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專利名稱：鋰電池健康狀態(tài)的評(píng)估方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池的技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種鋰電池健康狀態(tài)的評(píng)估方法。
背景技術(shù)：
目前，多數(shù)鋰電池的SOH(State of Health，健康狀態(tài))是通過電池的老化狀態(tài)而判斷的，表征電池老化的主要參數(shù)包括電池容量的衰減、電池內(nèi)阻的增加。電池容量衰減指的是，電池內(nèi)部由于副反應(yīng)、鈍化膜的產(chǎn)生造成對反應(yīng)物質(zhì)的包裹效應(yīng)和SEI膜增厚對鋰離子的消耗等，而使得電池內(nèi)部的可逆鋰離子在壽命過程總量不斷減少，最終到達(dá)容量下限時(shí)，到達(dá)壽命終止?fàn)顟B(tài)(例如當(dāng)電池容量能下降到80%，即SOH< 80%時(shí)，電池就應(yīng)該被更換)。電池阻值的增加指的是，從電池輸出能量效率的角度來考慮:電池對外輸出功率的同時(shí)，在電池內(nèi)阻上進(jìn)行部分能量的消耗；當(dāng)消耗到達(dá)一定比例(有效功率對總輸出功率的比值)時(shí)，認(rèn)為電池到達(dá)壽命終止?fàn)顟B(tài)。一般選擇電池內(nèi)阻增加到原來的1.5或2倍時(shí)認(rèn)為電池壽命終止。其中容量衰減和電阻增加，兩者之一達(dá)到限制值均可以認(rèn)定壽命終止。鋰電池SOH的估算方法包括在直接放電法、內(nèi)阻法等、電化學(xué)阻抗分析、模型法
坐寸ο直接放電法主要是通過電池單體的實(shí)際放電而測試放出的電量。內(nèi)阻法主要是通過建立內(nèi)阻與SOH之間的關(guān)系來估算S0H，即可以通過電池內(nèi)阻變化率來估算 SOH(R)，如公式 SOH(R) = (Rnw-RnJ/(Rtjld-RnJ,或者 SOH (R) = (Rold-Rnow)/(H ，其中表示電池當(dāng)前的內(nèi)阻，Rnew表示電池出廠時(shí)的內(nèi)阻，R0Id表示電池容量下降到壽命終點(diǎn)的時(shí)候的電池的內(nèi)阻。從上述中可看出，隨著電池使用時(shí)間的增長，電池內(nèi)阻在增加，電池容量下降，從而可以估算S0H。但是有些電池的容量下降到25%甚至30%后電池內(nèi)阻才會(huì)明顯增加，這樣依賴內(nèi)阻方法就會(huì)影響SOH數(shù)據(jù)估算的準(zhǔn)確性；另外，電池工作在不同的溫度下，電池的阻抗是有差異的，溫度不僅影響電池的內(nèi)阻還影響極化內(nèi)阻，這樣溫度的差異就會(huì)影響SOH數(shù)據(jù)估算的準(zhǔn)確性(低溫環(huán)境的影響尤為嚴(yán)重)。電化學(xué)阻抗分析主要是向電池施加多個(gè)頻率不同的正弦信號(hào)，并對已采集到的數(shù)據(jù)信息分析，預(yù)測電池的當(dāng)前性能。但是在用此方法之前，通常需要做大量的數(shù)據(jù)采集與分析，以獲取電池的特性，此方法不但過程較為復(fù)雜麻煩，而且造價(jià)也較為昂貴。模型法主要是分析電池內(nèi)部所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，以此為基礎(chǔ)建立電池的模型，用此模型來計(jì)算電池容量的衰減速率，來得出電池的S0H。利用艾林方程，通過活化焓值，活化熵值與溫度的關(guān)系來判定容量衰減速率，但是目前來說此方法難度較大，耗時(shí)較長，同時(shí)理論計(jì)算與實(shí)際操作環(huán)境有較大差異，數(shù)值精度可靠性不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例提供一種鋰電池健康狀態(tài)的評(píng)估方法，能夠使數(shù)據(jù)估算的準(zhǔn)確性較高、估算方法較為簡單以及成本較低。