CN117930064A - 一种无损检测析锂的方法、系统、计算设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无损检测析锂的方法、系统、计算设备及介质，方法包括：采集待测电芯充电后静置预设时长内的电压数据；根据电压数据，确定对应的概率密度函数曲线；统计概率密度函数曲线中符合预设条件的目标峰的个数；根据目标峰的个数，确定待测电芯是否析锂。解决了现有技术检测电池是否析锂的计算过程中产生的噪声较多，需要对噪声进行平滑处理，这样不仅使计算更加繁琐，还降低了检测结果的准确性的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电芯检测技术领域，尤其涉及一种无损检测析锂的方法、系统、计算设备及介质。
背景技术
电动汽车的动力来源的锂离子电池近年来发展迅速，然而锂离子电池引发的事故发生的越来越频繁。这些不幸的事件不仅造成了人员伤亡和财产损失，而且阻碍了锂离子电池及其相关产业的迅速发展。其中，析锂现象被认为是影响电池安全最大的因素之一，由于生产过程中的纰漏和使用过程的滥用，锂离子在电池的材料表面上沉积为金属锂而不再嵌入负极材料。沉积的锂往往会长成树枝状的尖锐形态，持续生长会刺穿隔膜，造成电池短路，进而演变成电池热失控。
在现有技术方案中，对锂离子电池中电芯的析锂表征，主要基于拆解电池后负极的表观形貌，使用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、核磁共振和X射线衍射（XRD）等手段进行分析，这类方法会对电芯造成不可逆的损坏，必须耗费大量时间，且电池中包含有害物质，在拆解过程中会造成污染。因此，现有技术通过电池的静置时间数据和电压数据作微分或差分处理，检测电池是否析锂。
然而，现有技术检测电池是否析锂的计算过程中产生的噪声较多，需要对噪声进行平滑处理，这样不仅使计算更加繁琐，还降低了检测结果的准确性。
发明内容
为了克服现有技术检测电池是否析锂的计算过程中产生的噪声较多，需要对噪声进行平滑处理，这样不仅使计算更加繁琐，还降低了检测结果的准确性的问题，本发明提供了一种无损检测析锂的方法、系统、计算设备及介质。
第一方面，为了解决上述技术问题，本发明提供了一种无损检测析锂的方法，包括：
采集待测电芯充电后静置预设时长内的电压数据；
根据电压数据，确定对应的概率密度函数曲线；
统计概率密度函数曲线中符合预设条件的目标峰的个数；其中，目标峰表示可逆的析锂再嵌入负极造成电压平台或电压升高所生成的峰值，或待测电芯充电完成时的电压值；
根据目标峰的个数，确定待测电芯是否析锂。
第二方面，本发明还提供了一种无损检测析锂的系统，包括：
采集模块，用于采集待测电芯充电后静置预设时长内的电压数据；
第一确定模块，用于根据电压数据，确定对应的概率密度函数曲线；
统计模块，用于统计概率密度函数曲线中符合预设条件的目标峰的个数；其中，目标峰表示可逆的析锂再嵌入负极造成电压平台或电压升高所生成的峰值，或待测电芯充电完成时的电压值；
第二确定模块，用于根据目标峰的个数，确定待测电芯是否析锂。
第三方面，本发明还提供了一种计算设备，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程序，处理器执行程序时实现如上述的一种无损检测析锂的方法的步骤。
第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有指令，当指令在终端设备上运行时，使得终端设备执行一种无损检测析锂的方法的步骤。
本发明的有益效果是：通过将采集到的待测电芯静置预设时长内的电压数据，确定对应的概率密度函数曲线，并统计该曲线中符合预设条件的目标峰的个数，根据目标峰的个数来确定该待测电芯是否析锂。这样，只需根据电压数据对应的概率密度函数曲线对应的目标峰个数，就能确定出该电压数据中是否存在电压平台或电压升高的情况，从而能够直接反映出该待测电芯中是否存在可逆的析锂，进而确定出该待测电芯是否析锂，提高了检测结果的准确性。同时，本发明的方法无需对待测电芯的电压数据进行微分或差分处理，计算过程所产生的噪声也较少，减少了对噪声进行的平滑处理，从而能够简化计算。
附图说明
图1为本发明一种无损检测析锂的方法的流程示意图；
