CN113642153B - 参比电极的测量误差标定方法及计算机设备 - Google Patents

参比电极的测量误差标定方法及计算机设备 Download PDF

Info

Publication number
CN113642153B
CN113642153B CN202110800952.1A CN202110800952A CN113642153B CN 113642153 B CN113642153 B CN 113642153B CN 202110800952 A CN202110800952 A CN 202110800952A CN 113642153 B CN113642153 B CN 113642153B
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode
geometric
battery
reference electrode
potential
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.)
Active
Application number
CN202110800952.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113642153A (zh
Inventor
李亚伦
卢兰光
冯旭宁
杜玖玉
韩雪冰
欧阳明高
李建秋
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.)
Tsinghua University
Original Assignee
Tsinghua 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 Tsinghua University filed Critical Tsinghua University
Priority to CN202110800952.1A priority Critical patent/CN113642153B/zh
Publication of CN113642153A publication Critical patent/CN113642153A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113642153B publication Critical patent/CN113642153B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • 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]
    • G01R31/367—Software therefor, e.g. for battery testing using modelling or look-up tables
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R35/00—Testing or calibrating of apparatus covered by the other groups of this subclass
    • G01R35/005—Calibrating; Standards or reference devices, e.g. voltage or resistance standards, "golden" references
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16C—COMPUTATIONAL CHEMISTRY; CHEMOINFORMATICS; COMPUTATIONAL MATERIALS SCIENCE
    • G16C20/00—Chemoinformatics, i.e. ICT specially adapted for the handling of physicochemical or structural data of chemical particles, elements, compounds or mixtures
    • G16C20/20—Identification of molecular entities, parts thereof or of chemical compositions
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16C—COMPUTATIONAL CHEMISTRY; CHEMOINFORMATICS; COMPUTATIONAL MATERIALS SCIENCE
