电池的低温预热与充电方法技术

本发明专利技术提出一种电池的低温预热与充电方法，包括：获取电池的等效电路模型；获取电池在多个温度、多个荷电状态下对应的多组电化学阻抗谱EIS数据，并根据多组电化学阻抗谱EIS数据获取对应的等效电路模型的参数；获取电池的当前温度和当前荷电状态，并根据当前温度和当前荷电状态判断电池的工况状态，工况状态包括低温启动工况和低温充电工况；当工况状态为低温启动工况时，根据当前温度和当前荷电状态对应的等效电路模型的参数值选取交变电流的第一频率和第一幅值；根据第一频率和第一幅值对电池施加交变电流以进行预热，直至电池的温度达到第一预设温度以使电池可以正常使用。本发明专利技术实施例的方法，避免了析锂，提高了电池内部的产热速率。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提出一种，包括：获取电池的等效电路模型；获取电池在多个温度、多个荷电状态下对应的多组电化学阻抗谱EIS数据，并根据多组电化学阻抗谱EIS数据获取对应的等效电路模型的参数；获取电池的当前温度和当前荷电状态，并根据当前温度和当前荷电状态判断电池的工况状态，工况状态包括低温启动工况和低温充电工况；当工况状态为低温启动工况时，根据当前温度和当前荷电状态对应的等效电路模型的参数值选取交变电流的第一频率和第一幅值；根据第一频率和第一幅值对电池施加交变电流以进行预热，直至电池的温度达到第一预设温度以使电池可以正常使用。本专利技术实施例的方法，避免了析锂，提高了电池内部的产热速率。【专利说明】
本专利技术涉及电池
，特别涉及一种。
技术介绍
锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应等优点，与铅酸电池、镍氢电池相比，更宜作为纯电动汽车、插电式电动汽车以及混合动力汽车的主要驱动电源，也是手机、笔记本电脑等主要的储能元件。石墨因具有电位低、容量密度大、不可逆容量小、成本低等优点，是目前锂离子电池最常用的负极材料。然而，在低温下，石墨负极锂离子电池内部各类阻抗大幅增加，锂离子电池的使用存在困难。另外，由于存在析锂隐患，电池充电接受能力更加恶化。若以不合理方式进行低温充电，容易导致石墨负极上析出金属锂，不仅造成电池的容量衰减与寿命折损，还可能持续生长，形成枝晶，进而刺破隔膜，造成短路，引发热失控等具有严重危害性的安全事故。此外，温度降低，锂离子电池的放电性能也显著恶化，放电容量存在较大程度的降低。目前针对电池的低温使用问题，相关技术的一种做法是在提高动力电池系统保温性的前提下，利用外部加热的方法对电池进行预热，使电池温度上升到常温或10°C以上，之后对电池进行使用或直流充电。但是这种方法虽然可以有效解决低温下电池充电和使用的问题，但仍存在用时较长、耗能较大、成本较高、加热不均匀的缺点。此外，相关技术中的另一种做法是:对电池进行脉冲充放电产热，升温后进行充电。但是，该种方法未给出脉冲持续时间的确定方法，电池的不可逆热有多种成分，包括欧姆阻抗对应的欧姆热、法拉第阻抗对应的活性化热以及扩散阻抗对应的扩散热。其中，欧姆热由较短时间的过程所激发，活性化热由稍长时间的过程所激发，扩散热由更长时间的过程所激发。按照该方法，在实际应用过程中，为了避免法拉第电流过度发展引发析锂，通常会采用脉冲持续时间很短的电流，即只利用欧姆阻抗产热，然而由于欧姆阻抗较小，所产生的热量也较小，难以满足电池温升的要求。另外，该方法利用脉冲电流预热电池，由于脉冲电流包含多种频率成分，不能实现产热成分、产热位置的精确选择，且电池内部为瞬态响应，在反复脉冲作用下，电池内部的锂离子浓度分布变得复杂，难以准确估计电池内部的法拉第电流，所以对预热及充电过程的控制不够准确。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种。该方法可避免锂离子电池析锂反应的发生并达到调整产热部位与产热成分的目的，同时可以提高电池内部的产热速率,从而加快对电池的预热。为了实现上述目的，本专利技术实施例的，包括:获取电池的等效电路模型；获取所述电池在多个温度、多个荷电状态下对应的多组电化学阻抗谱EIS数据，并根据所述多组电化学阻抗谱EIS数据获取对应的所述等效电路模型的参数；获取所述电池的当前温度和当前荷电状态，并根据所述当前温度和所述当前荷电状态判断所述电池的工况状态，其中所述工况状态包括低温启动工况和低温充电工况；当所述工况状态为所述低温启动工况时，根据所述当前温度和所述当前荷电状态对应的所述等效电路模型的参数选取交变电流的第一频率和第一幅值；以及根据所述第一频率和所述第一幅值对所述电池施加所述交变电流以进行预热，直至所述电池的温度达到第一预设温度以使所述电池可以正常使用。