本發(fā)明屬于化學電源技術(shù)領(lǐng)域，一種具有低溫自加熱功能的鋰離子電池組及其加熱方法。在低溫條件下，采用該設(shè)計方法可將鋰離子電池組的內(nèi)部溫度升高到合適的溫度范圍，從而達到提高鋰離子電池組容量利用率和電壓精度的目的。

背景技術(shù)：

目前，鋰離子電池被大量應(yīng)用于航天、導彈、武器、艦船等領(lǐng)域，這些領(lǐng)域?qū)Φ蜏丨h(huán)境的要求較高，一般低溫環(huán)境溫度要求都達到-45℃，這就對鋰離子電池的低溫性能提出挑戰(zhàn)。

從國內(nèi)外研究現(xiàn)狀來看，在低溫環(huán)境具有較好性能的鋰離子電池，在較高溫度條件下就出現(xiàn)不穩(wěn)定的問題。為了滿足低溫環(huán)境的需求，同時兼顧高溫環(huán)境的要求，通過加熱使電池組內(nèi)部電池堆達到合適的溫度則是解決當前的技術(shù)瓶頸的途徑之一。

中國專利（CN104282965A）公開了一種鋰離子電池自加熱裝置及方法，即通過對鋰離子電池組進行高頻充放電，從而使鋰離子電池組實現(xiàn)自加熱的方法。

專利（CN104064836A）公開了一種鋰離子電池的低溫自加熱方法，該方法利用一定脈沖電流振幅的充放電方式實現(xiàn)了鋰離子電池的低溫自加熱，該方法需要具備充電裝置、加熱裝置、電池管理系統(tǒng)等，系統(tǒng)組成復雜，體積龐大，距離實際應(yīng)用具有一定的距離。

專利（CN105633497A）公開了一種電動汽車鋰離子電池低溫充電加熱系統(tǒng)及其加熱方法，該發(fā)明通過溫度傳感信號直接控制加熱裝置啟停，風道控制加熱裝置暖風流動方向，能使暖風按固定方向流動，電池受熱較均勻，有益于電池一致性的保持。該系統(tǒng)可使電池受熱均勻，延長其使用壽命，并保證動力電池在低溫條件下的正常充電。

專利（CN105680114A）公開了一種鋰離子電池的低溫快速自加熱方法，該發(fā)明利用正弦交流信號對電池進行無壽命損耗加熱。

本專利采用鋰離子電池組低溫放電過程自身產(chǎn)熱和鋰離子電池對加熱帶提供電能對鋰離子電池組進行加熱兩方面實現(xiàn)鋰離子電池組的自加熱，從而實現(xiàn)電池組低溫容量利用率的提高。而其他專利主要是通過對鋰離子電池進行反復交變充放電完成電池組的加熱。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的主要技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有鋰離子電池低溫容量利用率低的缺點，提供了一種具有低溫自加熱功能的鋰離子電池組及其自加熱方法。

本發(fā)明的解決方案是：通過一種具有低溫自加熱功能的鋰離子電池組，包括外殼、保溫層、電連接器、電池堆、加熱器、加熱控制器和開關(guān)；

所述外殼由強度較高的金屬或非金屬材料加工并組裝而成；保溫層為結(jié)構(gòu)強度較高或柔性保溫材料，安裝在電池堆與外殼的間隙內(nèi)；電連接器安裝在外殼壁板上，是對外提供電能或信號傳輸?shù)慕涌?；電池堆安裝在電池組中心位置，是存儲和提供電能的主體；加熱器緊貼安裝在電池堆周圍，與電池對之間具有良好的導熱性；加熱控制器是溫度繼電器或溫度控制開關(guān)，加熱控制部分安裝在鋰離子電池組內(nèi)部或鋰離子電池組以外的控制器中，感溫部分緊貼電池堆或通過其他導熱良好的材料進行感溫；開關(guān)安裝在鋰離子電池組或鋰離子電池組以外的控制器中。

優(yōu)選地，所述開關(guān)為電子控制開關(guān)、電信號控制開關(guān)或機械開關(guān)。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于，通過基于上述具有低溫自加熱功能的鋰離子電池組的低溫自加熱方法，包括如下步驟：