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例采用如下技術(shù)方案:本發(fā)明實(shí)施例提供的一種鋰電池健康狀態(tài)的評(píng)估方法包括:一種鋰電池健康狀態(tài)的評(píng)估方法，其特征在于，包括:獲取電池組在使用過程中的容量衰減率；獲取電池組在使用過程中恒流充電段與恒壓充電段的容量之差的容量差變化率；所述容量衰減率接近所述容量差變化率,選取所述容量衰減率和所述容量差變化率中的最小值，以該最小值判斷電池的健康狀態(tài)。進(jìn)一步地，所述電池組由多個(gè)電池單體組成，獲取每個(gè)電池單體的容量衰減率，并選取其中最小容量衰減率作為電池組的容量衰減率。每個(gè)所述電池單體的容量衰減率的計(jì)算公式為AOH(Ci) = CiZCi0 ；其中，SOH(Ci)第i個(gè)電池單體的容量衰減率，Ci表示第i個(gè)電池單體使用后測得的實(shí)際容量值，Ci0表示第i個(gè)電池單體初始狀態(tài)下的額定容量值。其中，獲取每個(gè)所述電池單體的容量差變化率，并選取其中最小容量差變化率作為電池組容量差變化率。每個(gè)所述電池單體的容量差變化率的計(jì)算公式為AOH(Di) = DiZDi0 ；其中，SOH(Di )第i個(gè)單體的容量差變化率辦表示第i個(gè)電池單體在使用后恒流充電段的容量與恒壓充電段的容量之差；Di(l表示第i個(gè)電池單體在初始狀態(tài)下恒流充電段的容量與恒壓充電段的容量之差。此外，所述C1、Citl可以從電池管理系統(tǒng)中獲取。所述D^Ditl也可以從電池管理系統(tǒng)中獲取。本發(fā)明實(shí)施例提供的鋰電池健康狀態(tài)的評(píng)估方法，包括:獲取電池組在使用過程中的容量衰減率；獲取電池組在使用過程中恒流充電段與恒壓充電段的容量之差的容量差變化率。這樣可看出，相比從電池組在使用過程中的容量衰減率來判斷電池的健康狀態(tài)，本發(fā)明實(shí)施例通過比較容量衰減率和容量差變化率來判斷電池的健康狀態(tài)，且由于所述容量衰減率接近所述容量差變化率，因此選取所述容量衰減率和所述容量差變化率中的最小值，以該最小值估算電池的健康狀態(tài)，這樣可以提高鋰電池健康狀態(tài)的估算準(zhǔn)確率，而且該估算方法不需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)采集與分析，因此該估算方法較為簡單、且成本較低。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的鋰電池健康狀態(tài)的評(píng)估方法流程示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的鋰電池健康狀態(tài)的評(píng)估方法中容量衰減率和容量差變化率的曲線圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的鋰電池健康狀態(tài)的評(píng)估方法中容量衰減率和電池內(nèi)阻增長率的曲線圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種鋰電池健康狀態(tài)的評(píng)估方法包括:步驟S10，獲取電池組在使用過程中的容量衰減率；步驟S11，獲取電池組在使用過程中恒流充電段與恒壓充電段的容量之差的容量
差變化率；步驟S12,所述容量衰減率接近所述容量差變化率,選取所述容量衰減率和所述容量差變化率中的最小值，以該最小值判斷電池的健康狀態(tài)。這樣可以看出，相比從電池組在使用過程中的容量衰減率來判斷電池的健康狀態(tài)，本發(fā)明實(shí)施例可以通過比較容量衰減率和容量差變化率來判斷電池的健康狀態(tài)，且由于所述容量衰減率接近所述容量差變化率，因此選取所述容量衰減率和所述容量差變化率中的最小值，以該最小值估算電池的健康狀態(tài)，這樣可以提高鋰電池健康狀態(tài)的估算準(zhǔn)確率，還可以避免由于前期電池內(nèi)阻變化不大以及溫度的不同影響容量測量而使電池健康狀態(tài)估算準(zhǔn)確率的弊端，而且該估算方法不需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)采集與分析，因此該估算方法較為簡單、且成本較低。這里對恒流、恒壓充電進(jìn)行下具體說明，在恒流充電過程中，電池在到達(dá)截止電壓時(shí)并沒有被充滿，因此在緊接地恒壓充電過程中，當(dāng)電池的電流逐漸趨近于零時(shí)電池被充滿，電池容量得到補(bǔ)償。