    • G16C20/00—Chemoinformatics, i.e. ICT specially adapted for the handling of physicochemical or structural data of chemical particles, elements, compounds or mixtures
    • G16C20/70—Machine learning, data mining or chemometrics
    • 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
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Bioinformatics & Computational Biology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本申请涉及一种参比电极的测量误差标定方法及计算机设备。包括建立三电极电池的几何‑电化学模型。几何‑电化学模型包括正极区域、负极区域、隔膜区域以及参比电极区域。获取三电极电池的电压特性参数、几何参数以及负极析锂状态。根据三电极电池的几何参数，调整几何‑电化学模型每一个区域的结构参数。根据三电极电池的电压特性参数和负极析锂状态，调整几何‑电化学模型中每一个区域的电化学参数。对调整后的几何‑电化学模型进行仿真，获得参比电极电压测量中误差的变化过程，以完成参比电极的测量误差标定。本申请通过几何‑电化学模型的准确标定获得参比电极的误差规律，定量给出了参比电极电位测量的误差值。

Description

参比电极的测量误差标定方法及计算机设备
技术领域
本申请涉及电池测试领域，特别是涉及一种参比电极的测量误差标定方法及计算机设备。
背景技术
参比电极是电池实际运行过程中，获取内部运行状态、健康状态的有效工具。参比电极一般采用在电池中具有稳定电位的材料来制作。常用的参比电极材料包括：金属锂、磷酸铁锂、钛酸锂等材料。将这些材料调整至稳态电位后焊接到导电的极耳上，形成参比电极并植入到电池中。通过测量电池运行过程中正负极相对于参比电极的电位，从而获取单个电极的电位与阻抗信息。
参比电极植入电池会不可避免的对测量结果带来误差，该误差可能会导致测量结果失真，进一步导致基于参比电极的设计存在重大缺陷。因而，必须对参比电极的误差进行准确的估计与标定，才能得到可靠的测试结果。参比电极的测量误差包括阻抗测量误差和电位测量误差。目前对阻抗测量误差已开发了可靠的测量与标定方法，即通过对比参比电极在实际电池中的阻抗测量结果与对称电池中的阻抗测量结果，得到参比电极在不同工况下的阻抗误差情况。迄今为止，部分研究者也对参比电极的电压测量结果中存在误差这一情况进行了探索，发现大倍率充电下参比电极对负极极化电位的测量结果偏大，低温充电下参比电极对负极电位的测量结果偏低。然而，这些研究都只能为参比电极的电位测量误差进行定性说明，无法给出参比电极测量误差的定量值和相应的置信区间。因而开发可以定量准确标定参比电极误差的方法成为了亟待解决的问题。
发明内容
基于此，针对传统的参比电极的电位测量误差无法定量的问题，本申请提供一种参比电极的测量误差标定方法及计算机设备。
一种参比电极的测量误差标定方法，包括：
建立三电极电池的几何-电化学模型，所述几何-电化学模型包括正极区域、负极区域、隔膜区域以及参比电极区域；
获取三电极电池的电压特性参数、几何参数以及负极析锂状态；
根据所述三电极电池的几何参数，调整所述正极区域、所述负极区域、所述隔膜区域以及所述参比电极区域的结构参数；
根据所述三电极电池的电压特性参数和负极析锂状态，调整所述正极区域、所述负极区域、所述隔膜区域以及所述参比电极区域的电化学参数；
对调整所述结构参数和电化学参数后的所述几何-电化学模型进行仿真，获得参比电极电压测量中误差的变化过程，以完成参比电极的测量误差标定。
在其中一个实施例中，所述电压特性参数包括单体平衡电位、电极平衡电位、单体运行电位以及电极运行电位，获取所述电压特性参数的步骤包括：
在不同荷电状态下，对所述三电极电池搁置1h至10h后，检测所述三电极电池的单体平衡电位和电极平衡电位；
在不同工况下，检测所述三电极电池的单体运行电位和电极运行电位。
在其中一个实施例中，根据所述三电极电池的单体平衡电位和电极平衡电位，调整所述正极区域、所述负极区域、所述隔膜区域以及所述参比电极区域的电化学参数的步骤包括：
将所述几何-电化学模型中的单体平衡电位调整至与所述三电极电池的单体平衡电位相同，并将所述几何-电化学模型中的电极平衡电位调整至与所述三电极电池的电极平衡电位相同。
