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电池健康状态的评估方法与流程

泰然健康网
2025-06-10 14:32

本发明涉及电池，尤其是涉及一种电池健康状态的评估方法。

背景技术：

1、电池是重要的能量存储载体，其在电子设备、储能电站、汽车等领域大量使用。随着使用时间的推移，电池会出现容量下降、内阻增高、材料老化等现象，并发生预期之外的副反应，从而造成电池的安全性能和使用性能降低。电池的健康状态(soh，state ofhealth)是用于评估电池在使用一段时间后性能下降程度的指标，其可以帮助判断电池的寿命和使用状况。在电池管理系统(bms，battery management system)中，soh评估是重要的功能之一，关系着当前电池能够充电或者放电的最大功率(sop,state of power)和实际可用的能量总量(soe，state of energy)估算的准确性，对用户掌握电池的实际使用情况，合理使用电池，起着非常大的作用。通过合理的soh建模获得准确的soh值，是电池安全使用的保障。

2、增量容量法是目前对电池soh评估常用的方法之一，利用充放电过程中采集到的电压、电流及时间数据来获得容量与电压的微分曲线，并通过建立该曲线某些峰的某些特征与soh之间的关系进行soh估算。但目前已有的利用增量容量法进行soh估算的方法普遍存在几个关键的问题：

3、一是，建立的峰特征和soh的关系是数学上的关系，而非物理上的关系。这样做的弊端是建立的关系普适性差，该关系只适用该电池在某一使用工况，一旦电池体系发生变化或使用工况发生变化，该关系的适用就存在问题。

4、二是，容量的损失通常是由可逆脱嵌位置损失和可脱嵌离子损失(lii，loss ofions inventory)中占主导的损失所决定的。所述可逆脱嵌位置损失包括正极活性材料损失(lacm，loss of active cathode material)和负极活性材料损失(laam，loss ofactive anode material)，而某些方法只采用其中一种老化模式代表所有情况下的损失情况，这样的估算方式是片面的。这类方法只能反映某些老化模式占主导的损失情况，在存在其它老化模式占主导的情况下，该方法会失效。

5、因此，如何将正极活性活性材料损失、负极活性活性材料损失和可脱嵌离子损失共同与soh建立对应关系，综合考量这三种损失对soh的影响，成为需要解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种电池健康状态的评估方法，综合考虑电池容量损失的各个损失模式，将电池的正极活性材料损失量、负极活性材料损失量和可脱嵌离子损失量共同与soh建立关系，提高了soh评估方法的准确性，扩大了soh评估方法的适用范围。

2、本发明提供一种电池健康状态的评估方法，包括以下步骤：

3、s1、提供标定电池，分别获取所述标定电池在初始状态下、多个不同正极活性材料损失量下、多个不同负极活性材料损失量下和多个不同可脱嵌离子损失量下的ocv曲线；根据所述标定电池的各个ocv曲线，得到所述标定电池在初始状态下、多个不同正极活性材料损失量下、多个不同负极活性材料损失量下和多个不同可脱嵌离子损失量下的ic曲线；其中，所述初始状态为所述标定电池的正极活性材料损失、负极活性材料损失和可脱嵌离子损失均为0时的状态；

4、s2、分别提取所述标定电池在初始状态下、多个不同正极活性材料损失量下、多个不同负极活性材料损失量下和多个不同可脱嵌离子损失量下的各个ic曲线的特征值，所述标定电池的ic曲线的特征值包括所述标定电池的ic曲线上的峰的峰位置、峰面积和峰高度；

5、s3、根据所述标定电池的正极活性材料损失量、负极活性材料损失量及可脱嵌离子损失量与其ic曲线的各个特征值之间的相关度，分别建立所述标定电池的正极活性材料损失量、负极活性材料损失量及可脱嵌离子损失量与其ic曲线对应的特征值之间的定量关系式；其中，所述标定电池的正极活性材料损失量、负极活性材料损失量及可脱嵌离子损失量中的任一者与其ic曲线的峰位置、峰面积和峰高度中的任一者相对应，且所述标定电池的正极活性材料损失量、负极活性材料损失量及可脱嵌离子损失量分别对应不同的所述特征值；

