[發明專利]一種復合鋰離子電池健康狀況估計方法

有效

• 申請號: 202111362698.8
• 申請日: 2021-11-17
• 公開（公告）號: CN114089191B
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發明（設計）人: 汪秋婷;孫佳妮;蔣杭華;戚偉;劉泓;金暉;凌俐
• 申請（專利權）人: 浙大城市學院
• 主分類號: G01R31/367
• 分類號: G01R31/367;G01R31/385;G01R31/387;G01R31/392;H01M10/44
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 張羽振

1.一種復合鋰離子電池健康狀況估計方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、基于增強型單粒子模型，建立復合鋰離子電池電化學模型，并給出動態質量和控制方程；

步驟2、在循環老化實驗的實驗周期中，基于Nelder-Mead算法計算放電容量，并利用循環老化實驗中每個微循環充電周期對復合鋰離子電池電化學模型進行校準；

步驟3、建立安時吞吐量Ah與鋰離子電池放電容量Q的關系方程，建立安時吞吐量Ah與可循環鋰離子損耗摩爾數n_Li的關系方程；

步驟4、建立復合鋰離子電池SOH估計方法；

步驟5、設計循環老化實驗條件，根據步驟1至步驟4得出每次老化實驗周期中，每個單體鋰離子電池循環充電吞吐量；

步驟1中控制方程具體為：

正負電極活性材料的質量守恒方程為：

上式中，c_am為活性物質的摩爾濃度，單位為mol·m^-3；t為采樣時間；D_s,am表示活性固體物質的擴散系數；r為離子半徑變量；j_am(t)為插層電流密度，F為法拉第常數；R_p,am表示活性物質粒子直徑，單位為m；上式(1)表示鋰離子在固體顆粒中的擴散過程；

用電解質的質量守恒方程表示鋰離子在電解液中的擴散過程，由菲克第二定律控制：

上式中，ε_e為電解液粒子體積分數；c_e為電解質的摩爾濃度；D_e為電解質擴散系數，單位為m²s^-1；x為負極化學計量值；a_am為活性物質的常數系數；為正粒子轉移數；

電解質電極電位計算公式為：

上式中，為電解質電位，i_e(t)為t時刻電解質產生的電流值，σ_e表示電解質電導率，單位為Ω·m^-1；R為熱力學常數，T為熱力學溫度，單位為K；為負粒子轉移數；γ為活性物質中的電流分數；電解質電極電位由電解質濃度、電解質電導率和活性化學物質確定；

活性物質的過電位由開路電壓U_am減去活性物質電極電位以及接觸電阻分壓R_c,amβ_amI(t)得到：

上式中，η_am(t)為t時刻活性物質的活化過電位，單位為V；U_am為活性物質的開路電壓值，單位為V；為活性物質的電位；R_c,am為活性物質的接觸電阻，單位為Ω；β_am為活性物質的電流分數；I(t)為t時刻的電流值，單位為A；

通過總電流除以電活性表面積計算插層電流密度，并決定公式(1)和公式(2)的最終解：

上式中，i_0,am表示活性物質在充電狀態下產生的電流值；A為電極橫截面積；L為電極厚度；ε_am為活性物質體積分數；

活性物質在充電狀態下產生的電流值由活性物質的摩爾濃度和活性物質粒子半徑確定

上式中，k_am為活性物質的常數系數；c_max,am為活性物質最大摩爾濃度；R_p,am為正電極的接觸電阻；

電解液中歐姆過電位的歐姆定律為：

上式中，V_e為電解質的端電壓值，單位為V；

由正負電極過電位差值、歐姆電阻過電位值和電池內阻產生的電壓值確定單體電池端電壓：

上式中，為t時刻的正極電極電位，為t時刻的負極電極電位，V_e(t)為t時刻的電解質的端電壓值；R_cell為電池內阻，單位為Ω。

2.根據權利要求1所述復合鋰離子電池健康狀況估計方法，其特征在于：步驟5中循環老化實驗條件包括實驗溫度、充電水平、老化實驗周期和充電吞吐量。