一种电池寿命衰减程度分选和评价方法技术

本发明专利技术公开了一种电池寿命衰减程度分选和评价方法，一种电池寿命衰减程度分选和评价方法，涉及电池管理领域，该电池寿命衰减程度分选和评价方法包括以下步骤：步骤1：将待测蓄电池组与宽频阻抗快速测量仪器连接，宽频阻抗快速测量仪器发送激励信号；步骤2：使用宽频阻抗快速测量仪器，得到待测蓄电池组内n个电芯的宽频阻抗数据，其中每一个电芯的阻抗数据为设定频率范围内固定频率间隔对应阻抗的复数数组；步骤3：利用Kramers

【技术实现步骤摘要】
一种电池寿命衰减程度分选和评价方法


[0001]本专利技术涉及电池管理领域，具体是一种电池寿命衰减程度分选和评价方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池因其高比能量、环保、无记忆效应等优点在交通工具、消费电子产品中大量采用，且朝着高比能量与大容量的方向发展。但这种趋势也意味着电池的安全和寿命将面临越来越严峻的挑战，特别是电池在交通工具用途中，往往成组进行工作，电池组中某一电芯的老化异常或失效很可能带来系统安全隐患。因此，在电池组维护或梯次利用时，对电池组内电芯寿命衰减程度进行评估分选，对于保障电动汽车或储能站的电气系统安全具有重要意义。
[0003]现有的电池寿命衰减程度测试技术，主要基于电池容量来进行衰减程度的评估。这种评估方式存在以下问题：一是需要借助复杂算法估计得到电池容量，常用的基于模型的容量估计又需要事先得知电池的SoC
‑
OCV等曲线信息，不便于实际操作应用；二是容量仅是一种寿命评价指标，且无法反映电池内部不同电极过程的衰减特性以及衰减过程中主导的电极过程。因此，采用容量对电池组内的电芯衰减程度进行评价筛检，并不能保证电池组电芯状态的一致性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种电池寿命衰减程度分选和评价方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种电池寿命衰减程度分选和评价方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1：将待测蓄电池组与宽频阻抗快速测量仪器连接，宽频阻抗快速测量仪器发送激励信号；
[0008]步骤2：使用宽频阻抗快速测量仪器，得到待测蓄电池组内n个电芯的宽频阻抗数据 [Z1,Z2,
…
,Z
n
]，其中每一个电芯的阻抗数据Z
i
为设定频率范围内固定频率间隔对应阻抗的复数数组；
[0009]步骤3：利用Kramers
‑
Kronig关系校验各阻抗数据的质量，若实际数据与理论计算值之间的偏差落在阈值范围内，则视为质量通过，反之则不通过，重新进行阻抗测量；
[0010]步骤4：通过弛豫时间分布算法进行各电芯的DRT曲线计算，得到(τ,φ)曲线；
[0011]步骤5：通过峰值查找算法得到各电芯DRT曲线中的(τ,φ)峰峰值；
[0012]步骤6：对各电芯对应(τ,φ)峰峰值进行统计分析，利用异常值检测方法，判断各电芯对应不同老化模式的衰减是否存在异常。
[0013]作为本专利技术再进一步的方案：步骤1中：宽频阻抗快速测量仪器通过信号发生器，产生PRBS波、三角波、方波或多频率正弦合成信号，作为待测电池组的激励信号
[0014]作为本专利技术再进一步的方案：步骤2中：宽频阻抗快速测量仪器发送激励信号经过
待测蓄电池组，得到待测电池组的电压与电流数据，经过傅里叶变换可以得到被测电池组各电芯的宽频(0.01～1000Hz)阻抗数据[Z1,Z2,
…
,Z
n
]，其中一个电芯的阻抗数据Z
i
为设定频率范围内固定频率间隔对应阻抗的复数数组。
[0015]作为本专利技术再进一步的方案：步骤3中：利用Kramers
‑
Kronig关系校验各阻抗数据的质量，Kramers
‑
Kronig关系，由下式描述：
[0016][0017][0018]宽频阻抗测量仪器的测量精度为Δω，测量频率的上下限为Δω和NΔω，对上述方程进行离散化，得到：
[0019][0020]；
[0021][0022]该复数数组可以描述为：
[0023]Z
i
＝H
Re
+i
·
H
Im
；
[0024]利用Kramers
‑
Kronig关系，利用H
Re
与H
Im
计算得到H
′
Im
和H
′
Re
，利用均方根误差RMSE/ 平均绝对误差MAE/均方误差MSE来计算H
Re
和H
′
Re
以及H
Im
和H
′
Im
之间的偏差，获得实际数据RMSE
Re
、RMSE
Im
；
[0025]检测RMSE