（1）鋰離子電池組在低溫環(huán)境溫度中使用；

（2）打開開關(guān)，鋰離子電池組的正極、負極接入加溫回路兩端；

（3）加熱控制器由于低溫環(huán)境作用使加溫回路保持導通狀態(tài)；

（4）電池組開始以一定的加熱電流自加熱，電池組給加熱器提供加熱電能；

（5）電池組加熱一段時間后，內(nèi)部電池堆溫度上升到預定的加溫斷開范圍；

（6）加熱控制器檢測到溫度達到預定的加溫斷開范圍，加溫回路斷開，整個加溫所消耗電池組容量在10%以內(nèi)；

（7）電池組加溫結(jié)束后，打開供電開關(guān)，設(shè)備工作，電池組開始供電，供電過程中電池產(chǎn)熱起到抵消電池組散熱的作用，若電池組溫度下降到設(shè)定的溫度，電池組自動啟動加熱，使電池組溫度達到穩(wěn)定；

（8）電池組以一定的電壓精度輸出，對外供電容量可達到實際容量的90%以上。

當溫度低于-25℃~30℃之間的某個溫度T1時，電池組自動啟動加熱。當溫度高于-25℃~30℃之間的某個溫度T2（T2≥T1）電池組自動斷開加熱。鋰離子電池組啟動前溫度高于設(shè)定溫度T1，可直接對外供電。鋰離子電池組啟動前的溫度低于設(shè)定溫度T1，需要先加熱到T1溫度以上，且達到規(guī)定的加熱時間后對外供電，加熱時間在0~120min。鋰離子電池組加熱到溫度高于T2時，加熱斷開，防止過熱產(chǎn)生安全性問題。鋰離子電池組加熱電流（單位A）與容量（單位Ah）系數(shù)為0.015~1.00之間，系數(shù)越大，加熱時間越短。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：

（1）本發(fā)明的加熱方式較為簡單，加熱元器件較少，成本低，另外，整個加熱系統(tǒng)的可靠性較高。

（2）本發(fā)明的加熱電源來源于電池組，不需要額外體統(tǒng)加熱電源，具有使用方便的特點。

（3）本發(fā)明通過對鋰離子電池內(nèi)部電池堆加熱，明顯提高了鋰離子電池在低溫環(huán)境條件下容量利用率不高的缺點，即鋰離子電池組容量利用率達到90%以上。

附圖說明

圖1為本發(fā)明鋰離子電池組低溫自加熱方法的原理圖；

圖2為本發(fā)明鋰離子電池組結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明鋰離子電池組低溫自加熱方法的原理圖。所述低溫自加熱原理為：（1）鋰離子電池組在低溫環(huán)境溫度中使用。（2）打開開關(guān)，鋰離子電池組的正極、負極接入加溫回路兩端。（3）加熱控制器由于低溫環(huán)境作用使加溫回路保持導通狀態(tài)。（4）電池組開始以一定的加熱電流自加熱，電池組給加熱器提供加熱電能。（5）電池組加熱一段時間后，內(nèi)部電池堆溫度上升到預定的加溫斷開范圍。（6）加熱控制器檢測到溫度達到預定的加溫斷開范圍，加溫回路斷開，整個加溫所消耗電池組容量在10%以內(nèi)。（7）電池組加溫結(jié)束后，打開供電開關(guān)，設(shè)備工作，電池組開始供電，供電過程中電池產(chǎn)熱起到抵消電池組散熱的作用，若電池組溫度下降到設(shè)定的溫度，電池組自動啟動加熱，使電池組溫度達到穩(wěn)定。

如圖2所示，所述具有低溫自加熱功能的鋰離子電池組，包括外殼1、保溫層2、電連接器3、電池堆4、加熱器5、加熱控制器6、開關(guān)等。所述外殼1由強度較高的金屬或非金屬材料加工并組裝而成；保溫層2為結(jié)構(gòu)強度較高或柔性保溫材料，安裝在電池堆與外殼的間隙內(nèi)；電連接器3安裝在外殼壁板上，是對外提供電能或信號傳輸?shù)慕涌冢浑姵囟?安裝在電池組中心位置，是存儲和提供電能的主體；加熱器5緊貼安裝在電池堆周圍，與電池對之間具有良好的導熱性；加熱控制器6是溫度繼電器或溫度控制開關(guān)，加熱控制部分安裝在鋰離子電池組內(nèi)部或鋰離子電池組以外的控制器中，感溫部分緊貼電池堆或通過其他導熱良好的材料進行感溫（本圖示為溫度繼電器，安裝在電池組內(nèi)部）。開關(guān)為電子控制開關(guān)、電信號控制開關(guān)或機械開關(guān)，安裝在鋰離子電池組或鋰離子電池組以外的控制器中（本圖示為機械開關(guān)，安裝在電池組蓋板上，實際情況可不一致）。