[發明專利]一種低溫環境下鋰離子電池的內部快速加熱方法

有效

• 申請號: 202210093850.5
• 申請日: 2022-01-26
• 公開（公告）號: CN114497818B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發明（設計）人: 黃志武;高志偉;張曉勇;劉勇杰;楊迎澤;劉偉榮;彭軍;李恒;蔣富;周峰;樊云生;關凱夫
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M10/615
• 分類號: H01M10/615;H01M10/651;H01M10/63
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 顏勇

本發明公開了一種低溫環境下鋰離子電池的內部快速加熱方法。包括以下步驟：實時采集鋰離子電池的溫度、端電壓、充放電電流，將上述采集值作為控制系統的輸入；控制系統根據電池溫度、電流等參數，采用擴展卡爾曼濾波估計鋰離子電池的實時SoC；訪問根據實驗數據辨識出的鋰離子電池電熱耦合模型的參數數據庫，獲得實時的電池參數；采用遺傳算法求解加熱時間和能耗的優化問題，輸出脈沖充放電電流幅值。本發明能顯著縮短鋰離子電池的加熱時間，降低加熱過程中鋰離子電池的能量損耗，有效恢復低溫環境下鋰離子電池的性能，提高電動汽車在低溫環境下的續航里程。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種低溫環境下鋰離子電池的內部快速加熱方法。

背景技術

低溫會導致鋰離子電池的性能產生極大損失，從而造成電動汽車的續航里程大大縮短，與此同時電動汽車的使用成本和壽命損耗會大大增加。因此，有必要在使用之前恢復電池的性能，即通過加熱電池，使其溫度恢復正常工作溫度。以更快速、更節能的方法實現鋰離子電池的升溫是保證電動汽車續航里程和在寒冷地區普及的關鍵問題。

在現有的加熱方法中，外部加熱方法都是利用外部熱源產生的熱量加熱電池。熱源產生的熱量通過傳熱介質傳到電池內部，傳導路徑復雜、傳熱效率低下、能量利用率低且加熱過程會持續較長時間。與外部加熱方法相比，內部加熱方法利用電池在低溫下阻抗大大增加的特性，通過電池的充放電就能在電池內部產生大量熱量，熱傳導效率高、加熱時間快且能量利用率高，能夠很好的解決外部加熱的問題。但是現有的內部加熱方法一般不考慮不同溫度、不同SoC、不同加熱電流幅值等情況下的鋰離子電池參數變化問題，不能在消耗較低能量的情況下快速加熱鋰離子電池。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供一種低溫環境下鋰離子電池的內部快速加熱方法。本發明能夠快速、節能地在內部加熱鋰離子電池，提高了低溫環境下電動汽車的性能，保證了電動汽車的續航里程，降低了電池汽車的運行成本。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種低溫環境下鋰離子電池的內部快速加熱方法，包括如下步驟：

A：設定脈沖電流的頻率、脈寬和采集數據的周期；

B：采集實時的鋰離子電池表面溫度、端電壓以及脈沖電流幅值；

C：根據步驟B中采集的脈沖電流幅值和初始SoC估計鋰離子電池的實時SoC；

D：根據步驟B中采集的鋰離子電池表面溫度和步驟C中得到的SoC，采用查表法獲得當前狀態下鋰離子電池的電熱耦合模型的參數；

E：采用遺傳算法求解加熱時間和能耗的優化問題，優化模糊邏輯控制器，獲得模糊控制規則；

F：以步驟B中采集到的鋰離子電池表面溫度和步驟C中得到的SoC作為模糊邏輯控制器的輸入，根據步驟E中的模糊控制規則獲得加熱電流幅值；在此過程中鋰離子電池的溫度、SoC和電熱偶合模型參數不斷更新；

G：重復步驟B～F，直到鋰離子電池的溫度達到目標溫度。

優選的，所述步驟A中，脈沖周期為4s，脈寬為50％，采樣周期為1s。

優選的，所述步驟C的具體步驟為：對建立的電池模型進行離散化處理：

U_cell(k)＝U_oc(SoC(k))-U₂(k)-U₃(k)-R₀I(k)