CN112363074A - 电池储能适用性的检测评估方法、系统、设备和存储介质 - Google Patents
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Abstract
电池储能适用性的检测评估方法、系统、设备和存储介质，将标准三元动力电池SOC全区间划分为若干区间段，在每个区间段内进行交流阻抗谱测试，提取不同SOC下标准三元动力电池的电荷转移电阻与扩散阻抗；提取不同SOC下退役三元动力电池的电荷转移电阻与扩散阻抗；根据不同SOC下退役三元动力电池的电荷转移电阻与标准三元动力电池的电荷转移电阻的比值平均值，以及不同SOC下退役三元动力电池的扩散阻抗与标准三元动力电池的扩散阻抗的比值平均值，评估退役电池储能适用性。由于测量电池的动态电化学阻抗，所以能真实反应电池在正常充放电过程中不同荷电状态下的特征参数，更客观真实评价退役电池在储能工况中的适用性。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池检测评价领域，具体涉及一种电池储能适用性的检测评估方法、系统、设备和存储介质。
背景技术
三元锂离子电池具有能量密度高、高电压平台等优点，是电动汽车的重要动力来源。近年来由于三元锂离子电池技术快速发展，能量密度不断提高，在动力电池市场份额快速增大，国内动力电池技术路线由能量密度低的磷酸铁锂电池向能量密度高的三元锂离子电池逐步转变。动力电池平均使用寿命约为5～8年，随着电池使用时间的延长，充放电次数增加，电池剩余容量降低，当剩余容量降至初始额定容量的80％时，不足以满足电动汽车对续航里程的需要，将会从电动汽车上退役下来。未来几年将会有大量的三元电池从电动汽车退役下来，如果直接将退役电池回收拆解，将造成资源的极大浪费。储能系统根据储能工况的不同，电池寿命衰退到起始状态的60％左右仍然可以正常运行，甚至当电池寿命进一步衰退到起始状态的50％以下，只要电池状态稳定，原理上说仍然可以作为备用电源在储能工况中应用。因此，退役三元电池是否适用于对电池能量密度较低的储能领域及如何准确高效的对退役电池的在储能应用场景中的适用性进行评价将成为行业关注的重点内容。
现有方法中对退役三元动力电池的储能适用性评价主要采用的技术方案是模拟储能应用工况，使用大量电池进行长期的电池循环寿命试验，选取一定循环次数的电池进行拆解研究电池内部的变化机理。
可见，现有的评估三元动力电池储能适用性的方法存在时间长、工作量大、操作流程复杂等明显缺点，而且拆解中断了电池的充放电反应过程，不能直接反应电池内部变化和反应机理，未实现在电池充放电使用中或不破坏电池的情况下进行电池储能适用性评价。
发明内容
为克服现有技术中的技术，本发明的目的是提供一种电池储能适用性的检测评估方法、系统、设备和存储介质。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
电池储能适用性的检测评估方法，包括以下步骤：
将标准三元动力电池SOC全区间平均划分为若干区间段，在每个SOC区间段内进行交流阻抗谱测试，完成所有区间段的阻抗测试，并提取不同SOC下标准三元动力电池的电荷转移电阻与扩散阻抗；
将退役三元动力电池SOC全区间平均划分为若干区间段，在每个SOC区间段内进行交流阻抗谱测试，完成所有区间段的阻抗测试，并提取退役三元动力电池的电荷转移电阻与扩散阻抗；
若退役三元动力电池的电荷转移电阻与标准三元动力电池的电荷转移电阻的比值平均值，或退役三元动力电池的扩散阻抗与标准三元动力电池的扩散阻抗的比值平均值大于设定阈值，则退役三元动力电池不适用于储能领域。
本发明进一步的改进在于，根据标准三元动力电池的放电容量将标准三元动力电池SOC全区间平均划分为n个区间段，n≥2。
