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
专利汇可以提供基于电化学-热耦合模型的锂离子电池无析锂低温加热方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 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。，下面是基于电化学-热耦合模型的锂离子电池无析锂低温加热方法专利的具体信息内容。
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
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。
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
技术领域
背景技术
发明内容
具体实施方式
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。
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