【技术实现步骤摘要】
一种基于宏微观关联定量评价电池老化机理的方法及系统
[0001]本专利技术涉及一种基于宏微观关联定量评价电池老化机理的方法及系统，属于动力电池
。
技术介绍
[0002]随着电动汽车动力电池使用时间的推移，动力电池会产生劣化或老化
。
当电池性能发生劣化之后，其使用性能随之衰退，使得电动汽车能量性能受到影响，导致每次充满电后行驶的里程随之减少
。
此外，针对老化后的动力电池，倘若仍采取之前的控制策略或控制阀值对其实施管理，可能出现电池性能加速衰退问题，这将显著缩短电池使用寿命，增大电池安全隐患
。
[0003]现阶段，针对电池衰退的内部机理研究，主要是外特性法和解体物化法两种
。
第一种是对电池进行一系列的性能测试将所收集到的温度
、
电流和电压等数据作为切入点，通过探究这些数据中的关键参数与电池衰退存在着的深层次关联，建立特征参数与内部老化之间的对应关系；从而对电池内部老化机理进行判定
。
常用的外特性法主要有阻抗谱测试法
、
开路电压曲线法
、
微分电压曲线法
——Differential Voltage,DV
以及容量增量曲线法
——Incremental Capacity,IC
等
。
[0004]第二种则是对全电池进行破坏性拆解，将正负极极片制作成半电池进行测试分析，或通过对极片微观测试探究造成电池老化的机理
...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.
一种基于宏微观关联定量评价电池老化机理的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1
：采用外特性法和解体物化法分别对电池进行全电池宏观性能测试和半电池微观性能测试；
S101
：对电池进行全电池宏观性能测试，得出电池容量
、
欧姆内阻
、
极化内阻及开路电压与
SOC
之间的关系
、
电池在不同倍率下的充放电特性和不同充放电倍率下的剩余容量；所述全电池宏观性能测试包括容量标定测试
、
混合功率脉冲特性测试
、
小倍率充放电测试
、
不同倍率恒流工况充放电测试和倍率对剩余容量影响测试；
S102
：对电池进行半电池微观性能测试：将不同健康状态全电池采用恒流恒压的方式充电至满电状态后，对电池进行拆解；然后对拆解得到的负极极片完整部位进行取样，使用
X
射线衍射仪
XRD
来观测电极结构变化情况；
S2
：通过
S1
的全电池宏观性能测试和半电池微观性能测试得到的参数，对电池内部老化机理分别进行宏观和微观的分析，并将宏观和微观的分析结果进行关联定量评价，得出关联定量评价方法；
S201
：通过开路电压曲线法和容量增量曲线法分别对电池内部老化机理进行宏观分析；
S202
：通过使用
X
射线衍射仪
XRD
对电池内部老化机理进行微观分析；
S203
：根据
S201
和
S203
的宏观分析结果和微观分析结果进行关联定量评价；
S3
：对
S2
得出的关联定量评价法进行验证
。2.
根据权利要求1所述的基于宏微观关联定量评价电池老化机理的方法，其特征在于：所述
S101
的容量标定测试的具体步骤如下：对电池进行多次充放电测试，若是连续三次测试中释放电量误差小于2％，那么以三次测试所能放出电量的平均值作为电池在当前状态下的容量；所述
S101
的混合功率脉冲特性测试的具体步骤如下：在两个不同时差内分别给予电池大倍率的放电脉冲以及充电脉冲，当脉冲结束后，再对电池给予常规倍率的电流使其释放固定的电量，以此循环，直至电池内的电量被全部释放，根据电池在不同脉冲阶段的电压差的变化，得到其在多个荷电状态
SOC
区域内的动态特性从而建立欧姆内阻
、
极化内阻及开路电压与荷电状态
SOC
之间的关系；所述
S101
的不同倍率恒流工况充放电测试的具体步骤如下：在各个倍率下采取恒定电流对电池进行持续充放电，以获取电池在不同倍率下的充放电特性；所述
S101
的倍率对剩余容量影响测试的具体步骤如下：将电池在恒定的环境温度下以不同的倍率充电或放电至电池的最大或者最小截止电压后，将电池静置后，再以小倍率充放电测试中的小电流再次对电池进行充电或放电至截止电压，以得到不同充放电倍率下的剩余容量
。3.
