CN108199122A - 基于电化学-热耦合模型的锂离子电池无析锂低温加热方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为了解决现有电池低温加热时由于选用的电流幅值不当，对电池容量造成析锂损伤的问题，本发明提供一种基于电化学‑热耦合模型的锂离子电池无析锂低温加热方法，属于电动汽车电池管理系统应用领域。所述方法包括如下步骤：步骤一：在使锂离子电池不析出锂金属的前提下，根据电化学热耦合模型，获得预热电流的限制条件；公式一；Umin≤V≤Umax公式二；其中，V＝Eocv‑ηact_n‑ηcon‑ηohm，步骤二：根据获得的预热电流的限制条件对锂离子电池进行低温加热。本发明避免电池内部加热过程对电池的损伤，延长电池使用寿命，提高电池系统的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池的低温加热方法，特别涉及基于电化学-热耦合模型的锂离子电池无析锂低温加热方法，属于电动汽车电池管理系统应用领域。
背景技术
锂离子电池的突出特点是电压高、能量密度大、循环性能好、自放电小、无记忆效应、绿色环保，是电动汽车首选的储能电源。在环境温度低于0℃时使用锂离子电池存在以下问题：低温时锂离子电池的阻抗会明显增大，使得电池的充放电容量损失严重；低温时强行对电池充电会使得锂电池负极表面析锂而导致电池可用容量不可逆减少，锂枝晶生长还可能引发安全问题。上述问题是制约电动车在高纬度地区冬季使用的主要原因。
低温使用锂离子电池时需要首先将电池系统温度加热到0℃以上。电池系统加热手段包括外部加热和内部加热两种：外部加热方式通常使用电阻加热器或热泵实现；内部加热指利用电池内部的阻抗作用实现对其自身的加热。内部加热相对外部加热来讲效率高，加热均匀，具有更好的应用前景。现有的内部加热方式强调加热的速度指标，对于在加热过程中如何控制析锂缺少有效的方法。
发明内容
本发明为了解决现有电池低温加热时由于选用的电流幅值不当，对电池容量造成析锂损伤的问题，本发明提供一种基于电化学-热耦合模型的锂离子电池无析锂低温加热方法。
本发明的基于电化学-热耦合模型的锂离子电池无析锂低温加热方法，所述方法包括如下步骤：
步骤一：在使锂离子电池不析出锂金属的前提下，根据电化学热耦合模型，获得预热电流的限制条件；
Umin≤V≤Umax 公式二；
其中，V＝Eocv-ηact_n-ηcon-ηohm，I表示预热电流的幅值，V表示在当预热电流
的幅值为I时的锂离子电池电压；
Qn表示负极容量；ηact_n表示负极反应过电势；Pact表示反应极化参数；R表示理想气体常数；F表示法拉第常数；ηohm表示电池欧姆极化过电势；xsurf表示负极表面嵌锂浓度分数，Eocv表示电池的电动势；ηcon表示浓差极化过电势；c0表示电解液锂离子浓度初值；T表示锂离子电池内部平均温度；Un表示负极的开路电势；Umin表示允许电池放电的最低电压；Umax表示允许电池充电的最高电压；
步骤二：根据获得的预热电流的限制条件对锂离子电池进行低温加热。
优选的是，所述电化学热耦合模型为锂离子电池的基本工作过程、反应极化过程、欧姆极化过程、扩散过程和锂离子电池的产热和散热过程中的模型。
优选的是，所述锂离子电池的基本工作过程的模型包括公式三、公式四和公式五：
其中，yavg为正极平均嵌锂浓度分数；xavg为负极平均嵌锂浓度分数；y0为正极初始嵌锂浓度分数；yofs正负极配比偏移分数；Qp为正极容量；电池电动势Eocv为：
Eocv(t)＝Up(y0+I·t/QP)-Un((1-yofs-yavg)Qp/Qn) 公式五；
t表示时间，Up表示正极的开路电势。
优选的是，所述锂离子电池的反应极化过程的模型为：
其中，中间量
中间量
ηact为电池反应电动势，电池反应过电势ηact由正极反应过电势ηact_p和负极反应过电势ηact_n两部分构成；
