[發(fā)明專利]一種復(fù)合鋰離子電池健康狀況估計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111362698.8
• 申請(qǐng)日: 2021-11-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114089191B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪秋婷;孫佳妮;蔣杭華;戚偉;劉泓;金暉;凌俐
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙大城市學(xué)院
• 主分類號(hào): G01R31/367
• 分類號(hào): G01R31/367;G01R31/385;G01R31/387;G01R31/392;H01M10/44
• 代理公司: 杭州九洲專利事務(wù)所有限公司 33101
• 代理人: 張羽振

本發(fā)明涉及一種復(fù)合鋰離子電池健康狀況估計(jì)方法，包括步驟：基于增強(qiáng)型單粒子模型，建立復(fù)合鋰離子電池電化學(xué)模型，并給出動(dòng)態(tài)質(zhì)量和控制方程；在循環(huán)老化實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)周期中，基于Nelder?Mead算法計(jì)算放電容量，并利用循環(huán)老化實(shí)驗(yàn)中每個(gè)微循環(huán)充電周期對(duì)復(fù)合鋰離子電池電化學(xué)模型進(jìn)行校準(zhǔn)；建立安時(shí)吞吐量Ah與鋰離子電池放電容量的關(guān)系方程。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明引入增強(qiáng)型單粒子模型(eSPM)，提取與單體電池SOH直接相關(guān)的參數(shù)特征，并利用實(shí)時(shí)充電工況(包括快速充電)獲取模型參數(shù)特征；本發(fā)明選取LMO?NMC?石墨復(fù)合鋰離子電池進(jìn)行循環(huán)老化實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證新型電池模型和SOH估計(jì)方法的可行性和有效性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合鋰離子電池健康狀況估計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)合鋰離子電池健康狀況估計(jì)方法。

背景技術(shù)

電池是一個(gè)復(fù)雜的電化學(xué)系統(tǒng)，存在各種老化機(jī)制導(dǎo)致容量衰減和功率衰退，因此，基于可用容量的鋰離子電池健康狀況(SOH)估計(jì)方法不能在電動(dòng)車上直接測(cè)量，車載SOH估計(jì)算法給出電池老化機(jī)制直接相關(guān)的替代參數(shù)。根據(jù)鋰離子電池不同的工作條件，單體電池內(nèi)部產(chǎn)生不同的老化機(jī)制，對(duì)于基于石墨陽(yáng)極的鋰離子電池，老化機(jī)制包括但不限于固體電解質(zhì)相(SEI)形成、鋰電鍍、顆粒開(kāi)裂、活性物質(zhì)(AM)溶解和AM隔離等。常用的電池SOH估計(jì)方法是利用電化學(xué)阻抗譜(EIS)建立等效電路模型(ECM)參數(shù)，另一種方法稱為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法，該方法缺乏對(duì)模型參數(shù)的物理解釋，需要采集大量數(shù)據(jù)以涵蓋所有可能的電池退化機(jī)制。目前，有學(xué)者提出增量容量分析法(ICA)，該方法是一種強(qiáng)大的電池老化檢測(cè)算法。Weng等人利用ICA分析部分充電數(shù)據(jù)，Dubarry等人將容量分析結(jié)果編制成n維查找表，將其輸入電池管理系統(tǒng)中(BMS)，用于車載SOH估計(jì)。n維查找表能夠利用部分重要特征來(lái)識(shí)別電池的不同老化機(jī)制，例如可循環(huán)鋰損失、負(fù)極AM損失和正極活性材料損失。改進(jìn)的SOH估計(jì)方法是基于恒流電流計(jì)算經(jīng)驗(yàn)ECM參數(shù)或電化學(xué)模型參數(shù)。Bartlett等人提出一種基于降階增強(qiáng)型單粒子模型(eSPM)參數(shù)的雙SOC/SOH估計(jì)器，該方法利用擴(kuò)展卡爾曼濾波(EKF)估計(jì)高電壓門(mén)限值的負(fù)極鋰濃度，確定電池容量。但是，該模型存在不可觀測(cè)性問(wèn)題，并且模型收斂性僅適用于低電壓的工作條件，不適合車載SOH估計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種復(fù)合鋰離子電池健康狀況估計(jì)方法；

這種復(fù)合鋰離子電池健康狀況估計(jì)方法，包括以下步驟：

步驟1、基于增強(qiáng)型單粒子模型(eSPM)，建立復(fù)合鋰離子電池電化學(xué)模型，并給出動(dòng)態(tài)質(zhì)量和控制方程；

步驟2、在循環(huán)老化實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)周期中，基于Nelder-Mead算法計(jì)算放電容量，并利用循環(huán)老化實(shí)驗(yàn)中每個(gè)微循環(huán)(micro-cycle)充電周期對(duì)復(fù)合鋰離子電池電化學(xué)模型進(jìn)行校準(zhǔn)；

步驟3、建立安時(shí)吞吐量Ah與鋰離子電池放電容量Q的關(guān)系方程，建立安時(shí)吞吐量Ah與可循環(huán)鋰離子損耗摩爾數(shù)n_Li的關(guān)系方程；

步驟4、建立復(fù)合鋰離子電池SOH估計(jì)方法；

步驟5、設(shè)計(jì)循環(huán)老化實(shí)驗(yàn)條件，根據(jù)步驟1至步驟4得出每次老化實(shí)驗(yàn)周期中，每個(gè)單體鋰離子電池循環(huán)充電吞吐量。

作為優(yōu)選，步驟5中循環(huán)老化實(shí)驗(yàn)條件包括實(shí)驗(yàn)溫度、充電水平、老化實(shí)驗(yàn)周期和充電吞吐量。

作為優(yōu)選，步驟1中控制方程具體為：

正負(fù)電極活性材料的質(zhì)量守恒方程為：