征電池內(nèi)部的物理化學(xué)性能狀態(tài)并且具有良好的可檢測(cè)性。
[0019] 約簡(jiǎn)后的模型參數(shù)及其表征的物理化學(xué)性能狀態(tài)如表2所示。
[0020] 表2約簡(jiǎn)后的特征參數(shù)及其表征的物理化學(xué)性能狀態(tài)
通過(guò)以上分析，得到表2中的正極初始嵌鋰率yo，正極容量％，負(fù)極容量Qn，嵌鋰率偏移 y〇fs，正極固相擴(kuò)散時(shí)間常數(shù) <，負(fù)極固相擴(kuò)散時(shí)間常數(shù)f，液相擴(kuò)散比例系數(shù)P_，液相擴(kuò) 散時(shí)間常數(shù)％，正極反應(yīng)極化系數(shù)巧^，負(fù)極反應(yīng)極化系數(shù)，歐姆內(nèi)阻Rohm，共11個(gè)參 數(shù)作為評(píng)價(jià)鋰離子電池健康狀態(tài)的特征參數(shù)，每個(gè)參數(shù)所表征的物理化學(xué)性能見(jiàn)表2所述。 這11個(gè)參數(shù)組合成為描述和鋰離子電池健康狀態(tài)的特征參數(shù)評(píng)價(jià)方法，該組特征參數(shù)從材 料物理化學(xué)性能角度完備、清晰地描述和評(píng)價(jià)電池在不同角度的性能狀態(tài)，包括S0C狀態(tài)、 正負(fù)極活性材料容量的多少、正負(fù)極固相擴(kuò)散程度、濃差極化程度、正負(fù)極電化學(xué)反應(yīng)極化 程度、歐姆極化程度等多個(gè)不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)。
[0021 ](三)進(jìn)一步需要說(shuō)明的是：在不破壞電池的情況下，可以對(duì)電池的健康狀態(tài)進(jìn)行 無(wú)損檢測(cè)，獲得電池當(dāng)前健康狀態(tài)下11個(gè)性能特征參數(shù)的取值，檢測(cè)方法參見(jiàn)專(zhuān)利"鋰離子 電池內(nèi)部性能狀態(tài)無(wú)損檢測(cè)方法"。結(jié)合電池健康狀態(tài)的無(wú)損檢測(cè)方法，本專(zhuān)利所建立的特 征參數(shù)可用于描述、評(píng)價(jià)、對(duì)比不同電池的性能狀態(tài)，從多個(gè)角度評(píng)價(jià)電池的性能或健康狀 況。
[0022]以某商品鋰離子電池為例說(shuō)明本專(zhuān)利"鋰離子電池健康狀態(tài)的特征參數(shù)評(píng)價(jià)方 法"的實(shí)施方式。
[0023] 應(yīng)用對(duì)象電池：日本三洋(Sanyo)公司的UR14500P型三元材料鋰離子電池，正極采 用鎳錳鈷三元材料，標(biāo)稱(chēng)容量720mAh，平臺(tái)電壓3.7V，工作電壓上下限分別為4.2V、2.5V。對(duì) 3個(gè)三元材料電池個(gè)體進(jìn)行了測(cè)試，分別標(biāo)記為L(zhǎng)iNMC-1、LiNMC-2和LiNMC-3。
[0024] 應(yīng)用結(jié)果--不同電池個(gè)體內(nèi)部性能健康狀態(tài)的評(píng)價(jià)與對(duì)比結(jié)果：LiNMC-1、 LiNMC-2和LiNMC-3不同電池個(gè)體的健康狀態(tài)特征參數(shù)估計(jì)結(jié)果如表3所示。
[0025] 表3不同電池個(gè)體的健康狀態(tài)特征參數(shù)估計(jì)結(jié)果
表中前11個(gè)參量是作為電池健康狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)的特征參數(shù)。其余三個(gè)參數(shù)：?ν是對(duì)電 池進(jìn)行極小倍率放電測(cè)量電池容量的結(jié)果，6^表征由正負(fù)極活性材料決定的電池理論容 量，是在固相擴(kuò)散和三部分極化作用的影響基本為零的情況下電池的可用容量。"標(biāo)準(zhǔn)充電 容量"是電池從放電截止點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)方式充電的充電容量，標(biāo)準(zhǔn)充電方式為0.5C恒流恒壓 (4.2V)充電，恒壓段截止電流為0.04C。"0.5C放電容量"是電池從滿(mǎn)充狀態(tài)以0.5C恒流放電 到電壓下限(2.5V)所放出的電量。
