本發(fā)明屬于電池相關技術領域，具體涉及一種電池低溫充電的控制系統。

背景技術：

隨著社會進步和發(fā)展，電池已經成為動力源的核心部件，由于不僅體積小、容量大、電壓穩(wěn)定、便于攜帶和使用、可循環(huán)利用符合可持續(xù)發(fā)展的理念，所以受到人們極大地關注和被應用到廣泛的領域。目前現有的電池有鉛酸電池、鎳鉻/鎳氫電池和鋰電池，其中，鉛酸電池因已有140多年歷史，用戶認可度高，回收技術成熟，且價格低廉，所以現廣泛應用于汽車啟動、通信、鐵路、牽引等多個領域。鎳鉻/鎳氫電池因價格低，使用壽命較長，可高倍率放電，在軍用、民用領域都運用廣泛。鋰電池是目前最受歡迎的電池，具有比能量高、循環(huán)壽命長、使用安全、耐高溫、容量大且無記憶效應的優(yōu)點，所以被應用到各個領域，比如手機、便攜式數碼產品、電動汽車和儲能設備等。

由于電池應用的領域均相當廣泛，所以使用環(huán)境往往是比較苛刻，很多時候需要電池能在0℃甚至更低溫度環(huán)境下工作，所以電池在低溫環(huán)境下的充電技術也被人們廣泛的關注著，研究表明鉛酸電池在低于0℃環(huán)境中，溫度每降低10℃內阻約增大15％左右，因為硫酸溶液粘度變大，所以增大了硫酸溶液電阻，而加重了電極極化的影響，蓄電池容量會明顯減少，嚴重影響了電池的性能。在低溫環(huán)境下充電，濃差極化加劇，會引起充電效率降低，影響了電池的使用功能。鎳鉻/鎳氫電池在低溫環(huán)境下同樣會遇到電池電壓和容量降低，充電效率低下等問題。對于鋰電池在溫度低于0℃時，電池的電壓、容量等性能均會出現不同程度的下降，充電電壓呈非線性變化，內阻變化比較劇烈，嚴重影響電池的使用壽命，充電容量大幅度下降，損壞了電池的性能。而在低溫度下進行充電的技術難題卻一直沒有被攻克。

目前，針對上述電池在低溫環(huán)境中充電問題，還沒有統一的方法。解決的一般方法是將電池置于常溫環(huán)境，待其內部溫度趨于穩(wěn)定后再進行充電。但這種方法卻大大受到環(huán)境的限制，在野外惡劣環(huán)境或航天航空領域等低溫環(huán)境條件下不適用。

技術實現要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種電池低溫充電的控制系統，能夠解決電池在低溫環(huán)境下的正常充電問題，同時保證充電過程中不損壞電池功能和性能。

實施本發(fā)明的具體步驟如下：

一種電池低溫充電的控制系統，該系統包括充電器和電池電芯預設裝置，電池電芯預設裝置包括多個溫度傳感器和多個加熱單元，充電器包括充電單元、充電控制單元、數據采集單元、數據傳輸單元和閾值判斷單元；

多個溫度傳感器和多個加熱單元均分布在電池電芯內部和/或表面的不同處；

數據采集單元實時采集溫度傳感器的溫度值通過數據傳輸單元傳輸到充電控制單元；

充電控制單元利用閾值判斷單元判斷電池電芯的溫度值，充電控制單元根據閾值判斷單元的判斷結果控制加熱單元和充電單元的工作：

電池處于未充電狀態(tài)下：當獲取的電芯溫度值低于設定的閾值S1，充電控制單元控制加熱單元對電池電芯進行加熱；當獲取的電芯溫度值處于設定的閾值在[S₁,S₂]內，充電控制單元控制加熱單元對電池電芯進行加熱，控制充電單元對電池電芯進行充電；當獲取的電芯溫度值高于設定的閾值S2，充電控制單元控制充電單元對電池電芯進行充電；

電池處于充電狀態(tài)下：當獲取的電芯溫度值處于設定的閾值在[S₁,S₂]內，充電控制單元控制加熱單元對電池電芯進行加熱，控制充電單元對電池電芯進行充電；當獲取的電芯溫度值高于設定的閾值S2時，充電控制單元控制充電單元對電池電芯進行充電，控制加熱單元對電池電芯不加熱。

進一步地，加熱單元采用加熱膜或電阻絲網。

有益效果：

1)本系統利用充電器的閾值判斷單元，先對電池溫度進行判斷，并利用外接電源先對電池電芯進行加熱，使之內部達到設定溫度，并處于熱平衡狀態(tài)，使得電池的電壓、容量等性能得以保證，利用該系統不僅解決了電池在低溫環(huán)境下的不能正常充電問題，同時保證充電過程中不損壞電池功能和性能。

