一种锂离子电池健康状态的估算方法技术

本发明专利技术提供了一种锂离子电池健康状态的估算方法，采用三电极原理监测充电过程中正极对锂片、负极对锂片和正负极之间的电位和电位变化，经归一化处理分别得到正极、负极和全电池归一化电压曲线；利用电压曲线拟合方法估算电池正极健康状态、电池负极健康状态和全电池健康状态。本发明专利技术降低了成本，不需要大量实验，提高了对电池健康状态估算的准确性并且可以精准的对电池的正极、负极和全电池的健康寿命SOH进行估计。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池健康状态的估算方法
本专利技术属于锂离子电池领域，尤其是涉及一种一种锂离子电池健康状态的估算方法。
技术介绍
随着新能源汽车的迅猛发展，不仅方便了人们的出行，而且缓解了空气污染和化石燃料紧缺的问题。电动汽车的主要动力来源是动力电池，由于其安全性、经济性和动力性成为电动汽车未来发展的关键性因素。但是电池经过反复使用之后，电池容量会有所衰减，从而使得电动汽车的行驶距离缩短；当电池容量衰减时，如果还按照出厂时的容量进行充放电，会出现过充过放的情况，电池的寿命会受到严重影响，从而缩短动力电池的使用寿命。电池健康状态(SOH)即电池剩余的使用寿命，电池剩余的充放电循环次数。影响电池使用寿命的因素很多，一般认为温度对电池寿命影响较大，温度过高或过低都会影响电池的内部结构，从而影响电池的寿命；对于相同容量的电池来说，放电深度越大，电池的寿命就会缩短；充放电电流过大会加速电池内部极化，电池寿命明显降低；此外还有一些其他的影响因素如：电池的存储环境和使用工况等。由此可见，准确预测电池的健康寿命尤为重要。现有技术中，对电池健康状态的定义有三种方式：(1)内阻法：电池的SOH随着电池内阻的逐渐增大而衰减，SOH＝100％-(当前内阻值-寿命初始内阻值)/(寿命终止内阻值-寿命初始内阻值)*100％。这种方法的重点是要准确测量电池的内阻，缺点是没有考虑电池的额定容量。(2)实际容量法：SOH＝当前最大允许可用容量/初始额定容量*100％，缺点受使用条件和环境的影响。(3)循环次数法：SOH＝剩余充电次数/最大允许充电次数*100％，缺点是依赖大量的实验数据，实验周期比较长。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提出一种锂离子电池健康状态的估算方法，更精准的估算电池的健康寿命，不需要大量实验，成本低。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种锂离子电池健康状态的估算方法，包括如下步骤：1)引出参比电极，将电池制作成三电极形式，采集充电过程中正极对参比电极、负极对参比电极和正负极之间的电压数据，形成电压曲线；2)对三个电压曲线分别进行归一化处理，得到三个归一化电压曲线；3)对三个归一化电压曲线分别采用曲线拟合方法，得到估算电池正极、电池负极和全电池的SOH的算法公式。进一步的，步骤1中采用锂片引出作为参比电极，将电池制作成三电极形式。进一步的，步骤2中的归一化处理是将电压曲线用截止电压与初始电压差值进行归一化。进一步的，步骤3中估算SOH的算法公式为：SOH＝(t2-t1)*I/(c2-c1)/C上式中：t1、t2分别表示两个不同时刻，c1、c2分别为t1、t2时刻的比容量，可根据在t1、t2时刻测得的电压V1、V2在归一化电压曲线中得到；I是充电电流，C是电池的额定容量。进一步的，步骤1中通过多路采集仪同时采集充电过程中正极对参比电极、负极对参比电极和正负极之间的电压数据。相对于现有技术，本专利技术具有以下优势：(1)本专利技术利用三电极原理分别采集充电过程中正极对参比电极、负极对参比电极和正负极之间的电位和电位变化，获得充电过程中正极、负极和全电池的充电电压曲线，可以分别估算电池正极、负极和全电池健康状态，有助于更精准的估算电池的健康寿命和详细的分析电池的失效部位；(2)本专利技术利用锂片作为参比电极，在测量过程中提供一个稳定的电极电位，在测试过程中锂片的电位恒定不变，由此作为参比电极可以准确的测量充电过程中正极和负极的电位，可以排除极化的影响，更精准的测量充电过程中正极、负极和全电池的电压变化，为后续电压曲线拟合和电池健康状态的计算提供更准确的基础数据；(3)本专利技术通过电压曲线拟合方法估算电池健康状态，降低了成本，不需要大量实验。