[發明專利]鈦酸鋰電池健康狀態估算方法

有效

• 申請號: 201611251853.8
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN106855610B
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 楊凱;張明杰;劉皓;高飛;耿萌萌;尹秀娟;惠東;劉超群
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院;國家電網公司;國網山東省電力公司德州供電公司
• 主分類號: G01R31/367
• 分類號: G01R31/367;G01R31/378
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

本發明提供的鈦酸鋰電池健康狀態估算系統及方法，所述方法包括：以恒定電流對電池進行充/放電，并記錄充放電循環放出的電量；計算選取的充放電循環對應的比熱容；求電池健康狀態與比熱容的關系曲線并驗證準確性；估測電池健康狀態的趨勢。本申請提供的技術方案利用鈦酸鋰電池在衰減過程中的比熱容的變化對其進行修正，既體現了傳統的老化因素對電池健康狀態的影響，又加入了比熱容修正因子，從而使得新的電池健康狀態預測模型對鈦酸鋰電池的健康狀態有了更準確地預測，提高了模型的精準度。

技術領域

本發明涉及健康狀態估算領域，具體講涉及鈦酸鋰電池健康狀態估算方法。

背景技術

風電、太陽能等可再生能源在轉化為電能時存在的間歇和不可控等特性，導致其大規模接入電網時會對電網的安全穩定產生嚴重影響，因此需要儲能技術來實現動態供需平衡以及提供調峰調頻等輔助服務。已有的眾多儲能技術中，鋰離子電池以其具有能量密度高、循環壽命長、環境友好等特點而得到廣泛使用。但與此同時，鋰離子電池的安全問題也日益突出。如何準確的估算電池的健康狀態(SOH，State of Health)是保證鋰離子電池安全運行的關鍵。

鋰電池的SOH是指鋰電池當前的容量能力，表征在一定條件下，鋰電池所能充入或放出的電量與電池標稱容量的百分比.此外還可根據電池的內阻、功率密度和能量密度來定義。如式①所示的公式來定義，

隨著鋰電池循環次數和存儲時間的累積，電池的容量會逐漸降低(老化),從而鋰電池的健康狀態也逐漸下降。

電池SOH在存儲過程中的下降是指電池存儲過程中由電池自放電、電池材料特性變化等引起的電池老化現象；電池SOH在循環使用過程中的下降是指電池使用(充電和放電)過程中電化學反應和電池材料特性變化引起的電池老化現象。因此根據電池不同的老化機理，可以采用不同的建模方式對電池的SOH進行估算。目前鋰電池SOH的建模方式主要有：電化學模型、經驗模型和電路模型三大類。其中，電化學模型主要依據電池衰減過程中電池內部電化學參量的變化來衡量，精度高，但模型構建復雜，適用范圍小；經驗模型主要從電池運行過程中的監測數據(溫度、內阻、電壓、電流等)出發，模型簡單，但實驗周期長；電路模型則是從電工學角度出發，將鋰離子電池等效成一個電路模型，該模型雖可實現電池SOH的實時監控，但精度較差。

鈦酸鋰電池是以鈦酸鋰為負極材料的鋰離子電池，鈦酸鋰材料相比于傳統的石墨負極材料具有“零應變”、放電平臺高等特點，因此鈦酸鋰電池的循環性能和安全性能有了較大提高。

但鈦酸鋰電池在充放電和擱置過程中很容易脹氣，尤其在高溫環境中，產生的氣體的主要成分為H₂、CO、CO₂和烷烴類氣體。當鈦酸鋰電池脹氣之后，電池體積增大，正負極及隔膜不再緊密接觸，會造成電池失效，從而嚴重影響電池的使用壽命。脹氣現象是鈦酸鋰電池特有的現象，在傳統的碳負極電池中則不會出現，因此在傳統的鋰電池SOH估算技術中并沒有考慮脹氣的影響，應用傳統的鋰電池SOH估算技術對鈦酸鋰電池體系進行估算會產生較大誤差。

為此，需要一種鈦酸鋰電池健康狀態估算方法，使其能夠更準確的預測鈦酸鋰電池的SOH，克服現有技術中對鈦酸鋰電池體系估算誤差較大的缺陷。

發明內容

為了解決現有技術中所存在的上述不足，本發明提供鈦酸鋰電池健康狀態估算方法，所述方法包括如下步驟：

(1)以恒定電流對電池進行充放電循環，并記錄充放電循環放出的電量；

(2)計算選取的充放電循環中當前實際電池容量對應的比熱容；

(3)利用容量衰減曲線模型求出的當前電池容量，并基于所述當前電池容量求電池健康狀態SOH，以及所述電池健康狀態SOH與比熱容C_p的關系曲線，并驗證準確性；

(4)估測電池健康狀態的趨勢。