2)本系統實時采集電池電芯的溫度并使其不低于有損電池性能的預設溫度S1，從而避免了充電過程中電池電芯的物理和電化學性能不可逆損傷，延長了電池的使用壽命，也使得本系統在環(huán)境溫度極低的野外環(huán)境或航天航空領域中均可適用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的系統結構示意圖。

圖2為低溫充電系統的流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。

本發(fā)明提供了一種低溫環(huán)境下的電池充電系統，該系統包括充電器和電池電芯預設裝置，電池電芯預設裝置包括多個溫度傳感器和多個加熱單元，充電器包括充電單元、充電控制單元、數據采集單元、數據傳輸單元和閾值判斷單元；

多個溫度傳感器和多個加熱單元均分布在電池電芯內部和/或表面的不同處；

數據采集單元實時采集溫度傳感器的溫度值通過數據傳輸單元傳輸到充電控制單元；

充電控制單元利用閾值判斷單元判斷電池電芯的溫度值，充電控制單元根據閾值判斷單元的判斷結果控制加熱單元和充電單元的工作：

電池處于未充電狀態(tài)下，當獲取的電芯溫度值低于設定的閾值S1，充電控制單元控制加熱單元對電池電芯進行加熱；當獲取的電芯溫度值處于設定的閾值在[S₁,S₂]內，充電控制單元控制加熱單元對電池電芯進行加熱，控制充電單元對電池電芯進行充電；當獲取的電芯溫度值高于設定的閾值S2，充電控制單元控制充電單元對電池電芯進行充電；

電池處于充電狀態(tài)下，當獲取的電芯溫度值處于設定的閾值在[S₁,S₂]內，充電控制單元控制加熱單元對電池電芯進行加熱，控制充電單元對電池電芯進行充電；當獲取的電芯溫度值高于設定的閾值S2時，充電控制單元控制充電單元對電池電芯進行充電，控制加熱單元對電池電芯不加熱。

其中，充電控制單元為充電器內的核心模塊，數據采集單元將溫度傳感器得到的溫度信號轉換成數字信號，傳輸到充電器充電控制單元中的控制芯片中，然后再通過閾值判斷單元即閾值判斷和控制邏輯處理給出對加熱單元的控制信號，控制電池電芯內部的加熱，使電芯溫度達到適宜的可充電范圍后再啟動對于電芯的充電過程，充電結束后即可關閉所有加熱單元。通過上述的溫度控制，利用充電器輸入的外接電源先對電池電芯進行加熱，使之內部達到設定溫度，并處于熱平衡狀態(tài)，避免充電過程中電池電芯的物理和電化學性能不可逆損傷，延長電池的使用壽命。

加熱單元是給電池加熱時的執(zhí)行機構，目前有多種加熱裝置可選，這些加熱單元性能穩(wěn)定，一般為純阻性，在將電能轉換成熱能使轉換效率比價高，轉化率在99％以上?？刹捎眉訜崮?、電阻絲網或其他加熱結構實現對于電池電芯表面的加熱。

加熱單元與電芯表面緊密接觸，由于加熱材料具有良好的導電性，同時具備良好的導熱性，在環(huán)境溫度較高時，有助于提高電池的散熱性能，改善電池的高溫供電性能。

充電控制單元是整個充電器的控制和處理數據的核心，可以選擇單片機或者DSP芯片等嵌入式處理器來構造控制電路的核心。按照綜合性價比考慮，可以選擇單片機來做核心控制芯片。由于當前技術條件下的單片機已具有較強的采集和處理數據的能力，結合傳統的BUCK降壓電路使用會有較好的充電控制和處理數據的性能，使充電器實現在低溫、常溫、高溫環(huán)境下的自適應控制，實現電池在適宜充電范圍內的充電控制。

數據傳輸單元就是如圖1所示，把電池里溫度傳感器所測得數據傳送到充電控制模塊中，然后再進行相應的數據處理。

數據采集單元就是從數據傳輸單元得到的溫度傳感器信號一般都是模擬量，充電控制芯片僅針對數字量進行處理，故需將模擬量通過數據采集單元轉換成數字量，然后經過標定，獲得對應的數值化后的溫度值。

閾值判斷單元：閾值判斷單元在控制芯片中進行，事先根據電池的特性設定兩個閾值S1、S2(通常S1>0℃)，當溫度低于S1時，充電控制單元啟動加熱單元，按照控制邏輯，實現對電池電芯的加熱控制，當檢測溫度高于閾值S1時，充電控制單元根據溫度傳感器信號進行判斷，啟動電池充電。同時，加熱控制邏輯給出PWM控制信號，實現充電過程中，電池電芯的表面溫度始終處于S1、S2之間的適宜充電范圍。

以上是對本發(fā)明在低于0℃低溫條件下對電池充電過程控制的詳細說明，所述僅以電池在低溫環(huán)境下充電為例，常溫條件下無需啟動加熱裝置，按照正常充電控制進行。

綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。