CN112881931A - 一种基于容量增量曲线的电池安全性诊断方法 - Google Patents

一种基于容量增量曲线的电池安全性诊断方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112881931A
CN112881931A CN202110073586.4A CN202110073586A CN112881931A CN 112881931 A CN112881931 A CN 112881931A CN 202110073586 A CN202110073586 A CN 202110073586A CN 112881931 A CN112881931 A CN 112881931A
Authority
CN
China
Prior art keywords
battery
thermal runaway
capacity increment
batteries
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110073586.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112881931B (zh
Inventor
魏学哲
张广续
戴海峰
陈思琦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tongji University
Original Assignee
Tongji University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tongji University filed Critical Tongji University
Priority to CN202110073586.4A priority Critical patent/CN112881931B/zh
Publication of CN112881931A publication Critical patent/CN112881931A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112881931B publication Critical patent/CN112881931B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/392—Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/385—Arrangements for measuring battery or accumulator variables
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/385—Arrangements for measuring battery or accumulator variables
    • G01R31/387—Determining ampere-hour charge capacity or SoC
    • G01R31/388—Determining ampere-hour charge capacity or SoC involving voltage measurements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于容量增量曲线的电池安全性诊断方法，包括以下步骤：1)建立不同老化状态的电池对应容量增量曲线的特征值与热失控测试的特征温度点之间的拟合关系图；2)获取待检测老化电池的容量增量曲线，并获取其特征值，结合拟合关系图查询得到对应的特征温度点，由此判断待检测老化电池的安全性。与现有技术相比，本发明具有无需改动现有车载系统、简单实时诊断等优点。

Description

一种基于容量增量曲线的电池安全性诊断方法
技术领域
本发明涉及电池安全性诊断领域，尤其是涉及一种基于容量增量曲线的电池安全性诊断方法。
背景技术
为了缓解空气污染和能源危机，绿色能源不断地被发掘，在当今社会能源结构中所占比重越来越大，交通运输所消耗的石油和排放的废弃占有很大的比重，电动汽车的发展为缓解能源危机和环境污染带来曙光，电池作为电动汽车的心脏起着至关重要的作用。如今，锂离子电池因其能量密度高，循环寿命长，无记忆性等特点被广泛应用于电动汽车上。但是，电动汽车存在充电时间长，行驶里程短的缺陷，为了弥补缺陷，锂离子电池的能量密度不断提高，电池的充电速率不断提升，随之而来的是锂离子电池的安全性降低。尤其是最近几年，随着电动汽车的快速普及，电动汽车事故越发频繁，越来越打击消费者的信心，影响消费者购买，不利于电动汽车的推广与普及。
