[發(fā)明專利]一種鋰電池容量跳水識別方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011134255.9
• 申請日: 2020-10-21
• 公開（公告）號: CN112327194B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬劍;馬梁;宋登巍;郝杰;丁宇;呂琛
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01R31/392
• 分類號: G01R31/392;G01R31/367
• 代理公司: 北京元本知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11308
• 代理人: 秦力軍

本發(fā)明公開了一種鋰電池容量跳水識別方法及裝置，包括：獲取經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理的鋰電池充放電循環(huán)的包括起始點Q1和終止點Q2的鋰電池退化曲線；根據(jù)鋰電池退化曲線的彎曲程度，確定鋰電池退化曲線特征夾角；將鋰電池退化曲線特征夾角與特征夾角跳水閾值進行比較；根據(jù)比較結(jié)果對所述鋰電池是否屬于跳水樣本進行識別。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鋰電池容量跳水識別方法及裝置。

背景技術(shù)

鋰離子電池目前是廣泛應(yīng)用于軍事電子產(chǎn)品、航空電子器件、電動汽車以及各種便攜式電子裝置(例如筆記本電腦、數(shù)碼相機、平板電腦、手機等)的主要儲能器件，由于其質(zhì)量輕、放電率低及壽命長的特點，鋰離子電池已基本取代了鎳鎘電池、鎳氫電池。與此同時，由于目前對于氣候環(huán)境變化的關(guān)注和新能源開發(fā)的迫切性，鋰離子電動汽車得到了快速發(fā)展，眾多汽車廠商和研究機構(gòu)都致力于開發(fā)能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)石油的新能源汽車，例如德國大眾、美國特斯拉、中國比亞迪等汽車公司紛紛投入大量資金和人力資源開發(fā)純動力、混合動力等新能源汽車的車載鋰離子電池。因此，鋰離子電池的性能是其整體電子系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵因素，其失效可能會造成系統(tǒng)故障甚至是致命災(zāi)難。

鋰離子的壽命退化客觀的存在于其整個生命周期，其壽命問題主要指影響其放電能力的正負極活性材料的物化結(jié)構(gòu)性質(zhì)、粘結(jié)劑對涂層的粘結(jié)強度、隔膜的質(zhì)量等在循環(huán)充放電過程中的逐漸劣化。鋰離子電池的容量是指示電池性能退化的重要指標，隨著電池的使用不斷降低，當電池容量低于某一閾值后，電池無法繼續(xù)穩(wěn)定提供儲能功能，即認為發(fā)生失效。不同設(shè)計配方、設(shè)計因素下的電池型號壽命不同，因此電池設(shè)計生產(chǎn)廠商在電池設(shè)計定性或批量生產(chǎn)之前需要對不同配方、不同批次的電池進行加速壽命試驗，對試驗結(jié)果使用統(tǒng)計方法進行分析，得到該配方或批次下電池樣本總體的壽命信息。通常，電池的測試在加速應(yīng)力條件下開展，在特殊的測試臺中進行循環(huán)充放電試驗，激發(fā)電池性能的不斷退化，反映在電池容量上，體現(xiàn)為容量保持率隨著充放電循環(huán)數(shù)的增加而不斷衰減。

根據(jù)現(xiàn)有文獻研究表明，在加速應(yīng)力條件下，鋰離子電池容量保持率的衰退趨勢總體滿足平方根規(guī)律。即可以認為，電池若在試驗條件下以正常的趨勢發(fā)生退化，容量保持率隨循環(huán)數(shù)變化的曲線理論上來講呈現(xiàn)平方根函數(shù)的關(guān)系。但是在實際測試過程中，部分電池樣本的容量保持率曲線形態(tài)會呈現(xiàn)在一段時間內(nèi)平穩(wěn)退化，當超過某個臨界點之后衰退速率迅速增大的特點。當鋰離子電池容量保持率出現(xiàn)這種突然加速率退化的情況時，即認為電池容量發(fā)生了跳水現(xiàn)象，退化速率發(fā)生突然變化的臨界點即為跳水點。出現(xiàn)跳水現(xiàn)象的電池樣本，在測試過程中需要引起試驗人員的重點關(guān)注。具體原因有如下兩點。

第一，跳水往往與電池設(shè)計因素、生產(chǎn)批次等密切相關(guān)，分析測試數(shù)據(jù)中跳水樣本的電池可以為電池的優(yōu)化設(shè)計、優(yōu)化生產(chǎn)提供反饋指導(dǎo)信息。例如，如果發(fā)現(xiàn)在某一設(shè)計配方下的大部分電池都會出現(xiàn)跳水現(xiàn)象，則可以很大的概率說明這種設(shè)計配方中存在缺陷，應(yīng)該予以針對性改進。因此，電池設(shè)計生產(chǎn)商的測試部門需要對試驗結(jié)束的電池樣本數(shù)據(jù)進行逐一分析，對電池容量保持率衰退曲線是否出現(xiàn)跳水現(xiàn)象進行識別和標注，將總體中那些發(fā)生跳水的電池樣本區(qū)分開來。

第二，跳水電池樣本的測試數(shù)據(jù)對總體壽命分析產(chǎn)生影響。除了設(shè)計因素之外，試驗條件也會激發(fā)鋰離子電池的容量跳水現(xiàn)象。現(xiàn)有研究表明，低溫度、高充放電倍率、過高或過低SOC狀態(tài)都可能誘發(fā)鋰離子電池電極的析鋰現(xiàn)象，在容量保持率上體現(xiàn)為跳水。因此，若電池樣本在試驗過程中發(fā)生了跳水現(xiàn)象，跳水點之后的循環(huán)容量數(shù)據(jù)對電池加速壽命試驗數(shù)據(jù)分析作用不大，因為兩段退化過程趨勢已經(jīng)不一致，無法用平方根物理模型或阿倫尼烏斯公式等加速模型進行數(shù)據(jù)分析。因此，希望在跳水點即將出現(xiàn)時或出現(xiàn)后短時間內(nèi)發(fā)出預(yù)警，終止試驗，節(jié)省試驗成本。

然而，考慮上述兩點，現(xiàn)有測試流程中針對跳水樣本或跳水點的分析處理方法尚不完善。