[發明專利]鋰離子電池的負極電位估算模型建立方法及計算機設備

在審

• 申請號: 202011491854.6
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112733427A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 盧宇芳;韓雪冰;馮旭寧;盧蘭光;歐陽明高
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G01R31/367;G01R31/387;G01R31/389;G06F119/02;G06F119/04
• 代理公司: 北京華進京聯知識產權代理有限公司 11606
• 代理人: 馬云超

本申請提供了一種鋰離子電池的負極電位估算模型建立方法及計算機設備。鋰離子電池的負極電位估算模型建立方法包括首先提供帶參比電極的三電極電池。其次對三電極電池進行性能測試，從而獲得三電極電池的標稱容量和電壓特性參數，電壓特性參數包括正極電位、端電壓以及負極電位。建立分極等效模型。分極等效模型包括正極參數和負極參數，以反映三電極電池的外部特性和內部特性。最后利用標稱容量和電壓特性參數對正極參數和負極參數進行標定，以獲得負極電位估算模型。該方法能夠將電池的正極和負極特性分離，準確地模擬電池在充放電過程中的正極和負極電位變化的規律。同時，分極等效模型參數明確、計算簡單，能夠應用于電池管理系統。

技術領域

本申請涉及電池管理技術領域，尤其涉及一種鋰離子電池的負極電位估算模型建立方法及計算機設備。

背景技術

鋰離子電池因具有能量密度高、功率密度高、壽命長、環保等優點，近年來被廣泛應用于電腦、手機等電子設備及新能源汽車的動力電池系統中。為了保證電池在使用過程中的性能不受損壞，需要對電池的溫度、電流、電壓等進行監測，其中，電池電壓是監控的關鍵狀態之一。鋰離子電池在使用過程中，電極發生極化，電極電位偏離平衡電位，極化電位與平衡電位差為過電位。其中，負極過電位低于0V vs.Li/Li⁺時，負極表面會發生析鋰，損害電池性能，嚴重時還可能引發熱失控等安全事故。

目前通過測量正極和負極電位之差，可以得到商用鋰離子電池的端電壓，但無法獲得電池內部單個電極的電位。向電池中植入參比電極構成三電極體系，測量電極與參比電極之間的電位可直接獲得內部電位，但現有的參比電極僅為實驗室級別使用，尚未商用化于鋰離子電池；常用的鋰離子電池電化學模型可以預測內部電位，但模型復雜且計算量大，難以實用于電池管理系統；常用的等效電路模型參數簡單計算量小，但只能描述電池的外在特性，無法提供負極電位。目前為止，尚沒有能夠適用于電池管理系統的能夠準確預測電池內部電位變化的鋰離子電池等效模型。

申請內容

基于此，本申請提供一種鋰離子電池的負極電位估算模型建立方法及計算機設備，將電池的正極和負極特性分離，準確地模擬電池在充放電過程中的負極電位和正極電位變化的規律，并能夠應用于電池管理系統。

本申請提供了一種鋰離子電池的負極電位估算模型建立方法，包括：

提供帶參比電極的三電極電池；

對所述三電極電池進行性能測試，從而獲得所述三電極電池的標稱容量和電壓特性參數，所述電壓特性參數包括正極電位、端電壓以及負極電位；

建立分極等效模型，所述分極等效模型包括正極參數和負極參數，以反映所述三電極電池的外部特性和內部特性；

利用所述標稱容量和所述電壓特性參數對所述正極參數和所述負極參數進行標定，以獲得負極電位估算模型。

在其中一個實施例中，所述對所述三電極電池進行性能測試包括給定電流條件下的容量測試、給定電流條件下的電池開路電壓測試以及不同工況下的充放電測試。

在其中一個實施例中，所述分極等效電路模型為分極一階RC模型，所述分極一階RC模型是在電池一階RC模型的基礎上將全電池的理想電壓源、歐姆內阻、極化內阻以及極化電容基于正負極特性拆分為正極理想電壓源、負極理想電壓源、正極歐姆內阻、正極極化內阻、負極歐姆內阻、負極極化內阻、正極極化電容和負極極化電容得到的。

在其中一個實施例中，所述分極等效電路模型為分極Rint模型，所述分極Rint模型是在電池Rint模型的基礎上將全電池的理想電壓源和總內阻基于正負極特性拆分為正極理想電壓源、負極理想電壓源、正極內阻和負極內阻得到的。

在其中一個實施例中，所述利用所述標稱容量和所述電壓特性參數對所述正極參數和所述負極參數進行標定的步驟包括：