[發明專利]一種動力電池低頻紋波加熱方法

在審

• 申請號: 202211388787.4
• 申請日: 2022-11-08
• 公開（公告）號: CN115692943A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 劉鵬剛;李黨盈;常亞婷;蔡曉
• 申請（專利權）人: 西安迅湃快速充電技術有限公司
• 主分類號: H01M10/615
• 分類號: H01M10/615;H01M10/6571;H05B1/02
• 代理公司: 西安志帆知識產權代理事務所(普通合伙) 61258
• 代理人: 侯峰;韓素蘭

本發明公開了一種動力電池低頻紋波加熱方法，通過不同溫度下的電化學阻抗譜，明確阻抗對應頻率，確定不同溫度下的加熱頻率，保障電池在不存在析鋰的前提下達到最高加熱效率；根據不同溫度范圍，在保障不析鋰的前提下，對電池進行不同加熱電流的選擇，使電池到達最高加熱效率的同時能夠適用于不同應用場景及工況；加熱頻率低于20Hz，能有效避免高頻噪音對人體的危害。

技術領域

本發明涉及電池加熱技術領域，具體涉及一種動力電池低頻紋波加熱方法。

背景技術

鋰離子電池因其能量密度高、循環壽命長而被廣泛應用于電動汽車中。然而，鋰離子電池的阻抗在低溫下急劇增加，導致放電過程中可用能量大量損失。在低溫下對電池充電時，阻抗的增加導致電池電壓極化較大，提前結束充電。如果在此條件下強制進行充電，鋰離子會傾向于沉積在負極表面，導致容量損失，甚至形成枝晶，從而可能誘發內部短路并觸發熱失控事件。低溫下鋰離子電池充放電性能的嚴重惡化將使電動汽車在寒冷天氣下運行癱瘓，從而限制電動汽車的使用區域和時節。因此，低溫下對鋰離子電池進行加熱顯得十分必要。

目前，加熱方法可分為外部加熱和內部加熱。外部加熱通常使用電阻加熱器或熱泵實現。使用空氣或液體作為加熱介質，而這些加熱器要么位于電池套中，要么放置在空氣/液體罐中，工藝復雜且耗能較高。相反，內部加熱方法利用電池自身阻抗在電流激勵下產生的熱量對電池進行加熱。與外部加熱相比，內部加熱方法消除了長路徑的熱傳導，避免了在加熱裝置附近形成局部熱點。因此，內部加熱可以以更高效和更均勻的溫度分布實現更好的加熱效果。

目前所報道的交流加熱的案例中，大多采用高頻率大電流方式對電池進行加熱，但頻率越高對應電池阻抗越小，電池加熱效率越低。同時，高頻(20Hz-20000Hz)會使電池包中繼電器和電芯產生諧振，發出刺耳的噪音，長時間會對人聽力和心理造成一定危害。

發明內容

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種動力電池低頻紋波加熱方法。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

本發明實施例提供一種動力電池低頻紋波加熱方法，包括以下步驟：

S1：對動力電池進行不同溫度梯度下的電化學阻抗表征；

S2：確定所述電化學阻抗模型小于20Hz頻率段所包含的電極動力學過程，選定不同溫度段下的加熱頻率；

S3：根據選定的所述加熱頻率及電池荷電狀態，選擇安全電壓范圍內交流電的最大充放電電流倍率；

S4：根據選定的所述最大充放電電流倍率和加熱頻率，通過調制電路發送PWM控制信號，對加熱電路進行調控，以產生相應交流信號值，將其作用于動力電池進行加熱。

本發明優選的，根據步驟S1，所述電化學阻抗表征以10℃溫度梯度進行，分別獲取電池在-30℃、-20℃、-10℃、0℃、10℃下的EIS圖譜。

本發明優選的，根據步驟S2，低溫下、20Hz以下電化學阻抗譜包括部分鈍化膜、電化學反應和擴散過程。

本發明優選的，所述加熱過程中選擇不同溫度段下的阻抗對應頻率為加熱頻率或選擇某一溫度下的阻抗對應頻率為固定加熱頻率。

本發明優選的，根據步驟S3，所述交流電流在不同工況下的最大充放電電流幅值I_a、I_b的計算公式為：

其中，UOCV是鋰離子電池的開路電壓，Umax是鋰離子電池的上限保護電壓，U_min是鋰離子電池的下限保護電壓，R_sei是鋰離子通過固體電解質界面膜的阻抗，I_a為交流電充電電流幅值，I_b為交流電放電電流幅值。