一种电池内短路阻值辨识方法技术

本申请提供一种电池内短路阻值辨识方法，包括：对第一电池卷芯进行加工，获得对应于预设内短路类型的内短路电池；利用电化学设备测量内短路电池的交流阻抗，获得第一交流阻抗数据；根据第一交流阻抗数据和预先建立的内短路电池对应的第一等效电路模型，计算获得内短路电池的内短路内阻，第一等效电路模型为根据欧姆内阻、扩散阻抗和内短路内阻，并将欧姆内阻与扩散阻抗串联后与内短路内阻并联获得，第一等效电路模型中欧姆内阻与扩散阻抗的参数根据无内短路电池确定。本申请通过制作内短路电池，在电池内部触发真正的内短路，进而获得内短路过程的真实阻值，同时，根据无内短路电池建立内短路电池的等效电路模型，提高内短路阻值的辨识精度。

An identification method of short circuit resistance in battery

【技术实现步骤摘要】
一种电池内短路阻值辨识方法
本申请涉及电池
，具体而言，涉及一种电池内短路阻值辨识方法。
技术介绍
锂离子电池是手机、电脑等电子消费品及新能源汽车的重要储能部件，其安全问题至关重要。其中，内短路是锂离子电池重要的安全隐患。内短路是指电池内部正负极发生直接或者间接的接触时，发生的放电并伴随着放热的现象。内短路可能由于极耳毛刺刺穿隔膜、内部金属枝晶刺穿隔膜、机械挤压碰撞隔膜撕裂等原因导致。部分内短路阻值较大，放电现象不明显，是电池长期的安全隐患；部分内短路阻值极小，短路瞬间产生大量的热量造成电池起火爆炸等热失控事故。因此，开发设计电池时，了解电池不同程度内短路的阻值十分关键。目前，常用的锂离子电池短路内阻的辨识方法主要是基于短路(包括内短路或外短路)后电池的电压特性，通过端电压下降速率、荷电状态(SOC)变化与端电压之间的关系、短路电池与正常电池的端电压或荷电状态的差异等方法来计算电池内短路后的内阻。这些方法只能通过外短路进行方法准确性的验证，并无法验证真实内短路时电池的内阻辨识准确程度。
技术实现思路
本申请实施例的目的在于提供一种电池内短路阻值辨识方法，通过制作内短路电池以及预先建立电池内短路的等效电路模型，能够得到电池在真实内短路时的内阻。第一方面，本申请实施例提供一种电池内短路阻值辨识方法，包括：对第一电池卷芯进行加工，获得对应于预设内短路类型的内短路电池；利用电化学设备测量内短路电池的交流阻抗，获得第一交流阻抗数据；根据所述第一交流阻抗数据和预先建立的所述内短路电池对应的第一等效电路模型，计算获得所述内短路电池的内短路内阻，其中，第一等效电路模型为根据欧姆内阻、扩散阻抗和内短路内阻，并将欧姆内阻与扩散阻抗串联后与内短路内阻并联获得，所述第一等效电路模型中欧姆内阻与扩散阻抗的参数根据无内短路电池确定。上述方案中，通过制作内短路电池，在电池内部触发真正的内短路，能够得到电池在真实内短路时的内阻，同时，内短路电池的等效电路模型是根据无内短路电池建立，这样计算得到的内阻能够避免其他干扰因素的影响，得到的阻值结果无疑会更加准确。在一种可能的实施方式中，所述对第一电池卷芯进行加工，获得对应于预设内短路类型的内短路电池，包括：在所述第一电池卷芯的隔膜上切割孔洞，获得对应于预设内短路类型的内短路卷芯；将所述内短路卷芯放置在壳体中，并向壳体内注入不含电解质的电解液，对所述壳体和所述内短路卷芯进行封装，获得内短路电池。由于内短路电池是特地制作，在制作过程中，向壳体内加入不含电解质的电解液，一方面，该内短路电池的导电率低，内短路后不会产生大规模放热以及出现起火、爆炸等热失控现象，能够提高电池在测试阻值过程中的安全性，另一方面，能够有充足的时间去测量内短路后的特性，以获得内短路的阻值。在一种可能的实施方式中，所述预设内短路类型为第一电池卷芯中正极活性材料与负极活性材料的短路、正极集流体与负极活性材料的短路、负极集流体与正极集流体的短路以及正极活性材料与负极集流体的短路中的任意一种。在一种可能的实施方式中，所述在所述第一电池卷芯的隔膜上切割孔洞，获得对应于预设内短路类型的内短路卷芯，包括：在第一电池卷芯的隔膜上切割孔洞，去除孔洞两侧的正极活性材料和/或负极活性材料，以触发预设类型的内短路；将处理后的第一电池卷芯的形状进行恢复和固定，获得内短路卷芯。通过在隔膜上切割孔洞能够制作出对应于预设内短路面积和内短路位置的电池卷芯，且通过移除部分材料能够制作对应于预设内短路类型的电池卷芯，预设内短路面积、位置、类型可以根据实际需求进行设置，进而可得到不同内短路类型的内短路内阻。在一种可能的实施方式中，所述方法还包括：将第二电池卷芯放置在壳体中，并向壳体内注入不含电解质的电解液，对所述壳体和所述第二电池卷芯进行封装，获得无内短路电池；利用电化学设备测量所述无内短路电池的交流阻抗，获得第二交流阻抗数据；根据所述第二交流阻抗数据和预先建立的所述无内短路电池对应的第二等效电路模型，计算获得第二等效电路模型中的多个参数，其中，第二等效电路模型为根据欧姆内阻和扩散阻抗，并将欧姆内阻与扩散阻抗串联获得，所述多个参数包括欧姆内阻与扩散阻抗的参数；根据所述多个参数建立第一等效电路模型。第一等效电路模型是根据无内短路电池的等效电路模型的模型参数建立，算出的内短路的内阻会更加准确。在一种可能的实施方式中，所述扩散阻抗使用常相角元件描述，第二等效电路模型的阻抗表达式为：其中，i为虚数单位，ω为电化学设备在测量交流阻抗的过程中施加的电压激励信号的频率，R21为欧姆内阻的值，Q2与n2为常相角元件的参数，所述多个参数包括R21、Q2和n2。在一种可能的实施方式中，所述扩散阻抗使用有限厚度扩散阻抗描述，第二等效电路模型的阻抗表达式为：其中，coth为余切计算，i为虚数单位，ω为电化学设备在测量交流阻抗的过程中施加的电压激励信号的频率，R21为欧姆内阻的值，R22为扩散阻抗中扩散电阻的值，Y2为扩散阻抗中扩散电容的值，n2为指数，所述多个参数包括R21、R22、Y2和n2。在一种可能的实施方式中，所述扩散阻抗使用有限厚度薄层扩散阻抗描述，第二等效电路模型的阻抗表达式为：其中，tanh为正切计算，i为虚数单位，ω为电化学设备在测量交流阻抗的过程中施加的电压激励信号的频率，R21为欧姆内阻的值，R22为扩散阻抗中扩散电阻的值，Y2为扩散阻抗中扩散电容的值，n2为指数，所述多个参数包括R21、R22、Y2和n2。在一种可能的实施方式中，第一等效电路模型的阻抗表达式为：其中，R1为内短路内阻，Z2为第二等效电路模型的阻抗表达式。在一种可能的实施方式中，所述方法还包括：利用电流阶跃法测量所述内短路电池的直流内阻，所述直流内阻用于验证所述内短路内阻是否与所述直流内阻处于同一量级；若所述内短路内阻与所述直流内阻不处于同一量级，则舍弃所述内短路内阻的值。直流内阻作为计算得到的内短路内阻的参考值，可用于验证内短路内阻是否与该直流内阻处于同一量级，比如计算获得的内阻为0.001Ω，此时无法确认该阻值是由于模型建立错误而导致的计算错误还是该电池的内阻确实较小，而通过直流内阻作为参考，能够有效验证该阻值结果的准确性。在一种可能的实施方式中，所述第一电池卷芯与所述第二电池卷芯为同一批次生产的电池卷芯。第一电池卷芯和第二电池卷芯可以为同一批次生产的电池卷芯，可减小电池之间存在的差异，从而减小第一等效电路模型和第二等效电路模型中模型参数的误差。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本申请实施例提供的电池内短路阻值辨识方法的流程图；图2为正本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池内短路阻值辨识方法，其特征在于，包括：/n对第一电池卷芯进行加工，获得对应于预设内短路类型的内短路电池；/n利用电化学设备测量内短路电池的交流阻抗，获得第一交流阻抗数据；/n根据所述第一交流阻抗数据和预先建立的所述内短路电池对应的第一等效电路模型，计算获得所述内短路电池的内短路内阻，其中，第一等效电路模型为根据欧姆内阻、扩散阻抗和内短路内阻，并将欧姆内阻与扩散阻抗串联后与内短路内阻并联获得，所述第一等效电路模型中欧姆内阻与扩散阻抗的参数根据无内短路电池确定。/n

