[发明专利]一种动力电池低频纹波加热方法

说明书

本发明公开了一种动力电池低频纹波加热方法，通过不同温度下的电化学阻抗谱，明确阻抗对应频率，确定不同温度下的加热频率，保障电池在不存在析锂的前提下达到最高加热效率；根据不同温度范围，在保障不析锂的前提下，对电池进行不同加热电流的选择，使电池到达最高加热效率的同时能够适用于不同应用场景及工况；加热频率低于20Hz，能有效避免高频噪音对人体的危害。

技术领域

本发明涉及电池加热技术领域，具体涉及一种动力电池低频纹波加热方法。

背景技术

锂离子电池因其能量密度高、循环寿命长而被广泛应用于电动汽车中。然而，锂离子电池的阻抗在低温下急剧增加，导致放电过程中可用能量大量损失。在低温下对电池充电时，阻抗的增加导致电池电压极化较大，提前结束充电。如果在此条件下强制进行充电，锂离子会倾向于沉积在负极表面，导致容量损失，甚至形成枝晶，从而可能诱发内部短路并触发热失控事件。低温下锂离子电池充放电性能的严重恶化将使电动汽车在寒冷天气下运行瘫痪，从而限制电动汽车的使用区域和时节。因此，低温下对锂离子电池进行加热显得十分必要。

目前，加热方法可分为外部加热和内部加热。外部加热通常使用电阻加热器或热泵实现。使用空气或液体作为加热介质，而这些加热器要么位于电池套中，要么放置在空气/液体罐中，工艺复杂且耗能较高。相反，内部加热方法利用电池自身阻抗在电流激励下产生的热量对电池进行加热。与外部加热相比，内部加热方法消除了长路径的热传导，避免了在加热装置附近形成局部热点。因此，内部加热可以以更高效和更均匀的温度分布实现更好的加热效果。

目前所报道的交流加热的案例中，大多采用高频率大电流方式对电池进行加热，但频率越高对应电池阻抗越小，电池加热效率越低。同时，高频(20Hz-20000Hz)会使电池包中继电器和电芯产生谐振，发出刺耳的噪音，长时间会对人听力和心理造成一定危害。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种动力电池低频纹波加热方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供一种动力电池低频纹波加热方法，包括以下步骤：

S1：对动力电池进行不同温度梯度下的电化学阻抗表征；

S2：确定所述电化学阻抗模型小于20Hz频率段所包含的电极动力学过程，选定不同温度段下的加热频率；

S3：根据选定的所述加热频率及电池荷电状态，选择安全电压范围内交流电的最大充放电电流倍率；

S4：根据选定的所述最大充放电电流倍率和加热频率，通过调制电路发送PWM控制信号，对加热电路进行调控，以产生相应交流信号值，将其作用于动力电池进行加热。

本发明优选的，根据步骤S1，所述电化学阻抗表征以10℃温度梯度进行，分别获取电池在-30℃、-20℃、-10℃、0℃、10℃下的EIS图谱。

本发明优选的，根据步骤S2，低温下、20Hz以下电化学阻抗谱包括部分钝化膜、电化学反应和扩散过程。

本发明优选的，所述加热过程中选择不同温度段下的阻抗对应频率为加热频率或选择某一温度下的阻抗对应频率为固定加热频率。

本发明优选的，根据步骤S3，所述交流电流在不同工况下的最大充放电电流幅值I_a、I_b的计算公式为：

其中，UOCV是锂离子电池的开路电压，Umax是锂离子电池的上限保护电压，U_min是锂离子电池的下限保护电压，R_sei是锂离子通过固体电解质界面膜的阻抗，I_a为交流电充电电流幅值，I_b为交流电放电电流幅值。