一种基于接触面积的全固态锂离子电池内阻测量方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，提供一种基于接触面积的全固态锂离子电池内阻测量方法，首先，将全固态锂离子电池正、负极按照垂直投影同等划分成单元体；然后，测量正、负极单元体的间距并判定二者的接触状态，对所有单元体的接触面积进行求和得到正、负极的接触面积；最后，基于正、负极的接触面积计算得到全固态锂离子电池的内阻。本发明专利技术采用全固态锂离子电池正、负极的接触面积间接测量锂离子电池内阻，测量过程中无需向锂离子电池施加大电流，一方面降低了测量方面的耗能、减小了对锂离子电池的损伤，另一方面保证了对所有类型锂离子电池的适用性；并且，能够有效缩短测量时间、提高测量精度。高测量精度。高测量精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于接触面积的全固态锂离子电池内阻测量方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体提供一种基于接触面积的全固态锂离子电池内阻测量方法。

技术介绍

[0002]在锂离子电池
中，锂离子电池组的组装过程中需要挑选内阻相近的电池单元进行组装，因此，电池内阻测量成为了出厂检验的重要项目之一；并且，锂离子电池的容量和内阻具有一定的反比关系，可以根据内阻大小粗略判断电池容量，锂离子电池老化失效后主要表现为内阻增大，则通过测量电池内阻也可以快速判断电池老化程度。
[0003]目前，锂离子电池内阻测量方法主要包括直流放电内阻测量法与交流压降内阻测量法两种；其中，直流放电内阻测量法是依据公式R＝U/I，对电池施加恒定大电流，测量电压求得内阻，该测量方法的精确度高，精度误差可控制在0.1％以内；但是，电池通过大电流时，电池内部电极会发生极化现象，进而产生极化内阻，因此，测量时间必须很短，否则测出的内阻值误差很大；由此可见，该测量方法只能针对大容量电池或蓄电池，小容量电池根本无法在2～3秒内负荷40～80A的大电流；另外，大电流通过会对电池内部的电极有一定损伤。与之相比，交流压降内阻测量法是通过反复调试，给电池施加一个固定频率和固定电流，然后对其电压进行采样，经过整流、滤波等一系列处理后通过运放电路计算电池的内阻值；该测量方法可以测量几乎所有类型的电池，包括小容量电池；但是，该测量方法的测量精度很可能收到纹波电流的影响，同时还有谐波电流干扰的可能，导致测量结果有偏差，控制得当也只能将精度误差控制在1％～2％之间。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有直流放电内阻测量法与交流压降内阻测量法各自存在的问题，提供一种基于接触面积的全固态锂离子电池内阻测量方法；首先，将全固态锂离子电池正、负极按照垂直投影同等划分成单元体；然后，测量正、负极单元体的间距，并基于间距判定正、负极单元体的接触状态，得到正、负极单元体的接触面积，再通过求和得到全固态锂离子电池正、负极的接触面积；最后，基于正、负极的接触面积计算得到全固态锂离子电池的内阻。本专利技术采用全固态锂离子电池正、负极的接触面积间接测量锂离子电池内阻，测量过程中无需向锂离子电池施加大电流，一方面降低了测量方面的耗能、减小了对锂离子电池的损伤，另一方面保证了对所有类型锂离子电池的适用性；并且，能够有效缩短测量时间、提高测量精度。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种基于接触面积的全固态锂离子电池内阻测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0007]步骤1.将全固态锂离子电池的正极与负极按照垂直投影同等划分成网格状单元体，设定每一个单元体的面积为ΔS；通过模型加载装置向全固态锂离子电池正负极两侧施
加等大反向的压力F1、F2，保持全固态锂离子电池中正负极单元体对受力相同；同时，通过触头弹簧在向全固态锂离子电池正负极两侧提供互压力；
[0008]步骤2.针对全固态锂离子电池中每一个正负极单元体对，测量得到正负极单元体间距d；
[0009]步骤3.根据正负极单元体间距d判定中正负极单元体对中正、负极单元体的接触状态：
[0010]当d＝0时，判定正、负极单元体为接触态，统计其接触面积为ΔS；
[0011]当d＞0时，判定正、负极单元体为非接触态，统计其接触面积为零；
[0012]步骤4.将全固态锂离子电池中所有正负极单元体对的接触面积进行求和，得到全固态锂离子电池的正负极接触面积A；
[0013]步骤5.根据全固态锂离子电池的正负极接触面积A计算得到全固态锂离子电池内阻R。
[0014]进一步的，步骤2中，正负极单元体间距d的测量过程为：
[0015]步骤2.1.在全固态锂离子电池充放电过程中，运用卡尔文探针力显微镜(KPFM)探测正、负极表面电势对探针的作用力，转换得到正、负极表面的电势分布；将其带入表面哈密顿量H