虽然锂离子电池在生产过程以及成组过程中都经历过非常严格的安全性测试。但是在实际过程中，随着不断的使用，锂离子电池内部的化学组分，结构等会发生改变，这会改变电池的安全操作窗口，导致电池的安全性改变。由此可见，尽管能够尽可能的保证新电池的安全性，但是并不能够保证锂离子电池在使用过后依然是安全的。当前对于电池安全性的诊断主要局限于新电池，而且检测算法复杂，不利于在线应用。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于容量增量曲线的电池安全性诊断方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于容量增量曲线的电池安全性诊断方法，包括以下步骤：
1)建立不同老化状态的电池对应容量增量曲线的特征值与热失控测试的特征温度点之间的拟合关系图；
2)获取待检测老化电池的容量增量曲线，并获取其特征值，结合拟合关系图查询得到对应的特征温度点，由此判断待检测老化电池的安全性。
所述的步骤1)具体包括以下步骤：
11)以相同的老化测试条件对同一批电池进行老化测试，获取对应的老化状态SOH值；
12)对不同老化程度的电池进行充放电测试，并获取电压和电流数据；
13)绘制不同老化程度的电池的容量增量曲线；
14)对不同老化程度的电池进行热失控测试；
15)获取不同老化程度的电池在热失控测试过程中的特征温度点；
16)建立以老化状态SOH值为基础的容量增量曲线与电池热失控特征温度点的对应拟合关系。
所述的步骤12)中，对不同老化程度的电池进行充放电测试包括恒流充电部分和恒流放电部分。
所述的步骤13)中，容量总量曲线以电池电压为横轴，以容量增量
Figure BDA0002906774350000021
为纵轴绘制。
所述的容量增量
Figure BDA0002906774350000022
的表达式为：
Figure BDA0002906774350000023
其中，Q为电池的容量，V为电池电压，I为流过电池的电流，Vn+1为n+1时刻电池的电压，Vn为n时刻电池的电压，Δt为n+1时刻与n时刻的时间差。
所述的步骤14)中，热失控测试具体为在加速量热仪中进行的绝热热失控测试。
所述的步骤1)中，电池在热失控测试中的特征温度点包括电池自产热起始温度、热失控触发温度和热失控最高温度，电池容量增量曲线的特征值包括峰值电压、峰值高度、谷底电压和谷底高度。
所述的步骤16)中，构建以老化状态SOH值为基础的容量增量曲线与电池热失控特征温度点的对应拟合关系具体包括电池自产热起始温度、热失控触发温度和热失控最高温度分别与峰值电压、峰值高度、谷底电压和谷底高度之间共12个对应拟合关系。
所述的步骤2)具体为：
根据待检测老化电池的容量增量曲线对应的特征值，分别结合对应拟合关系查询得到对应的特征温度点值，并将该特征温度点值与老化状态SOH值为100％的电池相比较，获取安全性下降程度，作为电池安全性能表征，则有：
Figure BDA0002906774350000031
其中，η为电池安全性下降程度，TSOH为电池老化后测量所得到的特征温度点值，TSOH＝100％为电池的SOH为100％时测量所得到的特征温度点值。
在全部的12个对应拟合关系中，判断电池安全性的优先级顺序如下：
电池自产热起始温度>热失控触发温度>热失控最高温度；
谷底高度>峰值高度>谷底电压>峰值电压；
即电池自产热起始温度与谷底高度之间的对应拟合关系优先级最高。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
由于电动汽车在实际使用过程中会经历复杂的工况，这将会导致电池内部的老化机制变得非常复杂，当前对电池电池寿命的诊断与预测的方式绝大部分是基于模型来完成的，但是存在着计算量非常大，对于模型的精度及准确度要求非常高的问题，并且诊断过程需要耗费大量的时间，电池的安全性在初期演化周期较长，但是在后期演化时间变得非常短，因此，目前存在的对于电池寿命诊断的方式便不能够在电池安全事故生之前将寿命诊断出来，便不能够用于电池全生命周期的安全性分析。而针对电池的安全性诊断的方法，目前主要分为两类，一类是基于阈值的诊断方式，该种方式简单，通过直接设定相应的检测阈值即可，但是只能判断故障的有无，并且存在漏报，误报的问题。另一种基于模型的安全性诊断方法虽然能够诊断出故障的等级，但是同样存在着模型处理复杂，计算处理量非常大，目前的车载处理器还不能够承载其使用，相比之下，本发明提出的基于容量增量曲线的电池安全性诊断方法不需要对现有车载系统的改动，只需通过获取电池的现有参数，经过简单的微分处理，便能够实现对电池全生命周期中安全性的实时诊断，从而实现在电池全生命周期中诊断电池的安全性，避免安全事故发生的目的。
