一种基于容量增量曲线的电池安全性诊断方法技术

本发明专利技术涉及一种基于容量增量曲线的电池安全性诊断方法，包括以下步骤：1)建立不同老化状态的电池对应容量增量曲线的特征值与热失控测试的特征温度点之间的拟合关系图；2)获取待检测老化电池的容量增量曲线，并获取其特征值，结合拟合关系图查询得到对应的特征温度点，由此判断待检测老化电池的安全性。与现有技术相比，本发明专利技术具有无需改动现有车载系统、简单实时诊断等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于容量增量曲线的电池安全性诊断方法
本专利技术涉及电池安全性诊断领域，尤其是涉及一种基于容量增量曲线的电池安全性诊断方法。
技术介绍
为了缓解空气污染和能源危机，绿色能源不断地被发掘，在当今社会能源结构中所占比重越来越大，交通运输所消耗的石油和排放的废弃占有很大的比重，电动汽车的发展为缓解能源危机和环境污染带来曙光，电池作为电动汽车的心脏起着至关重要的作用。如今，锂离子电池因其能量密度高，循环寿命长，无记忆性等特点被广泛应用于电动汽车上。但是，电动汽车存在充电时间长，行驶里程短的缺陷，为了弥补缺陷，锂离子电池的能量密度不断提高，电池的充电速率不断提升，随之而来的是锂离子电池的安全性降低。尤其是最近几年，随着电动汽车的快速普及，电动汽车事故越发频繁，越来越打击消费者的信心，影响消费者购买，不利于电动汽车的推广与普及。虽然锂离子电池在生产过程以及成组过程中都经历过非常严格的安全性测试。但是在实际过程中，随着不断的使用，锂离子电池内部的化学组分，结构等会发生改变，这会改变电池的安全操作窗口，导致电池的安全性改变。由此可见，尽管能够尽可能的保证新电池的安全性，但是并不能够保证锂离子电池在使用过后依然是安全的。当前对于电池安全性的诊断主要局限于新电池，而且检测算法复杂，不利于在线应用。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于容量增量曲线的电池安全性诊断方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于容量增量曲线的电池安全性诊断方法，包括以下步骤：1)建立不同老化状态的电池对应容量增量曲线的特征值与热失控测试的特征温度点之间的拟合关系图；2)获取待检测老化电池的容量增量曲线，并获取其特征值，结合拟合关系图查询得到对应的特征温度点，由此判断待检测老化电池的安全性。所述的步骤1)具体包括以下步骤：11)以相同的老化测试条件对同一批电池进行老化测试，获取对应的老化状态SOH值；12)对不同老化程度的电池进行充放电测试，并获取电压和电流数据；13)绘制不同老化程度的电池的容量增量曲线；14)对不同老化程度的电池进行热失控测试；15)获取不同老化程度的电池在热失控测试过程中的特征温度点；16)建立以老化状态SOH值为基础的容量增量曲线与电池热失控特征温度点的对应拟合关系。所述的步骤12)中，对不同老化程度的电池进行充放电测试包括恒流充电部分和恒流放电部分。所述的步骤13)中，容量总量曲线以电池电压为横轴，以容量增量为纵轴绘制。所述的容量增量的表达式为：其中，Q为电池的容量，V为电池电压，I为流过电池的电流，Vn+1为n+1时刻电池的电压，Vn为n时刻电池的电压，Δt为n+1时刻与n时刻的时间差。所述的步骤14)中，热失控测试具体为在加速量热仪中进行的绝热热失控测试。所述的步骤1)中，电池在热失控测试中的特征温度点包括电池自产热起始温度、热失控触发温度和热失控最高温度，电池容量增量曲线的特征值包括峰值电压、峰值高度、谷底电压和谷底高度。所述的步骤16)中，构建以老化状态SOH值为基础的容量增量曲线与电池热失控特征温度点的对应拟合关系具体包括电池自产热起始温度、热失控触发温度和热失控最高温度分别与峰值电压、峰值高度、谷底电压和谷底高度之间共12个对应拟合关系。所述的步骤2)具体为：根据待检测老化电池的容量增量曲线对应的特征值，分别结合对应拟合关系查询得到对应的特征温度点值，并将该特征温度点值与老化状态SOH值为100％的电池相比较，获取安全性下降程度，作为电池安全性能表征，则有：其中，η为电池安全性下降程度，TSOH为电池老化后测量所得到的特征温度点值，TSOH＝100％为电池的SOH为100％时测量所得到的特征温度点值。在全部的12个对应拟合关系中，判断电池安全性的优先级顺序如下：电池自产热起始温度>热失控触发温度>热失控最高温度；谷底高度>峰值高度>谷底电压>峰值电压；即电池自产热起始温度与谷底高度之间的对应拟合关系优先级最高。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：由于电动汽车在实际使用过程中会经历复杂的工况，这将会导致电池内部的老化机制变得非常复杂，当前对电池电池寿命的诊断与预测的方式绝大部分是基于模型来完成的，但是存在着计算量非常大，对于模型的精度及准确度要求非常高的问题，并且诊断过程需要耗费大量的时间，电池的安全性在初期演化周期较长，但是在后期演化时间变得非常短，因此，目前存在的对于电池寿命诊断的方式便不能够在电池安全事故生之前将寿命诊断出来，便不能够用于电池全生命周期的安全性分析。而针对电池的安全性诊断的方法，目前主要分为两类，一类是基于阈值的诊断方式，该种方式简单，通过直接设定相应的检测阈值即可，但是只能判断故障的有无，并且存在漏报，误报的问题。另一种基于模型的安全性诊断方法虽然能够诊断出故障的等级，但是同样存在着模型处理复杂，计算处理量非常大，目前的车载处理器还不能够承载其使用，相比之下，本专利技术提出的基于容量增量曲线的电池安全性诊断方法不需要对现有车载系统的改动，只需通过获取电池的现有参数，经过简单的微分处理，便能够实现对电池全生命周期中安全性的实时诊断，从而实现在电池全生命周期中诊断电池的安全性，避免安全事故发生的目的。附图说明图1为本专利技术的总体流程框图。图2为电池老化至不同程度下的容量增量曲线。图3为不同老化状态的电池的峰值电压与特征温度的关系。图4为不同老化状态的电池的峰值高度与特征温度的关系。图5为不同老化状态的电池的谷底电压与特征温度的关系。图6为不同老化状态的电池的谷值高度与特征温度的关系。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。如图1所示，本专利技术提出一种基于容量增量曲线的电池安全性诊断方法，具体步骤如下：1)对电池进行老化测试；2)对老化至不同程度的电池进行充放电测试；3)获取不同老化程度的电池的容量增量曲线；4)对不同老化程度的电池进行热失控测试；5)获取不同老化程度的电池在热失控测试过程中的特征温度点；6)建立容量增量曲线与电池热失控特征温度点的关系；7)对老化后电池安全性进行诊断。步骤1)中，以相同的老化测试条件对同一批电池进行老化测试。步骤2)中，对老化至不同程度的电池进行充放电测试包括恒流充电部分或恒流放电部分。步骤3)中，根据电池在恒流充电或恒流放电过程的电压和电流得到容量总量曲线，则容量增量的表达式为：其中，Q为电池的容量，V为电池的电压，I为流过电池的电流，Vn+1为n+1时刻电池的电压，Vn为n时刻电池的电压，Δt为n+1时刻与n时刻的时间差。本例中，步骤4)的热失控测试具体为绝热热失控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于容量增量曲线的电池安全性诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)建立不同老化状态的电池对应容量增量曲线的特征值与热失控测试的特征温度点之间的拟合关系图；/n2)获取待检测老化电池的容量增量曲线，并获取其特征值，结合拟合关系图查询得到对应的特征温度点，由此判断待检测老化电池的安全性。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于容量增量曲线的电池安全性诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)建立不同老化状态的电池对应容量增量曲线的特征值与热失控测试的特征温度点之间的拟合关系图；
2)获取待检测老化电池的容量增量曲线，并获取其特征值，结合拟合关系图查询得到对应的特征温度点，由此判断待检测老化电池的安全性。


