[发明专利]一种基于最小析锂过电势的电池模组充电方法

说明书

本发明提供了一种基于最小析锂过电势的电池模组充电方法，涉及锂离子电池技术领域，其原理也可拓展到电池包上。是在建立精确描述了副反应的电池模组模型的基础上，通过最小值模块作为控制量，设定一个最小析锂过电势的控制阈值，设定当该控制量达到该阈值时通过控制器反馈减小电池模组的总充电电流，得出一种适合模组充电特性的无析锂充电曲线，达到消除模组充电中锂离子电池单体析锂风险的效果，减小因为电池副反应导致的模组容量损失，延长电池模组寿命。其中，最小析锂过电势的控制阈值一般设定为0V，也可以根据电芯的不同情况设定不同的阈值。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种基于最小析锂过电势的锂离子电池模组快速充电方法。

背景技术

近年来，随着全球环境逐渐恶化，环境保护与能源安全问题受到广泛关注，世界各国均将新能源汽车作为重点发展的方向和产业。发展电动汽车可以减少石油消耗、降低二氧化碳的排放并促进能源转型和汽车工业的升级。锂离子电池由于具有额定电压高、比能量高、循环寿命长、对环境污染小的优势，目前广泛应用于储能系统和电动汽车。

一个大容量的储能系统需要成千上万的单个储能单元，在这种情况下是电池单元，并联或串联连接。与串联电池模块相比，并联电池模块由于电池性能或互连电阻的变化而呈现出更加复杂和不均匀的电流分布，这会导致循环后电池组性能的严重下降。

近年来，随着人们对快速充电的需求日益增长，充电技术逐渐引起了电池行业的广泛关注。允许的充放电倍率取决于电池正负极的倍率性能。一般来说，充电技术可以通过新材料的发展和充电策略来解决。材料技术致力于探索新兴的电池化学，如低迂曲率电极的制备和电解液添加剂，它们可以在根本上承受大倍率电流而电池不发生严重的衰减。为了实现电池健康和效率的目标，人们付出了巨大的努力来探索充电策略。传统的充电方式通常可以被描述为被动充电，如恒流-恒压(CC-CV)、多级恒流(MCC)、恒功率(CP)。这些充电协议方便操作，但缺乏来自电池本身的反馈调整。随着人们对电池模型认识的深入，越来越多的研究者开始根据电池模型的物理特性来探索充电策略。基于模型的充电策略优化通常取决于所选择的模型，如等效电路模型(ECM)和电化学模型。

尽管基于模型的充电技术已经取得了巨大的成就，但随着能源消耗量的逐年增加，大规模的能源投入也是迫切需要的。例如，快速充电站必须具备大容量负载能力，以实现数百辆汽车同时快速充电，而电动汽车的电池组也应该能够处理高倍率充电。在一些车-网(V2G)设备中，快速充放电是提高V2G存储结构效率的重要手段。在这种情况下，车辆和电网储能设施都面临着快速充电的困难-循环寿命的严重退化。通过前人的研究，综述了锂离子电池的衰减机理，一般可分为锂离子损失(LLI)和活性物质损失(LAM)。一般来说，电池的电化学性能和安全性能可能受到过度的高倍率循环的严重危害，导致加速衰减，甚至在极端条件下发生灾难性事件，如热失控。作为影响LLI的一个主要因素，当析锂过电位达到0V时，阳极表面极易发生析锂反应，导致电池不可逆容量损失甚至内部短路。相比之下，固体电解质界面(SEI)薄膜的生长会导致较为适度的电容损失，但在整个循环寿命期间几乎不断发生。

在电池系统的正常运行中，有时需要一个相对较高的倍率，如2C，以承担偶尔的高能量功率波动。然而，高的总电流加剧了并联模块电流分布的不均匀性，这意味着某些分支电路在能量输入/输出过程中可能会出现较高的局部电流。局部不均匀电流分布可能导致单个电池的过度衰减行为，从而加速电池性能的退化。

因此，工业界迫切需要一种针对锂离子电池模组的快速充电策略。

发明内容

本发明的目的在于基于带有描述副反应的电池模组电化学-热耦合模型，通过最小析锂过电势作为控制量，受控模组对象为充电总电流，实时反馈得到最佳的锂离子电池模组无析锂快速充电方法。

本发明的技术方案如下：