一种储能锂离子电池在线阻抗测量及析锂检测方法技术

本发明专利技术提供一种储能锂离子电池在线阻抗测量及析锂检测方法，旨在一定程度上解决储能电站运行过程中析锂引发的安全隐患

【技术实现步骤摘要】
一种储能锂离子电池在线阻抗测量及析锂检测方法


[0001]本专利技术涉及储能电池能量管理与智慧运维领域，尤其涉及一种储能锂离子电池在线阻抗测量及析锂检测方法
。

技术介绍

[0002]储能电站用锂离子电池具有能量密度高
、
大容量的特点，随着锂电储能系统规模的扩大，其安全性问题也越来越凸显
。
在锂离子电池运行过程中，低温
、
大倍率充电极易引发电池负极析锂，进而诱发锂枝晶，刺穿隔膜造成内短路，导致热失控
。
储能电站用锂离子电池由于其大容量的特点，内短路造成的事故严重程度相比车用小容量电池将更严重
。
因此实现对储能电站用锂离子电池的在线析锂检测将为电站的智慧运维具有重要意义
。
[0003]中国专利技术专利
CN114019385B
公开了一种基于单频率阻抗测试的析锂检测方法，但需要安装一个参比电极构成三电极电池，此外单频率阻抗测试需要结合电化学工作站实现，无法用于实际的在线析锂检测
。
中国专利申请
CN115298561A
公开了一种电化学装置析锂检测方法，通过对电池进行间歇式充电操作，获取不同
SOC
对应的内阻变化曲线，但是间断时长在8至
10
秒，降低了充电效率，其次采用内阻的二阶微分曲线的过零点作为析锂的判断依据，缺乏模型和理论支撑
。
中国专利技术专利
CN112394289B
公开了一种锂离子电池充电时析锂检测方法，在恒流充电电流上叠加一系列频率的扰动信号，通过时频分析获得特征频率集下的阻抗，并采用等效电路模型拟合出电阻参数
R
ct
，多次测量，得到
R
ct
随
SOC
的变化趋势，进而判断是否析锂，检测过程涉及多频率扰动信号叠加以及参数拟合的过程，成本高，复杂度高，难以实现在线析锂检测
。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对储能电站用大容量锂离子电池的在线析锂检测方面存在的问题提出一种储能锂离子电池在线阻抗测量及析锂检测方法，有助于低温
、
大倍率充电时充电策略调整，避免析锂带来的电池容量加速衰减和安全性问题，有助于储能电站智慧运维的实现
。
[0005]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0006]一种储能锂离子电池在线阻抗测量及析锂检测方法，其特征在于，用于在储能电站运行过程中判断电池单体是否发生析锂，包括以下步骤：
[0007]步骤
1)
通过在
PCS
的恒流充电模式中叠加
0.01Hz
～
10Hz
频率范围内的交流扰动，测量锂离子电池在该频率范围内的阻抗，以确定电池阻抗谱中低频转折点对应的频率
f
tr
；
[0008]步骤
2)
根据
τ
＝
1/2
π
f
tr
确定合适的间断时间，对电池进行间歇式充电操作，间断期间保持温度
T1，充电倍率恒为
C1；
τ
为时间常数；
[0009]步骤
3)
对于每个间断期间，采集电池电压变化，计算当前荷电状态
SOC
对应的内阻值，直至获得0％
SOC
‑
100
％
SOC
对应的内阻曲线，获得内阻
‑
SOC
曲线；
[0010]步骤
4)
保持温度
T1不变，改变间歇式充电倍率为
C2、C3、C4、C5，重复步骤
4)
；
[0011]步骤
5)
改变测试温度为
T2、T3、T4，重复步骤
3)
～步骤
4)
，测得不同温度下不同充电
倍率的内阻
‑
荷电状态
SOC
曲线；在线检测析锂时，温度变化对内阻检测结果的影响不可忽略，根据所述不同温度下不同充电倍率的内阻
‑
荷电状态
SOC
曲线，设置一个温度修正系数
ξ
，范围在0～1之间；
[0012]步骤
6)
根据步骤
5)
的温度修正系数
ξ
对不同温度下的不同充电倍率测得的内阻曲线进行修正，根据修正后的曲线变化趋势确定锂离子电池析锂
SOC
及对应电压；
[0013]步骤
7)
将不同温度以及不同充电倍率下的内阻
‑
SOC
曲线上传至边缘计算终端，再将储能电站终端数据上传至云端，形成在线析锂检测知识库，用于快速确定锂离子电池状态以及析锂情况；
[0014]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0015]1、
