一种单体锂离子全电池参数获取方法技术

技术编号:15689498 阅读:118 留言:0更新日期:2017-06-24 01:07
本发明专利技术提供一种单体锂离子全电池参数获取方法,属于新能源研究领域。包括如下步骤:步骤一:建立锂离子电池电化学阻抗谱数学模型;步骤二:实测待测单体锂离子全电池的电化学阻抗谱;步骤三:根据建立的数学模型,对实测的电化学阻抗谱进行分频段参数辨识,获取待测单体锂离子全电池的正负极参数。本发明专利技术针对现有的半电池模型用于全电池时,参数辨识效果差的缺陷,结合锂离子电池电化学阻抗谱的特点,采用一种分频段参数辨识的方式,可以快速、精确得到锂离子全电池的正、负极模型参数。本发明专利技术用于锂离子电池进行老化机理分析、SOC估计和寿命预测。

Method for acquiring monomer lithium ion full cell parameter

The invention provides a method for acquiring parameters of a single cell lithium ion battery, belonging to the field of new energy research. Including the following steps: step one: to establish the mathematical model of electrochemical impedance spectrum of lithium ion battery; step two: electrochemical impedance was measured to be measured the single lithium ion battery spectrum; step three: Based on the mathematical model, the measured electrochemical impedance spectrum frequency parameter identification, obtain positive and negative test single lithium ion all battery parameters. The present invention for the half cell model currently used for battery, defect identification effect, combined with the characteristics of electrochemical impedance spectroscopy of lithium ion battery, using a frequency parameter identification method can quickly and accurately get the lithium-ion battery positive and negative model parameters. The invention is used for the analysis of the aging mechanism, the SOC estimation and the life prediction of the lithium ion battery.

