一種動(dòng)力鋰離子電池健康狀態(tài)估算方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及動(dòng)力鋰離子電池制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種動(dòng)力鋰離子電池健康狀態(tài)估算方法。本發(fā)明結(jié)合動(dòng)力鋰離子電池的容量、功率、內(nèi)阻三個(gè)方面的因素，對(duì)電池的SOH進(jìn)行評(píng)測(cè)。內(nèi)阻包含直流內(nèi)阻和交流內(nèi)阻，具體的操作方法是，將電池進(jìn)行滿充滿放循環(huán)，容量保持率記為C，在循環(huán)測(cè)試的過程中測(cè)試電池的交流內(nèi)阻和直流內(nèi)阻，交流內(nèi)阻ACR和直流內(nèi)阻DCR的比值定義為阻值特性值a；同時(shí)測(cè)試電池的功率性能，功率保持率記為P，健康參數(shù)H=aC+aP。本發(fā)明提供的估算方法綜合考慮了容量、阻值以及功率三方面的特點(diǎn)，更加真實(shí)反映動(dòng)力鋰離子電池的健康狀態(tài)。
【專利說明】
一種動(dòng)力鋰離子電池健康狀態(tài)估算方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及動(dòng)力鋰離子制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種動(dòng)力鋰離子電池健康狀態(tài)估 算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來面對(duì)環(huán)境污染、能源危機(jī)這些日益嚴(yán)峻問題的威脅，世界各國都在加緊研 發(fā)電動(dòng)汽車。電動(dòng)汽車已其安全環(huán)保無污染的特點(diǎn)成為未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)，其中作為電 動(dòng)汽車動(dòng)力源的電池成為限制電動(dòng)汽車發(fā)展的瓶頸。電池管理系統(tǒng)作為監(jiān)控和管理電池系 統(tǒng)的關(guān)鍵，通過充放電均衡管理，保證電池系統(tǒng)正常合理工作，而電池管理系統(tǒng)對(duì)電池及電 池組的健康狀態(tài)(S0H)估算對(duì)電池管理系統(tǒng)的管理至關(guān)重要，通過準(zhǔn)確合理的健康狀態(tài)輸 入，能提尚電池系統(tǒng)的使用壽命，以及提尚電池利用率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種動(dòng)力鋰離子電池健康狀態(tài)估 算方法。
[0004] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0005] -種動(dòng)力鋰離子電池健康狀態(tài)估算方法，包括以下步驟：
[0006] (1)將分容后的電池進(jìn)行活化處理；
[0007] (2)用基礎(chǔ)電流將活化后的電池進(jìn)行滿充滿放循環(huán)1周，記錄初始放電容量A1;并 且，將滿充滿放1周的該電池進(jìn)行脈沖功率測(cè)試，記錄其在N%S0C狀態(tài)下的初始放電功率 Bi;用內(nèi)阻儀測(cè)試N% S0C狀態(tài)下滿充滿放1周的該電池的初始交流內(nèi)阻ACRi;以及用混合脈 沖功率測(cè)試，記錄滿充滿放1周的該電池在N% S0C狀態(tài)下的初始直流內(nèi)阻DCRi;所述基礎(chǔ)電 流為倍率小于1C的電流，0〈N〈 100;
[0008] (3)重復(fù)滿充滿放循環(huán)，對(duì)循環(huán)n周的電池健康狀態(tài)Hn按以下公式進(jìn)行估算：
[0010] 其中，n為自然數(shù)，an為循環(huán)n周電池的阻值特性值，Cn為循環(huán)n周電池的容量保持 率，P n為循環(huán)n周電池的功率保持率，ACRn為循環(huán)n周電池的交流內(nèi)阻值，DCRn為循環(huán)n周電池 的直流內(nèi)阻值，A n為循環(huán)n周電池的放電容量，Ai為循環(huán)1周電池的初始放電容量，Bn為循環(huán)n 周電池的放電功率，為循環(huán)1周電池的初始放電功率。
[0011] 本發(fā)明所述的一種動(dòng)力鋰離子電池健康狀態(tài)估算方法，步驟（1)所述的活化處理 為將電池使用小于1C的電流滿充滿放循環(huán)5~25周。
[0012]本發(fā)明所述的一種動(dòng)力鋰離子電池健康狀態(tài)估算方法，步驟(2)所述脈沖功率測(cè) 試的具體方法是：
[0013] 將活化后的電池調(diào)節(jié)至N%S0C，然后用基礎(chǔ)電流放電一定時(shí)間后，再用大電流脈 沖放電不大于60s，使基礎(chǔ)電流和大電流脈沖放電的總?cè)萘繛?0%S0C，所述基礎(chǔ)電流為倍 率小于1C的電流，所述大電流為倍率大于3C的電流，0〈N〈100,此時(shí)放電功率B的計(jì)算公式 為，B = IXV，
