[發明專利]一種基于電池衰減機制的壽命評估方法及系統

有效

• 申請號: 202011261772.2
• 申請日: 2020-11-12
• 公開（公告）號: CN112782585B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 呂桃林;解晶瑩;羅偉林;閔凡奇;羅英;李永;郭滿毅;晏莉琴
• 申請（專利權）人: 上海空間電源研究所;上海動力儲能電池系統工程技術有限公司
• 主分類號: G01R31/367
• 分類號: G01R31/367;G01R31/392;G06F30/20;G06F111/10;G06F119/04
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國中

1.一種基于電池衰減機制的壽命評估方法，其特征在于，包括步驟：

步驟一、對電池進行循環老化測試，在循環老化測試的不同階段對電池進行內部參數標定測試；

步驟二、對電池內部參數進行辨識，并根據不同階段的內部參數變化情況及所對應的衰減機制建立內部參數演變模型；

步驟三、將所建立的內部參數演變模型帶入電化學模型，得到電池容量衰減來源及電池容量演變情況，同時根據設定的容量下限評估電池壽命；

所述的步驟二中的內部參數辨識方法為利用步驟一中所提到的電池內部參數標定測試，通過建立電池OCV模型，對電池的多個內部參數進行辨識：

其中，OCV為步驟一中所獲得的電池OCV，Cap為步驟一中獲得電池OCV過程中對應的容量，i為步驟一中獲得電池OCV過程中所對應的電流，E_s，p、E_s，n為電池正極、負極材料的開路電位Vs.嵌鋰量曲線或開路電位Vs.SOC曲線，為電池中正極材料的初始嵌鋰位置，Q_p、Q_n為電池正負極活性物質的含量，Gap為電池正負極活性物質的匹配情況，Rohm為電池的極化修正參數；

所述的步驟二中的內部參數變化所對應的衰減機制通過分析內部參數的具體物理意義得到：

LLI＝Gap_N-Gap₀-liNE+dePE

其中，ω_p、ω_n為正負損失的活性物質中的嵌鋰率，y_min，0、y_max，0、x_min，0、x_max，0為初始狀態下正負極活性物質的最大及最小嵌鋰率，y_min，N、y_max，N、x_min，N、x_max，N為第N個老化狀態下正負極活性物質的最大及最小嵌鋰率，liPE、liNE為從初始狀態到第N個老化狀態下正負極活性物質損失中的含鋰的量，dePE、deNE為從初始狀態到第N個老化狀態下正負極活性物質損失中的不含鋰量，LLI為電池由于副反應所造成的活性鋰損失的量，Gap₀、Gap_N為初始狀態與第N個老化狀態下正負極的匹配情況；

所述的步驟二中基于衰減機制的參數演變模型為根據電池內部衰減過程所遵循的規律；

活性物質的損失遵循副反應動力學方程由副反應造成的活性鋰損失遵循擴散控制方程

其中，Q_k為電極中活性物質的量，f_Li為活性物質及活性鋰的損失率，A～H為根據不同衰減狀態下內部參數的辨識結果待擬合的參數演變模型中的參數值；

所述的步驟三中電池容量衰減來源為：

Cap₀-Cap_N＝liPE+dePE+(Gap_N-Gap₀)

其中，Cap₀、Cap_N為初始狀態與第N個老化狀態下電池的容量，liPE為從初始狀態到第N個老化狀態下正極活性物質損失中的含鋰的量，dePE為從初始狀態到第N個老化狀態下正極活性物質損失中的不含鋰量，Gap₀、Gap_N為初始狀態與第N個老化狀態下正負極的匹配情況。

2.根據權利要求1所述的基于電池衰減機制的壽命評估方法，其特征在于，所述的步驟一包括設定循環老化工況，所設定的循環老化工況為根據電池實際工作情況所提取的動態工況或根據電池規格書所規定的電池使用范圍所設定的循環工況。

3.根據權利要求1所述的基于電池衰減機制的壽命評估方法，其特征在于，所述步驟一中的電池內部參數標定測試為電池的小電流充放電測試、恒流滴定測試或能夠獲得電池OCV曲線的測試。

4.根據權利要求1所述的基于電池衰減機制的壽命評估方法，其特征在于，所述的步驟二中的電池內部參數包括：為電池中正極材料的初始嵌鋰位置，Q_p、Q_n為電池正負極活性物質的含量，Gap為電池正負極活性物質的匹配情況，Rohm為電池的極化修正參數。

5.一種基于電池衰減機制的壽命評估系統，其特征在于，包括：

內部參數標定：對電池進行循環老化測試，在循環老化測試的不同階段對電池進行內部參數標定測試；

演變模型構建：對電池內部參數進行辨識，并根據不同階段的內部參數變化情況及所對應的衰減機制建立內部參數演變模型；

電池壽命評估：將所建立的內部參數演變模型帶入電化學模型，得到電池容量衰減來源及電池容量演變情況，同時根據設定的容量下限評估電池壽命；所述的內部參數辨識方法為利用電池內部參數標定測試，通過建立電池OCV模型，對電池的多個內部參數進行辨識：

其中，OCV為所獲得的電池OCV，Cap為獲得電池OCV過程中對應的容量，i為獲得電池OCV過程中所對應的電流，E_s，p、E_s，n為電池正極、負極材料的開路電位Vs.嵌鋰量曲線或開路電位Vs.SOC曲線，為電池中正極材料的初始嵌鋰位置，Q_p、Q_n為電池正負極活性物質的含量，Gap為電池正負極活性物質的匹配情況，Rohm為電池的極化修正參數；

所述的內部參數變化所對應的衰減機制通過分析內部參數的具體物理意義得到：

LLI＝Gap_N—Gap₀—liNE+dePE

其中，ω_p、ω_n為正負損失的活性物質中的嵌鋰率，y_min，0、y_max，0、x_min，0、x_max，0為初始狀態下正負極活性物質的最大及最小嵌鋰率，y_min，N、y_max，N、x_min，N、x_max，N為第N個老化狀態下正負極活性物質的最大及最小嵌鋰率，liPE、liNE為從初始狀態到第N個老化狀態下正負極活性物質損失中的含鋰的量，dePE、deNE為從初始狀態到第N個老化狀態下正負極活性物質損失中的不含鋰量，LLI為電池由于副反應所造成的活性鋰損失的量，Gap₀、Gap_N為初始狀態與第N個老化狀態下正負極的匹配情況；

所述的基于衰減機制的參數演變模型為根據電池內部衰減過程所遵循的規律；

活性物質的損失遵循副反應動力學方程由副反應造成的活性鋰損失遵循擴散控制方程

其中，Q_k為電極中活性物質的量，f_Li為活性物質及活性鋰的損失率，A～H為根據不同衰減狀態下內部參數的辨識結果待擬合的參數演變模型中的參數值；

所述的電池容量衰減來源為：

Cap₀-Cap_N＝liPE+dePE+(Gap_N-Gap₀)

其中，Cap₀、Cap_N為初始狀態與第N個老化狀態下電池的容量，liPE為從初始狀態到第N個老化狀態下正極活性物質損失中的含鋰的量，dePE為從初始狀態到第N個老化狀態下正極活性物質損失中的不含鋰量，Gap₀、Gap_N為初始狀態與第N個老化狀態下正負極的匹配情況。