CN110658476A - 一种随机充放电条件下锂电池容量加速衰减的判定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种随机充放电条件下锂电池容量加速衰减的判定方法，包括以下步骤：1)对同系列实验电池连续充放电过程中容量随等效累积转移能量的退化曲线进行双指数模型拟合；2)定义容量加速衰减的起始点；3)对所有实验电池容量加速衰减起始点的坐标数据进行线性拟合，得到电池加速衰减的临界曲线；4)实时测量并记录待判定电池连续充放电过程中的电压、电流数据，绘制容量衰减的临界曲线，根据实际测量得到的电池容量衰减曲线是否穿过临界曲线来判锂电池是否进入加速衰减阶段。本发明可适用于随机充放电条件下的电池加速衰减判定，简单易行，判定结果较准确，具有很高的实际应用价值。

Description

一种随机充放电条件下锂电池容量加速衰减的判定方法
所属技术领域
本发明属于电池技术领域，特别涉及一种随机充放电条件下锂电池容量加速衰减的判定方法。
背景技术
当前，电池被广泛应用于电动汽车等领域，对电池性能尤其是退化特性的研究也引起了广泛的关注。在电池退化过程中，若以电池容量为电池健康状态指标，可以发现，电池容量的衰退具有明显的规律：前期接近稳定衰减而后期经过拐点后退化速率急剧上升，电池容量迅速衰减。在实际使用过程中，对电池容量加速衰减阶段的判定是十分重要的。通过对电池加速衰减阶段的判定，可以为电池管理系统提供更加全面的电池组状态信息，同时也可以辅助对电池组的管理维护。
当前的研究多以电池健康状态(SOH)为80％作为电池加速衰减的起始点，但考虑到不同电池之间的特性差异和实际使用条件的差异，如此简单的判定标准显然是不够准确的，甚至会严重制约对电池组的均衡管理水平，影响电池组的使用寿命。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明提供一种随机充放电条件下锂电池容量加速衰减的判定方法。该方法能够适用于锂电池的随机充放电条件，简单易行，准确度高，具有很大的实际应用价值。
一种随机充放电条件下锂电池容量加速衰减的判定方法，包括以下步骤：
步骤1：对同系列实验电池连续充放电过程中的端电压、电流和容量进行数据采集，并利用双指数模型对各实验电池的容量随等效累积转移能量退化的曲线进行拟合；
步骤2：定义容量加速衰减的起始点，计算各实验电池的加速衰减起始点对应的累积等效转移能量值和SOH作为加速衰减起始点的坐标；
步骤3：对所有实验电池加速衰减起始点的坐标数据进行线性拟合，得到电池容量加速衰减的临界曲线；
步骤4：实时测量并记录待判定电池连续充放电过程中的电压、电流数据，计算并更新待判定电池的容量和等效累积转移能量数据，将容量和等效累积转移能量数据绘制在临界曲线图上，根据所描的点是否穿过临界曲线来判锂电池是否进入加速衰减阶段。
所述步骤1中进一步包括以下步骤：
步骤21：根据采集的电压、电流数据计算电池和外部设备间的等效累积转移能量，计算满足以下公式：
Figure BDA0002235429070000021
其中：Eequ(t)为从0时刻到t时刻，电池和设备之间的等效累积转移能量(kw)；u(τ)为τ时刻的电池端电压(V)；i(τ)是τ时刻的电池电流(A)；
步骤22：利用双e指数模型对各实验电池的容量随等效累积转移能量退化数据进行拟合，所述的双e指数模型满足以下公式：
SOH(Eequ)＝a1·exp(b1·Eequ)+a2·exp(b2·Eequ)
其中：SOH(Eequ)为对应Eequ下的电池健康状态；a1，b1，a2，b2为双e指数模型的待定参数，a1，b1主要与前期容量稳定衰减阶段的衰减速率相关，a2，b2主要与容量后期加速衰减阶段的衰减速率相关。
所述步骤3中进一步包括以下步骤：
步骤31：电池容量加速衰减起始点满足以下公式：
Figure BDA0002235429070000022
所述步骤4中进一步包括以下步骤：
步骤41：待拟合的线性临界曲线满足以下公式：
Figure BDA0002235429070000023
附图说明
图1为本发明实施例的电池加速衰减判定方法的步骤流程图。
图2为本发明实施例的电池加速衰减起始点拟合的临界曲线图。
图3为本发明实施例的部分电池的SOH随等效累积转移能量的退化情况图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方法对本发明进一步说明。
如图1所示，电池加速衰减判定方法，包括以下步骤：
S1.将电池随机充放电过程中的端电压、电流数据进行采集。本实施例中，以美国宇航局艾姆斯研究中心(NASA Ames Research Center)提供的1、2、4、5组磷酸亚铁锂电池随机充放电数据为数据来源。
S2.根据采集得到的电压、电流数据，得到各实验电池的电池容量和电池与设备之间的等效累积转移能量数据。
S3.利用双e指数模型，对各实验电池的容量随等效累积转移能量的退化数据进行拟合。所述的双e指数模型满足以下公式：
SOH(Eequ)＝a1·exp(b1·Eequ)+a2·exp(b2·Eequ)
拟合得到各实验电池的双e指数模型参数如表1所示。
表1电池容量退化模型拟合参数
Figure BDA0002235429070000031
S4.根据定义，计算各实验电池的加速衰减起始点对应的累积等效转移能量值和SOH作为容量加速衰减起始点的坐标，并对所有实验电池加速衰减起始点的坐标数据进行线性拟合，得到线性临界曲线如图2所示：
Figure BDA0002235429070000042
其中，C1＝0.962，C2＝-0.046。
S5.实时测量并记录待判定电池连续充放电过程中的电压、电流数据，计算并更新待判定电池的容量和等效累积转移能量数据，将容量和等效累积转移能量数据绘制在临界曲线图上，根据所描的点是否穿过临界曲线来判锂电池是否进入加速衰减阶段。在本实施例中，部分电池的SOH随等效累积转移能量退化如图3所示。通过临界曲线判定的加速退化起始点的SOH值与通过定义计算的加速退化起始点的SOH值如表2所示。
表2临界曲线判定法和定义法计算的加速退化起始点SOH值比较
Figure BDA0002235429070000043
通过表2可以看出，临界曲线判定的加速退化起始点的SOH值与通过定义计算的加速退化起始点的SOH值的相对误差绝大多数都在15％以内，这表明临界曲线的判定结果良好，证明了本发明在电池加速衰减判定上的可行性和有效性。