[0026] 評(píng)價(jià)對(duì)比1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)三個(gè)電池的內(nèi)部性能健康狀態(tài)，有如下結(jié)果： (1)分析QP、Qn兩個(gè)參數(shù)，1號(hào)和2號(hào)電池的正極、負(fù)極有效活性材料比3號(hào)電池多，所測(cè) 量的也是1號(hào)、2號(hào)電池高于3號(hào)電池。
[0027] (2)分析<、<兩個(gè)參數(shù)，2號(hào)電池正極、負(fù)極固相擴(kuò)散程度最大，3號(hào)電池正極、負(fù) 極固相擴(kuò)散程度最小，1號(hào)電池居中。
[0028] (3)分析P_參數(shù)，3號(hào)電池的濃差極化程度相對(duì)1號(hào)、2號(hào)電池更嚴(yán)重一些。
[0029] (4)分析參數(shù)，2號(hào)電池正極的反應(yīng)極化程度最小，1號(hào)電池和3號(hào)電池正極的 反應(yīng)極化程度相等。
[0030] (5 )分析1心_^_參數(shù)，3號(hào)電池負(fù)極的反應(yīng)極化程度最大，1號(hào)電池和2號(hào)電池負(fù)極的 反應(yīng)極化程度幾乎相等。
[0031] (6)分析Rd?參數(shù)，3號(hào)電池的歐姆內(nèi)阻比1號(hào)、2號(hào)電池的歐姆內(nèi)阻小約3ι?Ω。
[0032] 綜合比較2號(hào)和3號(hào)兩個(gè)電池，2號(hào)電池比3號(hào)電池的理論容量（多l(xiāng)lmAh，2號(hào)電 池的濃差極化程度和反應(yīng)極化程度比3號(hào)電池小，而實(shí)測(cè)"標(biāo)準(zhǔn)充放電容量"2號(hào)電池僅比3 號(hào)電池多2.4mAh，這是因?yàn)?號(hào)電池較為嚴(yán)重的固相擴(kuò)散程度和較大的歐姆內(nèi)阻限制了材 料理論容量的充分利用。
[0033] 本發(fā)明雖然已以較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，但其并不是用來(lái)限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域 技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā) 明技術(shù)方案做出可能的變動(dòng)和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明 的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案 的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種裡離子電池健康狀態(tài)的特征參數(shù)評(píng)價(jià)方法，其特征在于:包括如下步驟： 1) 基于裡離子電池的電化學(xué)模型，梳理電池內(nèi)部基本物理化學(xué)過(guò)程行為的機(jī)理參數(shù)； 2) 依據(jù)參數(shù)本身的物理含義和模型中參數(shù)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，通過(guò)狀態(tài)變量變換、參數(shù)組 合W及正負(fù)極融合等方法將底層機(jī)理參數(shù)向頂層變換，將電化學(xué)模型使用的基本物理化學(xué) 性能參數(shù)按照其物理意義進(jìn)行組合及約簡(jiǎn)處理，提高模型參數(shù)的可檢測(cè)性； 3) 使用約簡(jiǎn)后的物理化學(xué)參數(shù)作為特征參數(shù)，參照裡離子電池內(nèi)部性能狀態(tài)無(wú)損檢測(cè) 方法，結(jié)合電池健康狀態(tài)的無(wú)損檢測(cè)方法，用于描述、評(píng)價(jià)、對(duì)比不同電池的性能狀態(tài)，從多 個(gè)角度評(píng)價(jià)電池的性能或健康狀況。2. 依據(jù)權(quán)利要求1所述的裡離子電池健康狀態(tài)特征參數(shù)的組合及約簡(jiǎn)處理方法，其特 征在于:所述步驟1)中的參數(shù)包括幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)、材料物理性質(zhì)參數(shù)、材料動(dòng)力學(xué)性能參 數(shù)。