在其中一个实施例中，根据所述三电极电池的单体运行电位，调整所述正极区域、所述负极区域、所述隔膜区域以及所述参比电极区域的电化学参数的步骤包括：
调整所述几何-电化学模型中的正极材料的电化学参数，以使得所述几何-电化学模型的单体运行电位与所述三电极电池的单体运行电位相同。
在其中一个实施例中，根据所述三电极电池的电极运行电位，调整所述正极区域、所述负极区域、所述隔膜区域以及所述参比电极区域的电化学参数的步骤包括：
调整所述几何-电化学模型中的电解液的电化学参数，以使得所述几何-电化学模型的参比电极运行电位与所述三电极电池的电极运行电位相同。
在其中一个实施例中，获取所述电压特性参数的步骤之后包括：
在惰性环境下，对所述三电极电池进行电池拆解；
对拆解后的所述三电极电池的负极进行析锂观测，以获取所述三电极电池的析锂状态，并对拆解后的所述三电极电池进行几何参数测量以获取所述三电极电池的几何参数。
在其中一个实施例中，根据所述三电极电池的负极析锂状态，调整所述正极区域、所述负极区域、所述隔膜区域以及所述参比电极区域的电化学参数的步骤包括：
调整所述几何-电化学模型中的负极材料的电化学参数，以使得所述几何-电化学模型的负极电位与所述三电极电池的负极电位相同。
在其中一个实施例中，所述获取三电极电池的电压特性参数、几何参数以及负极析锂状态的步骤之前包括：
对所述三电极电池的参比电极进行有效性验证。
在其中一个实施例中，所述对所述三电极电池的参比电极进行有效性验证的步骤包括：
检测所述三电极电池的参比电极在静置过程中的稳定性；
当所述三电极电池的参比电极在静置过程中的稳定性满足预设值时，证明所述三电极电池的参比电极可正常运行。
一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例中任一项所述参比电极的测量误差标定方法的步骤。
上述参比电极的测量误差标定方法，包括建立三电极电池的几何-电化学模型。所述几何-电化学模型包括正极区域、负极区域、隔膜区域以及参比电极区域。获取三电极电池的电压特性参数、几何参数以及负极析锂状态。根据所述三电极电池的几何参数，调整所述几何-电化学模型每一个区域的结构参数。根据所述三电极电池的电压特性参数和负极析锂状态，调整所述几何-电化学模型中每一个区域的电化学参数。对调整后的所述几何-电化学模型进行仿真，获得参比电极电压测量中误差的变化过程，以完成参比电极的测量误差标定。调整后的所述几何-电化学模型中区分了实际负极电位和参比电极测量的负极电位，并分别通过负极析锂情况和参比电极测量结果进行标定，更准确反应出三电极电池内部的电化学情况。本申请通过所述几何-电化学模型的准确标定获得参比电极的误差规律，定量给出了参比电极电位测量的误差值。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一个实施例提供的参比电极的测量误差标定方法流程图；
图2为本申请另一个实施例提供的参比电极的测量误差标定方法流程图；
图3为本申请一个实施例提供的参比电极的测量误差标定实施方式示意图；
图4为本申请一个实施例提供的参比电极的测量误差标定方法的测量结果图。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一获取模块称为第二获取模块，且类似地，可将第二获取模块称为第一获取模块。第一获取模块和第二获取模块两者都是获取模块，但其不是同一个获取模块。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参见图1，本申请提供一种参比电极的测量误差标定方法。所述测量误差标定方法包括：
S10，建立三电极电池的几何-电化学模型，所述几何-电化学模型包括正极区域、负极区域、隔膜区域以及参比电极区域。
步骤S10中，可以根据经验值，建立三电极电池的几何-电化学模型。所述经验值可以为文献值、实验值或者真实电池的产品参数。所述几何-电化学模型可以为基于浓溶液理论的电池二维/三维空间下的P2D(多孔电极准二维)模型。所述几何-电化学模型中的所述参比电极区域阻隔了锂离子传递。通过本步骤的三电极电池的几何-电化学模型搭建实现了空间位置下材料电化学行为的定性描述。
S20，获取三电极电池的电压特性参数、几何参数以及负极析锂状态。
步骤S20中，所述电压特性参数可以包括单体平衡电位、电极平衡电位、单体运行电位以及电极运行电位中的一种或者多种。所述几何参数可以包括参比电极的截面形状与尺寸，正/负极极片的厚度、颗粒半径、孔隙率等尺寸。通过本步骤获得了所述三电极电池和所述参比电极在运行过程中的尺寸。
可选地，在其中一个实施例中，获取所述单体平衡电位和所述电极平衡电位的方法包括通过充分搁置得到电池在不同荷电状态(SOC)下的单体端电压与正极/负极电位，典型搁置时间为1h-10h。获取所述单体平衡电位和所述电极平衡电位的方法还可以包括通过小电流充放电得到单体负极电位的充电曲线和放电曲线进行平均，典型的小电流充放电为0.01C-0.2C。通过上述电极与单体的平衡电位测量获取了电池材料稳态特性。
