CN111257783A - 一种锂离子电池健康状态的检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种锂离子电池健康状态的检测方法，包括：检测不同健康状态下锂离子电池的室温磁性能，建立健康状态与磁化率的对应关系库；检测不同温度下磁化率的变化，得到相应的锂离子电池健康状态的温度补偿系数；采用磁性传感器和温度传感器采集锂离子电池工作状态下的磁性能数据和工作环境温度数据；将所述磁性能数据与所述健康状态与磁化率的对应关系库中的数据进行智能匹配，得到相应的锂离子电池健康状态；通过温度传感器采集到的温度数据得到锂离子电池健康状态的温度补偿系数，计算得到锂离子电池最终的健康状态。本发明可以通过在线测量锂离子电池在不同温度下的磁性能，从而简单有效的判断锂离子电池的健康状态，实现在线计算。

Description

一种锂离子电池健康状态的检测方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池检测技术领域，特别涉及一种锂离子电池健康状态的检测方法。
背景技术
电池健康状态(State of Health)，简称SOH。通常，业内会给电池健康状态设定一个阈值(电池初始容量的80％)，当电池健康状态低于此阈值则代表电池报废。由于SOH不是一个具体的物理量，无法直接测量，因此，如何准确衡量电池SOH值是一个国际性难题。
目前主流的SOH估算方法主要包括：(1)等效电路模型和电化学模型法。其优点为等效精度高，缺点为适应性不强，不能扩展在不同类型的电池中。(2)SOC测量法，将充满电的电池在一定放电电流密度放电至截止电压，其放电容量的比值与初始标称容量的比值可以作为SOH的衡量标准。但是该方法需要将电池进行离线测试，且测试时间过程长。(3)内阻法，基于内阻与SOH的关系计算SOH，该方法的缺点为锂离子电池可用容量下降至30％以后，电池内阻才会有明显变化，而电池SOH的阈值通常为可用容量下降20％，所以该方法存在先天的不足。
电池SOH在微观上体现为电池活性材料的活性离子和材料缺陷的含量，如锂离子电池充放电过程实质为Li+在正负极的转移，而Li+在2S电子轨道为单电子数，没有配对电子，这在磁学上被证明能产生净剩自旋，贡献磁矩，影响材料的磁性能，所以电池的磁性能可以作为SOH计算的物理参数。
发明内容
为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种锂离子电池健康状态的检测方法，包括：
检测不同健康状态下锂离子电池的室温磁性能，建立健康状态与磁化率的对应关系库；
检测不同温度下磁化率的变化，得到相应的锂离子电池健康状态的温度补偿系数；
采用磁性传感器和温度传感器采集锂离子电池工作状态下的磁性能数据和工作环境温度数据；
将所述磁性能数据与所述健康状态与磁化率的对应关系库中的数据进行智能匹配，得到相应的锂离子电池健康状态；
通过温度传感器采集到的温度数据得到锂离子电池健康状态的温度补偿系数，计算得到锂离子电池最终的健康状态。
其中，所述锂离子电池的种类不同，所述健康状态与磁化率的对应关系库和所述锂离子电池健康状态的温度补偿系数均不同。
其中，所述磁性能包括磁化强度和磁场强度；所述磁化率根据公式χ＝M/H计算；
其中，χ为磁化率；M为磁化强度；H为磁场强度。
其中，所述锂离子电池健康状态的温度补偿系数通过测量同种锂离子电池在不同温度下磁化率的变化得出；所述温度补偿系数为磁化率的函数：
Figure BDA0002433459420000021
其中，A为温度补偿系数，
Figure BDA0002433459420000022
为锂离子电池在T2温度下的磁化率，
Figure BDA0002433459420000023
锂离子电池在T1温度下的磁化率。
其中，所述计算得到锂离子电池最终的健康状态具体包括：
根据公式：χ库＝A*χ实际；
其中，χ库为与建立的关系库匹配的磁导率，A为根据传感器工作温度匹配的锂离子电池健康状态的温度补偿系数，χ实际为传感器测得的实际磁导率。
本发明的上述方案有如下的有益效果：
本发明的上述实施例所述的锂离子电池健康状态的检测方法可以通过在线测量锂离子电池在不同温度下的磁性能，从而简单有效的判断锂离子电池的健康状态，实现在线计算。
附图说明
图1为本发明的锂离子电池健康状态的检测方法的流程示意图；
图2为本发明磷酸铁锂离子电池在不同健康状态下的磁化曲线图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图1所示，本发明的实施例提供了一种锂离子电池健康状态的检测方法，包括：检测不同健康状态下锂离子电池的室温磁性能，建立健康状态与磁化率的对应关系库；检测不同温度下磁化率的变化，得到相应的锂离子电池健康状态的温度补偿系数；采用磁性传感器和温度传感器采集锂离子电池工作状态下的磁性能数据和工作环境温度数据；将所述磁性能数据与所述健康状态与磁化率的对应关系库中的数据进行智能匹配，得到相应的锂离子电池健康状态；通过温度传感器采集到的温度数据得到锂离子电池健康状态的温度补偿系数，计算得到锂离子电池最终的健康状态。
本发明的上述实施例所述的锂离子电池健康状态的检测方法可以通过在线测量锂离子电池在不同温度下的磁性能，从而简单有效的判断锂离子电池的健康状态，实现在线计算。
