[发明专利]一种锂离子电池的预热充电控制方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池的预热充电控制方法，首先建立热电耦合的温度和负极电位估计模型，其次根据电池的初始电量和温度状态，在充电开始前将所述电池加热至预设的充电初始温度，再次以预设充电电流对所述电池充电，在充电过程中，利用电池的温度和负极电位估计模型实时估计电池当前的负极电位与温度，最后利用优化算法实时调整充电电流。本方案通过建立热电耦合的温度和负极电位估计模型，将电池的正极和负极特性分离，准确模拟电池在充电过程中负极电位、全电池电压和表面温度变化的规律。利用闭环估计算法和控制优化算法实时调整充电电流，让电池在安全的充电区间最大限度发挥充电能力，实现了电池的安全快速充电。

技术领域

本发明涉及锂离子电池管理及充电技术领域，具体涉及一种锂离子电池的预热充电控制方法。

背景技术

锂离子电池作为新能源动力系统和电化学储能系统的重要组成部分，在新能源汽车推广与可再生能源的发展中起到了关键性作用。随着车用动力电池技术的不断进步，锂离子电池系统在纯电动汽车使用中的续航、寿命问题等逐渐得到解决。但快速充电技术一直没有得到突破性的进步：在充电速度上，传统的燃油车只需几分钟便可以把油箱加满，现阶段补充80％的电量至少需要几十分钟，用户的充电焦虑依然存在；在电池材料上，一些新型电池材料如三元高镍、无钴正极虽然提升了能量密度，但同时带来更大的充电安全隐患。

一般来说，快速充电需要提高充电电流，这会引发电池内部的副反应。以石墨负极体系的锂离子电池为例：一方面，充电电流越大，电极极化越明显，极化达到一定程度时，负极电位低于0V vs.Li/Li⁺，负极表面会析出锂金属，损害电池的性能；另一方面，充电过程中如果电池温度较低，会降低电池内部的离子传输速率，影响充电速度，若电池温度过高，则会引发电解液和电极活性材料等的反映，对电池的容量和寿命造成不可逆损伤。因此，充电过程中的电控制和热控制对充电速度和充电安全性十分关键。

对电池的充电控制研究中，电极电位和电池温度是十分重要的参考量，与电池的充电速率和充电安全直接相关。充电开始前，需要根据电池状态将其预热到一定温度，以保证充电的速度；在充电的全过程中，需要时刻监测电池的温度和内部电位，以保证负极电位在0V vs.Li/Li⁺之上无析锂，且温度在安全的充电温度区间无安全隐患。如果不能对电池的内部电位和温度进行准确的控制，将给快充在电池的应用带来重大阻碍。因此，需要解决电池在充电开始的预热和充电过程的电热控制问题。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种锂离子电池的预热充电控制方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种锂离子电池的预热充电控制方法，包括如下步骤：

S1、建立热电耦合的电池温度和负极电位估计等效模型，并设置负极电位安全阈值、温度安全阈值、目标充电电量以及截止充电电压；

S2、根据电池的初始电量和温度，在充电开始前将电池加热至充电初始温度；

S3、以预设充电电流进行充电，充电过程中利用电池温度和负极电位估计等效模型实时估计电池当前的负极电位和温度；

S4、利用充电控制算法实时调整预设电流，使负极电位值不低于负极电位安全阈值、温度值不高于温度安全阈值，且充电电流最大，以调整后的电流对电池充电至目标充电电量或充电截止电压。

上述方案的有益效果是，通过建立热电耦合的温度和负极电位估计模型，将电池的正极和负极特性分离，准确模拟电池在充电过程中负极电位、全电池电压和表面温度变化的规律，可以帮助有效避免电池的副反应，延长充电寿命。在模型的基础上，利用闭环估计算法和控制优化算法实时调整充电电流，让电池在安全的充电区间最大限度发挥充电能力，实现了电池的安全快速充电。

进一步的，所述步骤S1具体为：