本专利技术提出的在线阻抗测量以及析锂检测方法高度结合
PCS
，无需电化学工作站，与现有技术相比，具有鲜明的创新性和独创性；
[0016]2、
本专利技术提出的储能锂离子电池在线阻抗测量以及析锂检测方法可在电池恒流充电过程中进行，对象可以是不同材料的储能锂离子电池，包括磷酸铁锂电池
、
镍钴锰酸锂电池或钴酸锂电池中的一种，无需打断充电过程，不会对充电效率造成影响，且可以根据本专利技术的析锂检测结果实时调整最佳充电电流；
[0017]3、
本专利技术提出的在线阻抗测量以及析锂检测方法具有较高的现场可操作性和实时性，对于减缓电池老化，提高储能电站智慧运维水平以及避免析锂引发的安全性问题具有重要意义
。
附图说明
[0018]图1为本专利技术的一种储能锂离子电池在线阻抗测量及析锂检测方法总体流程图；
[0019]图2锂离子电池析锂等效阻抗示意图；
[0020]图3间歇式充电及电压响应原理图；
[0021]图4内阻随
SOC
变化曲线以及析锂表征
。
具体实施方式
[0022]为了使本专利技术的目的
、
技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明
。
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术
。
此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合
。
[0023]如图1所示，本专利技术的一种储能锂离子电池在线阻抗测量及析锂检测方法，用于在储能电站运行过程中判断电池单体是否发生析锂，包括以下步骤：
[0024]步骤
1)
通过在
PCS
的恒流充电模式中叠加
0.01Hz
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种储能锂离子电池在线阻抗测量及析锂检测方法，其特征在于，用于在储能电站运行过程中判断电池单体是否发生析锂，包括以下步骤：步骤
1)
通过在
PCS
的恒流充电模式中叠加
0.01Hz
～
10Hz
频率范围内的交流扰动，测量锂离子电池在该频率范围内的阻抗，以确定电池阻抗谱中低频转折点对应的频率
f
tr
；步骤
2)
根据
τ
＝
1/2
π
f
tr
确定合适的间断时间，对电池进行间歇式充电操作，间断期间保持温度
T1，充电倍率恒为
C1；
τ
为时间常数；步骤
3)
对于每个间断期间，采集电池电压变化，计算当前荷电状态
SOC
对应的内阻值，直至获得0％
SOC
‑
100
％
SOC
对应的内阻曲线，获得内阻
‑
SOC
曲线；步骤
4)
保持温度
T1不变，改变间歇式充电倍率为
C2、C3、C4、C5，重复步骤
4)
；步骤
5)
改变测试温度为
T2、T3、T4，重复步骤
3)
～步骤
4)
，测得不同温度下不同充电倍率的内阻
‑
荷电状态
SOC
曲线；在线检测析锂时，温度变化对内阻检测结果的影响不可忽略，根据所述不同温度下不同充电倍率的内阻
‑
荷电状态
SOC
曲线，设置一个温度修正系数
ξ
，范围在0～1之间；步骤
6)
根据步骤
5)
的温度修正系数
ξ
对不同温度下的不同充电倍率测得的内阻曲线进行修正，根据修正后的曲线变化趋势确定锂离子电池析锂
SOC
及对应电压；步骤
7)
将不同温度以及不同充电倍率下的内阻
‑
SOC
曲线上传至边缘计算终端，再将储能电站终端数据上传至云端，形成在线析锂检测知识库，用于快速确定锂离子电池状态以及析锂情况
。2.
根据权利要求1所述的一种储能锂离子电池在线阻抗测量及析锂检测方法，其特征在于，所述的步骤
1)
包括：在锂离子电池充电器
PCS
的恒流模式下通过控制算法叠加
0.01Hz
～
10Hz
的正弦交流扰动，交流扰动频率为
0.01Hz、0.05Hz、0.1Hz、0.5Hz、1Hz、5Hz、10Hz
，扰动幅值为
5mA
，通过
PCS
电压电流同步采样获取电池在交流扰动下的电压响应，利用快速傅里叶频谱分析得到各个频率对应电压响应，进而获取不同扰动频率对应的阻抗
。3.

【专利技术属性】
技术研发人员：唐西胜，李福，宋爽，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：