锂电芯、动力电池脉冲自加热方法及条件确定方法、装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种锂电芯、动力电池脉冲自加热方法及条件确定方法、装置，其获取脉冲电流频率阈值f

【技术实现步骤摘要】
锂电芯、动力电池脉冲自加热方法及条件确定方法、装置


[0001]本专利技术属于动力电池自加热领域，具体涉及一种锂电芯、动力电池脉冲自加热方法及条件确定方法、装置。

技术介绍

[0002]拓宽动力电池(锂电池)的适用温度范围是推广其应用的关键。由于在低温下锂电池的电解液粘度高，锂离子迁移速率低，充电极易发生析锂，放电能量效率低，低温条件下的应用严重受限。目前，对于动力电池的低温加热主要为外部加热，有气体加热、液体加热、加热膜加热等，其加热效率低，且增加了整包的空间布置复杂度。新能源汽车行业越来越多倾向于采用内部加热技术，即利用对锂电芯输入脉冲高频交变电流，由锂电芯内部产生欧姆热，从而使动力电池快速升温。锂电芯的自加热效率与锂电芯自身内阻值、比热容以及脉冲电流幅值和频率相关。通常，脉冲电流频率越小，脉冲电流越大，加热温升速率越快，但同时越易引起锂电芯内部的过充过放，从而导致负极析锂、SEI膜分解甚至铜集流体溶解。因此，如何确定锂电芯脉冲自加热条件(包括脉冲电流频率、脉冲电流大小)，确保脉冲自加热不影响锂电芯的寿命、安全性能，进而扩展至动力电池脉冲自加热，是该项技术推广应用的重要前提。
[0003]CN113991214A公开了一种低温锂离子电池交流加热方法，其通过给定设计因素实验以寻找电流、频率和析锂的关系，但是无法确定边界条件，且没有对低SOC态下SEI膜分解风险进行识别，未考虑该技术在全SOC态下的应用。
[0004]CN104064836A公开了一种锂离子电池的低温自加热方法，其描述了利用电化学阻抗谱(即EIS)测试确定锂离子电池寿命无影响的频率范围的方法，但是通过该方法所得频率范围较宽，包含了电化学活化阻抗响应频率范围，没有提出最佳频率范围识别方法，实际应用可行性差；另外其也描述了通过边界上限电压和边界下限电压确认最佳充电电流值的方法，但是该方法以电池使用边界作为边界电压，与负极过充析锂电位和过放副反应电位边界不一定准确对应，无法真实反应负极析锂和SEI膜分解等副反应的边界点。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种锂电芯、动力电池脉冲自加热方法及条件确定方法、装置，以减小脉冲自加热对锂电芯、动力电池寿命的影响。
[0006]本专利技术所述的锂电芯脉冲自加热条件确定方法，包括：
[0007]获取脉冲电流频率阈值f
min
，获取存在负极SEI膜分解风险时的最小放电电流I'
min
和存在负极析锂风险时的最小充电电流I"
min
。
[0008]将所述最小放电电流I'
min
与所述最小充电电流I"
min
中的较小值，作为脉冲电流有效值阈值I
max
。
[0009]确定出锂电芯脉冲自加热条件为：f≥f
min
，I＜I
max
。
[0010]其中，f为锂电芯脉冲自加热时的脉冲电流频率，I为锂电芯脉冲自加热时的脉冲
电流有效值，所述脉冲电流频率阈值f
min
通过进行锂电芯在第一温度下的电化学阻抗谱测试分析得到，所述第一温度为锂电芯脉冲自加热时的锂电芯起始温度。
[0011]优选的，通过选取多个不同的放电电流，以作为单次放电时间，对起始SOC等于SOC
min
的具有三电极的锂电芯进行多次在第一温度下的恒流放电测试，得到所述存在负极SEI膜分解风险时的最小放电电流I'
min
；其中，SOC
min
为锂电芯脉冲自加热时的最小SOC。通过选取多个不同的充电电流，以作为单次充电时间，对起始SOC等于SOC
max
的具有三电极的锂电芯进行多次在第一温度下的恒流充电测试，得到所述存在负极析锂风险时的最小充电电流I"
min
；其中，SOC
max