S
和体部分哈密顿量H
R
，得到微分方程，运用迭代格林函数快速收敛方法将微分方程迭代至收敛，得到正、负极的表面格林函数S1、S2；
[0016]步骤2.2.在全固态锂离子电池充放电过程中，通过红外线传感装置测量得到正、负极单元体的距离；
[0017]步骤2.3.依次使用拟蒙特卡罗法和拉丁超立方抽样法对步骤3测量得到的距离数据进行数据处理，得到正负极单元体间距d1；
[0018]步骤2.4.将全固态锂离子电池的输入电流和电压进行反向输入，重复步骤2.3与步骤2.4，得到正负极单元体间距d2；并基于间距d1与间距d2计算得到正负极单元体间距误差Δd；
[0019]步骤2.5.根据压力F1、压力F2、正极刚体变形参数、负极刚体变形参数，通过弹性体刚体运动场公式计算得到正负极刚体位移σ；根据压力F1与正极刚体变形参数，通过受力公式计算得到正极形变u1；根据压力F2与负极刚体变形参数，通过受力公式计算得到负极形变u2；
[0020]步骤2.6.根据正极形变u1、负极形变u2、正负极刚体位移σ、正极与负极表面格林函数S1与S2，计算得到正负极单元体间距d。
[0021]更进一步的，步骤2.4中，正负极单元体间距误差Δd为：Δd＝|d0
‑
(d1+d2)/2|，d0为全固态锂离子电池正负极的原始间距。
[0022]更进一步的，步骤2.6中，正负极单元体间距d为：d＝u1+u2
‑
σ+S1+S2+Δd。
[0023]进一步的，步骤5中，全固态锂离子电池内阻R为：R＝1/A+R0，R0为全固态锂离子电池的本征电阻。
[0024]基于上述技术方案，本专利技术的有益效果在于：
[0025]本专利技术提供一种基于接触面积的全固态锂离子电池内阻测量方法，通过对锂离子电池内阻激活工作过程以及接触面积对内阻变化影响趋势进行了机理分析，创造性的采用全固态锂离子电池正、负极的接触面积间接测量锂离子电池内阻；进一步的，构建正负极单
元体间距与正极形变、负极形变、正负极刚体位移、正极与负极的表面格林函数的关系模型，实现正负极单元体间距测量，进而将全固态锂离子电池正、负极的接触面积测量转换为正负极单元体对的正负极单元体间距测量，最终实现锂离子电池内阻测量。
[0026]综上，本专利技术能够消除因电流变化引起的表面膜电阻的变化，减少电斑点上的收缩效应，减少大电流对电池的损害，缩短测量时间，提高响应面的近似准确度。可以减少50％测算时间，电厂电站发生危险时可以有效制止危情的快速蔓延，相对于原有电阻测量法可抑制时间延迟和超越现象，准确度可以提高20％～50％，减少30％～40％能源的损耗，实现对电池电阻全方位全时监控。
附图说明
[0027]图1为本专利技术中基于接触面积的全固态锂离子电池内阻测量方法的原理示意图。
[0028]图2为本专利技术中基于接触面积的全固态锂离子电池内阻测量方法的流程示意图。
[0029]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于接触面积的全固态锂离子电池内阻测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.将全固态锂离子电池的正极与负极按照垂直投影同等划分成网格状单元体，设定每一个单元体的面积为ΔS；通过模型加载装置向全固态锂离子电池正负极两侧施加等大反向的压力F1、F2，保持全固态锂离子电池中正负极单元体对受力相同；同时，通过触头弹簧在向全固态锂离子电池正负极两侧提供互压力；步骤2.针对全固态锂离子电池中每一个正负极单元体对，测量得到正负极单元体间距d；步骤3.根据正负极单元体间距d判定中正负极单元体对中正、负极单元体的接触状态：当d＝0时，判定正、负极单元体为接触态，统计其接触面积为ΔS；当d＞0时，判定正、负极单元体为非接触态，统计其接触面积为零；步骤4.将全固态锂离子电池中所有正负极单元体对的接触面积进行求和，得到全固态锂离子电池的正负极接触面积A；步骤5.根据全固态锂离子电池的正负极接触面积A计算得到全固态锂离子电池内阻R。2.按权利要求1所述基于接触面积的全固态锂离子电池内阻测量方法，其特征在于，步骤2中，正负极单元体间距d的测量过程为：步骤2.1.在全固态锂离子电池充放电过程中，运用卡尔文探针力显微镜(KPFM)探测正、负极表面电势对探针的作用力，转换得到正、负极表面的电势分布；将其带入表面哈密顿量H
S
和体部分哈密顿量H
R
，得到微分方程，运用迭代格林函数快速收敛方法将微分方程迭代至收敛，得到正、负极的表面格林函数S1、S2；步骤2.2.在全固态...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈启懋，张鑫，李子键，康飞，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：