本发明进一步的改进在于，标准三元动力电池的放电容量是于23～27℃下通过恒定电流充放电进行标定的。
本发明进一步的改进在于，当n＝5时，根据标定的标准三元动力电池的放电容量C，将电池SOC划分为0～0.2C，0.2C～0.4C，0.4C～0.6C，0.6C～0.8C，0.8C～1C 5个区间段。
本发明进一步的改进在于，通过仿真软件对阻抗测结果据进行拟合，根据拟合结果提取标准三元动力电池的电荷转移电阻与扩散阻抗。
本发明进一步的改进在于，剩余放电容量大于等于标准三元动力电池放电容量的50％的电池为退役三元动力电池。
本发明进一步的改进在于，退役三元动力电池的电荷转移电阻与标准三元动力电池的电荷转移电阻的比值平均值或退役三元动力电池的扩散阻抗与标准三元动力电池的扩散阻抗的比值平均值大于设定阈值，则退役三元动力电池不适用于储能领域。
一种电池储能适用性的检测评估系统，包括
第一提取单元，用于将标准三元动力电池SOC全区间平均划分为若干区间段，在每个SOC区间段内进行交流阻抗谱测试，完成所有区间段的阻抗测试，并提取标准三元动力电池的电荷转移电阻与扩散阻抗；
第二提取单元，将退役三元动力电池SOC全区间平均划分为若干区间段，在每个SOC区间段内进行交流阻抗谱测试，完成所有区间段的阻抗测试，并提取退役三元动力电池的电荷转移电阻与扩散阻抗；
评估单元，若退役三元动力电池的电荷转移电阻与标准三元动力电池的电荷转移电阻的比值平均值，或退役三元动力电池的扩散阻抗与标准三元动力电池的扩散阻抗的比值平均值大于设定阈值，则退役三元动力电池不适用于储能领域。
一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述的电池储能适用性的检测评估方法。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序当被处理器执行时使所述处理器执行上述的电池储能适用性的检测评估方法。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：本发明通过分别对标准和退役三元动力电池进行不同荷电状态下的动态电化学阻抗测试，提取关键的特征参数电荷转移电阻与扩散阻抗，通过比较标准和退役的三元动力电池的特征参数比值，根据比值评估退役的三元动力电池的储能适用性。本发明中由于测量电池的动态电化学阻抗，所以能真实反应电池在正常充放电过程中不同荷电状态下的特征参数，能够更客观真实评价退役三元动力电池在储能工况中的适用性。本方法不需进行长期的循环寿命试验，工作量小，操作较简单，可以在更贴近储能应用场景的基础上实现对电池储能适用性的准确评估。
附图说明
图1为本发明的流程框图。
具体实施方式
下面对本发明进行详细说明。
本发明中术语解释：
荷电状态(SOC)：电池剩余容量占电池容量的比值；
交流电化学阻抗测试：对电化学系统施加一个频率不同的小振幅交流信号，测量交流信号电压与电流的比值(系统阻抗)随正弦波频率的变化或者阻抗的相位角随频率的变化。
等效电路：将锂电池可以看作一个等效电路，由电阻(R)、电容(C)和电感(L)等基本元件按串并联等不同方式组合而成的。通过电化学阻抗测试，可以测定等效电路的构成以及各元件的大小，利用这些元件的电化学含义，来分析电化学系统的结构和电极过程的性质等。
电池的放电容量标定具体步骤如下：
1)23～27℃下将电池以恒定电流充电至上限截止电压，静置10min若干时间；
2)23～27℃下将电池以恒定电流放电至下限截止电压，记录步骤2)中的容量为电池放电容量。
动态电化学阻抗测试具体步骤如下：
1)23～27℃下将电池以恒定电流充电，以SOC等于0为起点，在每个SOC区间段内对电池进行恒流充电，充电时间为t1，在每个区间段充电时间为(t1-t2)/2时进行动态电化学阻抗测试，测试时间为t2，完成所有SOC区间段的阻抗测试。t2＜＜t1，即可近似认为测量的阻抗数据是电池处于某SOC状态下的阻抗数据。