为锂电芯脉冲自加热时的最大SOC。
[0012]以作为单次放电/充电时间，对具有三电极的锂电芯进行恒流放电/充电测试，可以得到低SOC情况下脉冲放电的边界电流(即最小放电电流I'
min
)和高SOC情况下脉冲充电的边界电流(即最小充电电流I"
min
)。为保证不管是在低SOC情况下还是在高SOC情况下，锂电芯都不出现SEI膜分解和析锂等副反应，取I'
min
与I"
min
中的较小值作为脉冲电流有效值阈值I
max
。
[0013]优选的，若负极相对于Li/Li
+
的电位(即负极VS Li/L
i+
电位)大于或等于SEI膜分解电位，则表示存在负极SEI膜分解风险，取负极相对于Li/Li
+
的电位等于SEI膜分解电位时的放电电流作为存在负极SEI膜分解风险时的最小放电电流I'
min
。若负极相对于Li/Li
+
的电位(即负极VS Li/L
i+
电位)小于或等于析锂电位，则表示存在负极析锂风险，取负极相对于Li/Li
+
的电位等于析锂电位时的充电电流作为存在负极析锂风险时的最小充电电流I"
min
。通过此方式得到的最小放电电流I'
min
、最小充电电流I"
min
能在避免脉冲自加热对锂电芯寿命造成影响的前提下，使锂电芯脉冲自加热时的脉冲电流有效值的范围更大，实际的脉冲电流有效值可以有更多选择。
[0014]优选的，选取多个不同的放电电流的方式为：以预设的放电电流i'作为起点，按照预设的梯度逐级增大放电电流；选取多个不同的充电电流的方式为：以预设的充电电流i"作为起点，按照预设的梯度逐级增大充电电流。通过以i'作为起点，逐级增大放电电流的方式来实现多个不同的放电电流的选取，操作方便，并且也能比较快速的找到存在负极SEI膜分解风险时的最小放电电流I'
min
。通过以i"作为起点，逐级增大充电电流的方式来实现多个不同的充电电流的选取，操作方便，并且也能比较快速的找到存在负极析锂风险时的最小充电电流I"
min
。
[0015]优选的，如果不需要求解理论温升速率，则进行锂电芯在第一温度下的电化学阻抗谱测试分析，得到脉冲电流频率阈值f
min
的步骤包括：
[0016]第一步、预设m个测试SOC，m个测试SOC分别为SOC
min
、SOC2、...、SOC
m
‑1、SOC
max
，然后执行第二步。
[0017]第二步、将起始SOC等于(预设的m个测试SOC中的)第一个测试SOC的锂电芯置于预设的低温环境中静置，直到锂电芯温度等于预设的低温环境的环境温度(即锂电芯达到热平衡)为止，然后执行第三步；其中，预设的低温环境的环境温度等于第一温度。
[0018]第三步、对静置完成(即达本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂电芯脉冲自加热条件确定方法，其特征在于，包括：获取脉冲电流频率阈值f
min
，获取存在负极SEI膜分解风险时的最小放电电流I'
min
和存在负极析锂风险时的最小充电电流I"
min
；将所述最小放电电流I'
min
与所述最小充电电流I"
min
中的较小值，作为脉冲电流有效值阈值I
max
；确定出锂电芯脉冲自加热条件为：f≥f
min
，I＜I
max
；其中，f为锂电芯脉冲自加热时的脉冲电流频率，I为锂电芯脉冲自加热时的脉冲电流有效值，所述脉冲电流频率阈值f
min
通过进行锂电芯在第一温度下的电化学阻抗谱测试分析得到，所述第一温度为锂电芯脉冲自加热时的锂电芯起始温度。2.根据权利要求1所述的锂电芯脉冲自加热条件确定方法，其特征在于：通过选取多个不同的放电电流，以作为单次放电时间，对起始SOC等于SOC
min
的具有三电极的锂电芯进行多次在第一温度下的恒流放电测试，得到所述存在负极SEI膜分解风险时的最小放电电流I'
min
；其中，SOC
min
为锂电芯脉冲自加热时的最小SOC；通过选取多个不同的充电电流，以作为单次充电时间，对起始SOC等于SOC
max