2.根据权利要求1所述的一种基于容量增量曲线的电池安全性诊断方法，其特征在于，所述的步骤1)具体包括以下步骤：
11)以相同的老化测试条件对同一批电池进行老化测试，获取对应的老化状态SOH值；
12)对不同老化程度的电池进行充放电测试，并获取电压和电流数据；
13)绘制不同老化程度的电池的容量增量曲线；
14)对不同老化程度的电池进行热失控测试；
15)获取不同老化程度的电池在热失控测试过程中的特征温度点；
16)建立以老化状态SOH值为基础的容量增量曲线与电池热失控特征温度点的对应拟合关系。


3.根据权利要求2所述的一种基于容量增量曲线的电池安全性诊断方法，其特征在于，所述的步骤12)中，对不同老化程度的电池进行充放电测试包括恒流充电部分和恒流放电部分。


4.根据权利要求2所述的一种基于容量增量曲线的电池安全性诊断方法，其特征在于，所述的步骤13)中，容量总量曲线以电池电压为横轴，以容量增量为纵轴绘制。


5.根据权利要求4所述的一种基于容量增量曲线的电池安全性诊断方法，其特征在于，所述的容量增量的表达式为：



其中，Q为电池的容量，V为电池电压，I为流过电池的电流，Vn+1为n+1时刻电池的电压，Vn为n时刻电池的电压，Δt为n+1时刻与n时刻的时间差。


6.根据权利要求1所述的一种基于容量增量...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏学哲，张广续，戴海峰，陈思琦，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31