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术实施例所述三电极形式电池的结构示意图；图2为本专利技术实施例所述电池正负极之间的电压曲线图；图3为本专利技术实施例所述电池正负极之间的归一化电压曲线图；图4为本专利技术实施例所述电池正极的归一化电压曲线图；图5为本专利技术实施例所述电池负极的归一化电压曲线图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。因为电池在长期充放电使用后，电池内的正、负极材料的活性会降低，电池会逐渐老化，导致在使用过程中电压不稳定，所以可以根据电压的变化来分析电池的健康状态。本专利技术实施例一种锂离子电池健康状态的估算方法，包括如下步骤：步骤1，引出参比电极，将电池制作成三电极形式，电池正负极连接充放电装置，采集充电过程中正极对参比电极、负极对参比电极和正负极之间的电压数据，形成电压曲线；如图1所示，步骤1中采用锂片引出作为参比电极，将电池制作成三电极形式；如图2所示为电池充电正负极之间的电压曲线举例；步骤2，对三个电压曲线分别进行归一化处理，得到三个归一化电压曲线；具体的，步骤2中的归一化处理是将电压曲线用截止电压与初始电压差值进行归一化，利用该相同的算法分别将充电过程中正极对锂片、负极对锂片和正负极电压曲线分别进行归一化处理，图3为电池正负极之间的归一化电压曲线，图4为正极归一化电压曲线，图5为负极归一化电压曲线。具体操作时，步骤1中获得多个时间段的电压曲线，从不同的电压曲线中挑选一条基准曲线，进行归一化处理；步骤3，对三个归一化电压曲线分别采用曲线拟合方法，得到估算电池正极、电池负极和全电池的SOH的算法公式；因为电池在不同的SOH状态下，当充入相同的电量时，电池电压有不同的变化量，所以根据一定时间内为电池充入的电量与电池的总容量的百分比c，来计算SOH；步骤3中估算SOH的算法公式为：SOH＝(t2-t1)*I/(c2-c1)/C上式中：t1、t2分别表示两个不同时刻，c1、c2分别为t1、t2时刻的比容量，即图3至5中的对应的横坐标归一化容量(本实施例为质量比容量)，可根据在t1、t2时刻测得的电压V1、V2在归一化电压曲线中得到；I是充电电流，C是电池的额定容量；利用相同的方式可以分别计算出电池正极、负极和全电池的健康寿命。步骤1中通过多路采集仪同时采集充电过程中正极对参比电极、负极对参比电极和正负极之间的电压数据。当电池处在不同的健康状态时，充入或放出相同的电量，会表现出不同的电压特征，本专利技术就是利用输出电压变化来估算电池的健康状态，也就是电压的曲线拟合方法。一般来说，无论是充电电压曲线还是放电电压曲线都可以估算SOH，但还是在实际使用过程中放电过程比较复杂而且不规律，而充电情况比较一致，所以，本专利技术采用充电电压来计算SOH。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例而已，并不用以限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池健康状态的估算方法，其特征在于包括如下步骤：1)引出参比电极，将电池制作成三电极形式，采集充电过程中正极对参比电极、负极对参比电极和正负极之间的电压数据，形成电压曲线；2)对三个电压曲线分别进行归一化处理，得到三个归一化电压曲线；3)对三个归一化电压曲线分别采用曲线拟合方法，得到估算电池正极、电池负极和全电池的SOH的算法公式。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池健康状态的估算方法，其特征在于包括如下步骤：1)引出参比电极，将电池制作成三电极形式，采集充电过程中正极对参比电极、负极对参比电极和正负极之间的电压数据，形成电压曲线；2)对三个电压曲线分别进行归一化处理，得到三个归一化电压曲线；3)对三个归一化电压曲线分别采用曲线拟合方法，得到估算电池正极、电池负极和全电池的SOH的算法公式。2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池健康状态的估算方法，其特征在于：步骤1中采用锂片引出作为参比电极，将电池制作成三电极形式。3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池健康状态的估算方法，其特征在于：步骤2...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵静，张立君，高秀玲，李文文，从长杰，王驰伟，郭春泰，
申请(专利权)人：天津市捷威动力工业有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12