高容量钛酸锂离子电池容量退化的无损诊断方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种高容量钛酸锂离子电池容量退化的无损诊断方法和系统，该无损诊断方法包括：获取待测量的钛酸锂离子电池组；采集每个钛酸锂离子电池的低频电噪声信号；根据每个钛酸锂离子电池的低频电噪声信号，得到钛酸锂离子电池组的低频电噪声时序图和低频电噪声功率谱密度图；根据钛酸锂离子电池组的低频电噪声功率谱密度图，得到每个钛酸锂离子电池的宽带噪声电压，以及钛酸锂离子电池组的宽带噪声电压均值和宽带噪声电压方差；根据宽带噪声电压均值和宽带噪声电压方差，设置电池容量退化阈值，将钛酸锂离子电池的宽带噪声电压与电池容量退化阈值进行比较，得到钛酸锂离子电池的容量退化检测结果。本发明专利技术的方法诊断准确、快捷、无损。无损。无损。

【技术实现步骤摘要】
高容量钛酸锂离子电池容量退化的无损诊断方法和系统


[0001]本专利技术属于钛酸锂电池可靠性诊断领域，具体涉及一种高容量钛酸锂离子电池容量退化的无损诊断方法和系统。

技术介绍

[0002]高容量钛酸锂离子电池容量退化特性是目前动力电池倍受研究者的广泛关注焦点，为了满足电动车辆等对高容量离子动力电池的要求，研制安全性高且长寿命的高容量单体电池尤为重要。相对传统锂离子电池而言，钛酸锂电池在诸多关键参数均表现处更多的优势，包括电压平台稳定性好、工作温度范围宽、功率性能更好，从而使得钛酸锂电池在动力系统中有着很好的应用前景。
[0003]钛酸锂电池采用尖晶石型的Li4Ti5O
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作为负极，对锂的电位1.5V，可与电解液稳定共存，不会产生SEI钝化层，嵌脱锂时体积应变只有不到0.2％，所以材料结构稳定，安全好，寿命长。但其存在两个方面急需解决的关键问题：(1)钛酸锂电池单体电池的固有析气问题，极大地降低了钛酸锂电池的理论循环寿命。(2)钛酸锂电池作为动力电池使用时，需要将单个电池通过串并联组合成电池组，且钛酸锂单体电池工艺特性决定了其性能参数存在很大的离散型，且随着充放电次数的增加，电池一致性差异将逐步增大，目前采用满电时电压
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容量法均无法准确地评估单体电池之间的差异，导致有多个钛酸锂单体电池组成的电池组在车辆等平台上应用时故障频发。因此，如何快速识别单体电池之间的一致性，是目前动力电池组长寿命需求的关键。
[0004]现有的锂离子电池容量退化特性评估方法均为采用抽样的少次数反复充放电趋势预估法，目前，多采用基于模型和数据驱动的方法进行趋势预估，但是，基于模型的方法很难准确、全面地描述锂电池性能的退化，基于数据驱动的方法需要实时监测锂电池寿命前期变化趋势，以此来预测寿命后期变化趋势，操作复杂。而且上述退化特性评估方法本质上就是一种有损测试方法，进而限制了无法对所有出厂电池进行全体测试，同时该测试方法超长时间的样本电池反复充放电在设备占用、时间成本、耗电成本等方面让电池生产单位及应用均很难承受。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种高容量钛酸锂离子电池容量退化的无损诊断方法和系统。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0006]本专利技术提供了一种高容量钛酸锂离子电池容量退化的无损诊断方法，包括：
[0007]步骤1：获取待测量的钛酸锂离子电池组，所述钛酸锂离子电池组包括多个初始直流电参数一致的钛酸锂离子电池；
[0008]步骤2：采集每个所述钛酸锂离子电池的低频电噪声信号；
[0009]步骤3：根据每个所述钛酸锂离子电池的低频电噪声信号，得到所述钛酸锂离子电池组的低频电噪声时序图和低频电噪声功率谱密度图；
[0010]步骤4：根据所述钛酸锂离子电池组的低频电噪声功率谱密度图，得到每个所述钛酸锂离子电池的宽带噪声电压，以及所述钛酸锂离子电池组的宽带噪声电压均值和宽带噪声电压方差；
[0011]步骤5：根据所述宽带噪声电压均值和所述宽带噪声电压方差，设置电池容量退化阈值，将所述钛酸锂离子电池的宽带噪声电压与所述电池容量退化阈值进行比较，得到所述钛酸锂离子电池的容量退化检测结果。
[0012]在本专利技术的一个实施例中，所述初始直流电参数包括电池容量和电池开路电压。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，所述步骤3包括：
[0014]步骤3.1：根据所述钛酸锂离子电池的低频电噪声信号，得到该钛酸锂离子电池对应的低频电噪声时序数据和低频电噪声功率谱密度数据；
[0015]步骤3.2：根据每个所述钛酸锂离子电池的低频电噪声时序数据和低频电噪声功率谱密度数据，得到所述钛酸锂离子电池组的低频电噪声时序图和低频电噪声功率谱密度图。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，所述宽带噪声电压为3Hz