2)设置等效电路模型，通过仿真软件对动态电化学阻抗数据进行拟合，提取特征参数：电荷转移电阻Rct与扩散阻抗Y0。
本发明中的标准三元动力电池为新制备的三元动力电池。
参见图1，本发明提供了一种退役三元动力电池储能适用性的检测评估方法，包括以下步骤：
(1)23～27℃下对标准三元动力电池进行恒定电流充放电，标定电池的放电容量为C1；
(2)根据电池的放电容量C1将标准三元动力电池SOC全区间平均划分为n(n≥2，且n为整数)个区段，当n＝5时，即将电池SOC划分为0～0.2C1，0.2C1～0.4C1，0.4C1～0.6C1，0.6C1～0.8C1，0.8C1～1C1共5个区段，以SOC等于0为起点，在每个SOC区间段内对标准三元动力电池进行恒流充电，在每个SOC区间段中点附近进行交流阻抗谱测试，完成所有SOC区间段的阻抗测试。依据等效电路模型，通过仿真软件对动态电化学阻抗数据进行拟合，提取标准三元动力电池特征参数：电荷转移电阻Rct1与扩散阻抗Y01；
(3)23～27℃下对退役三元动力电池进行恒流充放电，标定退役三元动力电池的剩余放电容量为C2，C2不应小于标准三元动力电池放电容量C1的50％；
(4)根据标定的容量值将退役三元动力电池SOC全区间平均划分为n(n≥2，且n为整数)个区段，当n＝5时，即将电池SOC划分为0～0.2C2，0.2C2～0.4C2，0.4C2～0.6C2，0.6C2～0.8C2，0.8C2～1C2共5个区段，以SOC等于0为起点，在每个SOC区间段内对退役三元电池进行恒流充电，在每个SOC区间段中点附近进行交流阻抗谱测试，完成所有SOC区间段的阻抗测试。依据等效电路模型，通过仿真软件对动态电化学阻抗测试数据进行拟合，提取退役三元动力电池特征参数：电荷转移电阻Rct2与扩散阻抗Y02；
(5)根据退役三元动力电池在不同SOC下的动态电化学阻抗特征参数与标准三元动力电池的特征参数的比值评估退役电池的储能适用性，电荷转移电阻这一特征参数反应的是整个电化学体系中锂离子嵌入和脱出电极材料的难易程度，扩散阻抗这一特征参数反应的是锂离子在电极活性材料表层中的扩散过程，随着电池的使用，两个特征参数相对于新电池的特征参数将会出现一定程度的升高，因此不同SOC下退役电池相对于新电池特征参数比值越小，则退役电池的储能适用性越好。分别计算不同SOC下，退役电池两个特征参数相对于新电池特征参数的比值并分别取平均值，若有一个特征参数比值平均值高于设定阈值，设定阈值为3，则判断该退役电池不适用于储能领域。
本发明提供了一种退役三元动力电池储能适用性的检测评估系统，包含以下单元：
第一提取单元，用于将标准三元动力电池SOC全区间平均划分为若干区间段，在每个SOC区间段内进行交流阻抗谱测试，完成所有区间段的阻抗测试，并提取标准三元动力电池的电荷转移电阻与扩散阻抗；
第二提取单元，将退役三元动力电池SOC全区间平均划分为若干区间段，在每个SOC区间段内进行交流阻抗谱测试，完成所有区间段的阻抗测试，并提取退役三元动力电池的电荷转移电阻与扩散阻抗；
评估单元，若退役三元动力电池的电荷转移电阻与标准三元动力电池的电荷转移电阻的比值平均值，或退役三元动力电池的扩散阻抗与标准三元动力电池的扩散阻抗的比值平均值大于设定阈值，设定阈值为3，则退役三元动力电池不适用于储能领域。
一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述的退役三元动力电池储能适用性的检测评估方法。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序当被处理器执行时使所述处理器执行如上所述的退役三元动力电池储能适用性的检测评估方法。