的具有三电极的锂电芯进行多次在第一温度下的恒流充电测试，得到所述存在负极析锂风险时的最小充电电流I"
min
；其中，SOC
max
为锂电芯脉冲自加热时的最大SOC。3.根据权利要求2所述的锂电芯脉冲自加热条件确定方法，其特征在于：若负极相对于Li/Li
+
的电位大于或等于SEI膜分解电位，则表示存在负极SEI膜分解风险，取负极相对于Li/Li
+
的电位等于SEI膜分解电位时的放电电流作为所述最小放电电流I'
min
；若负极相对于Li/Li
+
的电位小于或等于析锂电位，则表示存在负极析锂风险，取负极相对于Li/Li
+
的电位等于析锂电位时的充电电流作为所述最小充电电流I"
min
。4.根据权利要求2所述的锂电芯脉冲自加热条件确定方法，其特征在于：选取多个不同的放电电流的方式为：以预设的放电电流i'作为起点，按照预设的梯度逐级增大放电电流；选取多个不同的充电电流的方式为：以预设的充电电流i"作为起点，按照预设的梯度逐级增大充电电流。5.根据权利要求2至4任一项所述的锂电芯脉冲自加热条件确定方法，其特征在于，进行锂电芯在第一温度下的电化学阻抗谱测试分析，得到脉冲电流频率阈值f
min
的步骤包括：第一步、预设m个测试SOC，m个测试SOC分别为SOC
min
、SOC2、...、SOC
m
‑1、SOC
max
，然后执行第二步；第二步、将起始SOC等于第一个测试SOC的锂电芯置于预设的低温环境中静置，直到锂电芯温度等于预设的低温环境的环境温度为止，然后执行第三步；其中，预设的低温环境的环境温度等于第一温度；第三步、对静置完成的锂电芯进行电化学阻抗谱测试，得到对应的波特图，然后执行第四步；第四步、分析波特图，得到电抗等于零时的一个频率值，然后执行第五步；
第五步、判断是否得到m个频率值，如果是，则执行第七步，否则执行第六步；第六步、将起始SOC等于下一个测试SOC的锂电芯置于预设的低温环境中静置，直到锂电芯温度等于预设的低温环境的环境温度为止，然后返回执行第三步；第七步、将m个频率值中的最大频率值作为所述脉冲电流频率阈值f
min
。6.根据权利要求5所述的锂电芯脉冲自加热条件确定方法，其特征在于：所述第二步、第六步中使用的锂电芯经过如下处理得到：在常温下，将用于测试的锂电芯以电流放电至放电截止电压，然后再以电流充电至所需的测试SOC；所述恒流放电测试中使用的具有三电极的锂电芯经过如下处理得到：在常温下，将用于测试的具有三电极的锂电芯以电流放电至放电截止电压，然后再以电流充电至SOC
min
；所述恒流充电测试中使用的具有三电极的锂电芯经过如下处理得到：在常温下，将用于测试的具有三电极的锂电芯以电流放电至放电截止电压，然后再以电流充电至SOC
max
。7.根据权利要求2至4任一项所述的锂电芯脉冲自加热条件确定方法，其特征在于，进行锂电芯在第一温度下的电化学阻抗谱测试分析，得到脉冲电流频率阈值f
min
的步骤包括：第一步、预设m个测试SOC，m个测试SOC分别为SOC
min
、SOC2、...、SOC
m
‑1、SOC
max
，然后执行第二步；第二步、将起始SOC等于第一个测试SOC的锂电芯置于预设的低温环境中静置，直到锂电芯温度等于预设的低温环境的环境温度为止，然后执行第三步；其中，预设的低温环境的环境温度等于第一温度；第三步、对静置完成的锂电芯进行电化学阻抗谱测试，得到对应的能奎斯特图和波特图，然后执行第四步；第四步、分析波特图，得到电抗等于零时的一个频率值，分析能奎斯特图，得到电抗等于零时的一个电阻，将电抗等于零时的一个频率值与一个电阻对应，然后执行第五步；第五步、判断是否得到m个频率值和m个电阻，如果是，则执行第七步，否则执行第六步；第六步、将起始SOC等于下一个测试SOC的锂电芯置于预设的低温环境中静置，直到锂电芯温度等于预设...

【专利技术属性】
技术研发人员：庹爱雪，尹福利，周秋云，杨晓琴，牟丽莎，
申请(专利权)人：重庆长安新能源汽车科技有限公司，
类型：发明
国别省市：