图2为本发明的待测电芯的电压分布曲线图；
图3为本发明的概率密度函数曲线图；
图4为本发明的一个概率密度函数曲线寻峰图；
图5为本发明的又一个概率密度函数曲线寻峰图；
图6为本发明的又一个概率密度函数曲线寻峰图；
图7为本发明一种无损检测析锂的系统的结构示意图。
具体实施方式
下列实施例是对本发明的进一步解释和补充，对本发明不构成任何限制。
以下结合附图描述本发明实施例的一种无损检测析锂的方法、系统、计算设备及介质。
本发明实施例的一种无损检测析锂的方法，该方法应用于终端设备，本申请方案中以终端设备为执行主体，对本申请方案进行说明，终端设备用于执行一种无损检测析锂的方法的步骤。
如图1所示，本发明提供了一种无损检测析锂的方法，包括：
步骤S1，采集待测电芯充电后静置预设时长内的电压数据；
步骤S2，根据电压数据，确定对应的概率密度函数曲线；
步骤S3，统计概率密度函数曲线中符合预设条件的目标峰的个数；其中，目标峰表示可逆的析锂再嵌入负极造成电压平台或电压升高所生成的峰值，或待测电芯充电完成时的电压值；
步骤S4，根据目标峰的个数，确定待测电芯是否析锂。
本实施例的一种无损检测析锂的方法，通过将采集到的待测电芯静置预设时长内的电压数据，确定对应的概率密度函数曲线，并统计该曲线中符合预设条件的目标峰的个数，根据目标峰的个数来确定该待测电芯是否析锂。这样，只需根据电压数据对应的概率密度函数曲线对应的目标峰个数，就能确定出该电压数据中是否存在电压平台或电压升高的情况，从而能够直接反映出该待测电芯中是否存在可逆的析锂，进而确定出该待测电芯是否析锂，提高了检测结果的准确性。同时，本发明的方法无需对待测电芯的电压数据进行微分或差分处理，计算过程所产生的噪声也较少，减少了对噪声进行的平滑处理，从而能够简化计算。
可选地，采集待测电芯充电后静置预设时长内的电压数据，包括：
当待测电芯充电到100%SOC或电芯充电截止后，静置待测电芯预设时长；
每间隔设定时长采集预设时长内待测电芯的电压数据。
本实施例中，由于待测电芯电池充到最大能够存储的电量时，且该待测电芯电池为已经析锂导致微短路的电芯，该待测电芯才存在负极满嵌析锂的情况，使该待测电芯的检测电压出现电压平台或电压升高的情况。因此，当待测电芯充电到100%SOC或电芯充电截止后，即将该待测电芯充电到其最大能够存储的电量后，每间隔设定时长采集该待测电芯静置预设时长内的电压数据，便于后续根据该电压数据中是否存在电压平台或电压升高的情况，来判断该待测电芯是否析锂。
在一些实施例中，取待测电芯充电到100%SOC或电芯充电截止电压，由于待测电芯可为已经析锂导致微短路的电芯，可充电至其电压曲线抖动和明显充不上去的电压值；待测电芯充电完毕，将待测电芯静置预设时长，并只需采集待测电芯静置预设时长内的电压数据。其中，预设时长为大于1h，且小于或等于5h中的任一值。预设方法为离散型采样法和/或连续性采样法。
在一些实施例中，使用离散型采样法采集电压数据时，采样频率设置为0.1Hz到2Hz之间的任一值。使用连续性采样法采集电压数据时，按照待测电芯的电压变化进行间隔采样，电压变化的间隔可以为0.001V到0.01V之间的任一值。
可选地，根据电压数据，确定对应的概率密度函数曲线，包括：
将电压数据划分为均匀的多个电压区间；
统计每个电压区间中的电压数据数量；
将各个电压数据数量拟合为一条概率密度函数曲线。
本实施例中，通过将电压数据划分为均匀的多个电压区间，并将各个电压区间中的电压数据数量拟合为一条概率密度函数曲线，便于检测人员能够通过该概率密度函数直观的观测待测电芯的电压变化情况，从而便于后续根据该概率密度函数中的目标峰来判断待测电芯是否析锂。
在一些实施例中，将电压数据均匀划分为若干个电压区间，对各个电压区间的数据进行计数，确定每个电压区间的电压数据数量，画出每个电压数据数量对应的直方图，将各个直方图拟合为一条分布曲线，从而得到概率密度函数曲线。其中，电压区间的个数为大于25，且小于或等于100中的任一值。分布曲线的类型可以为正态、对数正态、Weibull、Gamma、Lorentz或Kernel Smooth中的其中一种。
可选地，预设条件为峰的高度大于高度阈值；统计概率密度函数曲线中符合预设条件的目标峰的个数，包括：
查找出概率密度函数曲线中曲率的一阶导数为0的点作为峰；
