一种复合锂离子电池健康状况估计方法技术

本发明专利技术涉及一种复合锂离子电池健康状况估计方法，包括步骤：基于增强型单粒子模型，建立复合锂离子电池电化学模型，并给出动态质量和控制方程；在循环老化实验的实验周期中，基于Nelder

【技术实现步骤摘要】
一种复合锂离子电池健康状况估计方法


[0001]本专利技术属于复合锂离子电池健康状况估计领域，尤其涉及一种复合锂离子电池健康状况估计方法。

技术介绍

[0002]电池是一个复杂的电化学系统，存在各种老化机制导致容量衰减和功率衰退，因此，基于可用容量的锂离子电池健康状况(SOH)估计方法不能在电动车上直接测量，车载SOH估计算法给出电池老化机制直接相关的替代参数。根据锂离子电池不同的工作条件，单体电池内部产生不同的老化机制，对于基于石墨阳极的锂离子电池，老化机制包括但不限于固体电解质相(SEI)形成、锂电镀、颗粒开裂、活性物质(AM)溶解和AM隔离等。常用的电池SOH估计方法是利用电化学阻抗谱(EIS)建立等效电路模型(ECM)参数，另一种方法称为数据驱动方法，该方法缺乏对模型参数的物理解释，需要采集大量数据以涵盖所有可能的电池退化机制。目前，有学者提出增量容量分析法(ICA)，该方法是一种强大的电池老化检测算法。Weng等人利用ICA分析部分充电数据，Dubarry等人将容量分析结果编制成n维查找表，将其输入电池管理系统中(BMS)，用于车载S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合锂离子电池健康状况估计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、基于增强型单粒子模型，建立复合锂离子电池电化学模型，并给出动态质量和控制方程；步骤2、在循环老化实验的实验周期中，基于Nelder
‑
Mead算法计算放电容量，并利用循环老化实验中每个微循环充电周期对复合锂离子电池电化学模型进行校准；步骤3、建立安时吞吐量Ah与锂离子电池放电容量Q的关系方程，建立安时吞吐量Ah与可循环锂离子损耗摩尔数n
Li
的关系方程；步骤4、建立复合锂离子电池SOH估计方法；步骤5、设计循环老化实验条件，根据步骤1至步骤4得出每次老化实验周期中，每个单体锂离子电池循环充电吞吐量。2.根据权利要求1所述复合锂离子电池健康状况估计方法，其特征在于：步骤5中循环老化实验条件包括实验温度、充电水平、老化实验周期和充电吞吐量。3.根据权利要求1所述复合锂离子电池健康状况估计方法，其特征在于，步骤1中控制方程具体为：正负电极活性材料的质量守恒方程为：上式中，c
am
为活性物质的摩尔浓度，单位为mol
·
m
‑3；t为采样时间；D
s,am
表示活性固体物质的扩散系数；r为离子半径变量；j
am
(t)为插层电流密度，F为法拉第常数；R
p,am
表示活性物质粒子直径，单位为m；上式(1)表示锂离子在固体颗粒中的扩散过程；用电解质的质量守恒方程表示锂离子在电解液中的扩散过程，由菲克第二定律控制：上式中，ε
e
为电解液粒子体积分数；c
e
为电解质的摩尔浓度；D
e
为电解质扩散系数，单位为m2s
‑1；x为负极化学计量值；a
am
为活性物质的常数系数；为正粒子转移数；电解质电极电位计算公式为：上式中，为电解质电位，i
e
(t)为t时刻电解质产生的电流值，σ
e
表示电解质电导率，单位为Ω
·
m
‑1；R为热力学常数，T为热力学温度，单位为K；为负粒子转移数；γ为活性物质中的电流分数；电解质电极电位由电解质浓度、电解质电导率和活性化学物质确定；活性物质的过电位由开路电压U
am
减去活性物质电极电位以及接触电阻分压R
c,am
β
am
I(t)得到：上式中，η
am
(t)为t时刻活性物质的活化过电位，单位为V；U
am
为活性物质的开路电压值，单位为V；为活性物质的电位；R
c,am
为活性物质的接触电阻，单位为Ω；β
am
为活性物质的
电流分数；I(t)为t时刻的电流值，单位为A；通过总电流除以电活性表面积计算插层电流密度，并决定公式(1)和公式(2)的最终解：上式中，i
0,am
表示活性物质在充电状态下产生的电流值；A为电极横截面积；L为电极厚度；ε
am
为活性物质体积分数；活性物质在充电状态下产生的电流值由活性物质的摩尔浓度和活性物质粒子半径确定上式中，k
am
为活性物质的常数系数；c
max,am
为活性物质最大摩尔浓度；R
p,am
为正电极的接触电阻；电解液中欧姆过电位的欧姆定律为：上式中，V
e
为电解质的端电压值，单位为V；由正负电极过电位差值、欧姆电阻过电位值和电池内阻产生的电压值确定单体电池端电压：上式中，为t时刻的正极电极电位，为t时刻的负极电极电位，V
e
(t)为t时刻的电解质的端电压值；R
cell
为电池内阻，单位为Ω。4.根据权利要求4所述复合锂离子电池健康状况估计方法，其特征在于，步骤2具体为：步骤2
‑
1、建立循环锂离子损失摩尔数n
Li
的计算方程：n
Li
＝n
Li,n
+n
Li,p
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)上式中，n
Li,n
和n
Li,p
分别表示负极和正极中的可循环锂离子摩尔数，计算公式如(10)和(11)：n
Li,n
＝x
·
c
max,n
·
A
·
L
n
·
ε
am,n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)n
Li,p
＝y
·
c
max,p
·
A
·
L
p
·
ε
am,p
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)上式中，A表示当前集电极面积；x表示正极的荷电状态，y表示负极的荷电状态；c
max,n
表示锂离子在负极中的最大饱和浓度，c
max,p
表示锂离子在正极中的最大饱和浓度，单位均为mol
·
m
‑3，ε
am,n
表示负极中活性物质体积分数，ε
am,p
表示正极中活性物质体积分数；L为电极厚度，单位为m，L
n
为负极厚度，L
p
为正极厚度；步骤2
‑
2、建立锂离子电池放电容量的计算公式：
上式中，y0表示充电正极荷电状态，y
f
表示放电正极荷电状态，x0表示充电负极荷电状态，x
f
表示放电负极荷电状态；根据公...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪秋婷，孙佳妮，蒋杭华，戚伟，刘泓，金晖，凌俐，
申请(专利权)人：浙大城市学院，
类型：发明
国别省市：