钛酸锂电池健康状态估算系统及方法技术方案

本发明专利技术提供的钛酸锂电池健康状态估算系统及方法，所述方法包括：以恒定电流对电池进行充/放电，并记录充放电循环放出的电量；计算选取的充放电循环对应的比热容；求电池健康状态与比热容的关系曲线并验证准确性；估测电池健康状态的趋势。本申请提供的技术方案利用钛酸锂电池在衰减过程中的比热容的变化对其进行修正，既体现了传统的老化因素对电池健康状态的影响，又加入了比热容修正因子，从而使得新的电池健康状态预测模型对钛酸锂电池的健康状态有了更准确地预测，提高了模型的精准度。

【技术实现步骤摘要】
钛酸锂电池健康状态估算系统及方法
本专利技术涉及健康状态估算领域，具体讲涉及钛酸锂电池健康状态估算系统及方法。
技术介绍
风电、太阳能等可再生能源在转化为电能时存在的间歇和不可控等特性，导致其大规模接入电网时会对电网的安全稳定产生严重影响，因此需要储能技术来实现动态供需平衡以及提供调峰调频等辅助服务。已有的众多储能技术中，锂离子电池以其具有能量密度高、循环寿命长、环境友好等特点而得到广泛使用。但与此同时，锂离子电池的安全问题也日益突出。如何准确的估算电池的健康状态(SOH，StateofHealth)是保证锂离子电池安全运行的关键。锂电池的SOH是指锂电池当前的容量能力，表征在一定条件下，锂电池所能充入或放出的电量与电池标称容量的百分比.此外还可根据电池的内阻、功率密度和能量密度来定义。如式①所示的公式来定义，随着锂电池循环次数和存储时间的累积，电池的容量会逐渐降低(老化),从而锂电池的健康状态也逐渐下降。电池SOH在存储过程中的下降是指电池存储过程中由电池自放电、电池材料特性变化等引起的电池老化现象；电池SOH在循环使用过程中的下降是指电池使用(充电和放电)过程中电化学反应和电池材料特性变化引起的电池老化现象。因此根据电池不同的老化机理，可以采用不同的建模方式对电池的SOH进行估算。目前锂电池SOH的建模方式主要有：电化学模型、经验模型和电路模型三大类。其中，电化学模型主要依据电池衰减过程中电池内部电化学参量的变化来衡量，精度高，但模型构建复杂，适用范围小；经验模型主要从电池运行过程中的监测数据(温度、内阻、电压、电流等)出发，模型简单，但实验周期长；电路模型则是从电工学角度出发，将锂离子电池等效成一个电路模型，该模型虽可实现电池SOH的实时监控，但精度较差。钛酸锂电池是以钛酸锂为负极材料的锂离子电池，钛酸锂材料相比于传统的石墨负极材料具有“零应变”、放电平台高等特点，因此钛酸锂电池的循环性能和安全性能有了较大提高。但钛酸锂电池在充放电和搁置过程中很容易胀气，尤其在高温环境中，产生的气体的主要成分为H2、CO、CO2和烷烃类气体。当钛酸锂电池胀气之后，电池体积增大，正负极及隔膜不再紧密接触，会造成电池失效，从而严重影响电池的使用寿命。胀气现象是钛酸锂电池特有的现象，在传统的碳负极电池中则不会出现，因此在传统的锂电池SOH估算技术中并没有考虑胀气的影响，应用传统的锂电池SOH估算技术对钛酸锂电池体系进行估算会产生较大误差。为此，需要一种钛酸锂电池健康状态估算系统及方法，使其能够更准确的预测钛酸锂电池的SOH，克服现有技术中对钛酸锂电池体系估算误差较大的缺陷。
技术实现思路
为了解决现有技术中所存在的上述不足，本专利技术提供钛酸锂电池健康状态估算方法，所述方法包括如下步骤：(1)以恒定电流对电池进行充放电循环，并记录充放电循环放出的电量；(2)计算选取的充放电循环对应的比热容；(3)求电池健康状态SOH与比热容Cp的关系曲线，并验证准确性；(4)估测电池健康状态的趋势。优选的，所述步骤(1)包括：以恒定0.2-1C电流对电池进行充电，恒定0.02-0.1C电流对电池进行放电，并记录每个充放电循环放出的电量。优选的，所述步骤(2)的比热容Cp按下式计算：Cp＝Q/(mΔT)(1)式中，Q：发热量，m：电池的质量，ΔT：电池实验前后的温差；所述循环对应的当前实际电池容量和比热容的散点关系如下式所示：Cp＝g(Ci)(2)优选的，所述步骤(3)的电池健康状态与比热容的关系曲线如下式所示：SOH＝F(Cp)(3)式中，Cp：比热容；SOH：电池健康状态。优选的，所述电池健康状态SOH如下式所示：式中，Ci'：利用模型求出的当前电池容量；C0：初始额定容量；优选的，按下式验证所述步骤(3)的模型的准确性：式中，SOH'j：利用电池健康状态与比热容的关系曲线求出的当前电池健康状态；SOHj：当前实际电池健康状态；j：电池第j次循环。优选的，所述容量衰减曲线模型如下式所示：式中，Ni：电池循环次数。优选的，所述步骤(3)电池健康状态的趋势的估测包括：A、测量待测电池的比热容，得到电池健康状态；B、将其与电池健康状态与比热容的关系曲线做对比；C、根据对比结果，估测电池健康状态的趋势。钛酸锂电池健康状态估算系统，所述系统包括：单片机控制模块和分别与单片机控制模块连接的交流脉冲输出模块、电池模块、显示模块以及检测模块。优选的，所述单片机控制模块包括数据接收部分、数据分析部分、数据处理和结果输出部分；所述数据接收部分与电池模块连接用于接收电池模块针对交流脉冲输出的交流脉冲信号作出的响应信号数据，所述数据分析部分与所述数据接收部分连接用于分析接收到的响应信号数据，所述数据处理部分与所述数据分析部分连接用于对分析后响应信号数据进行处理，所述结果发送部分分别与数据处理部分和显示模块连接用于将数据处理的结果显示在显示模块中。与最接近的现有技术相比，本专利技术具有以下优异效果：本专利技术提供的钛酸锂电池健康状态估算系统及方法，依托于钛酸锂电池的容量衰减曲线模型，利用钛酸锂电池在衰减过程中的比热容的变化对其进行修正，生成电池健康状态与比热容的关系曲线，既体现了传统的老化因素对电池健康状态的影响，又加入了比热容修正因子，从而使得电池健康状态预测模型对钛酸锂电池的健康状态有了更准确地预测，提高了模型的精准度。附图说明图1为本专利技术的钛酸锂电池的发热曲线图；图2为本专利技术的钛酸锂电池容量衰减曲线图；图3为本专利技术的钛酸锂电池健康状态与比热容曲线图。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面结合说明书附图和实例对本专利技术的内容做进一步的说明。本专利技术针对于电池的比热容特性对电池的健康状态进行估算，因此本专利技术实施例仅适用于在容量衰减过程中比热容变化较大的电池。图2为钛酸锂电池的容量衰减曲线图，散点为电池经历10000次循环过程中记录的电池容量，曲线为拟合得到的容量衰减曲线，容量衰减公式为：C＝C0-0.6234*exp[(x-1385.59)/3144.34]-0.6234*exp[(x-1385.59)/3144.2](1)其中，C为拟合后的电池容量，x为循环次数。下面进一步用具体实施例对本专利技术提出的技术方案进行说明,基于比热容检测的钛酸锂电池健康状态估算方法,包含以下的步骤：(1)以恒定电流对电池进行充/放电，并记录充放电循环放出的电量:本专利技术实施例选用额定容量为50Ah的钛酸锂软包电池，以恒定0.2-1C电流对电池进行充电，截止电压为2.7V；恒定0.02-0.1C电流对电池进行放电，截止电压为1.5V，并记录每个充放电循环放出的电量。(2)计算某次循环对应的容量保持率和比热容：实时记录电池的充放电循环次数，在循环次数达到500,1000,1500,……,10000次时将电池从充放电仪上取下，记录此时电池的放电容量，并记录此时的电池循环次数Ni。将其置于ARC中，利用ARC提供的绝热环境，测试电池在该状态下的发热量Q，利用公式求得比热容Cp,得到比热容与容量保持率的散点关系。如图1所示，由直线的斜率即可求得比热容：Cp＝Q/(mΔT)(2)当前实际电池电池容量与容量保持率的散点关系为：Cp＝g(Ci)(3)式中，Q：发热量，m：电池的质量，ΔT：电池实验前后的本文档来自技高网...

