[发明专利]一种锂离子电池组低温自加热方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池组低温自加热方法，基于对电池寿命影响最小的原则确定兼顾电池老化状态和SOC的最优加热频率范围；设计串联谐振式逆变电路，探索最优的控制策略使逆变电路在电池侧输出目标频率和目标幅值的正弦交流电流；利用谐振式逆变电路输出的正弦交流电流对电池组进行低温自加热，随着电池温度升高，电池内阻逐渐减小，谐振式逆变电路自适应地增大输出电流幅值，增大电池组加热速率，快速将电池组升高到目标温度。本发明具有对低温下锂离子电池组自加热速率快、低温性能改善明显、自加热效率高、对锂离子电池使用寿命无影响和加热温度均匀性好等效果，将促进电动汽车在寒冷地区的推广应用。

技术领域

本发明涉及电池组加热技术领域，具体说是一种锂离子电池组低温自加热方法，尤指对锂离子电池寿命无影响的锂离子电池组的高效、可靠的低温自加热方法。

背景技术

能源紧缺和环境污染的双重压力助推了电动汽车的快速发展，锂离子电池以单体电压高、能量密度高、寿命长、无记忆效应、无污染等优点，成为电动汽车动力驱动的首选电池。

然而，低温下锂离子电池由于电池内部化学反应动力学、扩散动力学明显迟滞缓慢，内阻成十倍地增大，导致锂离子电池在寒冷环境中能量转换效率严重下降，电动汽车的续驶里程和脉冲输出功率大幅下降。此外，低温下锂离子电池充电非常困难，更严重的是，由于副反应导致负极形成锂金属沉积(析锂)而不是锂离子嵌入负极。析锂会加速电池衰退，锂金属还有可能刺破隔膜引起锂离子电池内部短路造成安全危害，如热失控。低温下锂离子电池性能严重下降，影响了用户使用电动汽车时的便利性、经济性和安全性，极大地限制了电动汽车在寒冷环境的推广使用。

因此，对电动汽车电池组进行加热成为十分重要的课题，外部加热易在锂离子电池包中形成温度梯度，导致电池组内温度分布不一致，会使某过热点加速老化，而且大多数能量被耗散了，能量利用效率极低。

直流电流内部加热，由于施加的直流电流的时间长度和幅度的限制，直流电流内部加热会限制产热速率和加热效率，导致加热速率慢、效率低。

现有的交流电流内部加热方法，仅是针对单体锂离子电池，鲜有针对电池组的，因此开发锂离子电池组的低温自加热方法对寒冷环境下电动汽车的推广使用具有重大意义。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种锂离子电池组低温自加热方法，能够改善现有技术中难以实现电池组加热或电池组加热效率低、成本高等问题。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种锂离子电池组低温自加热方法，包括如下步骤：

S1、测试低温下不同老化状态电池的EIS，确定不同老化状态电池的最优加热频率的范围；

S2、测试低温下不同荷电状态(SOC)电池的EIS，确定不同SOC电池的最优加热频率的范围；

S3、确定兼顾电池老化状态和电池SOC的最优加热频率的范围；

S4、考虑电路效率、控制复杂度和可靠性因素，对正弦交流电流发生电路进行选型，确定为串联谐振式逆变电路；

S5、根据最优加热频率范围和自加热时间的要求，选择正弦交流电流的频率和幅值，据此设计串联谐振式逆变电路的主电路，确定各器件参数和开关管型号；

S6、设计串联谐振式逆变电路的控制电路，对串联谐振式逆变电路进行控制，保证电池侧输出目标频率和目标幅值的正弦交流电流；

S7、利用串联谐振式逆变电路输出的正弦交流电流对电池组进行低温自加热；

S8、当电池组温度达到目标温度时，封锁开关管脉冲，禁止正弦交流电流输出。