可选地，在其中一个实施例中，获取所述单体运行电位和所述电极运行电位的方法包括在不同工况下，检测所述三电极电池的单体运行电位和电极运行电位。所述不同工况包括不同充放电倍率，不同环境温度。通过所述运行电位测量获取了不同工况下电池的输出电位特性和参比电极测量得到的正/负极电位特性。
可选地，在其中一个实施例中，获取几何参数以及负极析锂状态的步骤在获取所述电压特性参数的步骤之后。获取几何参数以及负极析锂状态的步骤包括不同工况循环后，在惰性环境下，对所述三电极电池进行电池拆解。对拆解后的所述三电极电池的负极进行析锂观测，以获取所述三电极电池的析锂状态。并对拆解后的所述三电极电池进行几何参数测量以获取所述三电极电池的几何参数。
所述不同工况包括获取所述单体运行电位和所述电极运行电位的方法中涉及的工况。所述循环包括将某种工况反复施加到电池上。典型的循环次数包括1-1000次。
所述析锂观测包括对负极极片进行形貌观测或元素观测确定负极极片的析锂情况。典型的形貌观测方法包括：视觉观察、显微镜观察、SEM观察。典型的元素观测方法包括ICP测定元素比例、NMR测量锂元素的成分与含量。通过上述析锂观测确定了电池析锂发生的边界运行条件。
拆解后三电极电池几何参数的测量，其中所述三电极电池包括上述步骤中使用的带有参比电极的三电极电池。所述几何参数测量包括参比电极的截面形状与尺寸，正/负极极片的厚度、颗粒半径、孔隙率等尺寸。所述三电极电池几何参数测量方法包括在SEM下测量、使用卡尺测量。通过几何参数的测量获得了三电极电池和参比电极在运行过程中的尺寸。
S30，根据所述三电极电池的几何参数，调整所述正极区域、所述负极区域、所述隔膜区域以及所述参比电极区域的结构参数。
步骤S30中，所述几何-电化学模型每一个区域的结构参数包括参比电极的截面形状与尺寸，正/负极极片的厚度、颗粒半径、孔隙率等尺寸。所述几何-电化学模型每一个区域的结构参数反映了所述三电极电池的内部空间结构。将所述几何-电化学模型每一个区域的结构参数调整至与测量得到的所述三电极电池的几何参数相同的状态，可以通过实际测量得到的所述三电极电池的几何参数精确映射出参比电极相对于电池极片的几何位置关系。通过本步骤的三电极电池模型搭建实现了准确的空间位置下材料电化学行为的定性描述。所述几何-电化学模型中，考虑了参比电极区域对锂离子传递的阻隔作用，该阻隔区域的大小通过三电极电池拆解得到的参比电极相关尺寸标定，更加准确的反映出三电极电池中的内部的几何情况。
S40，根据所述三电极电池的电压特性参数和负极析锂状态，调整所述正极区域、所述负极区域、所述隔膜区域以及所述参比电极区域的电化学参数。
步骤S40中，所述几何-电化学模型中每一个区域的电化学参数可以包括单体平衡电位、电极平衡电位、正极材料的电化学参数、电解液的电化学参数以及负极材料的电化学参数。
可选地，在其中一个实施例中步骤S40包括将所述几何-电化学模型中的单体平衡电位调整至与所述三电极电池的单体平衡电位相同，并将所述几何-电化学模型中的电极平衡电位调整至与所述三电极电池的电极平衡电位相同。此步骤实现了几何-电化学模型对电池静态特性的准确定量描述。
可选地，在其中一个实施例中，步骤S40包括调整所述几何-电化学模型中的正极材料的电化学参数，以使得所述几何-电化学模型的单体运行电位与所述三电极电池的单体运行电位相同。所述正极材料的电化学参数可以包括正极交换电流密度、正极扩散系数等。上述步骤实现了所述几何-电化学模型对单体动态特性的准确定量描述。
可选地，在其中一个实施例中，步骤S40包括调整所述几何-电化学模型中的电解液的电化学参数，以使得所述几何-电化学模型的参比电极运行电位与所述三电极电池的电极运行电位相同。所述电解液的电化学参数可以包括电解液的扩散系数、锂离子传递数等。上述步骤实现了所述几何-电化学模型对参比电极动态特性的定量描述。
可选地，在其中一个实施例中，步骤S40包括调整所述几何-电化学模型中的负极材料的电化学参数，以使得所述几何-电化学模型的负极电位与所述三电极电池的负极电位相同。所述负极材料的电化学参数可以包括负极交换电流密度、负极扩散系数等。所述三电极电池的负极电位的推断方法为根据负极析锂情况推断得到所述三电极电池的负极电位。所述推断方法为负极出现析锂则充电负极电位包含低于0V，负极未发生析锂则负极电位不包含低于0V。上述步骤实现了所述几何-电化学模型对负极动态特性的准确定量描述。
通过以上调整步骤，在准确的空间位置实现了对材料电化学行为的准确定量描述。所述几何-电化学模型中区分了实际负极电位和参比电极测量的负极电位，并分别通过负极析锂情况和参比电极测量结果进行标定，更准确反应出三电极电池内部的电化学情况。
