一种锂电池健康寿命模型构建方法技术

本发明专利技术公开了一种锂电池健康寿命模型构建方法，用于锂电池老化程度识别，首先，对锂电池进行健康寿命测试实验；然后，根据所述测试实验数据，构建锂电池健康因子；最后，根据上述所构建的健康因子建立锂电池健康寿命模型，从而实现锂电池健康状态预测；在进行健康寿命测试实验时，依次在25℃、40℃、10℃和55℃四个温度点，进行基本性能测试；然后，在55℃进行加速老化测试；当静态容量测试值下降至额定容量的75%时实验结束；本发明专利技术开展基于测试实验数据间接获取锂电池性能参数，研究如何从中提取健康特征实现锂电池老化程度识别，可用于实现锂电池健康状态预测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂电池领域，特别涉及一种锂电池健康寿命模型构建方法，应用于锂电池老化程度识别。
技术介绍
锂离子电池(简称锂电池)凭借重量轻、体积小、寿命长、电压高、无污染等优势逐步取代铅酸、镍氢、镍镉等蓄电池，成为电动汽车动力电池的首选。当汽车锂电池组的荷电能力降低到原有容量80％左右时，不再适合继续在电动汽车中使用，若将这些锂电池组报废进行回收处理，未能实现物尽其用，将造成极大的资源浪费。在锂电池外观完好、没有破损、各功能元件有效的情况下，可探讨进行锂电池的梯次回收再利用，锂电池梯次利用示意图如图1所示。概括地讲，可将锂电池的回收再利用分为四个梯度，其中第一梯度为在电动汽车、电动自行车等电动装置中应用；第二梯度为第一梯度退役的锂电池，可应用于电网、新能源发电、UPS等储能装置中；第三梯度为低端用户等其它方面的应用；第四梯度对电池进行拆解回收。然而，退役锂电池组中各单体电池的有效容量存在差异，若要实现合理的梯次利用，需对其SOH(锂电池的健康状态)和性能进行重新评估，以决定其适用的梯度范围。那么如何在离线状态下准确地估计退役锂电池SOH，判别出其性能差异，成为锂电池梯次回收再利用的关键技术之一。在研究锂电池寿命特性和老化机理的基础上，选取适合的健康因子、提取可靠的锂电池健康特征，并建立完善的健康寿命模型，是实现梯次利用锂电池SOH精准评估的可靠保证，也是亟待解决的关键技术之一。依据健康状态定义，以锂电池当前静态容量作为健康因子是最为简单、有效、可靠的健康状态判别方法。但在实际工程应用中，多变的测试环境、受限的测试条件、有限的测试时间等因素，决定了很难直接获取锂电池有效容量信息。因此，开展基于测试实验数据间接获取锂电池性能参数，研究如何从中提取健康特征实现锂电池老化程度识别，是锂电池梯次利用急需解决的关键技术之一。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是从分析常用锂电池健康因子入手，通过处理与分析锂电池基本性能测试实验数据发现，内阻-SOC曲线可用于表征锂电池健康状态，进而设计了基于单体电池的健康状态测试实验，采用在线辨识法从实验数据中提取了相关健康特征数据并构建健康因子，以此建立了锂电池健康寿命模型，从而实现锂电池健康状态预测。本专利技术的技术方案为：提供一种锂电池健康寿命模型构建方法，用于锂电池老化程度识别，其特征在于，包括如下步骤：(a)对锂电池进行健康寿命测试实验；(b)根据所述测试实验数据，构建锂电池健康因子；(c)根据上述所构建的健康因子建立锂电池健康寿命模型，从而实现锂电池健康状态预测。对锂电池进行健康寿命测试实验的步骤，进一步包括以下步骤：(a)依次在25℃、40℃、10℃和55℃四个温度点，进行基本性能测试；(b)在55℃进行加速老化测试；(c)当静态容量测试值下降至额定容量的75％时实验结束，否则，返回步骤(a)。所述基本性能测试进一步包括：(a)静态容量测试，得到当前锂电池的有效容量；(b)不同电流倍率测试，验证锂电池在不同放电电流倍率下的容量保持率；(c)开路电压测试，获取锂电池建模所需的OCV-SOC曲线；OCV表示开路电压，SOC表示锂电池荷电状态；(d)动态内阻测试，验证锂电池动态内阻变化过程；(e)动态应力测试(DST)，以在实验室中模拟电池在电动汽车中的动态运行工况；(f)北京公交动态应力测试(BBDST)，得到针对中国的锂电池动态运行工况；(g)CD/CS工况测试，基于混合动力电动汽车行驶模式，测试电池运行工况；CD表示电量消耗模式，CS表示电量保持模式。选取0.2C、0.5C、1C、2C、2.5C五种放电电流倍率。加速老化测试进一步包括：(a)以1.5C倍率进行CCCV充电；CCCV表示先恒流充电，达到某一个值时，再进行恒压充电；(b)静置10min；(c)以2.5C倍率进行电流放电；(d)静置10min；(e)返回步骤(a)，直至循环达到50次，则结束。所述锂电池的健康因子包括：均值内阻健康因子，最小内阻健康因子，内阻-SOC曲线健康因子。构建均值内阻健康因子时，选取SOC为20％～80％范围的内阻为研究对象，对此范围内阻求平均值以构建均值内阻健康因子；SOC表示锂电池荷电状态。