一种在线检测锂离子电池健康状态的方法技术

本发明专利技术涉及一种在线检测锂离子电池健康状态的方法，所述方法根据简化的能量平衡模型和锂离子电池的实时运行工况曲线，通过一系列的数值拟合方法可以方便地计算出对应的电池内阻和平均极化电压这两个特征参数，并根据这两个特征参数结合标准数据库来实时判断在线运行的电池健康状态。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及一种检测电池健康状态的方法，更具体涉及一种在线检测锂离子电池健康状态的方法。
技术介绍
：锂离子电池因具有能量密度高、功率特性好、循环寿命长、环境适应性好、无记忆效应等优点，已经在储能领域得到的广泛的应用。但锂离子电池毕竟是一个能量载体，在使用过程中，由于使用不当或者严苛的使用条件，都可能引发电池的热失控，造成安全事故，因此，锂离子电池在使用过程时，必须对电池的健康状态进行检测，以确保其使用的安全性。电池的健康状态由很多电池性能参数共同决定,这些参数包括：电池的开路电压、极化电压、内阻、容量、能量、荷电保持能力、寿命、环境适应性、倍率性能等，在这些参数中，电池内阻和极化电压能综合反映电池的电池的健康状态，是两个重要的特征参量。目前对电池健康的状态的检测都是离线的方式，即将电池从电动汽车或储能系统中取出，通过高精度充放电测试仪、定频内阻仪等设备测量电池的各个参数，以此来判断电池的健康状态，但这种方法要将电池从电动汽车或储能系统中取出，势必会在一定程度上影响电动汽车和储能的运行，同时由于电动汽车和储能系统中都包含大量的电池，就是造成检测时间长、成本高等问题，并且这种检测也不能及时的反映电池在运行过程中的健康状态。故提出一种在线检测锂离子电池健康状态的方法以克服上述缺点。
技术实现思路
：本专利技术的目的是提供一种在线检测锂离子电池健康状态的方法，所述方法有效检测了锂离子电池的健康状态并提高了电池系统的利用效率。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种在线检测锂离子电池健康状态的方法，所述方法包括以下步骤：(1)建立锂离子电池能量平衡模型；(2)确定电池的特征参量内阻和极化电压；(3)所述电池健康状态的在线检测。本专利技术提供的一种在线检测锂离子电池健康状态的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的模型通过可逆电极反应热测量法确定。本专利技术提供的一种在线检测锂离子电池健康状态的方法，所述可逆电极反应热测量法确定模型的过程包括以下步骤：(1-1)将电池放在30℃恒温条件下搁置5小时；(1-2)1放电倍率恒流充电至充电截止电压，恒压充电至电流减小到0.02放电倍率，并搁置1小时后在以1放电倍率放电至放电截止电压，测量电池放电容量；(1-3)将所述电池充电至10％电池剩余容量作为起始状态，将所述电池搁置1小时使温度稳定；(1-4)用恒定电流I1对电池进行充电，充电时间为t1，得到在此段时间内电池的充电能量Jcharge；(1-5)将此时的所述电池在30℃恒温条件下搁置1小时；(1-6)用相同电流I2＝I1对所述电池进行放电，放电相同的时间t2＝t1，得到在此段时间内电池的放电能量Jdischarge；(1-7)确定模型方程。本专利技术提供的另一优选的一种在线检测锂离子电池健康状态的方法，根据理想状态下的能量守恒得到所述步骤(1-7)中模型方程为：Jcharge+I1(∂E∂T)pTt1=I12Rt1+ηI1t1+Jdischarge+I2(∂E∂T)pTt2+I22Rt2+ηI2t2]]>其中，方程左边为电池吸收的能量，电池充电时可逆电极反应为吸热；方程右边为电池放出的能量，在所述电池充放电过程中的焦耳热与极化热都表现为放热；E为反应的活化能，T为反应的绝对温度，p表示反应在恒压条件下进行，R为电池内阻，η为极化电压。本专利技术提供的再一优选的一种在线检测锂离子电池健康状态的方法，由于I2＝I1和t2＝t1；将所述模型方程简化为下式：ΔJ＝Jcharge-Jdischarge＝2I2Rt+2ηIt其中，t为电池充电或放电时间，t＝t1＝t2；I为电池充电或放电电流，I＝I1＝I2。本专利技术提供的又一优选的一种在线检测锂离子电池健康状态的方法，所述步骤(2)中内阻和极化电压通过不同电流和时间下所述电池充放电热损失的数据极性拟合得到。本专利技术提供的又一优选的一种在线检测锂离子电池健康状态的方法，简化的所述模型方程中时间t与热损失△J呈线性关系，选取t为变量，得到下式：ΔJ＝(I2R+ηI)t其中，时间t与热损失△J的图像应为过原点的直线，并且斜率为I2R+ηI。本专利技术提供的又一优选的一种在线检测锂离子电池健康状态的方法，以时间t为变量，做出相同电流下△J与t的图像，通过对数据进行过原点的线性拟合，得到在不同充放电电流下的斜率值A，根据公式：A＝I2R+ηI，得到电流I与斜率A呈过原点的二次函数关系；从而通过数据拟合得到电池的电阻R值及极化电压η值。本专利技术提供的又一优选的一种在线检测锂离子电池健康状态的方法，所述步骤(3)中的检测过程为：建立电动汽车或储能系统中的不同型号电池在正常容量衰减情况和不同使用条件下的电阻R值及极化电压η值的标准数据库；通过确定被检测电池的电阻R值及极化电压η值与所述标准数据库中的值作对比，判断所述被检测电池的健康状态。本专利技术提供的又一优选的一种在线检测锂离子电池健康状态的方法，所述不同使用条件包括不同电流、电压和温度；判断准则是通过截取电池充放电反应过程中的一段曲线，计算电池的电阻R值及极化电压η值，并将这两个值与标准数据库中电池在正常容量衰减情况和不同使用条件下的电阻R值及极化电压η值进行比对，来确定电池的健康状态。和最接近的现有技术比，本专利技术提供技术方案具有以下优异效果1、本专利技术方法中提出了一种用于检测电池健康状态的锂离子电池能量平衡模型，该模型简单易用；2、本专利技术的方法.利用能量平衡模型，拟合电池特征参量，实现了电池健康状态的在线实时检测，提高了检测效率；3、本专利技术的方法利用该在线检测方法，提高了电池系统的利用效率；4、本专利技术的方法检测更加准确；5、本专利技术的方法预防电池热失控和安全事故的发生，确保其使用的安全性。附图说明图1为本专利技术的方法流程图；图2为本专利技术方法的充放电过程中电流与时间的关系图；图3为本专利技术方法的充放电具体时间及每个时间下充放电电流大小图；图4为本专利技术方法的热损失△J与时间t的线性关系图；图5为本专利技术方法的电流I与斜率A的关系及拟合曲线图。具体实施方式下面结合实施例对专利技术作进一步的详细说明。实施例1：如图1-5所示，本例的专利技术提供一种在线检测锂离子电池健康状态的方法；其中，所述锂离子电池作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在线检测锂离子电池健康状态的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：(1)建立锂离子电池能量平衡模型；(2)确定电池的特征参量内阻和极化电压；(3)所述电池健康状态的在线检测。