【技术特征摘要】
1.一种电池内短路阻值辨识方法，其特征在于，包括：
对第一电池卷芯进行加工，获得对应于预设内短路类型的内短路电池；
利用电化学设备测量内短路电池的交流阻抗，获得第一交流阻抗数据；
根据所述第一交流阻抗数据和预先建立的所述内短路电池对应的第一等效电路模型，计算获得所述内短路电池的内短路内阻，其中，第一等效电路模型为根据欧姆内阻、扩散阻抗和内短路内阻，并将欧姆内阻与扩散阻抗串联后与内短路内阻并联获得，所述第一等效电路模型中欧姆内阻与扩散阻抗的参数根据无内短路电池确定。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对第一电池卷芯进行加工，获得对应于预设内短路类型的内短路电池，包括：
在所述第一电池卷芯的隔膜上切割孔洞，获得对应于预设内短路类型的内短路卷芯；
将所述内短路卷芯放置在壳体中，并向壳体内注入不含电解质的电解液，对所述壳体和所述内短路卷芯进行封装，获得内短路电池。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预设内短路类型为第一电池卷芯中正极活性材料与负极活性材料的短路、正极集流体与负极活性材料的短路、负极集流体与正极集流体的短路以及正极活性材料与负极集流体的短路中的任意一种。


4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在所述第一电池卷芯的隔膜上切割孔洞，获得对应于预设内短路类型的内短路卷芯，包括：
在第一电池卷芯的隔膜上切割孔洞，去除孔洞两侧的正极活性材料和/或负极活性材料，以触发预设类型的内短路；
将处理后的第一电池卷芯的形状进行恢复和固定，获得内短路卷芯。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将第二电池卷芯放置在壳体中，并向壳体内注入不含电解质的电解液，对所述壳体和所述第二电池卷芯进行封装，获得无内短路电池；
利用电化学设备测量所述无内短路电池的交流阻抗，获得第二交流阻抗数据；
根据所述第二交流阻抗数据和预先建立的所述无内短路电池对应的第二等效电路模型，计算获得第二等效电路模型中的多个参数，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘力硕，冯旭宁，韩雪冰，卢兰光，欧阳明高，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11