具體地電池恒流、恒壓充電過程為:首先進(jìn)行恒流充電，恒流充電階段采用較小倍率的恒定電流0.2C IC (C表示電池的額定容量，單位通常為mAh)范圍的電流進(jìn)行充電，到達(dá)終止電壓后，再靜置0.5h_lh，然后利用等于終止電壓的電壓值進(jìn)行恒壓充電，當(dāng)電流小于0.01C-0.02C時(shí)，停止充電。上述電池組由多個(gè)電池單體組成，獲取每個(gè)電池單體的容量衰減率，并選取其中最小容量衰減率而形成所述容量衰減率SOH(C)，即SOH(C) = IniniSOH(C1), SOH(C2),SOH(C3)，…，SOH(Ci)，…，SOH(Cn)}。其中，電池組的容量衰減率可根據(jù)電池組使用前(即初始狀態(tài)下)的容量與使用后的容量的比值而獲取。具體地，每個(gè)所述電池單體的容量衰減率的計(jì)算公式為=SOH(Ci) = CVCitl ;其中，SOH(Ci)第i個(gè)電池單體的容量衰減率，Ci表示第i個(gè)電池單體在使用后經(jīng)過放電而測得的實(shí)際容量值，Citl表示第i個(gè)電池單體初始狀態(tài)下的額定容量值(或也可以指單體電池在初次使用時(shí)測得的實(shí)際容量)。獲取每個(gè)所述電池單體的容量差變化率，并選取其中最小容量差變化率作為所述容量差變化率 SOHG))，即 SOH(D) = min (SOH(D1)，SOH(D2)，SOH(D3)，...，SOH(Di)，...，SOH(Dn)I ο其中，電池組的容量差變化率根據(jù)電池組使用前在恒流、恒壓充電段的容量差與使用后在恒流、恒壓充電段的容量差的比值而獲取。具體地，每個(gè)所述電池單體的容量差變化率的計(jì)算公式為:=SOH(Di) = DiZiDitl ;其中，SOH(Di)第i個(gè)單體的容量差變化率辦表示第i個(gè)電池單體在使用后恒流充電段的容量Q/與恒壓充電段的容量Q2'之差(即Di = Q/ -Q2' ) ;Di(l表示第i個(gè)電池單體在初始狀態(tài)下恒流充電段的容量Q1與恒壓充電段的容量Q2之差(即Ditl = Q1-Q2)。例如對標(biāo)稱電壓為3.6v電池而言，其放電下限電壓可以定為3.0V，從3.0V開始進(jìn)行恒流0.SC充電，當(dāng)電壓達(dá)到4.2V終止充電，記錄恒流充電階段的容量值(如上述的Q1或Q1')，并靜置0.5h ;然后開始進(jìn)行4.2V恒壓充電，當(dāng)電流小于0.02C時(shí)，停止充電，記錄恒壓充電階段的容量值(如上述的Q2或)。前述中提到容量衰減率接近于容量差變化率,具體可參照圖2,其中橫坐標(biāo)表示電池放電和恒流、恒壓充電的循環(huán)次數(shù)，縱坐標(biāo)表示電池的容量衰減率和容量差變化率，曲線I表示容量衰減率的曲線，曲線2表示容量差變化率的曲線。從圖2中看出，初始階段的電池在前期循環(huán)(循環(huán)次數(shù)大約為20次左右)充電中還處于活化狀態(tài)，且容量差變化率在前期循環(huán)充電中呈上升趨勢，因此與容量衰減率具有較大差異，但是除該階段以外的其余階段的容量衰減率和容量差變化率極為接近，總體的平均誤差大約為3.1 %。由于容量衰減率和容量差變化率差異較大的循環(huán)次數(shù)遠(yuǎn)小于兩者接近的循環(huán)次數(shù)，因此前期循環(huán)充電的數(shù)據(jù)可以不用考慮，這樣除去前期活化階段的數(shù)據(jù)后平均誤差縮小至約為1.9%。在圖3中，橫坐標(biāo)表示電池放電的循環(huán)次數(shù)，縱坐標(biāo)表示電池的容量衰減率和電池內(nèi)阻變化率，其中電池內(nèi)阻變化率可以用SOH(R)來表示，即SOH(R) = (Rnow-Rnew)/(HJ，或者SOH(R) = (Rold-Rnow)/(Rold-Rnew)，曲線3表示電池內(nèi)阻變化率的曲線，曲線4表示容量衰減率的曲線。電池放電階段的容量衰減率和其內(nèi)阻的變化率的平均誤差約為