附图说明
图1为本发明的总体流程框图。
图2为电池老化至不同程度下的容量增量曲线。
图3为不同老化状态的电池的峰值电压与特征温度的关系。
图4为不同老化状态的电池的峰值高度与特征温度的关系。
图5为不同老化状态的电池的谷底电压与特征温度的关系。
图6为不同老化状态的电池的谷值高度与特征温度的关系。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明提出一种基于容量增量曲线的电池安全性诊断方法，具体步骤如下：
1)对电池进行老化测试；
2)对老化至不同程度的电池进行充放电测试；
3)获取不同老化程度的电池的容量增量曲线；
4)对不同老化程度的电池进行热失控测试；
5)获取不同老化程度的电池在热失控测试过程中的特征温度点；
6)建立容量增量曲线与电池热失控特征温度点的关系；
7)对老化后电池安全性进行诊断。
步骤1)中，以相同的老化测试条件对同一批电池进行老化测试。
步骤2)中，对老化至不同程度的电池进行充放电测试包括恒流充电部分或恒流放电部分。
步骤3)中，根据电池在恒流充电或恒流放电过程的电压和电流得到容量总量曲线，则容量增量的表达式为：
Figure BDA0002906774350000041
其中，Q为电池的容量，V为电池的电压，I为流过电池的电流，Vn+1为n+1时刻电池的电压，Vn为n时刻电池的电压，Δt为n+1时刻与n时刻的时间差。
本例中，步骤4)的热失控测试具体为绝热热失控测试，是在加速量热仪中进行的。
步骤5)中，电池在热失控测试中的特征温度点包括电池自产热起始温度、热失控触发温度以及热失控最高温度。
步骤6)中，电池容量增量曲线与电池热失控特征温度点的关系具体为不同老化状态电池的容量增量曲线的峰值电压、峰值高度、谷底电压、谷底高度与电池热失控特征温度点，即自产热起始温度、热失控触发温度、热失控最高温度之间的关系。
步骤7)中，对老化电池的安全性的诊断是通过对老化电池容量增量曲线的峰值电压4、峰值高度2、谷底电压3、谷底高低1进行检测，进而利用容量增量曲线与电池热失控关键温度的关系，判断出此时老化电池的特征温度点，包括自产热起始温度、热失控触发温度、热失控最高温度。
实施例
本发明实施例中的实验对象是锂离子电池，在-5℃下，对电池进行恒流恒压循环充放电测试，恒流是以1C进行的，充电至4.2V转为恒压充电，直至电流减小为C/20截止。放电过程是以1C放电进行的，放电至2.5V截止。电池分别老化至100％SOH、90％SOH、80％SOH，将不同老化状态的电池以C/20进行放电，获取电池的容量和电压，进行容量增量曲线计算。获取的容量增量曲线如图2所示。
之后将电池按照标准充电方式充电至满电，在加速量热仪中进行绝热热失控测试，获取不同老化状态电池的特征温度点，包括自产热起始温度、热失控触发温度、热失控最高温度，将不同老化状态电池的容量增量曲线的特征，即峰值电压、峰值高度、谷底电压、谷底高度与电池热失控特征温度，即自产热起始温度、热失控触发温度、热失控最高温度之间的关系，如图3-图6所示，通过电池热安全的特征温度与容量增量曲线特征值之间的对应关系，利用谷底电压、峰值高度、谷底电压、峰值电压分别获取对应的电池的特征温度，综合获得的特征温度进行平均从而得到电池的特征温度，将得到的特征温度与电池老化状态SOH值为100％的电池相比较，获取其安全性衰减程度。
本方法只需要对电池在恒流充电或放电期间测量电池的电流和电压，通过简单的计算便可以实现对老化电池的安全性的诊断，无需增加额外的测试设备，弥补了对老化电池安全性诊断的缺陷。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不能限制本发明，凡是在本发明的精神与原则之内，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于容量增量曲线的电池安全性诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)建立不同老化状态的电池对应容量增量曲线的特征值与热失控测试的特征温度点之间的拟合关系图；
2)获取待检测老化电池的容量增量曲线，并获取其特征值，结合拟合关系图查询得到对应的特征温度点，由此判断待检测老化电池的安全性。
2.根据权利要求1所述的一种基于容量增量曲线的电池安全性诊断方法，其特征在于，所述的步骤1)具体包括以下步骤：
11)以相同的老化测试条件对同一批电池进行老化测试，获取对应的老化状态SOH值；
12)对不同老化程度的电池进行充放电测试，并获取电压和电流数据；
13)绘制不同老化程度的电池的容量增量曲线；
14)对不同老化程度的电池进行热失控测试；
15)获取不同老化程度的电池在热失控测试过程中的特征温度点；
