一种基于恒流恒压充放电的低温锂离子电池交流预热方法技术

本公开提出了基于恒流恒压充放电的低温锂离子电池交流预热方法及系统，包括：确定待充电电池的安全电流阈值及电池电压安全阈值；采用恒流恒压充电模式和恒流恒压放电模式交替对电池进行交流预热；其中，恒流恒压充电模式下以待充电电池的安全电流阈值对电池进行充电，检测到电池端电压达到安全电压阈值上限时，恒定电压安全电压阈值上限继续充电；恒流恒压放电模式下以电池的安全电流阈值对电池进行放电，检测到电池端电压达到安全电压阈值下限时，恒定电压安全电压阈值上限继续放电。在电池电流电压安全阈值内进行预热，降低对电池的损伤；以电池安全电流最大值进行预热，提高预热效率。高预热效率。高预热效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于恒流恒压充放电的低温锂离子电池交流预热方法


[0001]本公开属于电池加热
，尤其涉及基于恒流恒压充放电的低温锂离子电池交流预热方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]随着电动汽车的快速发展和大规模推广应用，锂离子电池以其独特的优势是成为电动汽车动力驱动的首选。然而，在低温环境下(0℃)，锂电池的充电速度会急剧变慢，由于副反应导致负极析锂而不是锂离子嵌入，严重影响电池的循环寿命和使用安全。在低温下，能量密度和功率密度降低，锂电池性能差，极大地降低了电动汽车的续航里程。因此，对低温电池进行预热，提高电池性能，意义重大。
[0004]现有的电池低温加热技术可以分为外部加热和内部加热两大类。外部加热利用外部热源，如加热膜或加热板，通过传热介质从外部实现电池加热。但往往加热效率较低、速率较慢，特别是容易在电池内部形成较大的温度梯度，导致电池不一致性增大、电池寿命衰退加速。而内部加热方法是指在充放电过程中直接利用电池内阻从电芯内部产热，温度一致性较好，同时具有加热速度快、效率高等优点。其中，内部交流加热方法嵌锂和脱锂交替进行，避免了锂的析出和电池SOC的持续变化，对电池损害小，成为当前低温预热技术的热点，但现有车载内部交流加热方法都采用安装外部加热拓扑或交流电源等加热系统，成本较高，占用空间。此外，现有内部交流加热过程中，电池电压容易超过电池所允许的安全范围，对电池造成一定的损伤。

