一种低温环境下的锂离子电池自加热方法及其加热装置

本发明涉及锂离子电池，尤其涉及一种低温环境下的锂离子电池自加热方法及其加热装置。

背景技术：

1、锂离子电池具有动力性能好、寿命长、减少污染等优点，现已成为电动汽车主要的动力来源。随着温度的降低，锂离子电池的充放电性能逐渐下降，在-9℃的环境温度下，锂离子电池的放电容量会降至标称容量的三分之二；在-20℃时，电池只能小倍率电流放电，无法实现大倍率放电；甚至在更低的温度下，锂电池完全丧失放电能力，严重影响整车的续航和里程，更严重的是低温下充放电可能导致的“析锂”现象，使得电池内部短路，严重时会引发电池热失控，造成安全事故，所以需要提供可靠的加热技术升高锂离子电池在低温环境下的温度从而改善其电性能具有重要意义。

2、在低温加热技术方面，可以分为两类方法：内部加热和外部加热。内部加热主要是利用电池内部阻抗在电池正、负端加入不同频率或幅值电流来实现电池加热。内部加热过程中以电流加热可能会加速电池老化的风险，存在安全风险，并且需对控制电路精度要求较高。外部加热是指通过在锂电池外部添加预热设备来提高电池温度，从而增加活性物质的传输速率。相比于内部加热，外部加热具有可靠性强，安全性强，成本低等特点成为目前车载主要的加热方式。但是目前大多数研究者关心电池的温升速率，而忽略了电池加热时电池内外温度的均匀性和加热能耗与电池可用能量的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种低温环境下的锂离子电池自加热方法及其加热装置，能够合理的利用电池自放电的能量，对比环境温度与电池外表温度和电池外表温度与内部温度的差值，减少电池内外温差过大带来的影响，并且能实时根据当前电池温度自动切换加热策略，最大化的减少加热能耗并且提高电池的可用能量。

2、本发明所采用的第一技术方案是：一种低温环境下的锂离子电池自加热方法，包括以下步骤：

3、获取锂离子电池的内部温度数据和锂离子电池的外部温度数据；

4、根据锂离子电池的内部温度数据和锂离子电池的外部温度数据对锂离子电池进行自检处理，得到自检后的锂离子电池；

5、设置锂离子电池的加热目标温度值与锂离子电池的保温目标值，构建锂离子电池自加热策略；

6、结合锂离子电池的内部温度数据和锂离子电池的外部温度数据，根据锂离子电池自加热策略对自检后的锂离子电池进行加热处理，得到加热完成的锂离子电池。

7、进一步，所述获取锂离子电池的内部温度数据和锂离子电池的外部温度数据这一步骤，其具体包括：

8、通过电池内部热电偶获取锂离子电池的内部温度数据；

9、通过电池外部热电偶获取锂离子电池的外部温度数据。

10、进一步，所述根据锂离子电池的内部温度数据和锂离子电池的外部温度数据对锂离子电池进行自检处理，得到自检后的锂离子电池这一步骤，其具体包括：

11、设置锂离子电池环境温度阈值；

12、根据锂离子电池的内部温度数据和锂离子电池的外部温度数据进行判断；

13、若锂离子电池的内部温度数据和锂离子电池的外部温度数据均低于锂离子电池环境温度阈值，则判定锂离子电池处于低温环境；

14、对处于低温环境的锂离子电池进行自检处理，得到自检后的锂离子电池。

15、进一步，所述对处于低温环境的锂离子电池进行自检处理，得到自检后的锂离子电池这一步骤，其具体包括：

16、对处于低温环境的锂离子电池进行soc检测，获取锂离子电池的soc值；

17、将锂离子电池的soc值与预设的最小加热soc阈值进行对比；

18、若锂离子电池的soc值小于预设的最小加热soc阈值，则停止对锂离子电池进行自加热；

19、若锂离子电池的soc值大于预设的最小加热soc阈值，则获取自检后的锂离子电池。

20、进一步，所述设置锂离子电池的加热目标温度值与锂离子电池的保温目标值，构建锂离子电池自加热策略这一步骤，其具体包括：

21、设置锂离子电池的加热目标温度值与锂离子电池的保温目标值；

22、根据锂离子电池的内部温度数据和锂离子电池的外部温度数据确定锂离子电池温度差；

23、设定第一温差阈值、第二温差阈值、第三温差阈值、第一加热功率和第二加热功率，其中，第一温差阈值小于第二温差阈值，第二温差阈值小于第三温差阈值，第一加热功率小于第二加热功率；

