一种电池容量跳水风险评估方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种电池容量跳水风险评估方法及系统，包括：获取经过数据预处理的锂电池充放电循环的锂电池容量保持率数据；根据所获取的锂电池容量保持率数据及对应的锂电池充放电循环数，得到锂电池充放电循环期间的锂电池容量保持率数据的斜率数值；计算所述锂电池容量保持率数据的斜率数值与斜率基准数值的比率，得到实时斜率比率；根据所得到的实时斜率比率与相应阈值区间，判断是否存在锂电池容量跳水的风险。容量跳水的风险。

【技术实现步骤摘要】
一种电池容量跳水风险评估方法及系统


[0001]本专利技术涉及锂离子电池安全
，尤其涉及一种电池容量跳水风险评估 方法和系统。
技术背景
[0002]锂电池具有能量密度大、循环寿命长、记忆效应低、安全性能好等特点，在 水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，以及电动工具、电动自行车、 电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天等多个领域得到广泛应用，可见， 锂电池已经成为能源经济中不可或缺的重要一环，然而，近些年手机和笔记本电 池燃烧爆炸、电动汽车爆燃和锂电工厂的火灾等大范围电池起火爆炸事件，导致 锂离子电池安全性受到广泛质疑。除了使用状况方面的外部因素，锂离子动力电 池的安全性主要取决于基本的电化学体系以及电极/电芯的结构、设计和生产工 艺等内在因素，而电芯所采用的电化学体系则是决定电池安全性的最根本因素。 有研究已经证实，不仅仅是在负极，正极材料的表面也覆盖一层很薄钝化膜，覆 盖在正负极表面的钝化膜对锂离子电池各方面性能均会产生非常重要的影响，并 且这个特殊的界面问题只有在非水有机电解液体系才存在。从费米能级的角度而 言，现有的锂离子电池体系在热力学上是不稳定的，它之所以能够稳定工作是因 为正极和负极表面的钝化膜在动力学上隔绝了正负极与电解液的进一步反应。可 见锂电的安全性与正负极表面的钝化膜的完整和致密程度直接相关。而在锂电池 正常生命周期中，随时循环次数增加，电池内部会出现极化现象，持续的极化会 引起电池析锂，特别是在低温或者高倍率充电条件下，会加速电池析锂，导致电 池容量加速衰退；同时严重的析锂会形成锂枝晶，而持续增长枝晶会逐渐刺穿隔 膜，造成正负极短路，引发安全事故，由此可见，析锂不仅是造成电池寿命异常 衰减的原因，更是引起安全事故的重要因素，因此析锂的监测在电池寿命循环试 验，乃至电池的安全性能上，尤为重要。
[0003]目前，析锂检测技术一般是采用破坏性检测，即在电池寿命循环试验中，通 过人工拆解电池内的电芯识别是否发生析锂。然而，该方法主要依靠专业技术人 员的经验判断，不仅存在主观误差，而且操作复杂，效率低，成本高；而且还存 在一定的滞后性，即当人工观察到析锂发生时，电池已处于析锂状态；此外，该 方法具有不可逆的破坏性，难以在寿命循环试验中大量开展。
[0004]基于上述原因，有研究人员采用元素分析法和电压分析法进行析锂现象的无 损检测，但是，上述方法均不能在循环寿命试验中直接开展，需要额外设备或测 试，成本高，而且误差增加。
[0005]考虑到析锂的重要表现是电池容量的快速衰退，即电池容量跳水。一般认为， 电池跳水现象是由于析锂造成的。反之，通过电池容量跳水现象可以间接反映析 锂现象，因此，可以针对电池容量跳水开展识别和检测，从而间接对析锂现象进 行监测。
[0006]目前有研究学者通过跟踪活性Li损失导致的充放电平均电压变化SV来对 负极析锂现象进行预测，从而实现对锂离子电池可逆容量跳水现象进行提前预测。 其是通过充放
电平均电压变化来实现析锂现象的预测，进而对锂电池容量跳水进 行判断。
[0007]容量跳水是在锂电池生命周期中，除正常的性能衰退外，电池发生异常的容 量快速衰退。在寿命循环实验中，当电池容量由于析锂而发生跳水时，该电池的 测试数据已无法支持寿命数据分析，因此需要在跳水发生前，及时发现跳水现象， 从而终止试验，降低企业成本；此外，电池出现容量跳水就表示电池可能已出现 严重析锂，存在极大安全风险，可见电池容量跳水的及时发现极为重要。

