一种锂离子电池的低温自加热方法技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池的低温自加热方法，该方法包括确定对锂离子电池寿命无影响的频率范围，并根据此范围选取充放电脉冲的频率；在已选定的充放电方式下，设定脉冲电流幅值选取依据，计算充电电流幅值Ic和放电电流幅值Id；利用确定频率和幅值的充放电脉冲信号对待加热电池进行无寿命损耗加热；自加热后电池的内阻大幅减小，充电性能大幅提升。本发明专利技术所述技术方案具有自加热快、低温性能改善明显和对电池使用寿命无影响的效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电池自加热方法，特别是涉及一种对锂离子电池寿命无影响的低 温自加热方法。
技术介绍
在能源危机和环境保护的双重压力下，电动汽车的快速发展势在必行。锂离子电 池具有绿色环保、无记忆效应、充放电倍率高、寿命长、能量密度/功率密度高等优点，相比 铅酸电池、镍镉电池和镍氢电池等，更适合动力驱动。但是锂离子电池低温的性能极其恶 化，阻抗成倍增加，充放电容量、能量大幅下降，大倍率充放电电流接受能力也急剧下降。这 些严重损害了电动汽车的动力性能、续驶里程和使用寿命，影响了用户使用电动汽车时的 便利性、经济性和安全性，限制了电动汽车在北方大部分地区的推广普及。我国电动汽车示 范运行中发现，锂离子电池在低温下的性能衰减，已经成为阻碍电动汽车规模化应用的瓶 颈问题之一。 改进正极材料、电解液虽然对电池的低温性能有所改善，但却难以改善低温充电 慢、易析锂的问题，而通过先进的材料制作方法改进负极材料，成本较高，难于在短时间内 应用。宽线金属膜加热、电热丝加热等从外部加热的方法都是通过控制加热器升高温度， 然后经过接触传导、空气对流、液体传热的方式加热电池，需要较大的空间和较高的成本。 另外，外部加热在电池包中易形成温度梯度，而且大多数能量是被耗散了，能量利用效率极 低。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种对锂离子电池寿命无影响的低温自加热方 法，能够改善单从材料上改善锂电池低温性能成本高，外加热方法效率低、对电池使用寿命 影响大的问题。 为解决上述技术问题，本专利技术采用下述技术方案。 -种锂离子电池的低温自加热方法，该方法包括： S1、确定锂离子电池寿命无影响的频率范围，并根据此范围选取充放电脉冲的频 率； S2、在已选定的充放电方式下，计算待自加热的充电电流幅值I。和放电电流幅值 Id ; S3、根据步骤S1确定的频率和步骤S2确定的幅值，利用充放电脉冲对电池进行无 寿命损耗加热。 优选的，所述步骤S1中确定锂离子电池寿命无影响的频率范围的步骤包括： S11、利用电化学工作站测试锂离子电池不同温度下的电化学阻抗谱，并获得内阻 随频率的变化趋势，从而确定锂离子电池阻抗较小的频率范围； S12、依据锂离子电池的电化学阻抗谱，进行电化学性能分析，获得锂离子电池寿 命无影响的频率范围； S13、充放电脉冲的频率要尽可能避免表现电荷转移阻抗的频率范围。 优选的，采用恒流式脉冲方法对电池进行自加热。 优选的，所述步骤S2中所述选取充电电流幅值I。和放电电流幅值Id的步骤包括： S21、利用公式4 = U°CT选取充电电流幅值I。，其中，Vmax是指对电池进行 充电出现析锂的临界电位，υ_为电池在某一 S0C点的开路电压，Rm是指相应温度下电池充 电方向某一 S0C点的内阻，λ。为可接受的最大电压校正系数； S22、利用公式选取放电电流幅值Id，Vmin是指对电池进行放电不 Rdn 出现过放的临界电位，为电池在某一 S0C点的开路电压，Rdn是指相应温度下电池放电方 向某一 S0C点的内阻，λ d为可接受的最小电压校正系数。 优选的，根据待加热锂离子电池析锂的负极边界电位，确定全电池充电不析锂的 最大截止电位v max和锂离子电池不发生副反应的最小截止电位Vmin ; 优选的，根据确定的截止电位，并考虑实际运行中的误差，其中实际运行中可能造 成的误差包括充电机输出电流的误差、外界干扰等，选取对锂离子电池使用寿命影响较小 的，并且满足实施条件的最大电压校正系数λ。和最小电压校正系数λ d。 优选的，所述最大电压校正系数λ。的取值范围为〇. 9524?1. 0238 ; 所述最小电压校正系数λ d的取值范围为〇· 9667?1. 1333。 优选的，待加热电池静置在各目标温度下五小时以上； 利用脉冲法分别对各个目标温度下的内阻进行测试，得到充电方向内阻R# Rc2，……Rck……，Rm和放电方向内阻Rdl，R d2，……Rdk……，Rdn。 优选的，根据充电电流幅值I。和放电电流幅值Id的计算公式，每隔n°C重新计算 一次充电电流幅值I。和放电电流幅值I d。 优选的，每隔2°C重新计算一次充电电流幅值I。