【技术实现步骤摘要】
一种单体锂离子全电池参数获取方法
本专利技术涉及一种锂离子电池的参数获取方法,特别涉及一种单体锂离子全电池参数获取方法,属于新能源研究领域。
技术介绍
锂离子电池具有电压高、能量密度大、循环性能好无记忆效应等突出优点,得到了广泛的应用。在锂离子电池的研究中,广泛应用到了电化学阻抗谱(ElectrochemicalImpedanceSpectroscopy,简称EIS)技术,电化学阻抗谱又称交流阻抗谱,其特点是能够在频域中用复阻抗的形式将电极内部的界面反应、传荷、扩散等过程有效解耦,其测量、分析技术被广泛应用于电池的特性描述,进而可以分析电池状态,改进电池制备。EIS技术也为电池的健康状态评估提供了判断依据,但目前多用于定性分析电池内部过程的快慢、电极反应的难易等方面,较少应用于电池管理。锂离子电池电化学阻抗谱数学模型是基于多孔电极理论和浓溶液的理论,在数学上描述了电化学反应和单个粒子构成的凝聚物中的电荷转移,把凝聚物模型延伸到多孔电极,精确描述了主要活性物质粒子的电极/电解质界面的结构,并且建立了电化学反应和在凝聚物中的电荷转移的解析公式,具有较高的精度。但该模型为一个半电池模型,多用于半电池、三电极锂离子电池(带有参考电极)的研究,而目前的商业化锂离子电池多为二电极全电池(简称全电池),若该模型用于锂离子全电池,则需要正、负电极两个模型叠加才能得到全电池模型,此时,模型参数过多,相互耦合,所需辨识时间长、精度很低,因此该模型难以应用到两电极锂离子电池中。
技术实现思路
本专利技术提供一种将半电池的电化学阻抗谱数学模型和参数辨识相结合、且提高参数辨识精度的单体锂离子全电池参数获取方法。本专利技术的一种单体锂离子全电池参数获取方法,所述方法包括如下步骤:步骤一:建立锂离子电池电化学阻抗谱数学模型;步骤二:实测待测单体锂离子全电池的电化学阻抗谱;步骤三:根据建立的数学模型,对实测的电化学阻抗谱进行分频段参数辨识,获取待测单体锂离子全电池的正负极参数。优选的是,所述步骤三包括:在实测电化学阻抗谱的高频段,利用建立的阻抗数学模型对电化学阻抗谱进行解析,采用遗传算法进行参数辨识,得到待测单体锂离子全电池的负极参数;在实测电化学阻抗谱的中、低频段,利用建立的阻抗数学模型对电化学阻抗谱进行解析,采用遗传算法进行参数辨识,得到待测单体锂离子全电池的正极参数。优选的是,建立的锂离子电池电化学阻抗谱数学模型包括:不考虑SEI膜的单个粒子阻抗:其中,传荷电阻Rct=RT/(i0F),R表示气体常数,T表示温度,i0表示交换电流密度,F表示法拉第常数,κ取1,j表示虚数,ω表示频率,表示电势对浓度的偏导,Cdl表示双电层电容;传递函数:Rpp表示粒子半径,Ds表示固相扩散系数;考虑SEI膜的单个粒子阻抗:其中,R0表示欧姆内阻,Zsei表示SEI膜的阻抗,Csei表示SEI膜的电容;SEI模的阻抗:其中,中间变量Dsei表示SEI膜中的扩散系数,δ′sei=δsei-δdl,δsei表示SEI膜的厚度,δdl表示电双层厚度,σsei表示SEI膜的电导率,R2=Rpp+δdl,R3=R2+δ′sei;凝聚物阻抗:其中,引入函数中间变量D△,e=D+,e-D-,e,D+,e表示正极液相扩散系数,D-,e表示负极液相扩散系数,τsp表示凝聚物中曲折因子,表示凝聚物中电解质体积分数,σe表示液相电导率,Rsp表示凝聚物半径,cref表示锂离子参考浓度;多孔电极阻抗:其中,中间变量L表示电极厚度,表示电解质体积分数,τpe电极中曲折因子,扰动分量液相扩散系数,De液相扩散系数,表1凝聚物阻抗和多孔电极阻抗的部分相关参数中间变量ζ=D△,e/De,中间变量Zpp取或中间变量t+表示锂离子迁移数。优选的是,所述步骤二采用恒电位原位电化学阻抗谱测试方法实测待测单体锂离子全电池的电化学阻抗谱。优选的是,所述步骤二中:测试时的正弦电压幅值选为5mV~10mV,测试频率的高频上限值为1000Hz,测试频率的低频下限为0.01Hz,待测单体锂离子全电池所处室温为25℃。上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代,只要能够达到本专利技术的目的。本专利技术的有益效果在于,本专利技术针对现有的锂离子电池电化学阻抗谱数学模型用于全电池时,参数辨识效果差的缺陷,结合锂离子电池电化学阻抗谱的特点,采用一种分频段参数辨识的方式,可以快速、精确得到锂离子全电池的正、负极模型参数,实现该模型在商业化的锂离子电池研究中的直接应用,为利用该模型对锂离子电池进行老化机理分析、SOC估计、寿命预测等打下了基础。附图说明图1为本专利技术的流程示意图。图2为遗传算法的流程示意图。图3为实测的单体锂离子全电池的电化学阻抗谱图。图4为采用本专利技术方法的实测电化学阻抗谱和仿真电化学阻抗谱图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图,对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本专利技术保护的范围。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。下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明,但不作为本专利技术的限定。结合图1说明本实施方式,本实施方式的一种单体锂离子全电池参数获取方法,包括如下步骤:步骤一:建立锂离子电池电化学阻抗谱数学模型;步骤二:实测待测单体锂离子全电池的电化学阻抗谱;步骤三:根据建立的数学模型,对实测的电化学阻抗谱进行分频段参数辨识,获取待测单体锂离子全电池的正负极参数。本实施方式步骤一建立的锂离子电池电化学阻抗谱数学模型是半电池模型,步骤二测的是全电池的电化学阻抗谱,步骤三中采用分频段参数辨识,快速、精确得到锂离子全电池的正、负极模型参数,即获取了待测单体锂离子全电池的参数。优选实施例中,步骤三包括:在实测电化学阻抗谱的高频段,利用建立的阻抗数学模型对电化学阻抗谱进行解析,采用遗传算法进行参数辨识,得到待测单体锂离子全电池的负极参数;在实测电化学阻抗谱的中、低频段,利用建立的阻抗数学模型对电化学阻抗谱进行解析,采用遗传算法进行参数辨识,得到待测单体锂离子全电池的正极参数。本实施方式的遗传算法是借鉴生物的自然选择和遗传进化机制而开发的一种全局优化自适应概率搜索算法,下面对遗传算法加以说明。假设需要优化的问题为:其中X为待辨识参数集,采用实值编码,内含Nd个待辨识参数;S为搜索空间,有:Lower和Upper分别为各待辨识参数的搜索空间下界与上界。算法流程图如图2所示。在实施方式中,遗传算法确定的目标函数设为:其中,N为电化学阻抗谱测试中的频点数,和分别为实测电化学阻抗谱的实部与虚部,和分别为仿真电化学阻抗谱的实部与虚部。α为调整虚部在目标函数中比重的权。由于锂离子电池阻抗的虚部对低频更敏感,因此目标函数在高、中、低频所用的权是不同的,频率越低,权重越大。在锂离子电池的电化学阻抗谱中,在高频段下的电池阻抗由负极支配,在低频段主要由正极贡献。高频段下的电池阻抗由负极支配原因在于,高频区域是与锂离子通过SEI膜有关的半圆,而负极的SEI膜起主要作用;此外,SEI膜十分稳定,在锂离子电池本文档来自技高网...
一种单体锂离子全电池参数获取方法