4.07%，而電池放電階段的容量衰減率和電池恒流、恒壓充電階段的容量差變化率的平均誤差約為1.9%，因此可以進(jìn)一步說明通過判斷電池恒流、恒壓充電階段的容量差變化率可以提聞裡電池健康狀態(tài)的估算準(zhǔn)確率。此外，上述CpCitl以及DiJitl均可以直接從電池管理系統(tǒng)(BMS)中獲取，當(dāng)然這只是其中一種可選的方案，Ci, Ci0, Di, Di0還可以通過其它本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員所知的方式而獲得。上述1、η取值均根據(jù)電池中具體地電池單體數(shù)量而定，但也并非開放性的數(shù)值。本發(fā)明實(shí)施例的估算方法不但準(zhǔn)確率較高，而且還較為簡單、且成本較低，可以適用于應(yīng)用在很多設(shè)備上的電池，例如應(yīng)用在電動(dòng)汽車上的鋰電池、或者手機(jī)上的鋰電池等。以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種鋰電池健康狀態(tài)的評(píng)估方法，其特征在于，包括: 獲取電池組在使用過程中的容量衰減率； 獲取電池組在使用過程中恒流充電段與恒壓充電段的容量之差的容量差變化率； 所述容量衰減率接近所述容量差變化率，選取所述容量衰減率和所述容量差變化率中的最小值，以該最小值判斷電池的健康狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池健康狀態(tài)的評(píng)估方法，其特征在于，所述電池組由多個(gè)電池單體組成，獲取每個(gè)電池單體的容量衰減率，并選取其中最小容量衰減率作為電池組的容量衰減率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰電池健康狀態(tài)的評(píng)估方法，其特征在于，每個(gè)所述電池單體的容量衰減率的計(jì)算公式為=SOH(Ci) = CVCitl ； 其中，SOH(Ci)第i個(gè)電池單體的容量衰減率，Ci表示第i個(gè)電池單體在使用后測得的實(shí)際容量值，Ci0表示第i個(gè)電池單體的初始狀態(tài)下的額定容量值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰電池健康狀態(tài)的評(píng)估方法，其特征在于，獲取每個(gè)所述電池單體的容量差變化率，并選取其中最小容量差變化率作為電池組的容量差變化率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋰電池健康狀態(tài)的評(píng)估方法，其特征在于，每個(gè)所述電池單體的容量差變化率的計(jì)算公式為=SOH(Di) = DiZDi0 ； 其中，SOH(Di)第i個(gè)單體的容量差變化率辦表示第i個(gè)電池單體在使用后恒流充電段的容量與恒壓充電段的容量之差；Di(l表示第i個(gè)電池單體在初始狀態(tài)下恒流充電段的容量與恒壓充電段的容量之差。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋰電池健康狀態(tài)的評(píng)估方法，其特征在于，所述CiXitl從電池管理系統(tǒng)中獲取。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰電池健康狀態(tài)的評(píng)估方法，其特征在于，所所述DpDitl從電池管理系統(tǒng)中獲取。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例公開了一種鋰電池健康狀態(tài)的評(píng)估方法，涉及電池的技術(shù)領(lǐng)域，為能夠使數(shù)據(jù)估算的準(zhǔn)確性較高、估算方法較為簡單以及成本較低而發(fā)明。該鋰電池健康狀態(tài)的評(píng)估方法包括獲取電池組在使用過程中的容量衰減率；獲取電池組在使用過程中恒流充電段與恒壓充電段的容量之差的容量差變化率；所述容量衰減率接近所述容量差變化率，選取所述容量衰減率和所述容量差變化率中的最小值，以該最小值判斷電池的健康狀態(tài)。本發(fā)明主要應(yīng)用于判定電池的健康狀態(tài)。
文檔編號(hào)G01R31/36GK103163480SQ201310113880
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月29日
發(fā)明者楊帆, 黃勇, 朱永利, 魏向輝 申請人:長城汽車股份有限公司