Claims (4)

1.一种随机充放电条件下锂电池容量加速衰减的判定方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤1：对同系列实验电池连续充放电过程中的端电压、电流和容量进行数据采集，并利用双指数模型对各实验电池的容量随等效累积转移能量退化的曲线进行拟合；
步骤2：定义容量加速衰减的起始点，计算各实验电池的加速衰减起始点对应的累积等效转移能量值和SOH作为加速衰减起始点的坐标；
步骤3：对所有实验电池加速衰减起始点的坐标数据进行线性拟合，得到电池容量加速衰减的临界曲线；
步骤4：实时测量并记录待判定电池连续充放电过程中的电压、电流数据，计算并更新待判定电池的容量和等效累积转移能量数据，将容量和等效累积转移能量数据绘制在临界曲线图上，根据所描的点是否穿过临界曲线来判锂电池是否进入加速衰减阶段。
2.如权利要求1所述的电池加速衰减判定方法，其特征在于：所述步骤1中进一步包括以下步骤：
步骤21：根据采集的电压、电流数据计算电池和外部设备间的等效累积转移能量，计算满足以下公式：
Figure FDA0002235429060000011
其中：Eequ(t)为从0时刻到t时刻，电池和设备之间的等效累积转移能量(kw)；u(τ)为τ时刻的电池端电压(V)；i(τ)是τ时刻的电池电流(A)；
步骤23：利用双e指数模型对各实验电池的容量随等效累积转移能量退化数据进行拟合，所述的双e指数模型满足以下公式：
SOH(Eequ)＝a1·exp(b1·Eequ)+a2·exp(b2·Eequ)
其中：SOH(Eequ)为对应Eequ下的电池健康状态；a1，b1，a2，b2为双e指数模型的待定参数，a1，b1主要与前期容量稳定衰减阶段的衰减速率相关，a2，b2主要与容量后期加速衰减阶段的衰减速率相关。
3.如权利要求1所述的电池加速衰减判定方法，其特征在于：所述步骤2中进一步包括以下步骤：
步骤31：电池容量加速衰减起始点满足以下公式：
Figure FDA0002235429060000021
4.如权利要求1所述的电池加速衰减判定方法，其特征在于：所述步骤3中进一步包括以下步骤：
步骤41：待拟合的线性临界曲线满足以下公式：
Figure FDA0002235429060000022
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