CN113054290B - 一种电池加热方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电池加热方法，包括以下步骤：获取电池的端电压、电池温度和环境温度；根据电池温度判断所述电池是否需要加热；在所述电池需要加热的情况下，计算交流激励电流幅值；以所述交流激励电流幅值执行交流激励加热；在达到交流加热结束条件时结束交流激励加热。本发明的电池加热方法在使用交流激励加热的基础上，保证动力电池的使用寿命和操作安全的前提下，同时兼顾了加热系统的能耗消耗。

Description

一种电池加热方法
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体的说是一种电池加热方法。
背景技术
目前对电池的低温加热的方法主要分为两类：内部加热和外部加热。其中，外部加热的方法有：空气加热法、PTC加热法、宽线金属膜加热法等；内部加热的方法主要有：内部自加热法和交流激励加热法。
目前在电池上应用的最多的是PTC加热这种外部加热方法，这种加热方法虽然实现简单且价格低，但外部加热的缺点就是不能使电池均匀受热从而达到稳定的化学性质。
现在流行的对电池内部加热的交流激励加热法是一种对电池正负极施加一定频率和幅值的交流激励来实现对电池加热的方法。该方法的优点是：利用电池的自身阻抗产生热量，可以实现电池快速、高效的预热，且使得电池有一个均匀的加热效果。该方法的缺点是：①需要实时的调整最佳的激励电流，否则就会造成电池的端电压超过其电压上限值，影响电池寿命；②需要实时的调整最佳的交流频率，否则就会导致锂枝晶的形成，造成电池永久损伤，影响电池寿命和安全性；③在交流激励加热时，也应该实时关注激励电流幅值和激励频率对温度的影响。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种电池加热方法。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种电池加热方法，包括以下步骤：
获取电池的端电压、电池温度和环境温度；
根据电池温度判断所述电池是否需要加热；
在所述电池需要加热的情况下，计算交流激励电流幅值；
以所述交流激励电流幅值执行交流激励加热；
在达到交流加热结束条件时结束交流激励加热。
所述根据电池温度判断所述电池是否需要加热，具体为：
当电池温度大于或等于预设加热温度阈值时，判定所述电池不需要加热；
当电池温度小于预设加热温度阈值时，判定所述电池需要加热。
所述交流激励电流幅值为：
Figure BDA0002984389970000021
其中，cD为电池的极化电容，t为时间，UOCV为电池开路电压，ut为电池的实时电压，s为电极反应中涉及的电子数目，i0为交换电流密度，e为自然常数，aa为负极/阳极方向电荷传递系数，F为法拉第常数，n为活化过电位，R为电池的实部阻抗，T为热力学温度值。
所述交流加热结束条件为：
当电池温度大于或等于预设加热温度阈值时，交流加热停止。
本发明的电池加热方法在使用交流激励加热的基础上，保证动力电池的使用寿命和操作安全的前提下，同时兼顾了加热系统的能耗消耗。
附图说明
图1为本发明方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，一种电池加热方法，包括以下步骤：
(1)根据传感器获取当前电池的端电压、电池温度和环境温度；
(2)判断是否需要交流加热，当前电池的电池温度高于或等于设定限值(预设加热温度阈值)时，不需要加热，当低于设定限值(预设加热温度阈值)时，则开启交流加热；
(3)获取电池的SOC值、电池温度和端电压，及时计算和更新交流激励电流幅值，并确保电池的端电压不超过上限；
①交流激励时，产生的热量q的计算公式为：
Figure BDA0002984389970000031
其中，i为交流激励电池幅值，R为电池的实部阻抗；
②根据电子转移动力学中的巴特勒-伏尔摩方程，电池的极化电流iZ表达式为：
Figure BDA0002984389970000032
其中，s为电极反应中涉及的电子数目，i0为交换电流密度(A/m2)，e为自然常数(等于2.71828182845904)，aa为负极-阳极方向电荷传递系数(无量纲)，F为法拉第常数，n为活化过电位，R为电池的实部阻抗，T为热力学温度值，ab为正极(阴极)方向电荷传递系数(无量纲)。
又因为
Figure BDA0002984389970000033
远大于
Figure BDA0002984389970000034
所以上式化为：
Figure BDA0002984389970000035
③极化电压uD为：
Figure BDA0002984389970000036
其中，cD为电池的极化电容，t为时间，i为交流激励电池幅值，iz为电池的极化电流。
④根据电池的化学特性，电池的极化电压uD为：
uD＝UOCV-ut-Ri
其中，UOCV为传感器测得的电池开路电压，ut为电池的实时电压，Ri为电池的实部阻抗。
⑤综上②③④公式可得：交流激励电池幅值i大小为：
Figure BDA0002984389970000037
其中，cD为电池的极化电容，t为时间，UOCV为电池开路电压，ut为电池的实时电压，s为电极反应中涉及的电子数目，i0为交换电流密度，e为自然常数，aa为负极/阳极方向电荷传递系数，F为法拉第常数，n为活化过电位，R为电池的实部阻抗，T为热力学温度值。
(4)以上一步骤中的交流激励的电流幅值执行交流激励加热；
(5)交流加热结束条件判定，达到电池的最适工作温度则停止加热，否则继续加热。

Claims (3)

1.一种电池加热方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取电池的端电压、电池温度和环境温度；
根据电池温度判断所述电池是否需要加热；
在所述电池需要加热的情况下，计算交流激励电流幅值；
以所述交流激励电流幅值执行交流激励加热；
在达到交流加热结束条件时结束交流激励加热；
所述交流激励电流幅值为：
Figure FDA0003778938420000011
其中，cD为电池的极化电容，t为时间，UOCV为电池开路电压，ut为电池的实时电压，s为电极反应中涉及的电子数目，i0为交换电流密度，e为自然常数，aa为负极/阳极方向电荷传递系数，F为法拉第常数，n为活化过电位，R为电池的实部阻抗，T为热力学温度值。
2.根据权利要求1所述的一种电池加热方法，其特征在于，所述根据电池温度判断所述电池是否需要加热，具体为：
当电池温度大于或等于预设加热温度阈值时，判定所述电池不需要加热；
当电池温度小于预设加热温度阈值时，判定所述电池需要加热。
3.根据权利要求1所述的一种电池加热方法，其特征在于，所述交流加热结束条件为：
当电池温度大于或等于预设加热温度阈值时，交流加热停止。
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