技术实现思路

[0008]为解决现有技术中存在技术问题，本专利技术提供一种锂电池容量跳水的风险评 估方法和系统，该方法仅需锂电池循环寿命检测的电池容量退化数据即可实现锂 电池容量跳水的风险评估，进而间接地实现析锂检测，方法简单，无需增设其他 检测仪器，仅在电池循环寿命检测试验台即可完成，为电池跳水现象和析锂现象 提供即时监测和告警，及时对寿命试验进行调整，提高操作安全性，同时为企业 节约大量时间、经济和安全成本。
[0009]根据本专利技术第一方面，本专利技术的一种电池容量跳水风险评估方法包括：
[0010]获取经过数据预处理的锂电池充放电循环的锂电池容量保持率数据；
[0011]根据所获取的锂电池容量保持率数据及对应的锂电池充放电循环数，得到锂 电池充放电循环期间的锂电池容量保持率数据的斜率数值；
[0012]计算所述锂电池容量保持率数据的斜率数值与斜率基准数值的比率，得到实 时斜率比率；
[0013]根据所得到的实时斜率比率与相应阈值区间，判断是否存在锂电池容量跳水 的风险。
[0014]优选地，锂电池充放电循环期间的锂电池容量保持率数据的斜率数值包括： 相邻两次锂电池充放电循环期间的锂电池容量保持率数据的斜率数值。
[0015]优选地，锂电池充放电循环期间的锂电池容量保持率数据的斜率数值包括： 连续多次锂电池充放电循环期间的锂电池容量保持率数据的斜率数值。
[0016]优选地，所述斜率基准数值是锂电池充放电循环初期电池容量下降趋势平稳 且呈线性规律的区间数据的斜率数值。
[0017]优选地，选取所述斜率基准数值包括：选取电池寿命循环试验初期数据；在 电池寿命循环试验初期数据设置多个窗口，计算各窗口与前后两个窗口斜率差值， 选取最小值为基准窗口；根据基准窗口两端的锂电池容量保持率数据和窗口长度， 计算基准斜率数值。
[0018]优选地，所述相应阈值区间包括：对应于锂电池失效风险等级的第一级阈值 区间；对应于锂电池危险风险等级的第二级阈值区间；对应于锂电池观察风险等 级的第三级阈值区间；对应于锂电池安全风险等级的第四级阈值区间。
[0019]优选地，根据所得到的实时斜率比率与相应阈值区间，判断是否存在锂电池 容量跳水的风险包括：判断所得到的实时斜率比率是否落入第一级阈值区间、第 二级阈值区间、第三级阈值区间或第四级阈值区间；根据所述判断结果，确定锂 电池容量跳水风险。
[0020]优选地，根据所述判断结果，确定锂电池容量跳水风险包括：若判断实时斜 率比率落入第一级阈值区间，则判断锂电池已经出现跳水；若判断实时斜率比率 落入第二级阈
值区间，则判断锂电池出现跳水的风险较大；若判断实时斜率比率 落入第三级阈值区间，则判断锂电池处在正常范围；若判断实时斜率比率落入第 四级阈值区间，则判断锂电池性能良好；
[0021]优选地，所述数据预处理是对原始锂电池充放电循环的锂电池容量保持率数 据进行局部加权回归处理。
[0022]根据本专利技术第二方面，本专利技术的一种电池容量跳水风险评估系统，包括：
[0023]预处理装置，用于对锂电池充放电循环的原始锂电池容量保持率数据进行预 处理，获得锂电池充放电循环的锂电池容量保持率数据；
[0024]斜率特征计算模块，用于根据所获取的锂电池容量保持率数据及对应的锂电 池充放电循环数，计算锂电池充放电循环期间的锂电池容量保持率数据的斜率数 值；
[0025]斜率比率计算本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池容量跳水风险评估方法，其特征在于，包括：获取经过数据预处理的锂电池充放电循环的锂电池容量保持率数据；根据所获取的锂电池容量保持率数据及对应的锂电池充放电循环数，得到锂电池充放电循环期间的锂电池容量保持率数据的斜率数值；计算所述锂电池容量保持率数据的斜率数值与斜率基准数值的比率，得到实时斜率比率；根据所得到的实时斜率比率与相应阈值区间，判断是否存在锂电池容量跳水的风险。2.根据权利要求1所述的电池容量跳水风险评估方法，其特征在于，锂电池充放电循环期间的锂电池容量保持率数据的斜率数值包括：相邻两次锂电池充放电循环期间的锂电池容量保持率数据的斜率数值。3.根据权利要求1所述的电池容量跳水风险评估方法，其特征在于，锂电池充放电循环期间的锂电池容量保持率数据的斜率数值包括：连续多次锂电池充放电循环期间的锂电池容量保持率数据的斜率数值。4.根据权利要求1所述的电池容量跳水风险评估方法，其特征在于，所述斜率基准数值是锂电池充放电循环初期电池容量下降趋势平稳且呈线性规律的区间数据的斜率数值。5.根据权利要求4所述的电池容量跳水风险评估方法，其特征在于，选取所述斜率基准数值包括：选取电池寿命循环试验初期数据；在电池寿命循环试验初期数据设置多个窗口，计算各窗口与前后两个窗口斜率差值，选取最小值为基准窗口；根据基准窗口两端的锂电池容量保持率数据和窗口长度，计算基准斜率数值。6.根据权利要求1所述的电池容量跳水风险评估方法，其特征在于，所述相应阈值区间包括：对应于锂电池失效风险等级的第一级阈值区间；对应于锂电池危险风险等级的第二级阈值区间；对应于锂电池观察风险等级的第三级阈值...

【专利技术属性】
技术研发人员：马剑，宋登巍，马梁，郝杰，王超，丁宇，吕琛，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：