16)建立以老化状态SOH值为基础的容量增量曲线与电池热失控特征温度点的对应拟合关系。
3.根据权利要求2所述的一种基于容量增量曲线的电池安全性诊断方法，其特征在于，所述的步骤12)中，对不同老化程度的电池进行充放电测试包括恒流充电部分和恒流放电部分。
4.根据权利要求2所述的一种基于容量增量曲线的电池安全性诊断方法，其特征在于，所述的步骤13)中，容量总量曲线以电池电压为横轴，以容量增量
Figure FDA0002906774340000011
为纵轴绘制。
5.根据权利要求4所述的一种基于容量增量曲线的电池安全性诊断方法，其特征在于，所述的容量增量
Figure FDA0002906774340000012
的表达式为：
Figure FDA0002906774340000013
其中，Q为电池的容量，V为电池电压，I为流过电池的电流，Vn+1为n+1时刻电池的电压，Vn为n时刻电池的电压，Δt为n+1时刻与n时刻的时间差。
6.根据权利要求1所述的一种基于容量增量曲线的电池安全性诊断方法，其特征在于，所述的步骤14)中，热失控测试具体为在加速量热仪中进行的绝热热失控测试。
7.根据权利要求1所述的一种基于容量增量曲线的电池安全性诊断方法，其特征在于，所述的步骤1)中，电池在热失控测试中的特征温度点包括电池自产热起始温度、热失控触发温度和热失控最高温度，电池容量增量曲线的特征值包括峰值电压、峰值高度、谷底电压和谷底高度。
8.根据权利要求7所述的一种基于容量增量曲线的电池安全性诊断方法，其特征在于，所述的步骤16)中，构建以老化状态SOH值为基础的容量增量曲线与电池热失控特征温度点的对应拟合关系具体包括电池自产热起始温度、热失控触发温度和热失控最高温度分别与峰值电压、峰值高度、谷底电压和谷底高度之间共12个对应拟合关系。
9.根据权利要求8所述的一种基于容量增量曲线的电池安全性诊断方法，其特征在于，所述的步骤2)具体为：
根据待检测老化电池的容量增量曲线对应的特征值，分别结合对应拟合关系查询得到对应的特征温度点值，并将该特征温度点值与老化状态SOH值为100％的电池相比较，获取安全性下降程度，作为电池安全性能表征，则有：
Figure FDA0002906774340000021
其中，η为电池安全性下降程度，TSOH为电池老化后测量所得到的特征温度点值，TSOH＝100％为电池的SOH为100％时测量所得到的特征温度点值。
10.根据权利要求9所述的一种基于容量增量曲线的电池安全性诊断方法，其特征在于，在全部的12个对应拟合关系中，判断电池安全性的优先级顺序如下：
电池自产热起始温度>热失控触发温度>热失控最高温度；
谷底高度>峰值高度>谷底电压>峰值电压；
即电池自产热起始温度与谷底高度之间的对应拟合关系优先级最高。
CN202110073586.4A 2021-01-20 2021-01-20 一种基于容量增量曲线的电池安全性诊断方法 Active CN112881931B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110073586.4A CN112881931B (zh) 2021-01-20 2021-01-20 一种基于容量增量曲线的电池安全性诊断方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110073586.4A CN112881931B (zh) 2021-01-20 2021-01-20 一种基于容量增量曲线的电池安全性诊断方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112881931A true CN112881931A (zh) 2021-06-01
CN112881931B CN112881931B (zh) 2022-08-16

Family

ID=76051395

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110073586.4A Active CN112881931B (zh) 2021-01-20 2021-01-20 一种基于容量增量曲线的电池安全性诊断方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112881931B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115954989A (zh) * 2023-03-09 2023-04-11 中能建储能科技(武汉)有限公司 一种储能电站运行监测管理系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110927591A (zh) * 2019-12-11 2020-03-27 北京理工大学 一种电池容量估计方法、计算机可读介质及车辆
