一种基于交流阻抗测试动力锂离子电池SOH的估算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于交流阻抗测试动力锂离子电池SOH的估算方法，包含以下步骤：以1C到0.5C之间任一恒定电流对电池进行充电，再以0.1C到0.05C之间任一恒定电流对电池进行放电；在电池放电到0电荷状态时对电池进行交流阻抗测试，并拟合出的电池的电荷转移阻抗；在Origin9中拟合出容量衰减曲线以及电荷转移阻抗曲线；根据电荷转移阻抗递增曲线对出容量衰减曲线进行修正，建立出电池健康状况SOH随循环圈数变化的估算函数，计算出可供所述同类型电池健康状况的判断依据。本发明专利技术的方法，加入电荷转移阻抗对SOH进行估算，估算结果更加精确，且不需要拆解电池。

An estimation method of SOH for power lithium ion batteries based on AC impedance measurement

The invention discloses a method for estimating the AC impedance test of power lithium ion battery based on SOH, which comprises the following steps: from 1C to 0.5C between any constant current to charge the battery, then 0.1C to 0.05C between any constant current discharge of the battery; according to AC impedance test on battery state of charge to 0 in battery discharge the charge, and fitted the battery transfer impedance; fitting capacity attenuation curve and charge transfer impedance curve in Origin9; according to the charge transfer impedance curve of increasing capacity attenuation curves of the modified estimation function established battery health status of SOH with the number of cycles change, calculated according to the judgment for the same type battery health. The method of the invention adds the charge transfer impedance to estimate the SOH, and the estimation result is more accurate, and the disassembly of the battery is unnecessary.