[0014]其中，B的單位為W，I表示大電流值，V表示大電流放電截止電壓。
[0015] 本發(fā)明所述的一種動(dòng)力鋰離子電池健康狀態(tài)估算方法，步驟(2)所述混合脈沖功 率測(cè)試的具體方法是：
[0016] 測(cè)試完交流內(nèi)阻處于N%S0C電態(tài)的電池靜置后，用倍率為X的電流放電不大于 60s，靜置，然后用倍率為3/4X的電流充電不大于60s，再用基礎(chǔ)電流放電，使倍率為X的電流 和倍率為3/4X的電流脈沖充放電的時(shí)間相等且總充放過程的放電容量為10 % S0C，所述X大 于3C，所述基礎(chǔ)電流為倍率小于1C的電流，此時(shí)直流內(nèi)阻DCR的計(jì)算公式為，DCRrao-Vi)/ I,
[0017] 其中，DCR的單位為mQ，Vi表示大電流放電截止電壓，Vo表示半電態(tài)電池靜置后靜 態(tài)電壓，I表示大電流值。
[0018] 本發(fā)明所述的一種動(dòng)力鋰離子電池健康狀態(tài)估算方法，測(cè)試的環(huán)境均在常溫條件 23±2°C 下。
[0019]本發(fā)明所述的一種動(dòng)力鋰離子電池健康狀態(tài)估算方法，所述動(dòng)力鋰離子電池為 LFP/C (即 LiFePCk/C)或 NCM/C (即 Ni CoMn/C)材料體系的電池。
[0020] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0021] 用結(jié)合循環(huán)過程中的容量、交流阻抗、直流阻抗以及功率的變化對(duì)動(dòng)力電池的健 康狀態(tài)進(jìn)行估算，考慮了靜態(tài)、動(dòng)態(tài)、容量及功率四個(gè)方面的特性，更真實(shí)的反映電池的健 康狀態(tài)。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明一種動(dòng)力鋰離子電池健康狀態(tài)估算方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 為更好理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，以下實(shí)施例 僅是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明而非對(duì)其加以限定。
[0024] 如圖1所示，從生產(chǎn)車間領(lǐng)取1只分容完成的IFP20100140-20Ah的方形電池電芯， 標(biāo)記為1 #，此時(shí)電芯的荷電狀態(tài)是滿電態(tài)，健康狀態(tài)估算按以下步驟進(jìn)行：
[0025] (1)將上述電池用6.6A的電流充放循環(huán)五周活化處理，充放電電壓范圍是2.0- 3.7V，備用；
[0026] (2)將上述電池用20A電流放電至2.0V，放電容量記錄為初始放電容量六：，為 20.17Ah；
[0027] (3)將上述電池用20A電流充電30min，此時(shí)電池的S0C狀態(tài)是50% ;將電池連接電 性能測(cè)試柜，靜置30min后，用20A的電流放電310s后，用100A的大電流放電10s，記錄放電結(jié) 束時(shí)的電壓為3.105V，計(jì)算初始放電功率出=IX V= 100X3.105 = 310.5(W)(I表示大電流 值，V表示大電流放電截止電壓）；
[0028] (4)用日置HI0KIBT3562的內(nèi)阻儀測(cè)試電池的初始交流內(nèi)阻ACfo，為0.73m Q ;
[0029] (5)上述測(cè)試后的電池，連接電性能測(cè)試柜，靜置lh后，用100A電流放電10s后靜置 4〇8，后用8(^電流充電1〇8后用2(^電流放電3478，直流內(nèi)阻00?1 = (￥〇-￥1)/1 = (3.195-3.050)/100/1000 = 1.45(mQ )(Vi表示100A/10s大電流放電截止電壓3.050V，V〇表示半電態(tài) 電池靜置lh的靜態(tài)電壓3.195V，I表示100A大電流值）；
[0030] (6)根據(jù)阻值特性a=ACR/DCR，計(jì)算可得初始阻值特性&1為0.503;
[0031] (7)根據(jù)H=aC+aP，計(jì)算得到初始健康狀態(tài)壓為1.006,近似為1;
[0032] (8)電池用20A電流常溫滿充滿放循環(huán)50周后，重復(fù)上述步驟的所有測(cè)試，分別得 到以下數(shù)據(jù)，C5Q為0 ? 997，P5Q 為0 ? 986，a5Q為0 ? 501，計(jì)算 H5Q為0 ? 997;
[0033]上述電池每用20A電流常溫滿充滿放循環(huán)50周，就重復(fù)（2)-(8)的測(cè)試步驟，化越 接近于1其健康狀態(tài)越好。
[0034]隨著滿充滿放循環(huán)進(jìn)行到2500周，進(jìn)行上述的測(cè)試步驟，得到以下數(shù)據(jù)：C25qo為 0 ? 852，P25。。為 0 ? 723，a25。。為 0 ? 450，計(jì)算 H25。。為 0 ? 709 〇