反应极化系数Pact包括正极反应极化系数Pact_p与负极反应极化系数Pact_n。
优选的是，所述锂离子电池的欧姆极化过程的模型为：
ηohm＝Rohm·I 公式七；
其中，Rohm为电池的欧姆内阻。
优选的是，所述锂离子电池的扩散过程包括固相扩散过程和液相扩散过程，所述固相扩散过程的模型包括公式八和公式九：
ysurf＝yavg+△y 公式八
xsurf＝xavg-△x 公式九
yavg为正极平均嵌锂浓度分数；xavg为负极平均嵌锂浓度分数；ysurf为正极表面嵌锂浓度分数；△y为正极固相扩散作用形成的嵌锂浓度分数差；△x为负极固相扩散作用形成的嵌锂浓度分数差；
电池电动势变形为：
Eocv＝Up(ysurf)-Un(xsurf) 公式十
其中△y为：
其中,为正极固相扩散时间常数；
△x为：
为负极固相扩散时间常数；
所述锂离子电池的液相扩散过程的模型为：
△c是电极边界处液相锂离子浓度的变化量，
其迭代形式如下：
其中，tk表示第k个时刻，Pcon是电池正负极融合后的液相扩散比例系数；τe是参数融合后的液相扩散时间常数。
优选的是，所述锂离子电池的产热和散热过程中的模型采用的是热阻抗模型，所述热阻抗模型为：
mroll与mcan分别为卷绕体的质量与电池外壳的质量；
ccan与Croll分别为电池外壳与电池内部卷绕体的比热容；
Tsurf为电池外壳温度；
Gexchange与G分别为电池向外辐射热量的功率与电池产生热量的功率；
Rcond为电池卷绕体到电池表面的热阻抗；
其中锂离子电池产生热量的功率G存在：
又有：
Eocv(t)-U(t)＝ηcon(t)+ηact(t)+ηohm(t) 公式十八；
U(t)表示实际锂离子电池的端电压；
可知因此G(t)表示为：
G(t)＝I(t)[Eocv(t)-U(t)]-0.00022·I(t)T(t) 公式十九；
Gexchange(t)＝(Tsurf(t)-Ta(t))/Ramb,Ramb＝1/(h·S) 公式二十；
式中，Ramb为电池表面到外部环境的热阻抗；Ta为环境温度；h为换热系数；S为电池表面积；
计算锂离子电池的内部平均温度T，将公式十五离散化，得到：
其中，
优选的是，所述步骤一中，根据电化学热耦合模型，获得预热电流的限制条件过程包括；
要避免锂金属析出，需要控制石墨负极电位使其高于参考电极的电位，即：
φs-φl>0 公式二十三；
其中,φs为负极固相电势，φl为负极液相电势。
负极反应过电势ηact_n表示如下：
ηact_n＝φs-φl-Un 公式二十四；
其中的负极反应过电势为：
由公式二十四可知，为保证不析锂，需要满足：
ηact_n+Un＝φs-φl>0 公式二十六；
即：
-ηact_n<Un 公式二十七；
电流参考方向取放电为正，电流需要满足如下条件：
负极表面嵌锂率xsurf与锂离子电池的荷电状态SOC之间存在以下关系：
xsurf(t)＝x0+Dx·(1-SOC(t)) 公式二十八；
Dx为电池负极最大嵌锂率的最大偏移范围；x0表示负极初始嵌锂率；
其中，锂离子电池内部平均温度T利用公式二十一和公式二十二获得，或者在锂离子电池内外部温差不大的情况下利用实时测量电池外壳温度Tsurf代替锂离子电池内部平均温度T；
同时，为了保证锂离子电池不过充过放，还要保证
Umin≤V＝f(I)＝Eocv-ηact_n-ηcon-ηohm≤Umax。
优选的是，所述步骤二中，低温加热时：
当锂离子电池处于充电状态时，向锂离子电池施加正脉冲，预热电流的幅值满足公式一，同时电池电压满足公式二的右边界条件；
当锂离子电池处于放电状态时，预热电流的幅值满足公式一，电池电压满足公式二的左边界条件；
所述预热电流为交变脉冲电流。
优选的是，所述步骤二中，根据获得的预热电流的限制条件对锂离子电池进行低温加热：
步骤二一：根据锂离子电池热耦合模型参数和实时检测到的锂离子电池表面温度、SOC值，获得预热电流的限制条件；
