[發(fā)明專利]一種基于脈沖充放電測試的動力電池內(nèi)阻構(gòu)成分析方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110236057.1
• 申請日: 2021-03-03
• 公開（公告）號: CN113093038B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 尹德友;倪計民;吳廣新;戚正剛;石秀勇
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟大學;上海大學
• 主分類號: G01R31/389
• 分類號: G01R31/389
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

發(fā)明提供了一種基于脈沖充放電測試的動力電池內(nèi)阻構(gòu)成分析方法。本方法包括將調(diào)節(jié)至所需要測試的SOC值、測試交流內(nèi)阻值、以恒定電流脈沖放電并獲得脈沖放電過程端電壓時間序列、擱置、以恒定電流脈沖充電并獲得脈沖充電過程端電壓時間序列以及分析以上端電壓時間序列并分別獲得脈沖放電和充電過程動力電池的電化學極化內(nèi)阻值和濃差極化內(nèi)阻值等步驟。本發(fā)明使用簡單方便的步驟獲得構(gòu)成動力電池內(nèi)阻組成的歐姆內(nèi)阻、電化學極化內(nèi)阻和濃差極化內(nèi)阻，方法科學合理，穩(wěn)定性好且不依賴于昂貴和復雜的儀器。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子動力電池領(lǐng)域，特別涉及一種基于脈沖充放電測試的動力電池內(nèi)阻構(gòu)成分析方法。

背景技術(shù)

鋰離子動力電池因能量密度高、環(huán)境適應(yīng)性較好和功率密度較高等優(yōu)點而得到了廣泛應(yīng)用。鋰離子動力電池的倍率性能、充放電容量和產(chǎn)熱功率等指標在很大程度上受到了內(nèi)阻的影響。若鋰離子電池的內(nèi)阻較大時，倍率性能和充放電容量下降，產(chǎn)熱功率上升，熱管理難度增大。鋰離子動力電池的總內(nèi)阻主要包括了歐姆內(nèi)阻、電化學極化內(nèi)阻和濃差極化內(nèi)阻這三大組成部分。其中，歐姆內(nèi)阻由歐姆極化引發(fā)，其發(fā)生是瞬間的；電化學內(nèi)阻由電化學極化引發(fā)，主要原因是電池正、負極上電化學反應(yīng)速度小于電子運動速度，其發(fā)生過程也極為短暫；濃差極化內(nèi)阻則有濃差極化有關(guān)，是由于參與反應(yīng)的鋰離子的擴散速度小于電化學反應(yīng)速度而造成的極化，其極化速率相對歐姆極化和電化學極化要明顯低得多，一般認為濃差極化在數(shù)秒內(nèi)完成。獲得鋰離子動力電池不同SOC(Stateofcharge，即荷電狀態(tài))下的總內(nèi)阻及其構(gòu)成，對鋰離子動力電池的設(shè)計和工藝質(zhì)量分析、性能評估和壽命預測等十分重要。通常，人們通過交流電阻測試儀測試得到鋰離子動力電池的交流內(nèi)阻，并近似認為該交流內(nèi)阻值等于歐姆內(nèi)阻；而鋰離子動力電池包括歐姆內(nèi)阻、電化學極化內(nèi)阻和濃差極化內(nèi)阻這三大部分在內(nèi)的總內(nèi)阻則通過脈沖充放電測試獲得，其中最為典型的測試方案為HPPC(Hybrid PulsePowerCharacteristic，即混合動力脈沖能力特性)測試。

當前公知的技術(shù)方案中，要想準確獲得鋰離子動力電池的總內(nèi)阻構(gòu)成，需要使用電化學工作站進行交流阻抗等測試，這不但依賴于昂貴精密、操作復雜的專業(yè)儀器，而且只能針對實驗室樣品而非實際完整的動力電池產(chǎn)品進行測試。針對電池產(chǎn)品的脈沖充放電測試則只給出了電池的總內(nèi)阻。因此，亟待發(fā)展出一種操作方便、科學合理且針對鋰離子動力電池實際產(chǎn)品的內(nèi)阻測試及其構(gòu)成的分析方法。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種操作方便、科學合理的基于脈沖充放電測試的動力電池內(nèi)阻構(gòu)成分析方法，使用簡單方便的步驟獲得構(gòu)成動力電池內(nèi)阻組成的歐姆內(nèi)阻、電化學極化內(nèi)阻和濃差極化內(nèi)阻，方法科學合理，穩(wěn)定性好且不依賴于昂貴和復雜的儀器。

為達到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種基于脈沖充放電測試的動力電池內(nèi)阻構(gòu)成分析方法，操作步驟如下：

(1)、對動力電池進行充放電，調(diào)節(jié)至所需要測試的SOC值，并擱置1小時±1分鐘，測量并記錄開路電壓值U_oc；

(2)、使用交流電阻測試儀測試并記錄得到動力電池的交流內(nèi)阻值R₀；

(3)、對動力電池以I₁的恒定電流脈沖放電10±0.5秒，并以Δt的固定時間間隔記錄放電過程的動力電池端電壓隨時間的變化情況，獲得脈沖放電過程端電壓時間序列{U_di}，其中I₁為1C至10C倍率之間對應(yīng)的電流值，Δt不大于0.001秒，U_di代表脈沖放電過程動力電池端電壓時間序列中第i個端電壓值；

(4)、將動力電池擱置40±1秒，測量并記錄擱置結(jié)束時刻開路電壓值U_od；