进一步降低了极化对锂离子电池性能的影响，验证发现，本发
明提出的方法对锂离子电池循环寿命没有明显影响。

[0032] 本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替
代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

[0033] 尽管本文较多地使用了双向脉冲等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的
限制都是与本发明精神相违背的。