将各个峰中最大的峰的高度乘以50%，获得高度阈值；
查找全部峰中高度大于高度阈值的峰作为目标峰；
统计查找出的目标峰的个数。
本实施例中，由于概率密度函数曲线的各个峰中高度大于高度阈值的峰，可能为待测电芯中存在的可逆的析锂再嵌入负极造成电压平台或电压升高所生成的峰值，也可能为待测电芯中不存在可逆的析锂时存在的唯一的峰值。因此查找全部峰中高度大于高度阈值的峰作为目标峰，并统计目标峰的个数，便于后续根据目标峰的个数确定待测电芯是否析锂。
在一些实施例中，查找出所述概率密度函数曲线中局部最大的点作为峰。
可选地，根据目标峰的个数，确定待测电芯是否析锂，包括：
若目标峰的个数小于预设值，则确定待测电芯未析锂；
若目标峰的个数大于或等于预设值，则确定待测电芯析锂。
本实施例中，预设值为2。由于概率密度函数曲线中的峰，可能为待测电芯中存在的可逆的析锂再嵌入负极造成电压平台或电压升高所生成的峰值，也可能为待测电芯中不存在可逆的析锂时存在的唯一的峰值。因此，当目标峰的个数大于或等于2时，说明该待测电芯中存在可逆的析锂，该待测电芯析锂；当目标峰的个数小于2时，说明该待测电芯中未存在可逆的析锂，该待测电芯未析锂。这样，通过目标峰的个数，能够直观的确定出待测电芯是否析锂，从而能够提高检测结果的准确性。
在一些实施例中，由于析锂的待测电芯，其析出的锂往往并不是完全的“死锂”，相当一部分析出的锂是可逆，在静置的过程中会重新进入负极的空位，由于电池的开路电压等于正极电势减去负极的电势，析出的一部分可逆的锂再进入负极会让负极的电位更低，这就会导致全电池的开路电压在静置的过程中，并不是一直衰减，而是会出现电压平台或电压升高的现象。通过将静置的电压曲线转化为概率密度函数曲线，可逆的析锂再嵌入所造成的电压平台或电压升高，会让概率密度函数曲线生成另外的峰值。因此，从未析锂的待测电芯中采集到的电压数据，确定出的概率密度函数曲线中目标峰为待测电芯的电压开始衰减前的唯一一个最高电压，因此，未析锂的待测电芯对应的目标峰的个数有且只有一个。而从析锂的待测电芯中采集到的电压数据，确定出的概率密度函数曲线中目标峰不仅有待测电芯的电压开始衰减前的唯一一个最高电压，还包括了可逆的析锂再嵌入负极造成电压平台或电压升高所生成的峰值电压，因此，析锂的待测电芯对应的目标峰的个数大于或等于2。因此，根据概率密度函数的峰的个数，即可判断出待测电芯是否析锂。
本发明通过将待测电芯充电后静置预设时长，获取待测电池静置时长内的电压数据，将电压数据转化为概率密度函数曲线，检测概率密度函数曲线峰的个数，根据峰的个数判断是否析锂。能够实现：1、不需要拆解电芯，只需要采集到待测电芯的充电后的静置电压数据，工序简单，检测成本低。2、对采样形式不敏感，对硬件系统要求低，而以往技术方案中，需要电压连续采样，以避免微分处理和差分处理中分母为零。3、不需要对概率密度函数曲线进行平滑，而以往技术方案中，进行微分处理或者差分处理，需要对微分曲线和差分曲线进行平滑处理才能得到有用的信息，该方法数据计算量更小；更适用于车载算力不高和实际工程检测等场景。4、本发明的方法只需要使用静置后的电压数据（不需要电流数据和其他数据），而现有的其他技术不仅需要电压、电流、SOC、SOH等数据和时间数据，而且需要求解微分、一阶导、二阶导等，这样会有很多噪声，需要进行平滑处理，相当于本发明的方法的抗干扰能力更强。5、现有技术方案，需要的数据类型较多，且对数据进行微分形式，一阶导和二阶导处理，会有噪声产生，就会造成对峰的形式判断有误差；而本发明的方法只用电压数据转化为概率密度函数曲线的形式杜绝了噪声的出现，进而对析锂的检测限更高，精度也更高。
在一些实施例中，首先，取待测电芯，由于该电芯为滥用后的电芯，充电到4.07V时，电压开始明显抖动并明显充不上去，先验思维判断待测电芯可能已发生析锂，遂将待测电芯直接静置4h，只需采集静置过程的电压数据，采样形式为离散电压采样，采样频率为2Hz。采集到的电压数据的电压分布曲线图如图2所示，其中，横坐标为时间（秒）Time(s)，纵坐标为电压（伏）Voltage（V）。其次，将采集到的电压数据均匀划分为50个电压区间，对落在各个电压区间的电压数据进行计数，并画出其直方图，对直方图拟合其分布曲线，拟合曲线类型为Kernel Smooth这种类型，拟合到的曲线即为概率密度函数曲线。