和放电电流幅值Id 本专利技术的有益效果如下： 本专利技术所述技术方案具有自加热快、低温性能改善明显和对电池使用寿命无影响 的效果；自加热时间较短，可以在4?15分钟内较快的自加热电池到合适的温度；自加热 后电池的内阻大幅减小，充电性能大幅提升；该方法以影响电池使用寿命的截止电压作为 边界条件，并加上电压校正系数，从而在较快地加热电池的基础上实现最大限度地减少对 电池使用寿命影响的目标。 【附图说明】 下面结合附图对本专利技术的【具体实施方式】作进一步详细的说明； 图1示出本专利技术所述一种锂离子电池低温自加热方法的示意图； 图2示出本专利技术实施例中锂电池在不同温度下阻抗随频率变化的曲线图； 图3示出本专利技术实施例中锂电池在0°C时不同频率区域的阻抗变化曲线图； 图4示出本专利技术实施例中自加热过程中施加给锂电池的阶梯式增长的电流变化 图； 图5示出本专利技术实施例中自加热过程中锂电池的端电压变化曲线图； 图6示出本专利技术实施例中自加热过程中施加电流信号的部分频谱图； 图7示出本专利技术实施例中自加热过程中锂电池的温度不断升高的曲线图； 图8示出本专利技术实施例中自加热后锂电池的充电性能改善情况的示意图。 【具体实施方式】 下面结合一组实施例及附图对本专利技术做进一步描述。 本实施例中电池可以是电动车辆中使用的锰酸锂动力电池、磷酸铁锂动力电池和 三元材料动力电池等。以锰酸锂-三元混合材料动力电池为例进行说明。 在锂离子电池 S0C为50%时，选取具有代表性的几个温度点进行阻抗谱试验，本 实施例中分别在-KTC、(TC、25°C环境下利用电化学工作站测试锂离子电池的电化学阻抗 谱，得到阻抗随频率的变化曲线如图2所示，结果表明：在各温度下，随着频率的增加锂离 子电池的阻抗先减少后增加，因此可基本确定加热较快的充放电脉冲频率为0. 1Hz?10k Hz，阻抗最小时的频率在350Hz附近。 如图3所示，随着频率的增大，阻抗先逐渐减小后逐渐增大，图中在高频处较大意 味着电池内部和接线处的电感增大；在中频处内阻最小，表明大部分电流都通过了双电层 电容，而把电荷转移电阻短路了，即法拉第电流很小；在低频与中频的交界处阻抗逐渐减 小，表明双电层电容在逐渐把电荷转移电阻短路，即法拉第电流逐渐减小；在低频处阻抗较 大，表明电流基本上不通过双电层电容，而只经过电荷转移电阻，即法拉第电流较大。在频 率范围为0. 1Hz?8kHz时，阻抗较小，通过双电层的电流较大，法拉第电流较小，因此，选择 自加热频率为〇. 1Hz?8kHz，就可避免自加热充放电脉冲对电池使用寿命的影响，在此自 加热方法中考虑实际设备的能力，选取自加热充放电脉冲频率为〇. 125Hz。 采用恒流式充放电脉冲方法进行电池自加热，在选取脉冲充放电电流上必须考虑 边界电压，所选定的充电电流为 4 二 VmaxXH本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池的低温加热方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：S1、确定锂离子电池寿命无影响的频率范围，并根据此范围选取充放电脉冲的频率；S2、在已选定的充放电方式下，计算待自加热的充电电流幅值Ic和放电电流幅值Id；S3、根据步骤S1确定的频率和步骤S2确定的幅值，利用充放电脉冲信号对电池进行无寿命损耗地自加热。

【技术特征摘要】
1. 一种锂离子电池的低温加热方法，其特征在于，该方法包括如下步骤： 51、 确定锂离子电池寿命无影响的频率范围，并根据此范围选取充放电脉冲的频率； 52、 在已选定的充放电方式下，计算待自加热的充电电流幅值I。和放电电流幅值Id ; 53、 根据步骤S1确定的频率和步骤S2确定的幅值，利用充放电脉冲信号对电池进行无 寿命损耗地自加热。2. 根据权利要求1所述的一种锂离子电池的低温加热方法，其特征在于，所述步骤S1 中确定对锂离子电池寿命无影响的频率范围的步骤包括 ： 511、 利用电化学工作站测试锂离子电池不同温度下的电化学阻抗谱，并获得内阻随频 率的变化趋势，从而确定锂离子电池阻抗较小的频率范围； 512、 依据锂离子电池的电化学阻抗谱，进行电化学反应性能分析，获得对锂离子电池 寿命无影响的频率范围； 513、 充放电脉冲的频率要尽可能避免表现电荷转移电阻的频率范围。3. 根据权利要求1所述的一种锂离子电池的低温自加热方法，其特征在于，采用恒流 式脉冲方法对电池进行自加热。4. 根据权利要求1所述的一种锂离子电池的低温加热方法，其特征在于，所述步骤S2 中所述选取充电电流幅值I。和放电电流幅值I d的步骤包括 521、 利用公式Vmax U°CT选取充电电流幅值I。，其中，Vmax是指对电池进行充电 出现析锂的临界电位，为电池在某一 SOC点的开路电压，Rm是指相应温度下电池在某一 SOC点充电方向的内阻，λ。为可接受的最大电压校正系数； 522、 利用公式4 = ^^^选取放电电流幅值Id，Vmi...

【专利技术属性】
技术研发人员：阮海军，姜久春，孙丙香，王占国，陈大分，韩智强，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11