Re
、RMSE
Im
与理论计算值之间的偏差是否落在阈值范围内，落在阈值范围内则视为质量通过，反之则不通过，重新进行阻抗测量。
[0026]作为本专利技术再进一步的方案：步骤4中：DRT一般形式的积分方程为：
[0027][0028]利用求解算法来进行DRT方程的求解，得到γ(τ)数据，即DRT曲线，其物理意义是电池作为一个系统，对应RC电路时间常数的概率密度，求解算法包括傅里叶变换法、最大熵原理、蒙特卡洛方法、遗传算法和正则化方法。
[0029]作为本专利技术再进一步的方案：步骤5中：DRT曲线存在4个波峰，分别对应电池内部四种界面极化过程，即接触过程、钝化膜过程、阳极电荷转移过程和阴极电荷转移过程，这四种过程对应DRT曲线中的时间常数τ依次增大，以此可识别各界面极化过程，利用峰值查找算法得到四个DRT波峰峰值(τ1,φ1),(τ2,φ2),(τ3,φ3),(τ4,φ4)，对电池组内的n个电芯重复上述操作，可以得到四组峰峰值P1,P2,P3,P4。
[0030]作为本专利技术再进一步的方案：步骤6：对各电芯对应(τ,φ)峰峰值进行异常值检测方法包括均方差检测、四分位间距检测、孤立森林算法。
[0031]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术利用弛豫时间分布特性来反映电
池的内部状态，在电化学机理层面进行电池寿命衰减程度的评估分析，与现有技术相比描述更加精确、分选评估结果更加可靠。
附图说明
[0032]图1为一种电池寿命衰减程度分选和评价方法的流程图。
[0033]图2为电荷转移过程举例示意图。
具体实施方式
[0034]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0035]请参阅图1，一种电池寿命衰减程度分选和评价方法，包括：
[0036]步骤1中：宽频阻抗快速测量仪器可以通过信号发生器，产生包含丰富谐波成分的扰动信号，例如PRBS波、三角波、方波或多频率正弦合成信号，作为待测电池组的激励信号；
[0037]步骤2中：通过多路同步采样电路，对电池组内各电芯的电压和电流信号进行同步采样，得到待测电池组在给定激励信号下的响应。得到电压与电流数据之后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池寿命衰减程度分选和评价方法，其特征在于：该电池寿命衰减程度分选和评价方法包括以下步骤：步骤1：将待测蓄电池组与宽频阻抗快速测量仪器连接，宽频阻抗快速测量仪器发送激励信号；步骤2：使用宽频阻抗快速测量仪器，得到待测蓄电池组内n个电芯的宽频阻抗数据[Z1，Z2，...，Z
n
]，其中每一个电芯的阻抗数据Z
i
为设定频率范围内固定频率间隔对应阻抗的复数数组；步骤3：利用Kramers
‑
Kronig关系校验各阻抗数据的质量，若实际数据与理论计算值之间的偏差落在阈值范围内，则视为质量通过，反之则不通过，重新进行阻抗测量；步骤4：通过弛豫时间分布算法进行各电芯的DRT曲线计算，得到(τ，φ)曲线；步骤5：通过峰值查找算法得到各电芯DRT曲线中的(τ，φ)峰峰值；步骤6：对各电芯对应(τ，φ)峰峰值进行统计分析，利用异常值检测方法，判断各电芯对应不同老化模式的衰减是否存在异常。2.根据权利要求1所述的电池寿命衰减程度分选和评价方法，其特征在于，步骤1中：宽频阻抗快速测量仪器通过信号发生器，产生PRBS波、三角波、方波或多频率正弦合成信号，作为待测电池组的激励信号。3.根据权利要求1所述的电池寿命衰减程度分选和评价方法，其特征在于，步骤2中：宽频阻抗快速测量仪器发送激励信号经过待测蓄电池组，得到待测电池组的电压与电流数据，经过傅里叶变换可以得到被测电池组各电芯的宽频(0.01～1000Hz)阻抗数据[Z1，Z2，...，Z
n
]，其中一个电芯的阻抗数据Z
i
为设定频率范围内固定频率间隔对应阻抗的复数数组。4.根据权利要求3所述的电池寿命衰减程度分选和评价方法，其特征在于，步骤3中：利用Kramers
‑
Kronig关系校验各阻抗数据的质量，Kramers
‑
Kronig关系，由下式描述：Kronig关系，由下式描述：宽频阻抗测量仪器的测量精度为Δω，测量频率的上下限为Δω和NΔω，对上述方程进行离散化，得到：进行离散化，得到：该复数数组可以描述为：Z
...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁永军，周晓，陈金干，戴海峰，李浩，陈斌，
申请(专利权)人：苏州湛云科技有限公司，
类型：发明
国别省市：