24、整合锂离子电池的加热目标温度值与锂离子电池的保温目标值、锂离子电池温度差、第一温差阈值、第二温差阈值、第三温差阈值、第一加热功率和第二加热功率构建锂离子电池自加热策略。

25、进一步，所述锂离子电池自加热策略具体包括第一锂离子电池自加热策略、第二锂离子电池自加热策略、第三锂离子电池自加热策略和第四锂离子电池自加热策略，其中：

26、第一锂离子电池自加热策略为限制锂离子电池放电，通过第一加热功率对第一锂离子电池进行外部加热处理；

27、第二锂离子电池自加热策略为限制锂离子电池放电，通过第二加热功率对第一锂离子电池进行外部加热处理，达到预设时间阈值后锂离子电池正常放电并继续通过第二加热功率对第一锂离子电池进行外部加热处理；

28、第三锂离子电池自加热策略为锂离子电池正常放电并通过第二加热功率对第一锂离子电池进行外部加热处理；

29、第四锂离子电池自加热策略为无需对锂离子电池进行加热处理。

30、进一步，所述结合锂离子电池的内部温度数据和锂离子电池的外部温度数据，根据锂离子电池自加热策略对自检后的锂离子电池进行加热处理这一步骤，其具体包括：

31、根据锂离子电池的内部温度数据和锂离子电池的外部温度数据确定锂离子电池温度差；

32、若锂离子电池温度差小于等于第一温差阈值时，则通过第一锂离子电池自加热策略对自检后的锂离子电池进行加热处理；

33、若锂离子电池温度差大于第一温差阈值且小于等于第二温差阈值时，则通过第二锂离子电池自加热策略对自检后的锂离子电池进行加热处理；

34、若锂离子电池温度差大于第二温差阈值且小于等于第三温差阈值时，则通过第三锂离子电池自加热策略对自检后的锂离子电池进行加热处理；

35、若锂离子电池温度差大于第三温差阈值时，则通过第四锂离子电池自加热策略对自检后的锂离子电池进行加热处理。

36、进一步，还包括：

37、实时采集锂离子电池加热过程中的内外温差值；

38、若锂离子电池加热过程中的内外温差值满足温差阈值范围且锂离子电池加热的外部温度达到锂离子电池的加热目标温度值，则停止对锂离子电池加热并对锂离子电池进行保温处理；

39、直至锂离子电池的外部温度达到锂离子电池的保温目标值，完成锂离子电池自加热过程。

40、本发明所采用的第二技术方案是：一种低温环境下的锂离子电池自加热装置，包括加热元件、电池外部热电偶、电池内部热电偶、温度采集控制器、自检及控制模块和dc-dc控制器，所述加热元件包裹于锂离子电池的外表面并与所述dc-dc控制器电性连接，所述电池外部热电偶、所述电池内部热电偶和所述温度采集控制器之间通过电性连接，所述自检及控制模块和所述dc-dc控制器电性连接，其中：

41、所述加热元件用于传递热量至锂离子电池的外表面；

42、所述电池外部热电偶用于获取锂离子电池的外部温度数据；

43、所述电池内部热电偶用于获取锂离子电池的内部温度数据；

44、所述温度采集控制器用于采集离子电池加热过程中的内外温差值；

45、所述自检及控制模块用于锂离子电池自加热装置进行自检处理并控制锂离子电池自加热策略的执行；

46、所述dc-dc控制器用于根据锂离子电池自加热策略执行不同的工况。

47、本发明方法及装置的有益效果是：本发明获取锂离子电池的内部温度数据和锂离子电池的外部温度数据，结合电池内部温度，对比环境温度与电池外表温度和电池外表温度与内部温度的差值，根据所处温度采用不同的加热策略；根据锂离子电池的内部温度数据和锂离子电池的外部温度数据对锂离子电池进行自检处理，得到自检后的锂离子电池；设置锂离子电池的加热目标温度值与锂离子电池的保温目标值，构建锂离子电池自加热策略，无需外接外部供电电源给系统，依靠电池本身的放电能量给加热系统，同时实现内部和外部加热，高效的利用电池能量，且自动切换合适的加热策略，使加热效果更好，能量利用率最高，同时也最大限度的减少了加热能量的消耗；结合锂离子电池的内部温度数据和锂离子电池的外部温度数据，根据锂离子电池自加热策略对自检后的锂离子电池进行加热处理，得到加热完成的锂离子电池。