[發明專利]一種基于曲線形態的電池容量跳水現象識別方法

有效

• 申請號: 202011131864.9
• 申請日: 2020-10-21
• 公開（公告）號: CN112327192B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 馬劍;宋登巍;馬梁;郝杰;王超;丁宇;呂琛
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01R31/392
• 分類號: G01R31/392;G01R31/367
• 代理公司: 北京元本知識產權代理事務所(普通合伙) 11308
• 代理人: 秦力軍

本發明公開了一種基于曲線形態的電池容量跳水識別方法，包括：依據經過數據平滑預處理后的電池容量退化數據，獲取電池容量退化曲線數據；從所述電池容量退化曲線數據中提取電池容量退化曲線的斜率特征；根據所提取的斜率特征對電池容量退化曲線進行形態識別；根據電池容量退化曲線形態識別結果，對電池容量跳水進行識別。

技術領域

本發明涉及一種電池容量衰退檢測，特別是一種基于曲線形態的電池容量跳水現象識別方法。

背景技術

鋰電池目前已廣泛應用于各個行業，特別是在汽車動力能源領域，由于其具備循環壽命長、能量密度高和安全性能好的特點，鋰電池已發展為不可或缺的一環。隨著鋰電池應用范圍的不斷擴展，隨之而來的是市場和客戶對鋰電池壽命和安全性能更高的關注和期待。

鋰電池在正常充放電循環過程中，隨著固體電解質界面膜(Solid ElectrolyteInterphase，SEI)增長，其容量出現正常的容量衰退。然而，隨著電池充放電循環次數的增加，電池內部的極化會導致特殊的析鋰現象的發生。析鋰對鋰電池的壽命和安全性都有很大影響：一方面，由于析出了鋰金屬，會導致電池容量的迅速衰減；另一方面，析出的鋰金屬會形成枝晶，枝晶的持續增長可能會刺穿隔膜，使得電池內部正負極短路，導致嚴重的安全事故。此外，隨著電池應用范圍的不斷增加，低溫和大倍率充電工況越來越常見，這些因素會使電池析鋰的風險增大。由于電池析鋰嚴重影響電池的循環壽命和安全性能，因此預先并準確地判斷鋰電池析鋰現象尤為重要。

為滿足用戶和市場需求，鋰電池設計廠商針對新研配方，會開展循環壽命試驗，從而確認電池壽命是否滿足需求。針對鋰電池設計和試驗階段，需要識別電池析鋰現象并發出告警，一方面發現并確認已出現析鋰的電池，從而盡早結束試驗，為企業節約成本。同時，從設計配方矩陣中提出會導致析鋰的配方，精簡配方設計矩陣，提升設計和開發效率。此外，還可以避免具有析鋰風險的電池進入后續生成階段從而最終進入市場，導致更大的經濟損失和安全風險。

目前，常見的電池析鋰檢測方法，主要是通過人工拆解電池，對拆解后的電芯形貌狀態進行觀察，從而判斷是否發生析鋰。該方法主要依據檢測人員經驗判斷，存在主觀判斷導致的誤差。同時，電池拆解過程復雜，需要消耗大量的人力和物力，導致效率低下，還存在一定的安全隱患，且電池的拆解具有不可逆的破壞性。此外，由于電池析鋰是長期化學反應累積到一定程度而呈現出的結果，當人工觀測到電池發生析鋰時，說明電池已經在較長一段時間內處于析鋰狀態，導致析鋰的識別存在滯后性。除人工拆解外，常見的析鋰檢測方法還包括電壓分析法和元素分析法。電壓分析法是通過測量電池金屬外殼和負極間的電壓判斷析鋰，該方法需要額外設備進行測試，監測結果存在一定誤差，同時受電池結構等因素影響，該方法存在一定局限性。元素分析法是利用掃描電子顯微鏡對電池進行原位同步觀測，從而判斷在充放電循環中是否存在析鋰。該方法需要額外的設備開展測量，且成本較高。綜上所示，現有析鋰檢測方法存在滯后性或局限性，無法滿足在通用的電池試驗場景下，實現準確并預先識別電池析鋰現象的需求。

電池發生析鋰的根本原因在于配方設計不合理、加工制造中引入缺陷(如：工藝問題、質量偏差)等。電池容量的快速衰退是電池發生析鋰后的重要表現，定義電池容量的快速衰退為“跳水”。在鋰電池的全壽命周期中，電池會出現正常的性能衰退，即在一段時間內保持平穩的退化規律。當電池發生跳水后，電池會出現異常衰退，即當電池壽命循環超過某一臨界點后，電池的容量衰退速率迅速增大，電池容量迅速下降，定義該臨界點為“跳水點”。通常，電池發生跳水是由電池析鋰導致的。因此可以對電池容量曲線開展分析，預先識別容量曲線的跳水點，對電池跳水線性進行預警，從而支持電池的析鋰檢測。

本發明利用電池容量退化曲線，基于曲線形態和幾何形狀參數實現電池跳水現象的識別與告警，支持開展析鋰分析，從而在試驗階段為試驗人員提供決策支持，優化試驗配方，避免安全事故發生。

發明內容

本發明針對鋰電池跳水現象，提出了一種基于曲線形態的電池跳水現象識別方法。

本發明的一種基于曲線形態的電池容量跳水識別方法包括：