根据权利要求2所述的基于宏微观关联定量评价电池老化机理的方法，其特征在于：所述
S201
的开路电压曲线法的具体步骤如下：计算电池的容量比
CR
：以电池在
C/20
及以下的倍率的充放电数据建立开路电压曲线，然后将电池在完成不同倍率下充电或放电实验搁置之后的电压，标记为充电结束的静置电压
EOC
‑
RCV
或放电结束的静置电压
EOD
‑
RCV
，根据获得的充电结束的静置电压
EOC
‑
RCV
以及放电结束的静置电压
EOD
‑
RCV
，在不同健康状态下调整后的开路电压曲线上找到充电结束
的荷电状态
EOC
‑
SOC
和放电结束的荷电状态
EOD
‑
SOC
；电池在一定倍率下充入或放出的容量，与通过调整后的开路电压曲线得到的充放电静置电压推测出的
△
SOC
相比即为容量比
CR
：式中，
capacity
是以一定的倍率充电或者放电时所能充入或放出的电池电量；
VSOC
是开路电压曲线上通过充电结束的静置电压
EOC
‑
RCV
以及放电结束的静置电压
EOD
‑
RCV
推测出的荷电状态
SOC
的差值；剩余容量的计算验证：为确定电池内的剩余容量，需要将电池荷电状态
SOC
转化为对应的容量；通过公式
(2)
来实现
SOC
与容量之间的转化，具体公式如下所示：
capacity
EOD
＝
CR
×
EOD
SOC
ꢀꢀ
(2)
式中，
capacity
EOD
是电池放电结束时受到放电倍率影响的剩余容量；
EOD
SOC
是通过在开路电压曲线上定位电池放电结束的静置电压对应的
SOC
，即
EOD
‑
SOC
；确定动力学损失：当电池完成放电之后，由于动力学损失的存在，会使得
EOD
‑
RCV
上升，且动力学损失与电池的充放电倍率有关，利用剩余容量定量计算出电池因动力学损失造成的容量损失，计算公式如下：
capacity
kinetic
＝
CR
×
EOD
SOC
ꢀꢀ
(4)
式中，
loss
kinetic
是电池因动力学损失造成的容量损失；
capacity
new
是新电池的额定容量；
capacity
kinetic
是由于动力学损失的存在而产生的容量；确定可循环锂离子损失
LLI
和活性材料损失
LAM
：通过公式
(5)
计算从本质上造成电池老化的可循环锂离子损失和活性材料损失的大小；式中，
loss
LLI+LAM
是电池内的可循环锂离子损失和活性材料损失之和；
capacity
now
是当前健康状态下电池的容量
。4.
根据权利要求3所述的基于宏微观关联定量评价电池老化机理的方法，其特征在于：所述
S201
的容量增量曲线法的具体步骤如下：以
C/20
及以下的倍率充电时对应的容量和电压数据建立容量增量曲线，在充电过程中出现的次序可以将它们划分成：峰值
A、
峰值
B
和峰值
C
，分别记作
Peak A、Peak B
以及
Peak C
；对电池进行电化学特性分析，得出特征峰的峰值越大就表明此处的化学反应越快；若
Peak C
发生衰退并消失不见，那么
Peak B
值大小和位移变化归因于活性材料损失和可循环锂离子损失；若
Peak C
发生衰退但仍然存在，那么
Peak B
值大小和位移变化归因于活性材料损失，则可以通过
dQ/dV
‑
充入电量曲线的
Peak B
值和
Peak C
值间低谷的位置变化计算剩余活性材料量，进而根据总的容量衰退量减去活性材料衰退量或者直接根据
Peak C
的衰退，计算得出可循环锂离子损失量，具体计算如下：进行活性材料损失量
LAM
和可循环锂离子损失量
LLI
的计算：
计算活性材料损失量：式中，
AM
new
是新电池表现在
Peak B
值和
Peak...
【专利技术属性】
技术研发人员：王丽梅，罗富林，张迎，高恺旭，赵秀亮，吕晓欣，刘良，盘朝奉，汪若尘，蔡英凤，陈龙，王赟，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
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