【技术保护点】
一种单体锂离子全电池参数获取方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:步骤一:建立锂离子电池电化学阻抗谱数学模型;步骤二:实测待测单体锂离子全电池的电化学阻抗谱;步骤三:根据建立的数学模型,对实测的电化学阻抗谱进行分频段参数辨识,获取待测单体锂离子全电池的正负极参数。

【技术特征摘要】
1.一种单体锂离子全电池参数获取方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:步骤一:建立锂离子电池电化学阻抗谱数学模型;步骤二:实测待测单体锂离子全电池的电化学阻抗谱;步骤三:根据建立的数学模型,对实测的电化学阻抗谱进行分频段参数辨识,获取待测单体锂离子全电池的正负极参数。2.根据权利要求1所述的一种单体锂离子全电池参数获取方法,其特征在于,所述步骤三包括:在实测电化学阻抗谱的高频段,利用建立的阻抗数学模型对电化学阻抗谱进行解析,采用遗传算法进行参数辨识,得到待测单体锂离子全电池的负极参数;在实测电化学阻抗谱的中、低频段,利用建立的阻抗数学模型对电化学阻抗谱进行解析,采用遗传算法进行参数辨识,得到待测单体锂离子全电池的正极参数。3.根据权利要求2所述的一种单体锂离子全电池参数获取方法,其特征在于,建立的锂离子电池电化学阻抗谱数学模型包括:不考虑SEI膜的单个粒子阻抗:其中,传荷电阻Rct=RT/(i0F),R表示气体常数,T表示温度,i0表示交换电流密度,F表示法拉第常数,κ取1,j表示虚数,ω表示频率,表示电势对浓度的偏导,Cdl表示双电层电容;传递函数:Rpp表示粒子半径,Ds表示固相扩散系数;考虑SEI膜的单个粒子阻抗:其中,R0表示欧姆内阻,Zsei表示SEI膜的阻抗,Csei表示SEI膜的电容;SEI模的阻抗:

【专利技术属性】
技术研发人员:吕超丛巍白瑾珺张禄禄
申请(专利权)人:哈尔滨工业大学
类型:发明
国别省市:黑龙江,23

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