技术实现思路

[0005]为克服上述现有技术的不足，本公开提供了基于恒流恒压充放电的低温锂离子电池交流预热方法，利用双向充电系统在电池安全阈值内以最大充放电潜能加热，具有预热速度快、对电池损伤小且无需额外的加热系统等优点。
[0006]为实现上述目的，本公开的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
[0007]第一方面，公开了基于恒流恒压充放电的低温锂离子电池交流预热方法，包括：
[0008]确定待充电电池的安全电流阈值及电池电压安全阈值；
[0009]采用恒流恒压充电模式和恒流恒压放电模式交替对电池进行交流预热；
[0010]其中，恒流恒压充电模式下以待充电电池的安全电流阈值对电池进行充电，检测到电池端电压达到安全电压阈值上限时，恒定电压安全电压阈值上限继续充电；
[0011]恒流恒压放电模式下以电池的安全电流阈值对电池进行放电，检测到电池端电压达到安全电压阈值下限时，恒定电压安全电压阈值上限继续放电。
[0012]以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
[0013]本公开基于基于恒流恒压充放电的低温锂离子电池交流预热方法，在保证电池端
电压不超过安全阈值的前提下，实现电池在低温环境下的快速预热。
[0014]考虑到现有加热系统的成本和复杂性，该方法可以依靠充电设备来实现，避免电池改装，节省电池组空间，特别是无需另外的交流电源、加热拓扑等加热系统。随着车载充电桩迅速发展，这种方法可以集成到双向大功率直流充电桩中，实现低温加热充电，甚至可以直接应用于未来车辆到电网(V2G)场景中的车辆和固定储能系统。
[0015]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0016]构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
[0017]图1为本公开实施例子低温交流预热策略流程框图；
[0018]图2为本公开实施例子中电池预热中电池两端电流和电压的曲线图；
[0019]图3为本公开实施例子中锂电池加热过程中的温升曲线图；
[0020]图4为传统恒定幅值交流加热方式温升曲线图；
[0021]图5为本公开实施例子中双向充电系统与电池连接图。
具体实施方式
[0022]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0023]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0024]在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0025]实施例一
[0026]本实施例公开了基于恒流恒压充放电的低温锂离子电池交流预热方法，该方法的具体步骤为：
[0027]根据电池的产品规格书，确定电池安全电流阈值I，并以此为施加电流的幅值，同时确定电池电压安全阈值Umax/Umin。
[0028]参见附图5所示，利用现有市场上大功率直流双向充电系统(由AC
‑
DC和DC
‑
DC两级拓扑组成，对电池进行充放电)，根据其0.01Hz
‑
10Hz的输出电流频率范围，确定交流电流的周期T，采用恒流恒压充电模式和恒流恒压放电模式交替对电池进行交流预热。
[0029]恒流恒压充电模式：
[0030]以电池安全电流最大值I对18650NCM523单体锂电池进行充电，电池管理系统发送给充电系统电池所允许的电压上限Umax，一旦充电系统检测到电池端电压达到安全电压阈值上限Umax，恒定电压Umax继续充电，直到总时间达到T/2切换为恒流恒压放电模式；整个过程电池管理系统实时监测温度，当电池温度达到目标温度Tb时，停止预热。
[0031]恒流恒压放电模式：
[0032]以电池安全电流最大值I对电池进行放电，一旦充电系统检测到电池端电压达到安全电压阈值下限Umin，恒定电压Umin继续放电，直到总时间达到T/2切换为恒流恒压充电模式；整个过程实时监测温度，当电池温度达到目标温度Tb时，停止预热。
[0033]更为具体的例子：
[0034]针对力神公司的三元材料动力电池为例进行说明。
[0035]如图1所示的流程框图，首先，根据此电池的产品规格书，确定该电池允许通过的最大电流值10A，同时确定电池电压安全阈值Umax＝4.5V/Umin＝2.8V。
[0036]其次，利用双向充电系统，根据其DC
‑
DC变换环节0.01Hz
‑
10Hz输出电流频率范围，选择交流电流的周期T＝20s。
[0037]恒流恒压充电加热模式：
[0038]充放电系统以10A恒定电流对电池进行充电加热，检测电池电压达到4.5V后恒定电压为4.5V继续充电加热，直到恒流恒压充电总时间达到10s，切换为恒流恒压放电加热模式。全过程本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于恒流恒压充放电的低温锂离子电池交流预热方法，其特征是，包括：确定待充电电池的安全电流阈值及电池电压安全阈值；采用恒流恒压充电模式和恒流恒压放电模式交替对电池进行交流预热；其中，恒流恒压充电模式下以待充电电池的安全电流阈值对电池进行充电，检测到电池端电压达到安全电压阈值上限时，恒定电压安全电压阈值上限继续充电；恒流恒压放电模式下以电池的安全电流阈值对电池进行放电，检测到电池端电压达到安全电压阈值下限时，恒定电压安全电压阈值上限继续放电。2.如权利要求1所述的基于恒流恒压充放电的低温锂离子电池交流预热方法，其特征是，利用电池双向充电系统处于恒流恒压充电模式和恒流恒压放电模式，产生一定频率和幅值的交流电流，通过对电池交流充放电，利用电池的欧姆产热和电化学产热实现对电池由内到外预热。3.如权利要求1所述的基于恒流恒压充放电的低温锂离子电池交流预热方法，其特征是，恒流恒压充电模式下，恒定电压安全电压阈值上限继续放电直到总时间达到T/2切换为恒流恒压放电模式，交流电流的周期为T。4.如权利要求1所述的基于恒流恒压充放电的低温锂离子电池交流预热方法，其特征是，恒流恒压充电模式下，实时监测温度，当电池温度达到目标温度时，停止预热。5.如权利要求1所述的基于恒流恒压充放电的低温锂离子电池交流预热方法，其特征是，恒流恒压放电模式下，恒定电压安全电压阈值上限继续放电，直到总时间达到T/2切换为恒流恒压充电模式，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张承慧，王楠，商云龙，段彬，陈阿莲，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：