S50，对调整所述结构参数和电化学参数后的所述几何-电化学模型进行仿真，获得参比电极电压测量中误差的变化过程，以完成参比电极的测量误差标定。
步骤S50中，对参比电极在不同工况下进行仿真，获得参比电极电压测量中误差的变化过程，所述不同工况包括：不同环境温度、不同充放电倍率。该模型输出了参比电极使用过程中难以测量的电位误差，实现了对参比电极测量结果置信区间的确定。通过所述三电极电池的所述几何-电化学模型的准确标定获得参比电极的误差规律，定量给出了参比电极电位测量的误差值。
可以理解的是，上述步骤S10-S40的顺序不做具体限定，在一个可选的实施例中可以先建立三电极电池的几何-电化学模型，之后再根据实际测量值对所述几何-电化学模型进行参数的调整。在一个可选的实施例中，可以先获取实际测量值。再根据实际测量值建立并标定三电极电池的几何-电化学模型。
本实施例中，包括建立三电极电池的几何-电化学模型。所述几何-电化学模型包括正极区域、负极区域、隔膜区域以及参比电极区域。获取三电极电池的电压特性参数、几何参数以及负极析锂状态。根据所述三电极电池的几何参数，调整所述几何-电化学模型每一个区域的结构参数。根据所述三电极电池的电压特性参数和负极析锂状态，调整所述几何-电化学模型中每一个区域的电化学参数。对调整后的所述几何-电化学模型进行仿真，获得参比电极电压测量中误差的变化过程，以完成参比电极的测量误差标定。调整后的所述几何-电化学模型中区分了实际负极电位和参比电极测量的负极电位，并分别通过负极析锂情况和参比电极测量结果进行标定，更准确反应出三电极电池内部的电化学情况。本申请通过所述几何-电化学模型的准确标定获得参比电极的误差规律，定量给出了参比电极电位测量的误差值。
在其中一个实施例中，为了避免参比电极制作和植入过程中因操作不当引入的误差，在所述获取三电极电池的电压特性参数、几何参数以及负极析锂状态的步骤之前包括对所述三电极电池的参比电极进行有效性验证。在其中一个实施例中，所述对所述三电极电池的参比电极进行有效性验证的方法包括检测所述三电极电池的参比电极在静置过程中的稳定性。当所述三电极电池的参比电极在静置过程中的稳定性满足预设值时，证明所述三电极电池的参比电极可正常运行。所述预设值可以依经验值设定。检测所述三电极电池的参比电极在静置过程中的稳定性包括搁置中单电极电位的稳定。检测所述三电极电池的参比电极在静置过程中的稳定性也包括参比电极在电池动态工况下测量结果的规律性，如交流电流激励下阻抗谱测量规律。
请参见图2和图3，本申请提供一种参比电极的测量误差标定方法。所述参比电极的测量误差标定方法包括：通过参比电极测量在不同工况下单体和电极的电压规律a1-a3、进行三电极电池拆解获取负极析锂状态和几何尺寸b1-b2、搭建三电极几何-电化学模型并进行有效标定c1-c5、输出参比电极误差情况d。该方法解决了参比电极电位测量误差难以定量的问题，有效实现的对参比电极测量电位的准确标定。
所述通过参比电极测量不同工况下单体和电极的电压规律包括：a1、参比电极有效性验证。所述有效性验证通过交流电流激励下阻抗谱测量实现。阻抗谱测量结果满足理论规律即表明参比电极可正常运行。该有效性验证避免了参比电极制作和植入过程中因操作不当引入的误差。a2、电极与单体的平衡电位测量，所述平衡电位测量的方法包括在不同荷电状态(SOC)下对电池充分搁置5h，得到电池的单体开路电压与正极/负极开路电压；上述平衡电位测量获取了电池材料稳态特性。a3、电池不同工况下电极与单体的运行电位测量，所述不同工况包括不同充放电倍率0.1C、0.3C、1C、2C、3C；上述的电位测量获取了不同倍率下电池的输出电位特性和参比电极测量得到的正/负极电位特性。
所述对三电极电池进行拆解获取负极析锂状态和几何尺寸包括：b1、不同工况循环后电池拆解与负极析锂观测，其中所述不同工况包括电池以0.1C、0.3C、1C、2C、3C循环100次；所述电池拆解包括在手套箱对电池进行拆解；所述负极析锂观测包括对负极极片进行SEM观测确定负极表面是否发生析锂。b2、拆解后三电极电池几何参数的测量，所述三电极电池为步骤a2和步骤a3中使用的电池。所述几何参数测量包括参比电极的截面形状与尺寸，正/负极极片的厚度、颗粒半径、孔隙率等尺寸。所述参数测量通过SEM实现。该几何参数的测量获得了三电极电池和参比电极在运行过程中的尺寸。