构建最小内阻健康因子时，选取SOC为20％～80％范围的内阻为研究对象，此范围的内阻-SOC曲线的顶点表示为锂电池最小内阻值，以此构建最小内阻健康因子。所述锂电池的健康寿命模型包括：均值内阻健康寿命模型，最小内阻健康寿命模型，内阻-SOC曲线健康寿命模型。本专利技术的有益效果是：本专利技术基于锂电池健康寿命测试实验数据，研究了如何从中提取健康特征数据的方法，根据这些方法构建了均值内阻、最小内阻和内阻-SOC曲线健康因子，在此基础上分别建立了基于均值内阻、最小内阻和内阻-SOC曲线三种健康因子的健康寿命模型，为进一步研究梯次利用锂电池测试方法和健康状态预测奠定了实验和理论基础。附图说明图1锂电池健康寿命实验测试流程图；图2OCV-SOC曲线拟合图；图3不同环境温度下均值内阻与SOH关系曲线图；图4不同SOH状态下环境温度与均值内阻关系曲线图；图5内阻-SOC曲线图；图6as健康因子构建过程示意图；图7基于均值内阻的健康寿命模型；图8基于最小内阻的健康寿命模型；图9基于as的健康寿命模型。具体实施方式通常所研究的循环寿命、日历寿命主要以循环次数或存放时间为基准，在考虑不同影响因素下设计测试实验计划，然而锂电池在离线状态下无法获取循环次数、运行时间等相关数据，因此本专利技术以健康因子--动态内阻为研究对象，设计了锂电池健康寿命测试实验，寻求动态内阻与锂电池健康状态之间的关系，实验测试流程图如图1所示，主要包括单体电池基本性能测试和加速老化测试。单体电池基本性能测试时，动态内阻测试选择不同放电间歇时间(5s、10s、20s、30s、1min)，为验证不同环境温度锂电池性能，考虑上海市室温变化范围以及锂电池实际工作温度范围，本专利技术选取10℃、25℃、40℃和55℃四个温度点；为加速锂电池老化速率设计了加速老化测试实验，在高温55℃下以大倍率电流循环50次。整个测试实验对多个全新18650型锂电池同时进行，其健康状态均以25℃时静态容量测试值为基准，当静态容量测试值下降至额定容量的75％时实验结束。为满足锂电池建模的需要、产生足够丰富的激励信号，设计了锂电池基本性能测试实验，实验测试流程图如图1所示，被测对象为本专利技术所选全新18650型磷酸铁锂电池。整个测试由以下子测试实验组成：静态容量测试、不同电流倍率测试、OCV测试、动态内阻测试、DST工况测试、BBDST工况测试和CD/CS工况测试。1.静态容量测试是为了测试当前锂电池的有效容量，连续三次静态容量测试后求均值，以保证得到可靠的有效容量。实验测试时需将被测锂电池置于恒温箱内，控制箱内温度恒定为一特定值，静置1小时(Hour,h)以上，使电池达到热平衡状态，然后以标准电流0.5C恒流将电池充电至3.6V，再以3.6V恒压充电至截止电流20mA为止，再静置1h以上，最后以0.5C恒流将电池放电至截止电压2V结束。以上测试过程即为一次静态容量测试，重复此过程三次完成测试。2.不同电流倍率测试的目的是为了验证锂电池在不同放电电流倍率下的容量保持率，根据被测锂电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂电池健康寿命模型构建方法，用于锂电池老化程度识别，其特征在于，包括如下步骤：（a）对锂电池进行健康寿命测试实验；（b）根据所述测试实验数据，构建锂电池健康因子；（c）根据上述所构建的健康因子建立锂电池健康寿命模型，从而实现锂电池健康状态预测。

【技术特征摘要】
1.一种锂电池健康寿命模型构建方法，用于锂电池老化程度识别，其特征在于，包括如下步骤：（a）对锂电池进行健康寿命测试实验；（b）根据所述测试实验数据，构建锂电池健康因子；（c）根据上述所构建的健康因子建立锂电池健康寿命模型，从而实现锂电池健康状态预测。2.根据权利要求1所述的锂电池健康寿命模型构建方法，其特征在于，对锂电池进行健康寿命测试实验的步骤，进一步包括以下步骤：（a）依次在25℃、40℃、10℃和55℃四个温度点，进行基本性能测试；（b）在55℃进行加速老化测试；（c）当静态容量测试值下降至额定容量的75%时实验结束，否则，返回步骤（a）。3.根据权利要求2所述的锂电池健康寿命模型构建方法，其特征在于，所述基本性能测试进一步包括：（a）静态容量测试，得到当前锂电池的有效容量；（b）不同电流倍率测试，验证锂电池在不同放电电流倍率下的容量保持率；（c）开路电压测试，获取锂电池建模所需的OCV-SOC曲线；OCV表示开路电压，SOC表示锂电池荷电状态；（d）动态内阻测试，验证锂电池动态内阻变化过程；（e）动态应力测试（DST），以在实验室中模拟电池在电动汽车中的动态运行工况；（f）北京公交动态应力测试（BBDST），得到针对中国的锂电池动态运行工况；（g）CD/CS工况测试，基于混合动力电动汽车行驶模式，测试电池运行工况；CD表示电量消耗模式，CS表示电量保持...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙冬，许爽，岳永胜，尚展垒，吴青娥，顾冬华，韩振宇，
申请(专利权)人：郑州轻工业学院，
类型：发明
国别省市：河南;41