该概率密度函数曲线如图3所示，利用各个电压区间的电压数据（例如：4.062伏、4.064伏、4.066伏等）进行计数，并画出每个电压数据的直方图，对直方图拟合其分布曲线。其中，横坐标为电压（伏）Voltage（V），纵坐标为数量Count。然后，利用局部最大法，将概率密度函数曲线中每个上升后下降处作为峰，并将最大的峰的高度乘以50%，获得高度阈值，将全部峰值中高度大于该高度阈值的峰作为目标峰。如图4所示，从概率密度函数曲线中检索到4个满足该预设条件的目标峰。最后，对检索到的概率密度函数曲线目标峰的个数进行判断，由于检索到4个目标峰，目标峰的个数大于或等于2（2为本技术方案中目标峰的检测限），即确定该待测电芯析锂。
在另一些实施例中，待测电芯为析锂电芯，该待测电芯充电4.15V时，电压开始明显抖动并明显充不上去，静置时间为2h，采样形式为连续电压采样，电压采样间隔为0.003V；将采集到的电压数据均匀划分的电压区间为80个，拟合曲线类型为Lorentz这种类型。对应的概率密度函数曲线如图5所示。寻峰方法为一阶导数，计算该概率密度函数曲线对应的一阶导数特征值，根据该一阶导数特征值的变化趋势，将一阶导数特征值由正变为负时对应曲线位置作为峰，并将最大的峰的高度乘以50%，获得高度阈值，将全部峰值中高度大于该高度阈值的峰作为目标峰。如图5所示，从概率密度函数曲线中检索到3个满足该预设条件的目标峰。由于检索到3个目标峰，目标峰的个数大于或等于本发明2个峰的检测限，即确定该待测电芯析锂。
在另一些实施例中，待测电芯为正常电芯，能充电到4.2V。对应的概率密度函数曲线如图6所示，通过查找出概率密度函数曲线中曲率的一阶导数为0的点作为峰，即检测到1个满足预设条件的目标峰，该目标峰的个数小于或等于本技术方案2个峰的检测限，即确定该待测电芯未析锂，该待测电芯为正常电芯。
如图7所示，本发明提供了一种无损检测析锂的系统，包括：
采集模块，用于采集待测电芯充电后静置预设时长内的电压数据；
第一确定模块，用于根据电压数据，确定对应的概率密度函数曲线；
统计模块，用于统计概率密度函数曲线中符合预设条件的目标峰的个数；其中，目标峰表示可逆的析锂再嵌入负极造成电压平台或电压升高所生成的峰值，或待测电芯充电完成时的电压值；
第二确定模块，用于根据目标峰的个数，确定待测电芯是否析锂。
可选地，采集模块，具体用于：
当待测电芯充电到100%SOC或电芯充电截止后，静置待测电芯预设时长；
每间隔设定时长采集预设时长内待测电芯的电压数据。
可选地，第一确定模块，具体用于：
将电压数据划分为均匀的多个电压区间；
统计每个电压区间中的电压数据数量；
将各个电压数据数量拟合为一条概率密度函数曲线。
可选地，统计模块，具体用于：
查找出概率密度函数曲线中曲率的一阶导数为0的点作为峰；
将各个峰中最大的峰的高度乘以50%，获得高度阈值；
查找全部峰中高度大于高度阈值的峰作为目标峰；
统计查找出的目标峰的个数。
可选地，第二确定模块，具体用于：
若目标峰的个数小于预设值，则确定待测电芯未析锂；
若目标峰的个数大于或等于预设值，则确定待测电芯析锂。
本发明实施例的一种计算设备，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程序，处理器执行程序时实现上述一种无损检测析锂的方法的部分或全部步骤。
其中，计算设备可以选用电脑，相对应地，其程序为电脑软件，且上述关于本发明的一种计算设备中的各参数和步骤，可参考上文中一种无损检测析锂的方法的实施例中的各参数和步骤，在此不做赘述。
本发明实施例中一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有指令，当指令在运行时，执行上述的一种无损检测析锂的方法的步骤。
其中，计算机可读存储介质可以是暂态计算机可读存储介质，也可以是非暂态计算机可读存储介质。
本公开实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括一个或多个指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本公开实施例方法的全部或部分步骤。而前述的计算机可读存储介质可以是非暂态计算机可读存储介质，包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等多种可以存储程序代码的介质，也可以是暂态计算机可读存储介质。