本发明采用动态电化学阻抗测试的方法，能真实反应电池在正常充放电过程中不同荷电状态下的特征参数即电荷转移电阻与扩散阻抗，通过与新电池的特征参数对比，能实现对退役电池储能适用性的评价。
本发明主要为了更客观真实评价退役三元动力电池在储能工况中的适用性。通过分别对新鲜和退役的三元动力电池进行不同荷电状态下的动态电化学阻抗测试，提取关键的特征参数，比较特征参数的比值，对电池储能适用性进行评价。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.电池储能适用性的检测评估方法，其特征在于，包括：
将标准三元动力电池SOC全区间平均划分为若干区间段，在每个SOC区间段内进行交流阻抗谱测试，完成所有区间段的阻抗测试，并提取标准三元动力电池的电荷转移电阻与扩散阻抗；
将退役三元动力电池SOC全区间平均划分为若干区间段，在每个SOC区间段内进行交流阻抗谱测试，完成所有区间段的阻抗测试，并提取退役三元动力电池的电荷转移电阻与扩散阻抗；
若退役三元动力电池的电荷转移电阻与标准三元动力电池的电荷转移电阻的比值平均值，或退役三元动力电池的扩散阻抗与标准三元动力电池的扩散阻抗的比值平均值大于设定阈值，则退役三元动力电池不适用于储能领域。
2.根据权利要求1所述的电池储能适用性的检测评估方法，其特征在于，根据标准三元动力电池的放电容量将标准三元动力电池SOC全区间平均划分为n个区间段，n≥2。
3.根据权利要求2所述的电池储能适用性的检测评估方法，其特征在于，标准三元动力电池的放电容量是于23～27℃下通过恒定电流充放电进行标定的。
4.根据权利要求2所述的电池储能适用性的检测评估方法，其特征在于，当n＝5时，根据标定的标准三元动力电池的放电容量C，将电池SOC划分为0～0.2C，0.2C～0.4C，0.4C～0.6C，0.6C～0.8C，0.8C～1C5个区间段。
5.根据权利要求1所述的电池储能适用性的检测评估方法，其特征在于，通过仿真软件对阻抗测结果据进行拟合，根据拟合结果提取标准三元动力电池的电荷转移电阻与扩散阻抗。
6.根据权利要求1所述的电池储能适用性的检测评估方法，其特征在于，剩余放电容量大于等于标准三元动力电池放电容量的50％的电池为退役三元动力电池。
7.根据权利要求1所述的电池储能适用性的检测评估方法，其特征在于，退役三元动力电池的电荷转移电阻与标准三元动力电池的电荷转移电阻的比值平均值或退役三元动力电池的扩散阻抗与标准三元动力电池的扩散阻抗的比值平均值大于3，则退役三元动力电池不适用于储能领域。
8.一种电池储能适用性的检测评估系统，其特征在于，包括
第一提取单元，用于将标准三元动力电池SOC全区间平均划分为若干区间段，在每个SOC区间段内进行交流阻抗谱测试，完成所有区间段的阻抗测试，并提取标准三元动力电池的电荷转移电阻与扩散阻抗；
第二提取单元，将退役三元动力电池SOC全区间平均划分为若干区间段，在每个SOC区间段内进行交流阻抗谱测试，完成所有区间段的阻抗测试，并提取退役三元动力电池的电荷转移电阻与扩散阻抗；
评估单元，若退役三元动力电池的电荷转移电阻与标准三元动力电池的电荷转移电阻的比值平均值，或退役三元动力电池的扩散阻抗与标准三元动力电池的扩散阻抗的比值平均值大于设定阈值，则退役三元动力电池不适用于储能领域。
9.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现权利要求1-7中任意一项所述的电池储能适用性的检测评估方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序当被处理器执行时使所述处理器执行权利要求1-7中任意一项所述的电池储能适用性的检测评估方法。
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