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30Hz的噪声电压。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，所述电池容量退化阈值按照下式计算得到：
[0018]电池容量退化阈值＝宽带噪声电压均值+0.68
×
宽带噪声电压方差。
[0019]在本专利技术的一个实施例中，在所述步骤5中，
[0020]若所述钛酸锂离子电池的宽带噪声电压超过所述电池容量退化阈值，则表明该钛酸锂离子电池的容量退化明显，容量特性变差。
[0021]本专利技术提供了一种高容量钛酸锂离子电池容量退化的测试系统，包括：低噪声负载模块、低频电噪声测试适配器、低噪声电压放大器、数据采集模块和数据分析模块，其中，
[0022]所述低噪声负载模块通过所述低频电噪声测试适配器与待测钛酸锂离子电池连接，所述低噪声负载模块用作待测钛酸锂离子电池测试时的负载；
[0023]所述待测钛酸锂离子电池通过所述低频电噪声测试适配器与所述低噪声电压放大器连接，所述低噪声电压放大器用于隔离直流信号并放大所述待测钛酸锂离子电池两端的低频电噪声；
[0024]所述数据采集模块与所述低噪声电压放大器连接，用于实时采集所述待测钛酸锂电池的低频电噪声信号；
[0025]所述数据分析模块与所述数据采集模块连接，用于根据所述低频电噪声信号，得到所述待测钛酸锂离子电池的低频电噪声时序数据和低频电噪声功率谱密度数据。
[0026]在本专利技术的一个实施例中，所述低噪声负载模块为负载电阻，所述负载电阻的阻值大小根据所述待测钛酸锂离子电池的电池容量、开路电压以及输出电流确定。
[0027]在本专利技术的一个实施例中，所述测试系统还包括I/V量测模块，所述I/V量测模块通过所述低频电噪声测试适配器与所述待测钛酸锂离子电池连接，用于检测所述待测钛酸锂离子电池是否正常工作。
[0028]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0029]本专利技术的高容量钛酸锂离子电池容量退化的无损诊断方法，利用钛酸锂电池的低频低噪声作为一种可定量评估电池容量退化性能的指标，通过测得钛酸锂电池低频电噪声时序数据以及功率谱密度数据，反应钛酸锂电池实际的低频电噪声情况，以实现对钛酸锂
电池容量退化的测量，该方法相比于现有的测量方法诊断准确、快捷、无损。
[0030]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
[0031]图1是本专利技术实施例提供的一种高容量钛酸锂离子电池容量退化的无损诊断方法的示意图；
[0032]图2是本专利技术实施例提供的一种高容量钛酸锂离子电池容量退化的测试系统的结构示意图；
[0033]图3是本专利技术实施例提供的钛酸锂离子电池组的低频电噪声时序图；
[0034]图4是本专利技术实施例提供的钛酸锂离子电池组的低频电噪声功率谱密度图。
具体实施方式
[0035]为了进一步阐述本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高容量钛酸锂离子电池容量退化的无损诊断方法，其特征在于，包括：步骤1：获取待测量的钛酸锂离子电池组，所述钛酸锂离子电池组包括多个初始直流电参数一致的钛酸锂离子电池；步骤2：采集每个所述钛酸锂离子电池的低频电噪声信号；步骤3：根据每个所述钛酸锂离子电池的低频电噪声信号，得到所述钛酸锂离子电池组的低频电噪声时序图和低频电噪声功率谱密度图；步骤4：根据所述钛酸锂离子电池组的低频电噪声功率谱密度图，得到每个所述钛酸锂离子电池的宽带噪声电压，以及所述钛酸锂离子电池组的宽带噪声电压均值和宽带噪声电压方差；步骤5：根据所述宽带噪声电压均值和所述宽带噪声电压方差，设置电池容量退化阈值，将所述钛酸锂离子电池的宽带噪声电压与所述电池容量退化阈值进行比较，得到所述钛酸锂离子电池的容量退化检测结果。2.根据权利要求1所述的高容量钛酸锂离子电池容量退化的无损诊断方法，其特征在于，所述初始直流电参数包括电池容量和电池开路电压。3.根据权利要求1所述的高容量钛酸锂离子电池容量退化的无损诊断方法，其特征在于，所述步骤3包括：步骤3.1：根据所述钛酸锂离子电池的低频电噪声信号，得到该钛酸锂离子电池对应的低频电噪声时序数据和低频电噪声功率谱密度数据；步骤3.2：根据每个所述钛酸锂离子电池的低频电噪声时序数据和低频电噪声功率谱密度数据，得到所述钛酸锂离子电池组的低频电噪声时序图和低频电噪声功率谱密度图。4.根据权利要求1所述的高容量钛酸锂离子电池容量退化的无损诊断方法，其特征在于，所述宽带噪声电压为3Hz
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30Hz的噪声电压。5.根据权利要求1所述的高容量钛酸锂离子电池容量退化的无损诊断方法，其特征在于，所述电池容量退化阈...

【专利技术属性】
技术研发人员：包军林，彭琪，李振荣，刘伟峰，汤华莲，曾志斌，鲁峰，庄奕琪，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：