其中，所述锂离子电池的种类不同，所述健康状态与磁化率的对应关系库和所述锂离子电池健康状态的温度补偿系数均不同。
本发明的上述实施例所述的锂离子电池的种类不同，其健康状态与磁化率的对应关系库和SOH温度补偿系数不同，建立库的组越多，在线估算结果越精确。
其中，所述磁性能包括磁化强度和磁场强度；所述磁化率根据公式χ＝M/H计算；
其中，χ为磁化率；M为磁化强度；H为磁场强度。
其中，所述锂离子电池健康状态的温度补偿系数通过测量同种锂离子电池在不同温度下磁化率的变化得出；所述温度补偿系数为磁化率的函数：
Figure BDA0002433459420000041
其中，A为SOH的温度补偿系数，
Figure BDA0002433459420000042
为锂离子电池在T2温度下的磁化率，
Figure BDA0002433459420000043
锂离子电池在T1温度下的磁化率。
其中，所述计算得到锂离子电池最终的健康状态具体包括：
根据公式：χ库＝A*χ实际；
其中，χ库为与建立的关系库匹配的磁导率，A为根据传感器工作温度匹配的锂离子电池健康状态的温度补偿系数，χ实际为传感器测得的实际磁导率。
首先检测不同SOH下锂离子电池的室温磁性能，建立SOH与磁化率的对应关系库。图二为磷酸铁锂离子电池在室温,不同SOH下的磁化曲线，根据公式χ＝M/H，得到磷酸铁锂离子电池在部分SOH下的磁化率建立关系库，如下表所示：
SOH 100％ 90％ 70％ 50％ 30％
χ 6.7*10<sup>-7</sup> 5.9*10<sup>-7</sup> 5.0*10<sup>-7</sup> 4.0*10<sup>-7</sup> 3.7*10<sup>-7</sup>
然后检测SOH＝100％磷酸铁锂离子电池不同温度下磁化率的变化，根据公式
Figure BDA0002433459420000044
得到相应SOH的温度补偿系数A，在磷酸铁锂成分电池中磁化率和温度成负相关，经函数拟合得温度补偿系数如下表所示：
T(℃) 5 15 30 40 50
χ 4.1*10<sup>-6</sup> 3.2*10<sup>-6</sup> 6.0*10<sup>-7</sup> 5.2*10<sup>-7</sup> 8.9*10<sup>-8</sup>
A 0.163 0.209 1.117 1.288 7.528
磁性与SOH对应关系库与补偿系数确定后，通过温度和磁性传感器在线监控磷酸铁锂离子电池的磁化率和温度数据，举例如下表：
T(℃) 5
χ 2.8*10<sup>-6</sup>
工作环境5℃，智能匹配温度补偿系数为0.163，可以由此计算出匹配的库磁导率χ库＝A*χ实际＝0.163*2.8*10-6＝4.5*10-7，对应于库中SOH＝50％-70％之间的磁导率，因此可以确定该电池的SOH为50％-70％之间，当建立关系库更精确，则SOH的估算也越精确。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种锂离子电池健康状态的检测方法，其特征在于，包括：
检测不同健康状态下锂离子电池的室温磁性能，建立健康状态与磁化率的对应关系库；
检测不同温度下磁化率的变化，得到相应的锂离子电池健康状态的温度补偿系数；
采用磁性传感器和温度传感器采集锂离子电池工作状态下的磁性能数据和工作环境温度数据；
将所述磁性能数据与所述健康状态与磁化率的对应关系库中的数据进行智能匹配，得到相应的锂离子电池健康状态；
通过温度传感器采集到的温度数据得到锂离子电池健康状态的温度补偿系数，计算得到锂离子电池最终的健康状态。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池健康状态的检测方法，其特征在于，所述锂离子电池的种类不同，所述健康状态与磁化率的对应关系库和所述锂离子电池健康状态的温度补偿系数均不同。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池健康状态的检测方法，其特征在于，所述磁性能包括磁化强度和磁场强度；所述磁化率根据公式χ＝M/H计算；
其中，χ为磁化率；M为磁化强度；H为磁场强度。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池健康状态的检测方法，其特征在于，所述锂离子电池健康状态的温度补偿系数通过测量同种锂离子电池在不同温度下磁化率的变化得出；所述温度补偿系数为磁化率的函数：
Figure FDA0002433459410000011
其中，A为温度补偿系数，
Figure FDA0002433459410000012
为锂离子电池在T2温度下的磁化率，
Figure FDA0002433459410000013
锂离子电池在T1温度下的磁化率。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池健康状态的检测方法，其特征在于，所述计算得到锂离子电池最终的健康状态具体包括：
根据公式：χ库＝A*χ实际；
其中，χ库为与建立的关系库匹配的磁导率，A为根据传感器工作温度匹配的锂离子电池健康状态的温度补偿系数，χ实际为传感器测得的实际磁导率。
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