步骤二二：根据预热电流的限制条件对锂离子电池进行低温加热；
步骤二三：间隔设定时间采集锂离子电池表面温度，如果锂离子电池表面温度达到预先设定的温度阈值，则停止加热；如果锂离子电池表面温度未达到预先设定的温度阈值，转入步骤二四；
步骤二四：根据当前锂离子电池表面温度结合公式二十一和公式二十二，获得锂离子电池内部平均温度T，将获得的T代入公式一，刷新预热电流幅值I，转入步骤二二。
上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。
本发明的有益效果在于，本发明提出了基于电化学-热耦合模型的无析锂内部加热方法，避免电池内部加热过程对电池的损伤，延长电池使用寿命，提高电池系统的安全性。
附图说明
图1为本发明锂离子电池的热阻抗模型的原理示意图；
图2为本发明加热电流限制曲面示意图；
图3为本发明具体实施方式中步骤二低温加热的流程示意图；
图4为本发明具体实施方式中步骤二加热过程中温度上升曲线示意图；
图5为本发明具体实施方式中步骤二加热过程中实测电压电流曲线示意图；
图6为本发明具体实施方式中步骤二容量衰减的曲线示意图；
图7为本发明具体实施方式中步骤二容量衰减率的曲线示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本实施方式所述的基于电化学-热耦合模型的锂离子电池无析锂低温加热方法，包括如下步骤：
步骤一：在使锂离子电池不析出锂金属的前提下，根据电化学热耦合模型，获得预热电流的限制条件；
Umin≤V≤Umax；
其中，V＝Eocv-ηact_n-ηcon-ηohm，I表示预热电流的幅值，V表示在当预热电流的幅值为I时的锂离子电池电压；
Qn表示负极容量；ηact_n表示负极反应过电势；Pact表示反应极化参数；R表示理想气体常数；F表示法拉第常数；ηohm表示电池欧姆极化过电势；xsurf表示负极表面嵌锂浓度分数，Eocv表示电池的电动势；ηcon表示浓差极化过电势；c0表示电解液锂离子浓度初值；T表示锂离子电池内部平均温度；Un表示负极的开路电势；Umin表示允许电池放电的最低电压；Umax表示允许电池充电的最高电压；
步骤二：根据获得的预热电流的限制条件对锂离子电池进行低温加热。
本实施方式中，为了避免锂金属析出，根据电化学热耦合模型，获得预热电流的限制条件，根据该限制条件进行低温加热，避免电池内部加热过程对电池的损伤，延长电池使用寿命，提高电池系统的安全性。
本实施方式的电化学热耦合模型为锂离子电池的基本工作过程、反应极化过程、欧姆极化过程、扩散过程和锂离子电池的产热和散热过程中的模型。
锂离子电池的基本工作过程：
锂电池基本工作过程用如下模型描述：
其中，yavg为正极平均嵌锂浓度分数，；
xavg为负极平均嵌锂浓度分数，；
y0为正极初始嵌锂浓度分数，；
yofs正负极配比偏移分数，；
Qp为正极容量，单位A·s；
Qn为负极容量，单位A·s。
针对电池基本工作过程，理想的电池电动势Eocv为：
Eocv(t)＝Up(y0+I·t/QP)-Un((1-yofs-yavg)Qp/Qn) (3)
t表示时间，Up表示正极的开路电势；
本实施方式的锂离子电池的反应极化过程：
本实施方式中依据反应动力学，若想维持一定的电化学反应速度，要求有相应大小的反应过电势存在。反应过电势的模型为：
其中，中间量
中间量
ηact为电池反应电动势，单位为V；电池反应过电势ηact由正极反应过电势ηact_p和负极反应过电势ηact_n两部分构成；
Pact_p为正极反应极化系数，单位m-1.5·mol0.5·s；
Pact_n为负极反应极化系数,单位m-1.5·mol0.5·s。
mp，mn为中间计算变量，无实际物理意义。
有时为了简便起见，正极反应极化系数Pact_p与负极反应极化系数Pact_n可统一为一个参数Pact。
