[发明专利]一种锂离子电池低温内外组合加热装置及方法

说明书

本发明涉及一种锂离子电池低温内外组合加热装置，包括在锂离子电池正负极之间相互并联的外部加热模块与内部加热模块，外部加热模块包括依次串联连接的第一开关、IGBT模块及外部加热板且IGBT模块被引入PWM控制信号并接受PWM控制信号控制，内部加热模块包括串联连接的第二开关及交流电源，通过所述第一开关、第二开关各自的开启与关闭分别控制外加热过程与内加热过程的状态，内部加热模块利用交流电源产生特定频率的交流电流，再结合PWM控制信号占空比的改变控制IGBT模块的导通与关断的时间占比进而控制外加热过程和内加热过程的加热功率分配比例以达到对锂离子电池的低温内外组合加热。该装置结构简单、加热效果好，还能调整加热功率分配比例实现最优加热。

技术领域

本发明涉及电池加热技术领域，具体涉及一种锂离子电池低温内外组合加热装置及方法。

背景技术

近年来，由于全球石油资源的枯竭和环境的恶化，新能源利用和研究成为各国未来发展的重点，发展新能源汽车是世界各国普遍公认的解决汽车节能与环保问题的主要技术手段，而动力电池(即锂离子电池)是新能源汽车发展的核心部件。研究表明，当锂离子电池温度过低，其释放的功率和容量会显著降低，大倍率充电及过充造成的析锂会导致锂离子电池容量的不可逆衰减，可能引起锂离子电池内发生短路并埋下安全隐患。目前锂离子电池的相关制造企业和科研人员已在锂离子电池的低温性能及低温加热方面开展了大量研究。

按照目前锂离子电池的制造现状，从材料本身改善锂离子电池低温性能的难度较大，故而采用辅助手段提高锂离子电池在低温环境下的性能成为较为可行的研究方向。现有技术中锂离子电池低温加热方法主要有两大类，分别为电池外部环境加热方法和电池内部交流加热方法。

例如，常见的空气加热法、液体加热法、宽线金属膜加热方法和帕尔贴加热法等均属于电池外部环境加热方法类，这类方法容易改变电池结构、能量耗散较大、热效率较低；此外，由于锂离子电池本身的传热系数较低，使得这类方法对锂离子电池内部的加热效果不明显，该加热方法加热时还会在锂离子电池内部会产生较大的温度梯度，导致锂离子电池中心的温度变化显著滞后于锂离子电池表面，使得温度不一致，严重影响锂离子电池的寿命，加热效果也不理想。

其中内部交流加热方法虽然能够使锂离子电池内部温度梯度变小，加热速率相对更均匀，但该方法对锂离子电池性能要求很高，不仅需要锂离子电池具有较高SOC，而且在环境温度过低的情况下对锂离子不能进行大电流充电，否则会严重影响锂离子电池寿命，还容易在锂离子电池负极产生锂枝晶，造成锂离子电池内部短路，因此安全性极低。低温环境下流经锂离子电池的电流也会受到环境温度、电池类型、老化程度等参数的影响，并且在低温内部交流加热过程中，也需要限制锂离子电池两端的电压，若两端产生过压也容易导致锂离子电池析锂进而导致锂离子电池容量的不可逆衰减，还可能引发锂离子电池内部短路，存在安全隐患。而锂离子电池内部交流加热过程中对锂离子电池电流或电压的限制又会对产热速率和加热速率产生约束，进而导致锂离子电池低温加热时间变长。故而目前的锂离子电池的加热方法仍然存在锂离子电池加热温度梯度大、电池加热时间长和存在安全隐患等缺点。

发明内容

本发明针对现有技术中锂离子电池低温加热通常仅采用单独外加热方法容易能量耗散较大、热效率较低、能量损失大、加热温度梯度大且加热效果差或仅采用单独内加热方法安全性极低、低温下大电流充电易伤害锂离子电池或造成内部短路等缺陷，提供了一种锂离子电池低温内外组合加热装置，该装置有效利用在锂离子电池正负极之间并联连接的外部加热模块与内部加热模块实现内外组合加热，达到对锂离子电池的最优加热效果，结构简单、控制便捷，大大提高了加热效率，增强了加热效果，应用性极强。本发明还涉及一种锂离子电池低温内外组合加热方法。

本发明的技术方案如下：