3. 依據(jù)權(quán)利要求1所述的裡離子電池健康狀態(tài)特征參數(shù)的組合及約簡(jiǎn)處理方法，其特 征在于:所述步驟2)中，將電化學(xué)模型使用的基本物理化學(xué)性能參數(shù)按照其物理意義進(jìn)行 組合及約簡(jiǎn)處理包括： 正極初始嵌裡率yo定義為的組合參數(shù)，轉(zhuǎn)換關(guān)系為：正極容量Qp定義為、弓、t-村、Ip、A的組合參數(shù)，轉(zhuǎn)換關(guān)系為：負(fù)極容量Qn定義為嗎，B、ln、A的組合參數(shù)，轉(zhuǎn)換關(guān)系為：嵌裡率偏移yws定義為Qp、Qn、yo、、得J的組合參數(shù)，轉(zhuǎn)換關(guān)系為：正極固相擴(kuò)散時(shí)間常數(shù),定義為Rp、Ds,p的組合參數(shù)，轉(zhuǎn)換關(guān)系為：負(fù)極固相擴(kuò)散時(shí)間常數(shù)媛定義為Rn、Ds,η的組合參數(shù)，轉(zhuǎn)換關(guān)系為：液相擴(kuò)散比例系數(shù)Pc。。定義為1。、13、1。、&、巧、弓、0的組合參數(shù)，轉(zhuǎn)換關(guān)系為:口。。。=化+ P6)今2，其中：液相擴(kuò)散時(shí)間常數(shù)巧定義為ln、ls、lp、島、巧、嗎、D的組合參數(shù)，轉(zhuǎn)換關(guān)系為:巧=促,+助 今2 ,其中：正極反應(yīng)極化系數(shù)定義為Rp、kp的組合參數(shù)，轉(zhuǎn)換關(guān)系為：負(fù)極反應(yīng)極化系數(shù)定義為Rn、kn的組合參數(shù)，轉(zhuǎn)換關(guān)系為：歐姆內(nèi)阻Rohm走義為ln、ls、lp、每.、馬:、毎、:較V、巧!丐i:、Rn、Rp、％,;、f村;、A、馬Ε?-,κ、馬E&js:白勺 組合參數(shù)，轉(zhuǎn)換關(guān)系為：4.依據(jù)權(quán)利要求3所述的裡離子電池健康狀態(tài)的特征參數(shù)評(píng)價(jià)方法，其特征在于，進(jìn)行 組合及約簡(jiǎn)處理后的特征參數(shù)包括： 正極初始嵌裡率yo，正極容量Qp，負(fù)極容量Qn，嵌裡率偏移y〇fs，正極固相擴(kuò)散時(shí)間常數(shù) 負(fù)極固相擴(kuò)散時(shí)間常數(shù)液相擴(kuò)散比例系數(shù)P。。。，液相擴(kuò)散時(shí)間常數(shù)S，正極反應(yīng)極化 系數(shù)，負(fù)極反應(yīng)極化系數(shù)，歐姆內(nèi)阻Rohm,共11個(gè)參數(shù)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明是鋰離子電池健康狀態(tài)的一種描述與評(píng)價(jià)方法，特別涉及鋰離子電池健康狀態(tài)評(píng)價(jià)的一組特征參數(shù)。傳統(tǒng)方法都是使用電池容量、內(nèi)阻等外部性能參數(shù)描述電池的健康狀態(tài)，只是從某個(gè)單一角度描述電池性能變化的外部結(jié)果。本發(fā)明從電池內(nèi)部物理化學(xué)過(guò)程角度出發(fā)，得到一組評(píng)價(jià)電池健康狀態(tài)的內(nèi)部特征參數(shù)，這組參數(shù)具有明確的物理意義、描述電池內(nèi)部材料的多少以及材料的物理化學(xué)性能、可以完備地描述電池的綜合性能健康狀態(tài)，建立了一種全新的電池健康狀態(tài)的描述與評(píng)價(jià)方法。本發(fā)明得到了鋰離子電池健康狀態(tài)評(píng)價(jià)的一組內(nèi)部性能狀態(tài)特征參數(shù)，可用于不同電池個(gè)體的性能評(píng)價(jià)對(duì)比，也可用于同一電池個(gè)體的性能衰退規(guī)律描述與分析。
【IPC分類(lèi)】G01R31/36
【公開(kāi)號(hào)】CN105548893
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510887345
【發(fā)明人】羅偉林, 涂浡, 張玉, 喬衛(wèi)新, 屈誠(chéng)志, 馬季軍, 王田
【申請(qǐng)人】上?？臻g電源研究所
【公開(kāi)日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2015年12月7日