一种具有低温自加热功能的锂离子电池组及其自加热方法与流程

本发明属于化学电源技术领域，一种具有低温自加热功能的锂离子电池组及其加热方法。在低温条件下，采用该设计方法可将锂离子电池组的内部温度升高到合适的温度范围，从而达到提高锂离子电池组容量利用率和电压精度的目的。

背景技术：

目前，锂离子电池被大量应用于航天、导弹、武器、舰船等领域，这些领域对低温环境的要求较高，一般低温环境温度要求都达到-45℃，这就对锂离子电池的低温性能提出挑战。

从国内外研究现状来看，在低温环境具有较好性能的锂离子电池，在较高温度条件下就出现不稳定的问题。为了满足低温环境的需求，同时兼顾高温环境的要求，通过加热使电池组内部电池堆达到合适的温度则是解决当前的技术瓶颈的途径之一。

中国专利（CN104282965A）公开了一种锂离子电池自加热装置及方法，即通过对锂离子电池组进行高频充放电，从而使锂离子电池组实现自加热的方法。

专利（CN104064836A）公开了一种锂离子电池的低温自加热方法，该方法利用一定脉冲电流振幅的充放电方式实现了锂离子电池的低温自加热，该方法需要具备充电装置、加热装置、电池管理系统等，系统组成复杂，体积庞大，距离实际应用具有一定的距离。

专利（CN105633497A）公开了一种电动汽车锂离子电池低温充电加热系统及其加热方法，该发明通过温度传感信号直接控制加热装置启停，风道控制加热装置暖风流动方向，能使暖风按固定方向流动，电池受热较均匀，有益于电池一致性的保持。该系统可使电池受热均匀，延长其使用寿命，并保证动力电池在低温条件下的正常充电。

专利（CN105680114A）公开了一种锂离子电池的低温快速自加热方法，该发明利用正弦交流信号对电池进行无寿命损耗加热。

本专利采用锂离子电池组低温放电过程自身产热和锂离子电池对加热带提供电能对锂离子电池组进行加热两方面实现锂离子电池组的自加热，从而实现电池组低温容量利用率的提高。而其他专利主要是通过对锂离子电池进行反复交变充放电完成电池组的加热。

技术实现要素：

本发明解决的主要技术问题是：克服现有锂离子电池低温容量利用率低的缺点，提供了一种具有低温自加热功能的锂离子电池组及其自加热方法。

本发明的解决方案是：通过一种具有低温自加热功能的锂离子电池组，包括外壳、保温层、电连接器、电池堆、加热器、加热控制器和开关；

所述外壳由强度较高的金属或非金属材料加工并组装而成；保温层为结构强度较高或柔性保温材料，安装在电池堆与外壳的间隙内；电连接器安装在外壳壁板上，是对外提供电能或信号传输的接口；电池堆安装在电池组中心位置，是存储和提供电能的主体；加热器紧贴安装在电池堆周围，与电池对之间具有良好的导热性；加热控制器是温度继电器或温度控制开关，加热控制部分安装在锂离子电池组内部或锂离子电池组以外的控制器中，感温部分紧贴电池堆或通过其他导热良好的材料进行感温；开关安装在锂离子电池组或锂离子电池组以外的控制器中。

优选地，所述开关为电子控制开关、电信号控制开关或机械开关。

本发明的另一技术方案在于，通过基于上述具有低温自加热功能的锂离子电池组的低温自加热方法，包括如下步骤：

（1）锂离子电池组在低温环境温度中使用；

（2）打开开关，锂离子电池组的正极、负极接入加温回路两端；

（3）加热控制器由于低温环境作用使加温回路保持导通状态；

（4）电池组开始以一定的加热电流自加热，电池组给加热器提供加热电能；

（5）电池组加热一段时间后，内部电池堆温度上升到预定的加温断开范围；

（6）加热控制器检测到温度达到预定的加温断开范围，加温回路断开，整个加温所消耗电池组容量在10%以内；

（7）电池组加温结束后，打开供电开关，设备工作，电池组开始供电，供电过程中电池产热起到抵消电池组散热的作用，若电池组温度下降到设定的温度，电池组自动启动加热，使电池组温度达到稳定；

（8）电池组以一定的电压精度输出，对外供电容量可达到实际容量的90%以上。

当温度低于-25℃~30℃之间的某个温度T1时，电池组自动启动加热。当温度高于-25℃~30℃之间的某个温度T2（T2≥T1）电池组自动断开加热。锂离子电池组启动前温度高于设定温度T1，可直接对外供电。锂离子电池组启动前的温度低于设定温度T1，需要先加热到T1温度以上，且达到规定的加热时间后对外供电，加热时间在0~120min。锂离子电池组加热到温度高于T2时，加热断开，防止过热产生安全性问题。锂离子电池组加热电流（单位A）与容量（单位Ah）系数为0.015~1.00之间，系数越大，加热时间越短。

本发明与现有技术相比的优点在于：

（1）本发明的加热方式较为简单，加热元器件较少，成本低，另外，整个加热系统的可靠性较高。

（2）本发明的加热电源来源于电池组，不需要额外体统加热电源，具有使用方便的特点。

（3）本发明通过对锂离子电池内部电池堆加热，明显提高了锂离子电池在低温环境条件下容量利用率不高的缺点，即锂离子电池组容量利用率达到90%以上。

附图说明

图1为本发明锂离子电池组低温自加热方法的原理图；

图2为本发明锂离子电池组结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明锂离子电池组低温自加热方法的原理图。所述低温自加热原理为：（1）锂离子电池组在低温环境温度中使用。（2）打开开关，锂离子电池组的正极、负极接入加温回路两端。（3）加热控制器由于低温环境作用使加温回路保持导通状态。（4）电池组开始以一定的加热电流自加热，电池组给加热器提供加热电能。（5）电池组加热一段时间后，内部电池堆温度上升到预定的加温断开范围。（6）加热控制器检测到温度达到预定的加温断开范围，加温回路断开，整个加温所消耗电池组容量在10%以内。（7）电池组加温结束后，打开供电开关，设备工作，电池组开始供电，供电过程中电池产热起到抵消电池组散热的作用，若电池组温度下降到设定的温度，电池组自动启动加热，使电池组温度达到稳定。

如图2所示，所述具有低温自加热功能的锂离子电池组，包括外壳1、保温层2、电连接器3、电池堆4、加热器5、加热控制器6、开关等。所述外壳1由强度较高的金属或非金属材料加工并组装而成；保温层2为结构强度较高或柔性保温材料，安装在电池堆与外壳的间隙内；电连接器3安装在外壳壁板上，是对外提供电能或信号传输的接口；电池堆4安装在电池组中心位置，是存储和提供电能的主体；加热器5紧贴安装在电池堆周围，与电池对之间具有良好的导热性；加热控制器6是温度继电器或温度控制开关，加热控制部分安装在锂离子电池组内部或锂离子电池组以外的控制器中，感温部分紧贴电池堆或通过其他导热良好的材料进行感温（本图示为温度继电器，安装在电池组内部）。开关为电子控制开关、电信号控制开关或机械开关，安装在锂离子电池组或锂离子电池组以外的控制器中（本图示为机械开关，安装在电池组盖板上，实际情况可不一致）。