本实施方式的锂离子电池的欧姆极化过程：
欧姆极化过电势是锂电池内部电极、隔膜以及电解液等材料中各个欧姆特征造成的电势之和，简化表达为：
ηohm＝Rohm·I (5)
其中ηohm为电池欧姆极化过电势，单位为V；
Rohm为电池的欧姆内阻，单位为Ω。
本实施方式的固相扩散过程：
锂离子电池中活性粒子表面的固相嵌锂浓度分数与平均嵌锂浓度分数可表达为如下模型：
ysurf＝yavg+△y (6)
xsurf＝xavg-△x (7)
yavg为正极平均嵌锂浓度分数；
xavg为负极平均嵌锂浓度分数；
xsurf为负极表面嵌锂浓度分数；
ysurf为正极表面嵌锂浓度分数；
△y为正极固相扩散作用形成的嵌锂浓度分数差，；
△x为负极固相扩散作用形成的嵌锂浓度分数差，；
电池电动势变形为：
Eocv＝Up(ysurf)-Un(xsurf) (8)
其中△y表达式如下：
其中,为正极固相扩散时间常数；
对于负极，结果如下：
为负极固相扩散时间常数。
本实施方式锂离子电池的液相扩散过程：
液相扩散发生在正负极多孔电极和隔膜三个区域的孔隙中，孔隙中填充着液体电解质，锂离子在孔隙电解液中的液相扩散沿厚度方向。
浓差极化过电势的模型：
其中，ηcon为电池浓差极化过电势，单位为V；
c0为电解液锂离子浓度初值，单位mol·L-1；
△c是电极边界处液相锂离子浓度的变化量，
其迭代形式如下：
其中，tk表示第k个时刻，Pcon是锂电池正负极融合后的液相扩散比例系数，单位m-1.5·mol0.5·s；τe是参数融合后的液相扩散时间常数，单位s。
本实施方式的锂离子电池的产热和散热过程：
本实施方式利用简化的热阻抗模型来计算电池径向热传导与热扩散，热阻抗模型如图1所示。该模型描述了电池的产热散热过程，可以将锂电池温度外特性准确描述。
热阻抗模型计算式由下式给出：
mroll与mcan分别为卷绕体的质量与电池外壳的质量，单位kg；
ccan与cp分别为电池外壳与电池内部卷绕体的比热容，单位J·kg-1·K-1；
Tsurf为电池外壳温度，单位℃；
Gexchange与G分别为电池向外辐射热量的功率与电池产生热量的功率，单位W；
Rcond为电池卷绕体到电池表面的热阻抗,单位为K·W-1；
其中锂离子电池产生热量的功率G存在：
又有：
Eocv(t)-U(t)＝ηcon(t)+ηact(t)+ηohm(t) (16)
U(t)表示实际锂离子电池的端电压；
由经验可知因此G(t)可由如下方程表示
G(t)＝I(t)[Eocv(t)-U(t)]-0.00022·I(t)T(t) (17)
Gexchange(t)＝(Tsurf(t)-Ta(t))/Ramb,Ramb＝1/(h·S) (18)
式中，Ramb为电池表面到外部环境的热阻抗，单位K·W-1；
Ta为环境温度,单位为℃；
h为换热系数，单位为W·m-2·K-1；
S为电池表面积，单位为m2。
计算锂离子电池的内部平均温度T，将模型离散化可以得到：
其中，
基于电化学热耦合模型的不析锂判据：
本实施方式的步骤一中，要避免锂金属析出，需要控制石墨负极电位使其高于参考电极Li/Li+的电位。
即：φs-φl>0公式二十三；
其中,φs为负极固相电势，φl为负极液相电势。
负极反应过电势ηact_n表示如下：
ηact_n＝φs-φl-Un 公式二十四；
其中的负极反应过电势为：
由公式二十四可知，为保证不析锂，需要满足：
ηact_n+Un＝φs-φl>0 公式二十六；
即：
-ηact_n<Un 公式二十七；
电流参考方向取放电为正，电流需要满足如下条件：
负极表面嵌锂率xsurf与锂离子电池的荷电状态SOC之间存在以下关系：
xsurf(t)＝x0+Dx·(1-SOC(t)) 公式二十八；
Dx为电池负极最大嵌锂率的最大偏移范围；x0表示负极初始嵌锂率；
其中，锂离子电池内部平均温度T利用公式二十一和公式二十二获得，或者在锂离子电池内外部温差不大的情况下利用实时测量电池外壳温度Tsurf代替锂离子电池内部平均温度T；