【技术特征摘要】
1.一种在线检测锂离子电池健康状态的方法，其特征在于：所述方法包括
以下步骤：
(1)建立锂离子电池能量平衡模型；
(2)确定电池的特征参量内阻和极化电压；
(3)所述电池健康状态的在线检测。
2.如权利要求1所述的一种在线检测锂离子电池健康状态的方法，其特征
在于：所述步骤(1)中的模型通过可逆电极反应热测量法确定。
3.如权利要求2所述的一种在线检测锂离子电池健康状态的方法，其特征
在于：所述可逆电极反应热测量法确定模型的过程包括以下步骤：
(1-1)将电池放在30℃恒温条件下搁置5小时；
(1-2)1放电倍率恒流充电至充电截止电压，恒压充电至电流减小到0.02
放电倍率，并搁置1小时后在以1放电倍率放电至放电截止电压，测量电池
放电容量；
(1-3)将所述电池充电至10％电池剩余容量作为起始状态，将所述电池搁
置1小时使温度稳定；
(1-4)用恒定电流I1对电池进行充电，充电时间为t1，得到在此段时间内
电池的充电能量Jcharge；
(1-5)将此时的所述电池在30℃恒温条件下搁置1小时；
(1-6)用相同电流I2＝I1对所述电池进行放电，放电相同的时间t2＝t1，得到
在此段时间内电池的放电能量Jdischarge；
(1-7)确定模型方程。
4.如权利要求3所述的一种在线检测锂离子电池健康状态的方法，其特征

\t在于：根据理想状态下的能量守恒得到所述步骤(1-7)中模型方程为：
Jcharge+I1(∂E∂T)pTt1=I12Rt1+ηI1t1+Jdischarge+I2(∂E∂T)pTt2+I22Rt2+ηI2t2]]>其中，方程左边为电池吸收的能量，电池充电时可逆电极反应为吸热；方
程右边为电池放出的能量，在所述电池充放电过程中的焦耳热与极化热都表现
为放热；E为反应的活化能，T为反应的绝对温度，p表示反应在恒压条件下进
行，R为电池内阻，η为极化电...

【专利技术属性】
技术研发人员：官亦标，范茂松，邱新平，刘家亮，王绥军，金翼，
申请(专利权)人：国家电网公司，中国电力科学研究院，清华大学，国网山东省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11