[0035]從2500周的數(shù)據(jù)可以分析，容量保持率不能作為單一的壽命估算標(biāo)準(zhǔn)，功率性能 的衰減以及阻值特性的變化在電池使用后期對(duì)電池健康狀態(tài)的影響更大。
[0036]滿充滿放循環(huán)進(jìn)行到3100周時(shí)，測(cè)試(：值為0.8，？值為0.682，&值為0.437，計(jì)算循 環(huán)壽命終止時(shí)的電池健康狀態(tài)H為0.65。
[0037]以上所述實(shí)施方式僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范 圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方 案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種動(dòng)力鋰離子電池健康狀態(tài)估算方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 將分容后的電池進(jìn)行活化處理； (2) 用基礎(chǔ)電流將活化后的電池進(jìn)行滿充滿放1周，記錄初始放電容量A1;并且，將滿充 滿放1周的該電池進(jìn)行脈沖功率測(cè)試，記錄其在N%SOC狀態(tài)下的初始放電功率B 1;用內(nèi)阻儀 測(cè)試N%SOC狀態(tài)下滿充滿放1周的該電池的初始交流內(nèi)阻ACR1;以及用混合脈沖功率測(cè)試， 記錄滿充滿放1周的該電池在N% SOC狀態(tài)下的初始直流內(nèi)阻DCR!;所述基礎(chǔ)電流為倍率小 于1C的電流，0〈N〈100; (3) 重復(fù)滿充滿放循環(huán)，對(duì)循環(huán)η周的電池健康狀態(tài)Hn按以下公式進(jìn)行估算：其中，η為自然數(shù)，an為循環(huán)η周電池的阻值特性值，Cn為循環(huán)η周電池的容量保持率，P n 為循環(huán)η周電池的功率保持率，ACRn為循環(huán)η周電池的交流內(nèi)阻值，DCRn為循環(huán)η周電池的直 流內(nèi)阻值，Α η為循環(huán)η周電池的放電容量，Ai為循環(huán)1周電池的初始放電容量，Βη為循環(huán)η周電 池的放電功率，為循環(huán)1周電池的初始放電功率。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動(dòng)力鋰離子電池健康狀態(tài)估算方法，其特征在于：步驟 (1) 所述的活化處理為將電池使用小于1C的電流滿充滿放循環(huán)5~25周。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動(dòng)力鋰離子電池健康狀態(tài)估算方法，其特征在于，步驟 (2) 所述脈沖功率測(cè)試的具體方法是： 將活化后的電池調(diào)節(jié)至N%SOC，然后用基礎(chǔ)電流放電一定時(shí)間后，再用大電流脈沖放 電不大于60s，使基礎(chǔ)電流和大電流脈沖放電的總?cè)萘繛?0%S0C，所述基礎(chǔ)電流為倍率小 于1C的電流，所述大電流為倍率大于3C的電流，0〈N〈100，此時(shí)放電功率B的計(jì)算公式為，B = IXV， 其中，B的單位為W，I表示大電流值，V表示大電流放電截止電壓。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動(dòng)力鋰離子電池健康狀態(tài)估算方法，其特征在于，步驟 (2)所述混合脈沖功率測(cè)試的具體方法是： 測(cè)試完交流內(nèi)阻處于N%SOC電態(tài)的電池靜置后，用倍率為X的電流放電不大于60s，靜 置，然后用倍率為3/4X的電流充電不大于60s，再用基礎(chǔ)電流放電，使倍率為X的電流和倍率 為3/4X的電流脈沖充放電的時(shí)間相等且總充放過程的放電容量為10 % SOC，所述X大于3C， 所述基礎(chǔ)電流為倍率小于1C的電流，此時(shí)直流內(nèi)阻DCR的計(jì)算公式為，DCR = (Vo-W) /1， 其中，DCR的單位為ι?Ω，Vi表示大電流放電截止電壓，Vo表示半電態(tài)電池靜置后靜態(tài)電 壓，I表示大電流值。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動(dòng)力鋰離子電池健康狀態(tài)估算方法，其特征在于:測(cè)試的 環(huán)境均在常溫條件23 ± 2 °C下。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動(dòng)力鋰離子電池健康狀態(tài)估算方法，其特征在于:所述動(dòng) 力鋰離子電池為L(zhǎng)FP/C或NCM/C材料體系的電池。
【文檔編號(hào)】G01R31/36GK105929336SQ201610302656
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年5月4日
【發(fā)明人】魏引利, 王海波
【申請(qǐng)人】合肥國軒高科動(dòng)力能源有限公司