【技术实现步骤摘要】
一种基于交流阻抗测试动力锂离子电池SOH的估算方法
本专利技术涉及锂离子电池健康状态估算领域，具体涉及一种基于交流阻抗测试动力锂离子电池SOH的估算方法。
技术介绍
随着电动汽车(EDVs)的迅猛发展，包括纯电动汽车(BEV)、混合动力汽车(HEV)和插电式混合动力汽车(PHEV)，电池技术得到世界范围的重视和关注。因此，基于现有的电池技术，一个重要的研究领域是提高电池在电动汽车中的使用效率和寿命。目前动力锂离子电池作为纯电动汽车最优的解决方案，其仍然有潜在过充电过放电引发安全事故的风险。准确的估算电池的健康状态SOH(StateofCharge)是一个保证电动车安全运行的关键技术。伴随电池循环圈数增加，电池容量衰减，内阻增大，电池的健康状态SOH能代表电池的老化程度。现有电池的健康状态SOH有多种定义方法，例如通过电池当前容量和初始容量的比值定义，即其中C为电池当前容量，C0为电池初始容量。目前也有根据电池内阻、功率密度和能量密度来定义SOH的算法。电池容量衰减的主要原因在于电池正极活性材料的损失，电池负极材料的损失，电池电解液的损失和电池隔膜的老化所导致。不同类型电池的在不同的循环充放电制式的情况下电池的容量衰减的机制也不相同。目前阶段在对电池健康状态SOH估算的时候，仅仅估算电池容量衰减的幅度，并无法从电池容量衰减的机理来判断电池内部阻抗的变化。现阶段对电池容量衰减机理的深入研究，通常将电池进行拆解，将正负极活性材料进行SEM(ScanningElectronMicroscope，扫描电子显微镜)，EDS(EnergyDispersiveSpectroscopy)能量色散谱测试，分析电极活性材料的衰减情况，从而推断电池的衰减机理。这种方法在实际电动汽车所使用的动力锂离子电池并没有可行性，拆解电池的方法使得电池无法使用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于交流阻抗测试动力锂离子电池SOH的估算方法。本专利技术的目的通过以下的技术方案实现：一种基于交流阻抗测试动力锂离子电池SOH的估算方法，包含以下顺序的步骤：S1.以1C到0.5C之间任一恒定电流对电池进行充电，再以0.1C到0.05C之间任一恒定电流对电池进行放电，并记录每圈放电过程放出的电量；S2.在电池放电到0电荷状态时对电池进行交流阻抗测试，取中频0.25Hz～1.2KHz交流阻抗曲线在NOVA1.1中拟合出的电池的电荷转移阻抗；S3.根据每圈放电电量、电荷转移阻抗、圈数作为估算函数的输入参数，在0rigin9中拟合出容量衰减曲线以及电荷转移阻抗曲线；S4.根据电荷转移阻抗递增曲线对出容量衰减曲线进行修正，建立出电池健康状况SOH随循环圈数变化的估算函数，计算出可供所述同类型电池健康状况的判断依据。所述的估算函数，定义为SOH＝1-C·Rct，其中C为容量衰减曲线，Rct为电池的电荷转移阻抗。所述的基于交流阻抗测试动力锂离子电池SOH的估算方法，还包括步骤S5，验证估算方法的准确性：所述电池的剩余容量和所述真实值之间的标准误差符合以下回归方程的显著性检验且误差小于7％：其中，为所述电池的剩余容量的估算值，CAhi为所述电池的剩余容量的真实值，为所述电池的剩余容量的估算值，i为循环圈数，表示电池循环圈数从1到i的i个采集点；误差技术满足方程：本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：本专利技术在传统电池健康状态SOH估算中加入电荷转移阻抗进行修正。电荷转移阻抗有别于目前的对于电池内阻的修正方法，将内阻中的随循环圈数变化不大的纯欧姆阻抗剔除，对电池健康状态SOH估算更加精确，同时不需要拆解电池，保持电池的完整性。附图说明图1为本专利技术所述的一种基于交流阻抗测试动力锂离子电池SOH的估算方法的流程图；图2为图1所述方法中的电池容量变化曲线图；图3为图1所述方法中电池电荷转移阻抗与电池循环次数关系曲线；图4为图1所述方法中经过1700次充放电循环后点电池电荷转移阻抗的估计值和真实值的对比图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。如图1，一种基于交流阻抗测试动力锂离子电池SOH的估算方法，包含以下顺序的步骤：S1.以1C到0.5C之间任一恒定电流对电池进行充电，再以0.1C到0.05C之间任一恒定电流对电池进行放电，并记录每圈放电过程放出的电量；S2.在电池放电到0电荷状态时对电池进行交流阻抗测试，取中频0.25Hz～1.2KHz交流阻抗曲线在NOVA1.1中拟合出的电池的电荷转移阻抗；S3.根据每圈放电电量、电荷转移阻抗、圈数作为估算函数的输入参数，在Origin9中拟合出容量衰减曲线以及电荷转移阻抗曲线；S4.根据电荷转移阻抗递增曲线对出容量衰减曲线进行修正，建立出电池健康状况SOH随循环圈数变化的估算函数，计算出可供所述同类型电池健康状况的判断依据；所述的估算函数，定义为SOH＝1-C·Rct，其中C为容量衰减曲线，Rct为电池的电荷转移阻抗。S5.验证估算方法的准确性：所述电池的剩余容量和所述真实值之间的标准误差符合以下回归方程的显著性检验且误差小于7％：其中，为所述电池的剩余容量的估算值，CAhi为所述电池的剩余容量的真实值，为所述电池的剩余容量的估算值，i为循环圈数，表示电池循环圈数从1到i的i个采集点；误差技术满足方程：通常实施使用中的电动车动力型锂离子电池，其放电制式由实际电动车运行方式和路况决定，从而非常复杂没有规律。而放电到0电量时静置一段时间电池内部电化学系统区域稳定，因此，通过对电池交流阻抗测试可以非侵入式的检测电池的内部信息，进而分析电池容量的变化情况。下面进一步具体实施例对技术方案进行说明，如图1、2、3、4，一种基于交流阻抗测试动力锂离子电池SOH的估算方法，包含以下顺序的步骤：步骤S1：以恒定0.5C电流对电池进行充电，电池电压稳定在4.2V时，充电电流减小到0.01C视为电池充电充满；以0.05C对电池进行放电，电池电压降低到2.5V视为电池放电到0电量，同时记录放出的电量；考虑到电池正极和负极材料的多样性，在本专利技术的实施例中以应用最广泛的钴酸锂为正极，石墨为负极的18650锂离子电池为例进行说明；需要说明的是，本专利技术实施例亦可以使用其他不同的正极和负极材料的电池；图2为的电池容量变化曲线图；根据本专利技术一个实施例的钴酸锂为正极，石墨为负极的18650动力锂离子电池不同衰减情况下的容量变化曲线：其中一条曲线为电池经历1700次充放电循环过程记录的电池容量；另外一条曲线为电池容量变化曲线在Origin9中根据玻尔兹曼函数进行修正，得到电池容量衰减公式：本示例公式为实际不同型号、品牌电池得出电池容量衰减公式不同，本公式旨在对测试中同型号电池负责；其中，C为电池实际容量，x为循环圈数；步骤S2：获取1，5，10，15，20，25……循环圈数中电池0电量时的中频0.25Hz～1.2KHz交流阻抗曲线，通过NOVA1.1电化学软件拟合出电荷转移阻抗，无损的非侵入性的得到电池内部的变化情况，同时在Origin9中拟合出电荷转移阻抗与循环圈数关系曲线；如图3，其中一条曲线为电荷转移阻抗与循环圈数关系曲线在Origin9中根据玻尔兹曼函数进行修正，得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于交流阻抗测试动力锂离子电池SOH的估算方法，其特征在于，包含以下顺序的步骤：S1.以1C到0.5C之间任一恒定电流对电池进行充电，再以0.1C到0.05C之间任一恒定电流对电池进行放电，并记录每圈放电过程放出的电量；S2.在电池放电到0电荷状态时对电池进行交流阻抗测试，取中频0.25Hz～1.2KHz交流阻抗曲线在NOVA1.1中拟合出的电池的电荷转移阻抗；S3.根据每圈放电电量、电荷转移阻抗、圈数作为估算函数的输入参数，在Origin9中拟合出容量衰减曲线以及电荷转移阻抗曲线；S4.根据电荷转移阻抗递增曲线对容量衰减曲线进行修正，建立电池健康状况SOH随循环圈数变化的估算函数，计算出可供同类型电池健康状况的判断依据；所述的估算函数，定义为SOH＝1‑C·R

【技术特征摘要】
1.一种基于交流阻抗测试动力锂离子电池SOH的估算方法，其特征在于，包含以下顺序的步骤：S1.以1C到0.5C之间任一恒定电流对电池进行充电，再以0.1C到0.05C之间任一恒定电流对电池进行放电，并记录每圈放电过程放出的电量；S2.在电池放电到0电荷状态时对电池进行交流阻抗测试，取中频0.25Hz～1.2KHz交流阻抗曲线在NOVA1.1中拟合出的电池的电荷转移...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟善，张远明，胡佳娜，蔡燕凤，邱显焕，熊恋文，陈彦霖，王英博，郭均盛，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东,44