所述搭建三电极电池的几何-电化学模型并进行有效标定包括：c1、三电极电池的几何-电化学模型搭建，其中所述几何模型参数包括步骤b2中的测量的参比电极尺寸和正负极片尺寸，上述参数反映了三电极电池的内部空间结构，以及参比电极相对于电池极片的几何位置关系；所述电化学模型搭建包括电池正负极区域与隔膜区域的电化学模型，正负极区域的电化学模型采用基于浓溶液理论的二维/三维空间下电池的P2D(伪二维)模型；参比电极区域的电化学模型认为参比电极区域阻隔了锂离子传递；上述的三电极电池模型实现了准确的空间位置下材料电化学行为的定性描述。c2、电化学模型的平衡电位标定，即调整模型中的平衡电位与a2中平衡电位相同，实现模型对电池静态特性的准确定量描述。c3、电化学模型的实际负极电位标定，所述实际负极电位根据步骤b1中负极析锂情况推断。所述推断方法为负极出现析锂则充电负极电位包含低于0V，负极未发生析锂则负极电位不包含低于0V。标定过程通过调整负极材料的交换电流密度，负极材料的扩散系数实现；上述的标定实现了模型对负极动态特性的准确定量描述。c4、电化学模型的端电压标定，即调整模型中的端电压与a3中单体电压相同，标定过程通过调整正极材料的交换电流密度，正极扩散系数实现；上述的标定实现了模型对单体动态特性的定量描述。c5、电化学模型的参比电极测量电位标定，即通过调整电解液的扩散系数、锂离子传递数，实现模型中参比输出电位与步骤a3中测量得到的负极电压相同；上述的标定实现了模型对参比电极动态特性的准确定量描述。
所述参比电极误差输出包括：通过步骤c中标定的几何-电化学模型，对参比电极在不同倍率下进行仿真，输出参比电极电压测量中误差的变化过程。典型的输出结果如图4所示，图中实线为负极真实电位，虚线为参比测量的负极电位，实线与虚线的差值为标定得到的参比电极的误差规律，该规律被参比电极模型进一步解释成不同的误差源。该模型输出了参比电极使用过程中难以测量的电位误差，实现了对参比电极测量结果置信区间的确定。
本实施例中，对植入的参比电极进行有效性验证后的单体与电极的平衡电位测量，电池不同工况下充放电下单体与电极的运行电位测量；并在所述不同工况下循环的电池在惰性环境下进行拆解，利用金属锂的形貌或元素分析方法获取负极的析锂情况，并利用形貌或尺寸测量方法获取参比电极和电池极片的尺寸数据；所述尺寸数据用于建立三电极电池的几何模型，并在几何模型下建立电化学模型，所述电化学模型中的平衡电位由所述平衡电位测量标定，所述电化学模型运行中的实际负极电位由所述获取的负极的析锂情况标定，所述电化学模型运行中的参比测量负极电位由所述单体和电极的运行电位测量结果标定。通过对电化学模型的中各状态量的充分标定，获取可以反映三电极电池内部状态的可靠模型，实现了参比电极误差情况的准确标定。本申请提供的方法解决了参比电极使用过程中的误差难以估计的问题，实现了对参比电极测量结果置信区间的确定。
本申请提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例中任一项所述参比电极的测量误差标定方法的步骤。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种参比电极的测量误差标定方法，其特征在于，包括：
建立三电极电池的几何-电化学模型，所述几何-电化学模型包括正极区域、负极区域、隔膜区域以及参比电极区域；
获取三电极电池的电压特性参数、几何参数以及负极析锂状态；
根据所述三电极电池的几何参数，调整所述正极区域、所述负极区域、所述隔膜区域以及所述参比电极区域的结构参数；
根据所述三电极电池的电压特性参数和负极析锂状态，调整所述正极区域、所述负极区域、所述隔膜区域以及所述参比电极区域的电化学参数；
对调整所述结构参数和电化学参数后的几何-电化学模型进行仿真，获得参比电极电压测量中误差的变化过程，以完成参比电极的测量误差标定。
2.根据权利要求1所述的参比电极的测量误差标定方法，其特征在于，所述电压特性参数包括单体平衡电位、电极平衡电位、单体运行电位以及电极运行电位，获取所述电压特性参数的步骤包括：
在不同荷电状态下，对所述三电极电池搁置1h至10h后，检测所述三电极电池的单体平衡电位和电极平衡电位；
在不同工况下，检测所述三电极电池的单体运行电位和电极运行电位。
3.根据权利要求2所述的参比电极的测量误差标定方法，其特征在于，根据所述三电极电池的单体平衡电位和电极平衡电位，调整所述正极区域、所述负极区域、所述隔膜区域以及所述参比电极区域的电化学参数的步骤包括：
将所述几何-电化学模型中的单体平衡电位调整至与所述三电极电池的单体平衡电位相同，并将所述几何-电化学模型中的电极平衡电位调整至与所述三电极电池的电极平衡电位相同。
4.根据权利要求2所述的参比电极的测量误差标定方法，其特征在于，根据所述三电极电池的单体运行电位，调整所述正极区域、所述负极区域、所述隔膜区域以及所述参比电极区域的电化学参数的步骤包括：
调整所述几何-电化学模型中的正极材料的电化学参数，以使得所述几何-电化学模型的单体运行电位与所述三电极电池的单体运行电位相同。
5.根据权利要求2所述的参比电极的测量误差标定方法，其特征在于，根据所述三电极电池的电极运行电位，调整所述正极区域、所述负极区域、所述隔膜区域以及所述参比电极区域的电化学参数的步骤包括：