同时，为了保证锂离子电池不过充过放，还要保证
Umin≤V＝f(I)＝Eocv-ηact_n-ηcon-ηohm≤Umax。
本实施方式给出了根据锂离子电池的基本工作过程、反应极化过程、欧姆极化过程、扩散过程和锂离子电池的产热和散热过程中的电化学热耦合模型，及如何根据这些电化学模型获得预热电流的限制条件，低温加热时，在满足该限制条件，避免电池内部加热过程对电池的损伤，延长电池使用寿命，提高电池系统的安全性。
优选实施例中，步骤二中，低温加热时：
当锂离子电池处于充电状态时，向锂离子电池施加正脉冲，预热电流的大小满足式(26)，才能抑制析锂。同时为避免电池过充，电池电压满足式(28)的右边界条件；
当锂离子电池处于放电状态时，电流I值为正，式(26)始终成立，同时为避免电池过放，电池电压满足式(28)的左边界条件；
本实施方式的预热电流为交变脉冲电流。
本实施方式的预热电流频率可根据加热效率依经验选择，占空比为50％左右，或者根据预热电流对电池进行电化学阻抗谱测试，根据其幅频特性取其幅值响应小的的阻抗值所对应的频率，即为最佳预热频率。
本实施方式的步骤二中，根据获得的预热电流的限制条件对锂离子电池进行低温加热：
步骤二一：根据锂离子电池热耦合模型参数和实时检测到的锂离子电池表面温度、SOC值，获得预热电流的限制条件；
步骤二二：根据预热电流的限制条件对锂离子电池进行低温加热；
步骤二三：间隔3分钟采集锂离子电池表面温度，如果锂离子电池表面温度达到预先设定的温度阈值，则停止加热；如果锂离子电池表面温度未达到预先设定的温度阈值，转入步骤二四；
步骤二四：根据当前锂离子电池表面温度结合公式二十一和公式二十二，获得锂离子电池内部温度T，将获得的T代入公式一，刷新预热电流幅值I，转入步骤二二。
以电池的xsurf＝0.4(即SOC为50％)为例，采用该方法的电流限值曲面如图2。
如图3所示，验证本实施方式的低温加热方法对锂离子电池内部加热过程对电池的损伤，具体包括：
本步骤初始条件：SOC＝50％，温度＝-15℃；
步骤1：根据实时检测到的锂离子电池内部温度、SOC值和锂离子电池热耦合模型，获得预热电流的限制条件；
步骤2：根据预热电流的限制条件对锂离子电池进行低温预热，并实时检测锂离子电池内部温度；
步骤3：实时判断检测到的锂离子电池内部温度是否大于5℃，若是，加热次数加1，转入步骤4；若否，转入步骤1；
加热次数的初始值为1；
步骤4：判断当前加热次数是否达到20次，若否，转入步骤5；若是，进行电池容量测试，转入步骤6；
步骤5：将锂离子电池搁置1小时，转入步骤1；
步骤6：判断加热次数是否达到120次，若是，低温预热结束，若否，对锂离子电池进行充电或放电，使锂离子电池的SOC值为50％，同时搁置2小时，转入1。
以下具体实施例以日本三洋公司的型号为UR14500P的钴酸锂单体电池为例进行说明。低温环境由恒温箱实现。使用高频充放电仪器ZGP300作为加热电源。采用DSP开发板搭建低温加热控制系统。
在电池荷电状态SOC为50％时，将电池在-15℃的恒温箱中静置两小时，使其温度降至实验所需环境温度。电池温度由贴装在电池表面的热电偶采集，DSP中的程序根据采集的电池温度本实施方式控制电源输出的电流充放电方波的幅值。本实施方式的充放电切换频率选择1.3KHz。当采集到电池表面温度大5℃时，预热过程结束。预热过程中电池温度上升曲线如图4所示，预热过程电压电流实测曲线如图5所示。
每完成20次的低温加热后对电池进行一次容量测试。容量测试过程如下：将电池在25℃恒温箱中搁置2小时；采用CC-CV(恒流-恒压充电)方式给电池充电，恒流充电电流为1C(C为电池充放电倍率，表征充放电电流与容量的比例关系)，恒压电压为4.2V，恒压截止电流为0.05C；充电完成后将电池搁置1小时；最后对电池进行1C恒流放电，放电截止电压为2.5V，记录放电容量；在进行120次预热实验后，每隔20次测试记录的电池容量变化如图6所示，容量衰减率如图7所示。