【技术保护点】
钛酸锂电池健康状态估算方法，其特征在于，所述方法包括：(1)以恒定电流对电池进行充放电循环，并记录充放电循环放出的电量；(2)计算选取的充放电循环对应的比热容C

【技术特征摘要】
1.钛酸锂电池健康状态估算方法，其特征在于，所述方法包括：(1)以恒定电流对电池进行充放电循环，并记录充放电循环放出的电量；(2)计算选取的充放电循环对应的比热容Cp；(3)求电池健康状态SOH与比热容Cp的关系曲线，并验证准确性；(4)估测电池健康状态的趋势。2.如权利要求1所述的钛酸锂电池健康状态估算方法，其特征在于，所述步骤(1)包括：以恒定0.2-1C电流对电池进行充电，恒定0.02-0.1C电流对电池进行放电，并记录每个充放电循环放出的电量。3.如权利要求1所述的钛酸锂电池健康状态估算方法，其特征在于，所述步骤(2)的Cp按下式计算：Cp＝Q/(mΔT)(1)式中，Q：发热量，m：电池的质量，ΔT：电池实验前后的温差；所述循环对应的当前实际电池容量和比热容的散点关系如下式所示：Cp＝g(Ci)(2)。4.如权利要求1所述的钛酸锂电池健康状态估算方法，其特征在于，所述步骤(3)的电池健康状态与比热容的关系曲线如下式所示：SOH＝F(Cp)(3)式中，Cp：比热容。5.如权利要求4所述的钛酸锂电池健康状态估算方法，其特征在于，所述SOH如下式所示：式中，C′i：利用容量衰减曲线模型求出的当前电池容量；C0：初始额定容量。6.如权利要求4所述的钛酸锂电池健康状态估算方法，其特征在于，按下式验证所述电池健康状态SOH与比...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨凯，张明杰，刘皓，高飞，耿萌萌，尹秀娟，惠东，刘超群，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，国网山东省电力公司德州供电公司，
类型：发明
国别省市：北京,11