根据本专利技术实施例的，通过调整交变电流的频率可以调节双电层电流、法拉第电流大小，从而避免锂离子电池析锂反应的发生并达到调整产热部位与产热成分的目的，同时通过调整交变电流的幅值，可以提高电池内部的产热速率，从而加快了对电池的预热。【专利附图】【附图说明】图1是根据本专利技术一个实施例的的流程图；图2是根据本专利技术一个实施例的锂离子电池的等效电路模型的示意图；图3是根据本专利技术一个实施例的锂离子电池的电化学阻抗谱的示意图；图4是根据本专利技术一个实施例的产热速率、产热成分与频率的关系示意图；图5是根据本专利技术一个实施例的的流程图；图6是根据本专利技术一个实施例的电池处于低温充电工况时的预热阶段、充电阶段的电流不意图。【具体实施方式】下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。本专利技术提出了一种，下面参考附图描述本专利技术实施例的。图1是根据本专利技术一个实施例的的流程图。如图1所示，本专利技术实施例的包括:S101，获取电池的等效电路模型。具体地，图2所示为锂离子电池的等效电路模型的示意图，等效电路模型由下述元件组成为欧姆阻抗，Rsei为锂离子穿过石墨负极材料表面SEI (Solid ElectrolyteInterface,固体电解质界面)所受到的阻抗，Cfilni为对应的电容，Ret为电荷转移阻抗，Cdl为双电层电容，W为扩散阻抗(即Warburg阻抗)。S102，获取电池在多个温度、多个荷电状态下对应的多组电化学阻抗谱EIS数据，并根据多组电化学阻抗谱EIS数据获取对应的等效电路模型的参数。具体地,首先对电池样品进行标定,测定电池样品在不同S0C(State of Charge,荷电状态)下、不同温度下(尤其是低温下)对应的多组EIS (Electrochemical ImpedanceSpectroscopy,电化学阻抗谱)数据，然后基于等效电路模型，对每组EIS数据进行拟合，得到每组EIS数据所对应的等效电路模型的参数值，即得到每组EIS数据所对应的等效电路模型的Ri2值、Rsei值、Cfilm值、Ret值、Cdl值和W值。另外，所测定的电池的电化学阻抗谱通常会呈现如图3所示的形式，电化学阻抗谱从结构上可以分为:高频欧姆阻抗，中频多个半圆，低频扩散斜线。S103，获取电池的当前温度和当前荷电状态，并根据当前温度和当前荷电状态判断电池的工况状态，其中工况状态包括低温启动工况和低温充电工况。具体地，测量电池的温度和S0C，当电池温度较低、SOC较高时，属于低温启动工况；当电池温度较低，SOC较低时，属于低温充电工况。例如，当电池的温度T=-20°C，S0C=80%时，则可判定为低温启动工况，当电池的温度T=-20°C，S0C=30%时，则可以判定为低温充电工况。S104,当工况状态为低温启动工况时，根据当前温度和当前荷电状态对应的等效电路模型的参数选取交变电流的第一频率和第一幅值。具体地，流经锂离子电池的电流在活物质表面由两种电流并联组成，一种电流是对活物质表面双电层进行充放电的双电层电流；另一种电流是进行电化学反应(嵌锂、脱锂)的电流，称为法拉第电流。引起负极表面析锂的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池的低温预热与充电方法，其特征在于，包括：S1、获取电池的等效电路模型；S2、获取所述电池在多个温度、多个荷电状态下对应的多组电化学阻抗谱EIS数据，并根据所述多组电化学阻抗谱EIS数据获取对应的所述等效电路模型的参数；S3、获取所述电池的当前温度和当前荷电状态，并根据所述当前温度和所述当前荷电状态判断所述电池的工况状态，其中所述工况状态包括低温启动工况和低温充电工况；S4、当所述工况状态为所述低温启动工况时，根据所述当前温度和所述当前荷电状态对应的所述等效电路模型的参数值选取交变电流的第一频率和第一幅值；以及S5、根据所述第一频率和所述第一幅值对所述电池施加所述交变电流以进行预热，直至所述电池的温度达到第一预设温度以使所述电池可以正常使用。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张剑波，李哲，葛昊，黄俊，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11