实际验证结果为本发明所提出的低温加热方法是有效的。本实施方式实现了在966秒内将电池从-15℃快速加热到5℃。容量测试表明，经过120次低温加热后电池容量未发生明显衰退。本发明所提出的低温加热方法在保证了电池内部加热的一系列优点的基础上，实现了电池在低温下的无析锂加热。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。
Claims (10)
1.一种基于电化学-热耦合模型的锂离子电池无析锂低温加热方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤一：在使锂离子电池不析出锂金属的前提下，根据电化学热耦合模型，获得预热电流的限制条件；
Umin≤V≤Umax公式二；
其中，V＝Eocv-ηact_n-ηcon-ηohm，I表示预热电流的幅值，V表示在当预热电流的幅值为I时的锂离子电池电压；
Qn表示负极容量；ηact_n表示负极反应过电势；Pact表示反应极化参数；R表示理想气体常数；F表示法拉第常数；ηohm表示电池欧姆极化过电势；xsurf表示负极表面嵌锂浓度分数，Eocv表示电池的电动势；ηcon表示浓差极化过电势；c0表示电解液锂离子浓度初值；T表示锂离子电池内部平均温度；Un表示负极的开路电势；Umin表示允许电池放电的最低电压；Umax表示允许电池充电的最高电压；
步骤二：根据获得的预热电流的限制条件对锂离子电池进行低温加热。
2.根据权利要求1所述的基于电化学-热耦合模型的锂离子电池无析锂低温加热方法，其特征在于，所述电化学热耦合模型为锂离子电池的基本工作过程、反应极化过程、欧姆极化过程、扩散过程和锂离子电池的产热和散热过程中的模型。
3.根据权利要求2所述的基于电化学-热耦合模型的锂离子电池无析锂低温加热方法，其特征在于，所述锂离子电池的基本工作过程的模型包括公式三、公式四和公式五：
其中，yavg为正极平均嵌锂浓度分数；xavg为负极平均嵌锂浓度分数；y0为正极初始嵌锂浓度分数；yofs正负极配比偏移分数；Qp为正极容量；电池电动势Eocv为：
Eocv(t)＝Up(y0+I·t/QP)-Un((1-yofs-yavg)Qp/Qn) 公式五；
t表示时间，Up表示正极的开路电势。
4.根据权利要求3所述的基于电化学-热耦合模型的锂离子电池无析锂低温加热方法，其特征在于，所述锂离子电池的反应极化过程的模型为：
其中，中间量
中间量
ηact为电池反应电动势，电池反应过电势ηact由正极反应过电势ηact_p和负极反应过电势ηact_n两部分构成；
反应极化系数Pact包括正极反应极化系数Pact_p与负极反应极化系数Pact_n。
5.根据权利要求4所述的基于电化学-热耦合模型的锂离子电池无析锂低温加热方法，其特征在于，所述锂离子电池的欧姆极化过程的模型为：
ηohm＝Rohm·I 公式七；
其中，Rohm为电池的欧姆内阻。
6.根据权利要求5所述的基于电化学-热耦合模型的锂离子电池无析锂低温加热方法，其特征在于，所述锂离子电池的扩散过程包括固相扩散过程和液相扩散过程，所述固相扩散过程的模型包括公式八和公式九：
ysurf＝yavg+△y 公式八
xsurf＝xavg-△x 公式九
yavg为正极平均嵌锂浓度分数；xavg为负极平均嵌锂浓度分数；ysurf为正极表面嵌锂浓度分数；△y为正极固相扩散作用形成的嵌锂浓度分数差；△x为负极固相扩散作用形成的嵌锂浓度分数差；
电池电动势变形为：
Eocv＝Up(ysurf)-Un(xsurf) 公式十
其中△y为：
其中,为正极固相扩散时间常数；
△x为：
为负极固相扩散时间常数；
所述锂离子电池的液相扩散过程的模型为：
△c是电极边界处液相锂离子浓度的变化量，
