[發明專利]基于動態阻抗測量的鋰離子內部溫度預測方法

在審

• 申請號: 202110398152.1
• 申請日: 2021-04-14
• 公開（公告）號: CN113203957A
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 金陽;呂娜偉;姜欣
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: G01R31/382
• 分類號: G01R31/382;G01R31/389;G01R31/378;H01M10/48
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產權代理有限公司 51230
• 代理人: 賴林東

本發明涉及鋰離子電池狀態監測技術領域，公開了基于動態阻抗測量的鋰離子內部溫度預測方法，所述方法包括：在目標狀態下使用目標方法得到目標電池的目標動態阻抗，所述目標狀態包括充電、放電和靜置狀態，所述目標方法是一種非侵入式的、在線的、電流激勵型的動態阻抗測量方法，所述目標電池指鋰離子電池，所述目標動態阻抗是目標電池在一定頻率的電流激勵下的整體阻抗；基于目標狀態下的動態阻抗，計算電池內部的溫度，本公開能夠通過動態阻抗的測量，計算鋰離子電池的內部溫度，通過內部溫度指導運維操作，保證電池性能、延長電池壽命，并避免電池熱失控、爆炸等事故。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池狀態監測技術領域，且特別涉及一種基于動態阻抗測量的鋰離子內部溫度預測方法。

背景技術人家

隨著風能和太陽能等可再生資源的迅速發展，世界各地對電網儲能規模的需求繼續增加。電網規模的儲能有助于促進可再生能源的發展，并為電網提供輔助服務。目前，鋰離子電池由于其高能量密度、不斷降低的價格、良好的性能，應用方面十分廣泛。然而，鋰離子電池的運行需要保持在一個合適的溫度范圍中。溫度太高，會破壞電池內的化學平衡，導致副反應，影響電池性能。高溫下電池材料的性能會發生退化，電池循環壽命也將大大縮短。并且，一旦鋰離子電池發生過熱、過度充電或針刺、擠壓，容易發展成熱失控，并進一步導致起火乃至爆炸。

而現如今的設備無法達到實時監控，因此在運行過程中無法實時得到電池內部溫度。因此，有必要開發一種可靠的方法來預測鋰離子電池的內部溫度，并以此作為運行和維護的依據，可以保證電池的性能、延長電池壽命，也可以避免熱失控、爆炸等事故，保證電池和儲能系統的安全。

發明內容

本發明的目的在于：為了解決能夠預測鋰離子電池的內部溫度，并以此作為運行和維護的依據，可以保證電池的性能、延長電池壽命的問題，本發明提供了一種基于動態阻抗測量的鋰離子內部溫度預測方法。

為了實現上述目的，本發明具體采用以下技術方案：

在目標狀態下使用目標方法得到目標電池的目標動態阻抗，所述目標狀態包括充電、放電和靜置狀態，所述目標方法是電流激勵型動態阻抗測量方法，所述目標電池指鋰離子電池，所述目標動態阻抗是目標電池在0.1Hz～5kHz之內受內部溫度影響較大的頻率下的整體阻抗；基于目標狀態下的動態阻抗，計算電池內部的溫度。

針對特定電池，通過實驗確定受內部溫度影響較大的動態阻抗的頻率，將該頻率下的動態阻抗作為計算內部溫度的依據，并通過實驗獲得動態阻抗-內部溫度映射曲線。通過動態阻抗測量設備獲得目標在最適合頻率上的動態阻抗。根據動態阻抗及內部溫度-動態阻抗的標定曲線，獲得電池實時的內部溫度。

基于以上計算出得到的內部溫度，指導運維操作，保證電池的性能、延長電池壽命，并避免電池熱失控、爆炸等事故，具體操作方式包括：

在內部溫度過高時適當減少電池的輸出功率，以保證電池的性能。

在長期運行中使電池內部溫度保持在一個限值一下，以延長電池的壽命；

當電池內部溫度發生突變時，及時切斷電池與充放電設備的連接。

進一步地，所述動態阻抗測試方法所需設備包括依次連接的；

多路信號選擇器，用于切換被測電池；

激勵電流源，用于向整個電池串聯單元輸出正弦激勵電流；

儀表放大器，用于對被測電池兩端的電壓去直流、濾波；

編程增益放大器，用于濾波后電壓交流分量的放大。

模數轉換器，用于采集濾波放大電路輸出的電壓值；

數字信號處理器，通過傅里葉變換計算得出每個電池在特定頻率下的電壓分量，進而計算得到動態阻抗值。