所属技术领域的技术人员知道，本发明可以实现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本公开可以具体实现为以下形式，即：可以是完全的硬件、也可以是完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，还可以是硬件和软件结合的形式，本文一般称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，在一些实施例中，本发明还可以实现为在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质中包含计算机可读的程序代码。计算机可读存储介质例如可以是但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种无损检测析锂的方法，其特征在于，包括：
采集待测电芯充电后静置预设时长内的电压数据；
根据所述电压数据，确定对应的概率密度函数曲线；
统计所述概率密度函数曲线中符合预设条件的目标峰的个数；
根据所述目标峰的个数，确定所述待测电芯是否析锂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集待测电芯充电后静置预设时长内的电压数据，包括：
当待测电芯充电到100%SOC或电芯充电截止后，静置所述待测电芯预设时长；
每间隔设定时长采集所述预设时长内所述待测电芯的电压数据。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述电压数据，确定对应的概率密度函数曲线，包括：
将所述电压数据划分为均匀的多个电压区间；
统计每个电压区间中的电压数据数量；
将各个所述电压数据数量拟合为一条概率密度函数曲线。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设条件为峰的高度大于高度阈值；所述统计所述概率密度函数曲线中符合预设条件的目标峰的个数，包括：
查找出所述概率密度函数曲线中曲率的一阶导数为0的点作为峰；
将各个所述峰中最大的峰的高度乘以50%，获得高度阈值；
查找全部所述峰中高度大于所述高度阈值的峰作为目标峰；
统计查找出的目标峰的个数。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标峰的个数，确定所述待测电芯是否析锂，包括：
若所述目标峰的个数小于预设值，则确定所述待测电芯未析锂；
若所述目标峰的个数大于或等于预设值，则确定所述待测电芯析锂。
6.一种无损检测析锂的系统，其特征在于，包括：
采集模块，用于采集待测电芯充电后静置预设时长内的电压数据；
第一确定模块，用于根据所述电压数据，确定对应的概率密度函数曲线；
统计模块，用于统计所述概率密度函数曲线中符合预设条件的目标峰的个数；
第二确定模块，用于根据所述目标峰的个数，确定所述待测电芯是否析锂。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述采集模块，具体用于：
当待测电芯充电到100%SOC或电芯充电截止后，静置所述待测电芯预设时长；
每间隔设定时长采集所述预设时长内所述待测电芯的电压数据。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第一确定模块，具体用于：
将所述电压数据划分为均匀的多个电压区间；
统计每个电压区间中的电压数据数量；
将各个所述电压数据数量拟合为一条概率密度函数曲线。
9.一种计算设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至5任一项所述的一种无损检测析锂的方法的步骤。
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中存储有指令，当所述指令在终端设备上运行时，使得所述终端设备执行如权利要求1至5任一项所述的一种无损检测析锂的方法的步骤。
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