其迭代形式如下：
其中，tk表示第k个时刻，Pcon是电池正负极融合后的液相扩散比例系数；τe是参数融合后的液相扩散时间常数。
7.根据权利要求6所述的基于电化学-热耦合模型的锂离子电池无析锂低温加热方法，其特征在于，所述锂离子电池的产热和散热过程中的模型采用的是热阻抗模型，所述热阻抗模型为：
mroll与mcan分别为卷绕体的质量与电池外壳的质量；
ccan与Croll分别为电池外壳与电池内部卷绕体的比热容；
Tsurf为电池外壳温度；
Gexchange与G分别为电池向外辐射热量的功率与电池产生热量的功率；
Rcond为电池卷绕体到电池表面的热阻抗；
其中锂离子电池产生热量的功率G存在：
又有：
Eocv(t)-U(t)＝ηcon(t)+ηact(t)+ηohm(t) 公式十八；
U(t)表示实际锂离子电池的端电压；
可知因此G(t)表示为：
G(t)＝I(t)[Eocv(t)-U(t)]-0.00022·I(t)T(t) 公式十九；
Gexchange(t)＝(Tsurf(t)-Ta(t))/Ramb,Ramb＝1/(h·S) 公式二十；
式中，Ramb为电池表面到外部环境的热阻抗；Ta为环境温度；h为换热系数；S为电池表面积；
计算锂离子电池的内部平均温度T，将公式十五离散化，得到：
其中，
8.根据权利要求7所述的基于电化学-热耦合模型的锂离子电池无析锂低温加热方法，其特征在于，所述步骤一中，根据电化学热耦合模型，获得预热电流的限制条件过程包括：
要避免锂金属析出，需要控制石墨负极电位使其高于参考电极的电位，即：
φs-φl>0 公式二十三；
其中,φs为负极固相电势，φl为负极液相电势。
负极反应过电势ηact_n表示如下：
ηact_n＝φs-φl-Un 公式二十四；
其中的负极反应过电势为：
由公式二十四可知，为保证不析锂，需要满足：
ηact_n+Un＝φs-φl>0 公式二十六；
即：
-ηact_n<Un 公式二十七；
电流参考方向取放电为正，电流需要满足如下条件：
负极表面嵌锂率xsurf与锂离子电池的荷电状态SOC之间存在以下关系：
xsurf(t)＝x0+Dx·(1-SOC(t)) 公式二十八；
Dx为电池负极最大嵌锂率的最大偏移范围；x0表示负极初始嵌锂率。
其中，锂离子电池内部平均温度T利用公式二十一和公式二十二获得，或者在锂离子电池内外部温差不大的情况下利用实时测量电池外壳温度Tsurf代替锂离子电池内部平均温度T；
同时，为了保证锂离子电池不过充过放，还要保证
Umin≤V＝f(I)＝Eocv-ηact_n-ηcon-ηohm≤Umax。
9.根据权利要求1所述的基于电化学-热耦合模型的锂离子电池无析锂低温加热方法，其特征在于，所述步骤二中，低温加热时：
当锂离子电池处于充电状态时，向锂离子电池施加正脉冲，预热电流的幅值满足公式一，同时电池电压满足公式二的右边界条件；
当锂离子电池处于放电状态时，预热电流的幅值满足公式一，电池电压满足公式二的左边界条件；
所述预热电流为交变脉冲电流。
10.根据权利要求9所述的基于电化学-热耦合模型的锂离子电池无析锂低温加热方法，其特征在于，所述步骤二中，根据获得的预热电流的限制条件对锂离子电池进行低温加热：
步骤二一：根据锂离子电池热耦合模型参数和实时检测到的锂离子电池表面温度、SOC值，获得预热电流的限制条件；
步骤二二：根据预热电流的限制条件对锂离子电池进行低温加热；
步骤二三：间隔设定时间采集锂离子电池表面温度，如果锂离子电池表面温度达到预先设定的温度阈值，则停止加热；如果锂离子电池表面温度未达到预先设定的温度阈值，转入步骤二四；
步骤二四：根据当前锂离子电池表面温度结合公式二十一和公式二十二，获得锂离子电池内部平均温度T，将获得的T代入公式一，刷新预热电流幅值I，转入步骤二二。
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