调整所述几何-电化学模型中的电解液的电化学参数，以使得所述几何-电化学模型的参比电极运行电位与所述三电极电池的电极运行电位相同。
6.根据权利要求2所述的参比电极的测量误差标定方法，其特征在于，获取所述电压特性参数的步骤之后包括：
在惰性环境下，对所述三电极电池进行电池拆解；
对拆解后的所述三电极电池的负极进行析锂观测，以获取所述三电极电池的析锂状态，并对拆解后的所述三电极电池进行几何参数测量以获取所述三电极电池的几何参数。
7.根据权利要求6所述的参比电极的测量误差标定方法，其特征在于，根据所述三电极电池的负极析锂状态，调整所述正极区域、所述负极区域、所述隔膜区域以及所述参比电极区域的电化学参数的步骤包括：
调整所述几何-电化学模型中的负极材料的电化学参数，以使得所述几何-电化学模型的负极电位与所述三电极电池的负极电位相同。
8.根据权利要求1所述的参比电极的测量误差标定方法，其特征在于，所述获取三电极电池的电压特性参数、几何参数以及负极析锂状态的步骤之前包括：
对所述三电极电池的参比电极进行有效性验证。
9.根据权利要求8所述的参比电极的测量误差标定方法，其特征在于，所述对所述三电极电池的参比电极进行有效性验证的步骤包括：
检测所述三电极电池的参比电极在静置过程中的稳定性；
当所述三电极电池的参比电极在静置过程中的稳定性满足预设值时，证明所述三电极电池的参比电极可正常运行。
10.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至9中任一项所述的参比电极的测量误差标定方法的步骤。
CN202110800952.1A 2021-07-15 2021-07-15 参比电极的测量误差标定方法及计算机设备 Active CN113642153B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110800952.1A CN113642153B (zh) 2021-07-15 2021-07-15 参比电极的测量误差标定方法及计算机设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110800952.1A CN113642153B (zh) 2021-07-15 2021-07-15 参比电极的测量误差标定方法及计算机设备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113642153A CN113642153A (zh) 2021-11-12
CN113642153B true CN113642153B (zh) 2022-10-25

Family

ID=78417426

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110800952.1A Active CN113642153B (zh) 2021-07-15 2021-07-15 参比电极的测量误差标定方法及计算机设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113642153B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116559757B (zh) * 2023-07-04 2023-10-27 江苏天合储能有限公司 电池析锂电位预测准确性的验证方法、装置和电子设备

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110161417A (zh) * 2019-05-28 2019-08-23 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种基于三电极体系的锂离子电池析锂量化分析方法
CN112436202A (zh) * 2020-10-22 2021-03-02 中车长春轨道客车股份有限公司 一种防止锂离子电池负极析锂的阶梯式电流充电方法
CN112733427A (zh) * 2020-12-16 2021-04-30 清华大学 锂离子电池的负极电位估算模型建立方法及计算机设备

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110161417A (zh) * 2019-05-28 2019-08-23 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种基于三电极体系的锂离子电池析锂量化分析方法
CN112436202A (zh) * 2020-10-22 2021-03-02 中车长春轨道客车股份有限公司 一种防止锂离子电池负极析锂的阶梯式电流充电方法
CN112733427A (zh) * 2020-12-16 2021-04-30 清华大学 锂离子电池的负极电位估算模型建立方法及计算机设备

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
储能用钛酸锂基锂离子电池放电性能仿真分析;潘光杰等;《通信电源技术》;20180325(第03期);全文 *
基于双电层结构的锂离子电池电化学建模;江浩斌等;《电池》;20180825(第04期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113642153A (zh) 2021-11-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lin et al. A study on the impact of open circuit voltage tests on state of charge estimation for lithium-ion batteries
CN107066722B (zh) 一种基于电化学模型的动力电池系统荷电状态和健康状态的联合估计方法
Lyu et al. A lead-acid battery's remaining useful life prediction by using electrochemical model in the Particle Filtering framework
Kindermann et al. Long-term equalization effects in Li-ion batteries due to local state of charge inhomogeneities and their impact on impedance measurements
JP5683175B2 (ja) 電気化学システムの計測不能な特性を推定する改良された方法
US20210382114A1 (en) Battery diagnosis apparatus and battery diagnosis method based on current pulse method
EP2764378B1 (en) Apparatus and method for accurate energy device state-of-health (soh) monitoring
CN111781504B (zh) 一种锂离子动力电池老化状态识别与开路电压重构方法
Deleebeeck et al. Electrochemical impedance spectroscopy study of commercial Li‐ion phosphate batteries: a metrology perspective
Weng et al. An open-circuit-voltage model of lithium-ion batteries for effective incremental capacity analysis
CN112083336B (zh) 一种锂离子电池组电化学模型参数获取方法
CN108509762A (zh) 一种电池的物理化学变化性能参数模拟方法及装置
JP2011519118A (ja) 電気化学システムの測定できない特性を推定する方法
CN105866700B (zh) 一种锂离子电池快速筛选的方法
CN113884923B (zh) 一种锂离子电池内阻筛选方法
CN111142025A (zh) 一种电池soc估算方法、装置、存储介质及电动汽车
CN112067999B (zh) 一种锂离子电池正极开路电势曲线非破坏获取系统及方法
CN110442901A (zh) 一种锂离子电池电化学简化模型及其参数的获取方法
CN113642153B (zh) 参比电极的测量误差标定方法及计算机设备
CN114935725A (zh) 一种电池soh预测方法、存储介质及系统
CN114865117A (zh) 锂离子电池电极嵌锂量检测方法、装置及电池管理系统
CN114755595A (zh) 一种云端储能全量电芯内阻计算和评估方法
CN109633475A (zh) 一种磷酸铁锂能量型电池寿命预估方法
CN116577686B (zh) 一种基于局部阶段充电数据的多工况soh估计方法和系统
Stanciu et al. Extensive EIS characterization of commercially available lithium polymer battery cell for performance modelling

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