CN111142036A (zh) * 2019-12-18 2020-05-12 同济大学 基于容量增量分析的锂离子电池在线快速容量估计方法
CN111693881A (zh) * 2020-05-28 2020-09-22 江苏大学 基于“标准化温度”的宽温度范围下电池健康状态在线估测方法
CN111812529A (zh) * 2020-09-02 2020-10-23 北京航空航天大学 一种时变循环工况下锂离子电池老化热失控测试方法
CN111948546A (zh) * 2020-08-07 2020-11-17 国网陕西省电力公司汉中供电公司 一种锂电池健康度评估方法及系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110927591A (zh) * 2019-12-11 2020-03-27 北京理工大学 一种电池容量估计方法、计算机可读介质及车辆
CN111142036A (zh) * 2019-12-18 2020-05-12 同济大学 基于容量增量分析的锂离子电池在线快速容量估计方法
CN111693881A (zh) * 2020-05-28 2020-09-22 江苏大学 基于“标准化温度”的宽温度范围下电池健康状态在线估测方法
CN111948546A (zh) * 2020-08-07 2020-11-17 国网陕西省电力公司汉中供电公司 一种锂电池健康度评估方法及系统
CN111812529A (zh) * 2020-09-02 2020-10-23 北京航空航天大学 一种时变循环工况下锂离子电池老化热失控测试方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115954989A (zh) * 2023-03-09 2023-04-11 中能建储能科技(武汉)有限公司 一种储能电站运行监测管理系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN112881931B (zh) 2022-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112433169B (zh) 一种云端动力电池健康度评估系统及方法
CN112327167B (zh) 一种电池容量跳水风险评估方法及系统
CN109358293B (zh) 基于ipf的锂离子电池soc估计方法
CN113075554B (zh) 一种基于运行数据的锂离子电池组不一致性辨识方法
CN112180274B (zh) 一种动力电池组快速检测测评方法
CN116381514B (zh) 一种电芯压差预警方法、装置、存储介质及设备
CN110045291B (zh) 一种锂电池容量估计方法
CN113109729B (zh) 基于加速老化试验与实车工况的车用动力电池soh评估方法
CN104950263A (zh) 汽车动力电池soc的估算方法
CN112924878B (zh) 一种基于弛豫电压曲线的电池安全性诊断方法
CN102331560A (zh) 一种镍氢电池荷电态的估算方法
CN106249158A (zh) 磷酸铁锂电池实际可用容量检测方法、系统及电动汽车
CN103683427A (zh) 一种改进的蓄电池组充电系统及其soc估算方法
CN112363061A (zh) 一种基于大数据的热失控风险评估方法
CN112485693A (zh) 一种基于温度概率密度函数的电池健康状态快速评估方法
CN112881931B (zh) 一种基于容量增量曲线的电池安全性诊断方法
CN115219903A (zh) 基于车联网数据分析的电池自放电率异常判断方法及装置
CN111896880A (zh) 一种电动车用锂离子电池寿命的检测方法
CN114646888A (zh) 一种动力电池容量衰减的评估方法及系统
CN113296010B (zh) 一种基于差分电压分析的电池健康状态在线评估方法
CN114545275A (zh) 一种锂离子电池剩余使用寿命间接预测方法
CN106599333A (zh) 一种电源soh的估算方法
CN113884922B (zh) 一种基于电压和电量离群系数的电池内短路定量诊断方法
CN113740754B (zh) 一种检测电池组不一致性的方法与系统
CN111190112B (zh) 一种基于大数据分析的电池充放电预测方法及系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant