CN114865117B - 锂离子电池电极嵌锂量检测方法、装置及电池管理系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种锂离子电池电极嵌锂量检测方法、装置及电池管理系统，检测方法包括步骤：获取正极材料的电势和正极嵌锂量的第一特征曲线上至少一第一特征点、负极材料的电势与负极嵌锂量的第二特征曲线上至少一第二特征点；在小电流倍率充放电过程中测量锂离子电池的端电压曲线作为开路电压曲线；根据充放电电流积分获取电池充电量曲线；获取电池充电量和开路电压曲线的与第一特征点对应的第三特征点，以及与第二特征点对应的第四特征点；求解方程组计算得到正负电极嵌锂量参数。特征点的获取均通过相关曲线的微分曲线获取。装置和电池管理系统应用了上述方法。本申请可实现无需拆解、可重复进行的锂离子电池正负电极嵌锂量检测。
Description
技术领域
本申请涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池电极嵌锂量检测方法、装置及电池管理系统。
背景技术
近年来，由于化石能源危机和环境问题的增加，新能源技术迅速发展，如风能技术和太阳能技术等。由于新能源系统电能输出功率的不稳定性，需要引入储能系统，而锂离子电池已得到广泛应用。为了保证锂离子电池在长期使用中的安全可靠性，需要一个由软硬件组成的电池管理系统(BMS)对其进行管理。目前广泛使用的BMS都是基于等效电路模型(ECM)开发的，由于ECM的预测能力有限，电池运行策略的设计都是基于简单的安全约束条件，比如：充电截止电压、放电截止电压和最大电流等。
然而端电压并不能完全反应电池内部的状态，特别是在大电流下，由于过电位较大，这将在充放电过程中大大增加或减小电池的端电压。随着硬件计算能力的提升，新型的基于电化学模型(EM)的更加智能、先进的BMS将很快得到应用，由于EM能充分反应电池内部状态，比如：正负极锂离子浓度分布、电势分布、过电位等，因此可以最大化利用锂离子电池的容量，实现更大的经济效益。电化学模型涉及大量的耦合偏微分方程，特别是还会涉及几十个物理参数，使得EM模型在实际应用中受到限制。
为了获取这些参数，例如正负电极的嵌锂量，一般需要通过拆解电池、进行实验获取参数，但这些方法通常是非常复杂且耗时的，而且只能获取一次性的参数，无法在电池使用过程中对相关参数进行监测。
发明内容
针对现有技术存在的以上不足之处，本申请的目的在于提供一种无需拆解、可重复进行的锂离子电池电极嵌锂量检测方法，以及基于上述检测方法的检测装置和电池管理系统。
为了实现上述目的，本申请提供了以下技术方案。
一种锂离子电池电极嵌锂量检测方法，用于锂离子电池的无损电极检测，包括步骤：获取所述锂离子电池的设定充放电循环中正极嵌锂量范围和负极嵌锂量范围；在所述正极嵌锂量范围内获取正极材料的电势Vp和正极嵌锂量x的第一特征曲线Vp(x)上至少一第一特征点(x1,Vp1)，在所述负极嵌锂量范围内获取负极材料的电势Vn与负极嵌锂量y的第二特征曲线Vn(y)上至少一第二特征点(y2,Vn2)；获取所述锂离子电池的电池充电量和开路电压的关系曲线Q(Vocv)曲线或Vocv(Q)曲线；获取Q(Vocv)曲线或Vocv(Q)曲线的与所述第一特征点对应的第三特征点
以及与所述第二特征点对应的第四特征点
计算正负电极嵌锂量参数：根据所述第一特征点、所述第二特征点、所述第三特征点、所述第四特征点的数据计算正极放电嵌锂量x0、正极满电嵌锂量x100％、负极放电嵌锂量y0、负极满电嵌锂量y100％。
在一些实施方式中，所述的计算正负电极嵌锂量参数的步骤具体包括，求解以下方程组计算正极放电嵌锂量x0、正极满电嵌锂量x100％、负极放电嵌锂量y0、负极满电嵌锂量y100％：
其中，x2为计算出所述第四特征点对应的正极电势
后，根据所述第一特征曲线Vp(x)得到的正极嵌锂量；y1为计算出所述第三特征点对应的负极电势
后，根据所述第二特征曲线Vn(y)得到的负极嵌锂量。
在一些实施方式中，所述第一特征点(x1,Vp1)通过所述第一特征曲线的微分曲线dVp/dx的极值点获取，所述第二特征点(y2,Vn2)通过所述第二特征曲线的微分曲线dVn/dy的极值点获取；所述第三特征点
通过将Q(Vocv)曲线的微分曲线和所述第一特征曲线的微分曲线dVp/dx对比获取,或将Vocv(Q)曲线的微分曲线和所述第一特征曲线的微分曲线dVp/dx对比获取；所述第四特征点
通过将Q(Vocv)曲线的微分曲线和所述第二特征曲线的微分曲线dVn/dy对比获取，或将Vocv(Q)曲线的微分曲线和所述第二特征曲线的微分曲线dVn/dy对比获取。
在一些实施方式中，所述第一特征曲线的微分曲线dVp/dx具有多个极值点时，所述第一特征点根据其中最大或最小的一个极值点获取；所述第二特征曲线的微分曲线dVn/dy具有多个极值点时，所述第二特征点根据其中最大或最小的一个极值点获取。
在一些实施方式中，所述小电流倍率充放电过程所采用的充放电电流为恒电流，且充放电倍率不大于C/20。所述小电流倍率充放电过程包括小电流倍率充电过程和小电流倍率放电过程；所述开路电压曲线Vocv(t)和所述电池充电量曲线Q(t)均通过至少1个所述小电流倍率充电过程和至少1个所述小电流放电过程获取的数据平均后得到。
在一些实施方式中，所述第一特征曲线Vp(x)和所述第二特征曲线Vn(y)通过半电池试验获取，或者通过所述正极材料和所述负极材料的已知特征曲线获取。
在一些实施方式中，所述小电流倍率充放电过程中，所述锂离子电池始终置于恒温恒湿环境。
本申请还提供了一种锂离子电池电极嵌锂量检测装置，利用前述的任一种锂离子电池正负电极嵌锂量检测方法，对锂离子电池进行无损电极检测。
本申请还提供了一种电池管理系统，包括前述的锂离子电池正负电极嵌锂量检测装置，所述电池管理系统的功能包括对锂离子电池进行无损电极检测。
本申请的各个实施例具有以下技术效果中的至少一种：
1.通过正负电极材料的电势曲线上的特征点，结合锂离子电池小倍率充放电曲线上对应的特征点，建立方程组求解获取正负电极的嵌锂量，实现了无需拆解、可重复进行的锂离子电池正负电极嵌锂量检测方法；
2.通过特征点对应的方法建立方程组，并求解获取正负电极的嵌锂量，既可用于普通锂离子电池，也可用于采用复合电极材料的多元锂离子电池；
3.通过在恒温恒湿环境下完成小电流倍率充放电过程，使测量结果更加准确，在车辆上应用时，可以利用BMS现有的热管理系统实现上述测试环境；
4.通过将小电流倍率充电过程和小电流倍率放电过程得到的测量数据进行平均，可进一步减小充放电过电压引起的误差；
5.通过为电化学模型提供充足的电极嵌锂量参数，使BMS可以对锂离子电池实现更加准确的监测和管理。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对本发明的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1是本申请的锂离子电池电极嵌锂量检测方法流程图；
图2是一个实施例的第一特征曲线示意图；
图3是一个实施例的第二特征曲线示意图；
图4是图2的第一特征曲线的微分曲线示意图；
图5是图3的第二特征曲线的微分曲线示意图；
图6是一个实施例的小电流倍率放电过程中测得得锂离子电池端电压曲线；
图7是一个实施例的小电流倍率放电曲线Q(Vocv)；
图8是一个实施例的小电流倍率放电曲线Q(Vocv)的微分曲线。
具体实施方式
为了更清楚地说明本申请的实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本申请的具体实施方式。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，并获得其他的实施方式。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本申请相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
如图1所示，本申请的锂离子电池电极嵌锂量检测方法用于锂离子电池的无损电极检测，包括步骤S100至S600，以下具体说明各步骤的具体操作。
S100.获取电极嵌锂量范围。具体为，获取锂离子电池的设定充放电循环中正极嵌锂量范围和负极嵌锂量范围；设定充放电循环指锂离子电池的开路电压OCV从充电截止电压放电至放电截止电压的放电循环，或从放电截止电压充电至充电截止电压的充电循环；其中为了便于说明，本说明书中将电池充电量归一化：锂离子电池充电至充电截止电压时的电池充电量对应满电状态，对应电池充电状态SOC为1，或电池充电量Q＝1；放电至放电截止电压时对应电池充电状态SOC为0，或电池充电量Q＝0。为了防止锂离子电池过充和过度放电造成导致容量损失，需要设置充放电循环中正负电极的嵌锂量范围，因此仅需关注上述嵌锂量范围内的电极参数。
S200.获取电极电势特征曲线上的第一特征点和第二特征点。具体地，在正极嵌锂量范围内获取正极材料的电势Vp和正极嵌锂量x的第一特征曲线Vp(x)上至少一第一特征点(x1,Vp1)，在负极嵌锂量范围内获取负极材料的电势Vn与负极嵌锂量y的第二特征曲线Vn(y)上至少一第二特征点(y2,Vn2)。由于正负极材料在嵌锂或脱锂过程中，嵌合物会发生可逆的相变，而且相变点对应的嵌锂量和电极电势构成相应的正负极材料的特征点，具有特异性和可重复性，同时正负极的嵌锂量电势之差即为锂离子电池的开路电压，而且嵌锂量又和电池充电状态相关，因此可以利用上述特征点，结合充放电过程中的测量数据来计算正负极的嵌锂量参数。
S300.获取小电流倍率充放电曲线Vocv(t)。具体地，在小电流倍率充放电过程中测量锂离子电池的端电压曲线，并近似作为锂离子电池的开路电压曲线Vocv(t)，其中t为充放电时间；同时根据对充放电电流I积分获取电池充电量曲线Q(t)。
在本说明书中，字母Q代表电池的充电量，字母C代表电池的容量，两者具有相关性，前者用于代表本申请的方法中锂离子电池相对于完全放电状态的充电量，后者相当于充电至充电截止电压即满充状态时的充电量。本申请中的各变量均用字母或带有字母下标的字母表示，如x代表正极嵌锂量；字母下标p代表正极、字母下标n代表负极、字母下标ocv表示开路电压。详见下文中的表1。
为简洁起见，在说明性的表述中、或复杂公式中当某一变量同时又作为自变量时，并未标明该变量对应的自变量，如时间t等。例如正极嵌锂量x(t)为以充放电时间t为自变量的变量，但在没有必要时或正极嵌锂量本身又作为自变量时，则简略地仅用x表示，不再标明自变量t；各变量带有数字下标时，指某一特征点的该变量的具体值，如x1代表第一特征点的正极嵌锂量，或
代表第三特征点的电池充电量(第三特征点详见步骤S400)。
小电流倍率充放电指充放电电流I远小于标准充放电倍率的充放电电流。由于充放电倍率很小，因此锂离子电池的过电位可以忽略不计，此时锂离子电池的端电压曲线可足够准确地用作锂离子电池的开路电压曲线Vocv(t)，即满足如下关系式：Vocv(t)＝Vp(t)-Vn(t)，或锂离子电池的开路电压OCV的值等于正极电势减去负极电势。同时由于充放电电流I在充放电时间t上的积分和锂离子迁移量即正负电极的嵌锂量或脱锂量之间存在对应关系，也就是和电池的充电量存在对应关系，因此通过对充放电电流I积分可获取电池充电量曲线。
S400.计算充电量-开路电压曲线Q(Vocv)或开路电压-充电量曲线Vocv(Q)。由于开路电压曲线Vocv(t)和充电量曲线Q(t)均为时间的函数，因此可简单地计算出充电量-开路电压曲线Q(Vocv)或开路电压-充电量曲线Vocv(Q)。
S500.获取Q(Vocv)曲线或Vocv(Q)曲线上的第三特征点
和第四特征点
具体地，以Q(Vocv)曲线为例，由于开路电压Vocv(t)＝Vp(t)-Vn(t)，同时由于第一特征曲线Vp(x)曲线存在第一特征点(x1,Vp1)，第二特征曲线Vn(y)上存在第二特征点(y2,Vn2)，而且正极嵌锂量x和负极嵌锂量y又对应电池充电量Q，因此由于上述特征点的特异性，可在Q(Vocv)曲线上找到和第一特征点对应的第三特征点
以及与第二特征点对应的第四特征点
当锂离子电池状态位于第三特征点时，正极嵌锂量x为第一特征点的正极嵌锂量x1；当锂离子电池状态位于第三特征点时，负极嵌锂量y为第二特征点的负极嵌锂量y2。
S600.计算正负电极嵌锂量参数：根据第一特征点、第二特征点、第三特征点、第四特征点的数据计算正极放电嵌锂量x0、正极满电嵌锂量x100％、负极放电嵌锂量y0、负极满电嵌锂量y100％。
由于在小电流倍率充放电过程中，可认为正负电极的嵌锂量变化相同，因此电池充电状态SOC，即相当于归一化的电池充电量Q，可通过下式计算：
其中θ为电极嵌锂量(正极或负极)，θ0为放电至放电截止电压时的电极嵌锂量，θ100％为充电至充电截止电压时的电极嵌锂量。
具体地，上述步骤包括：求解以下方程组计算正极放电嵌锂量x0、正极满电嵌锂量x100％、负极放电嵌锂量y0、负极满电嵌锂量y100％：
其中，x2为计算出第四特征点对应的正极电势
后，根据第一特征曲线Vp(x)得到的正极嵌锂量，
为第四特征点的电池开路电压，Vn2为第二特征点的负极电势；y1为计算出第三特征点对应的负极电势
后，根据第二特征曲线Vn(y)得到的负极嵌锂量，
为第三特征点的电池开路电压，Vp1为第一特征点的正极电势。
在一些实施例中，第一特征点(x1,Vp1)通过第一特征曲线的微分曲线dVp/dx的极值点获取，第二特征点(y2,Vn2)通过第二特征曲线的微分曲线dVn/dy的极值点获取；第三特征点
通过将Q(Vocv)曲线的微分曲线和第一特征曲线的微分曲线dVp/dx对比获取,或将Vocv(Q)曲线的微分曲线和第一特征曲线的微分曲线dVp/dx对比获取；第四特征点
通过将Q(Vocv)曲线的微分曲线和第二特征曲线的微分曲线dVn/dy对比获取，或将Vocv(Q)曲线的微分曲线和第二特征曲线的微分曲线dVn/dy对比获取。
图2示出了钴酸锂LixCoO2作为正极材料的第一特征曲线，该曲线可从文献资料查阅获取。本实施例的钴酸锂作为正极材料时的正极嵌锂量范围为0.50-0.95。可以看出正极嵌锂量x在0.8-0.9时具有一个明显的呈平台状的第一特征点，但是难以确定第一特征点处的正极嵌锂量x的准确数值。同样地，图3示出了嵌锂石墨LiyC6作为负极材料的第二特征曲线，本实施例的嵌锂石墨作为负极材料时的负极嵌锂量范围为0.2-0.8。可以看出该曲线在上述负极嵌锂量范围内具有多个斜率较大的特征点，但是也难以确定这些特征点处的负极嵌锂量y的准确数值。因此需要对第一特征曲线和第二特征曲线进行微分以准确确定第一特征点和第二特征点的嵌锂量具体数值。
图4和图5分别示出了第一特征曲线的微分曲线dVp/dx和第二特征曲线的微分曲线dVn/dy。在图4中，可以看出第一特征点对应一个明显的极大值峰值，可以准确确定本实施例的第一特征点(x1,Vp1)的正极嵌锂量具体数值x1＝0.872；在图5中，可以看出第二特征点对应一个明显的极小值峰值，可以准确确定本实施例的第二特征点(y2,Vn2)的负极嵌锂量的具体数值为y2＝0.499。
类似地，从图6所示的Vocv(t)曲线(由于恒电流放电过程中电池充电量Q和时间t为线性关系，因此Q(Vocv)曲线或Vocv(Q)曲线的特征点和Vocv(t)曲线的特征点也一一对应)中虽然可以看出和第二特征点对应的斜率较大的曲线点和与第一特征点对应的平台点，但是无法准确确定第三特征点和第四特征点的电池充电量的准确数值。而在图7所示的Q(Vocv)曲线的微分曲线中，则可
在一些实施例中，所述小电流倍率充放电过程包括小电流倍率充电过程和小电流倍率放电过程；开路电压曲线Vocv(t)和电池充电量曲线Q(t)均通过至少1个小电流倍率充电过程和至少1个小电流放电过程获取的数据平均后得到。
由于正负极材料在充放电过程中需要克服正负极材料的嵌锂电位或脱锂电位，因此会存在充放电过电位。具体地，在充电过程中，某一时刻实际测得的电池端电压会略高于此时的电池开路电压，而在放电过程中，某一时刻实际测得的电池端电压会略低于此时的电池开路电压。在小电流倍率充放电过程中，上述过电位很小，可以忽略不计。但为了进一步提高测量精度，或者为了降低对充放电过程的电流的严格要求，可以通过1个小电流倍率充电过程和1个小电流放电过程获取的数据平均后得到更为准确的开路电压曲线Vocv(t)。当然也可以通过多次测量的平均数据进一步提高测量数据的可信度。
在一些实施例中，第一特征曲线的微分曲线dVp/dx具有多个极值点时，第一特征点根据其中最大或最小的一个极值点获取；第二特征曲线的微分曲线dVn/dy具有多个极值点时，第二特征点根据其中最大或最小的一个极值点获取。如图4所示的第一特征点为绝对值最小的一个极值点，对应图2中正极嵌锂量范围内最为平坦的曲线点；图5所示的第二特征点为绝对值最大的一个极值点，对应图3中负极嵌锂量范围内斜率最大的曲线点。在电极由复合材料构成时，第一特征曲线或第二特征曲线会出现更多的特征点，选取特征最为明显的特征点有利于更可靠地确定第三特征点和第四特征点。
在一些实施方式中，小电流倍率充放电过程所采用的充放电电流为恒电流，且充放电倍率不大于C/20。除了采用恒电流充放电过程，还可采用分阶段的恒电流充放电过程，或者采用电流波动不大非恒电流充放电过程。在采用恒电流充放电时，步骤S300中通过对充放电电流I积分获取电池充电量曲线Q(t)的过程可以通过简单的Q(t)＝I*t计算替代。如6所示的实施例为通过C/30的小电流放电倍率测得的电池端电压曲线，用30个小时将锂离子电池从满电状态放电至完全放电状态。具体可根据测量精度需要等应用场景选择合适的充放电倍率，例如C/20也是常用的小电流充放电倍率。
除了通过小电流倍率充放电过程获得锂离子电池的电池充电量和开路电压的关系曲线，即Q(Vocv)曲线或Vocv(Q)曲线之外，还可以使用HPPC(Hybrid Pulse PowerCharacterization)测试获得上述关系曲线。
以下说明图2至图6所示的实施例中，正负电极嵌锂量参数的具体计算过程。如前文所述，已获取第一特征点(x1,Vp1)的正极嵌锂量x1、第二特征点(y2,Vn2)的负极嵌锂量y2、第三特征点
的电池充电量
第四特征点
的电池充电量
分别为：
x1＝0.872；
y2＝0.499；
进一步地，根据图7所示的Q(Vocv)曲线获取图8所示的dQ/dV曲线，并获取第三特征点和第四特征点对应的电池开路电压，即
对应的电池开路电压
和
进一步地，根据第一特征曲线和第二特征曲线，可以得到第一特征点对应的正极电势Vp1和第二特征点对应的负极电势Vn2：
Vp1＝Vp(x1)＝3.908V；
Vn2＝Vn(y2)＝0.196V；
进一步地，根据电池开路电压关系式Vocv(t)＝Vp(t)-Vn(t)可以计算得到第一特征点对应的负极电势Vn1和第二特征点对应的正极电势Vp2：
进一步地，再次根据第一特征曲线和第二特征曲线及上一步得到的第一特征点对应的负极电势Vn1和第二特征点对应的正极电势Vp2，得到第一特征点对应的负极嵌锂量y1和第二特征点对应的正极嵌锂量：
y1＝y(Vn1)＝0.351；
x2＝x(Vp2)＝0.793；
进一步地，将上述数值代入步骤S600中的下列方程组中，即
得到：
求解上述两个二元一次方程组，即可得到正极放电嵌锂量x0、正极满电嵌锂量x100％、负极放电嵌锂量y0、负极满电嵌锂量y100％：
x0％＝0.928；
x100％＝0.658；
y0％＝0.246；
y100％＝0.751。
在一些实施例中，根据获取的正极放电嵌锂量x0、正极满电嵌锂量x100％、负极放电嵌锂量y0、负极满电嵌锂量y100％及正极嵌锂量范围和负极嵌锂量范围确定锂离子电池的电极健康状态。锂离子电池的容量损失部分是来自于电极材料与有机电解液之间的副反应，通常可在正负电极的嵌锂量参数上反映出来。通过获取正负电极的嵌锂量参数，结合电化学模型，可以对锂离子电池的电极健康状态进行诊断。
在一些实施例中，第一特征曲线Vp(x)和第二特征曲线Vn(y)通过半电池试验获取。图2和图3所示的第一特征曲线和第二特征曲线为通过文献查阅获得，即通过正极材料和负极材料的已知特征曲线获取。但是在采用复合电极材料，或者采用新的电极材料时，则需要通过半电池试验测量获取对应电极材料的电极电势-嵌锂量特征曲线。
在一些实施例中，小电流倍率充放电过程中，锂离子电池始终置于恒温恒湿环境。试验温度可采用常见的电池管理系统BMS的设定电池工作电压，例如45°，同时将试验环境的湿度控制在较低范围内。通常可以将锂离子电池至于环境试验箱内进行相关测量，或者将锂离子电池和带有热管理系统的电池管理系统BMS连接，进行HiL实时仿真测试。
在本申请提供的锂离子电池电极嵌锂量检测装置的一个实施例中，利用前述任一实施例的锂离子电池电极嵌锂量检测方法，对锂离子电池进行无损电极检测。本实施例包括测量装置，用于实现锂离子电池的小电流充放电循环，并同时测量相关的数据；还可包括计算分析模块，用于根据前述实施例的检测方法计算分析获得锂离子电池的电极嵌锂量参数；还可连接电池管理系统BMS，用于对锂离子电池进行HiL实时仿真测试。
在本申请提供的电池管理系统的一个实施例中，电池管理系统BMS包括前述实施例的锂离子电池正负电极嵌锂量检测装置，并具有小电流倍率充电功能，用于对锂离子电池进行无损电极检测。电池管理系统BMS的热管理功能实现对锂离子电池的恒温恒湿通风管理；电池管理系统BMS通过电化学模型和电极嵌锂量检测结果对电池状态进行监测诊断。
本说明书中使用的符号及其代表的物理意义参见表1。
表1.符号和物理意义对照表
上述仅为本申请的较佳实施例及所运用的技术原理，在不脱离本申请构思的情况下，还可以进行各种明显的变化、重新调整和替代。本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点和功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神的情况下进行各种修饰或改变。在不冲突的情况下，以上实施例及实施例中的特征可以相互组合。
Claims (8)
1.一种锂离子电池电极嵌锂量检测方法，用于锂离子电池的无损电极检测，其特征在于，包括步骤：
获取所述锂离子电池的设定充放电循环中正极嵌锂量范围和负极嵌锂量范围；
在所述正极嵌锂量范围内获取正极材料的电势Vp和正极嵌锂量x的第一特征曲线Vp(x)上至少一第一特征点(x1，Vp1)，在所述负极嵌锂量范围内获取负极材料的电势Vn与负极嵌锂量y的第二特征曲线Vn(y)上至少一第二特征点(y2，Vn2)；
获取所述锂离子电池的电池充电量和开路电压的关系曲线Q(Vocv)曲线或Vocv(Q)曲线；
获取Q(Vocv)曲线或Vocv(Q)曲线的与所述第一特征点对应的第三特征点(Vocv1，Q1)，以及与所述第二特征点对应的第四特征点(Vocv2，Q2)；
计算正负电极嵌锂量参数：根据所述第一特征点、所述第二特征点、所述第三特征点、所述第四特征点的数据计算正极放电嵌锂量x0、正极满电嵌锂量x100％、负极放电嵌锂量y0、负极满电嵌锂量y100％；
所述的计算正负电极嵌锂量参数的步骤具体包括，求解以下方程组：
其中，x2为计算出所述第四特征点对应的正极电势
后，根据所述第一特征曲线Vp(x)得到的正极嵌锂量；y1为计算出所述第三特征点对应的负极电势
后，根据所述第二特征曲线Vn(y)得到的负极嵌锂量；
所述第一特征点(x1，Vp1)通过所述第一特征曲线的微分曲线dVp/dx的极值点获取，所述第二特征点(y2，Vn2)通过所述第二特征曲线的微分曲线dVn/dy的极值点获取；
所述第三特征点(Vocv1，Q1)通过将Q(Vocv)曲线的微分曲线和所述第一特征曲线的微分曲线dVp/dx对比获取，或将Vocv(Q)曲线的微分曲线和所述第一特征曲线的微分曲线dVp/dx对比获取；
所述第四特征点(Vocv2，Q2)通过将Q(Vocv)曲线的微分曲线和所述第二特征曲线的微分曲线dVn/dy对比获取，或将Vocv(Q)曲线的微分曲线和所述第二特征曲线的微分曲线dVn/dy对比获取。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池电极嵌锂量检测方法，其特征在于，
所述第一特征曲线的微分曲线dVp/dx具有多个极值点时，所述第一特征点根据其中最大或最小的一个极值点获取；
所述第二特征曲线的微分曲线dVn/dy具有多个极值点时，所述第二特征点根据其中最大或最小的一个极值点获取。
3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池电极嵌锂量检测方法，其特征在于，
在小电流倍率充放电过程中测量所述锂离子电池的端电压曲线，并近似作为所述锂离子电池的开路电压曲线Vocv(t)，其中t为充放电时间；根据对充放电电流I的积分获取电池充电量曲线Q(t)，根据开路电压曲线Vocv(t)和电池充电量曲线Q(t)获取Q(Vocv)曲线或Vocv(Q)曲线。
4.根据权利要求3所述的锂离子电池电极嵌锂量检测方法，其特征在于，
所述小电流倍率充放电过程所采用的充放电电流为恒电流，且充放电倍率不大于C/20；
所述小电流倍率充放电过程包括小电流倍率充电过程和小电流倍率放电过程；所述开路电压曲线Vocv(t)和所述电池充电量曲线Q(t)均通过至少1个所述小电流倍率充电过程和至少1个所述小电流放电过程获取的数据平均后得到。
5.根据权利要求1或2所述的锂离子电池电极嵌锂量检测方法，其特征在于，
所述第一特征曲线Vp(x)和所述第二特征曲线Vn(y)通过半电池试验获取，或者通过所述正极材料和所述负极材料的已知特征曲线获取。
6.根据权利要求3所述的锂离子电池电极嵌锂量检测方法，其特征在于，
所述小电流倍率充放电过程中，所述锂离子电池始终置于恒温恒湿环境。
7.一种锂离子电池电极嵌锂量检测装置，其特征在于，
利用权利要求1至6中任一项所述的锂离子电池电极嵌锂量检测方法，对锂离子电池进行无损电极检测。
8.一种电池管理系统，其特征在于，
包括权利要求7所述的锂离子电池电极嵌锂量检测装置，所述电池管理系统的功能包括对锂离子电池进行无损电极检测。
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