6、s4、对待评估电池进行测试，得到所述待评估电池的ic曲线；其中，所述待评估电池的正负极材料与所述标定电池的正负极材料相同；

7、提取所述待评估电池的ic曲线的特征值，所述待评估电池的ic曲线的特征值包括所述待评估电池的ic曲线上的峰的峰位置、峰面积和峰高度；其中，所述待评估电池的ic曲线的峰位置、峰面积和峰高度分别与所述标定电池的ic曲线的峰位置、峰面积和峰高度为相同的峰的特征值；

8、将所述待评估电池的ic曲线的各个特征值分别代入s3步骤的所述标定电池的各个对应的所述定量关系式中，分别计算得到所述待评估电池的正极活性材料损失量lacm、负极活性材料损失量laam及可脱嵌离子损失量lii；

9、s5、将所述待评估电池的正极活性材料损失量lacm、负极活性材料损失量laam及可脱嵌离子损失量lii代入soh计算公式：soh＝100％-max(lii,laam,lacm)，即得到所述待评估电池的soh。

10、其中，当所述标定电池和所述待评估电池均为锂离子电池时，所述可脱嵌离子为锂离子；当所述标定电池和所述待评估电池均为钠离子电池时，所述可脱嵌离子为钠离子。

11、在一种可实现的方式中，上述s3步骤中，所述标定电池的正极活性材料损失量和负极活性材料损失量中的一者与所述标定电池的ic曲线的峰面积相对应，所述标定电池的正极活性材料损失量和负极活性材料损失量中的另外一者与所述标定电池的ic曲线的峰高度相对应；所述标定电池的可脱嵌离子损失量与所述标定电池的ic曲线的峰位置相对应。

12、在一种可实现的方式中，所述标定电池的正极(即正极活性材料)为有平台的材料，所述标定电池的正极活性材料损失量与所述标定电池的ic曲线的峰面积相对应；所述标定电池的负极(即负极活性材料)为无平台或者平台不明显的材料，所述标定电池的负极活性材料损失量与所述标定电池的ic曲线的峰高度相对应；

13、或者，所述标定电池的正极为无平台或者平台不明显的材料，所述标定电池的正极活性材料损失量与所述标定电池的ic曲线的峰高度相对应；所述标定电池的负极为有平台的材料，所述标定电池的负极活性材料损失量与所述标定电池的ic曲线的峰面积相对应。

14、在一种可实现的方式中，所述无平台或者平台不明显的材料包括钴酸锂、三元材料和软碳，所述有平台的材料包括石墨、钛酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰锂、磷酸锰铁锂、锰酸锂、na3v2(po4)3、na2fe2(cn)6和nani0.6fe0.25mn0.15o2。

15、在一种可实现的方式中，上述s3步骤中，所述标定电池的可脱嵌离子损失量与所述标定电池的ic曲线的峰位置相对应；

16、上述s4步骤中，在提取所述待评估电池的ic曲线的峰位置时，若所述待评估电池的正极或负极也具有损失，先对提取得到的所述待评估电池的ic曲线的峰位置进行补偿，得到补偿后的峰位置，然后再将所述补偿后的峰位置代入所述标定电池的对应的所述定量关系式中，进而得到所述待评估电池的可脱嵌离子损失量lii。

17、在一种可实现的方式中，所述对提取得到的所述待评估电池的ic曲线的峰位置进行补偿，得到补偿后的峰位置，具体包括：

18、先定量出由于所述待评估电池的正极活性材料损失或负极活性材料损失造成的峰位置偏移量，再用提取得到的所述待评估电池的ic曲线的峰位置减去所述峰位置偏移量，即得到所述补偿后的峰位置。

19、在一种可实现的方式中，上述s2步骤中，所述标定电池的ic曲线上的峰位置、峰面积和峰高度分别为所述标定电池的ic曲线上不同的峰的特征值。

20、在一种可实现的方式中，上述s2步骤中，在提取所述标定电池的ic曲线的特征值时，分别选取第一个峰的峰位置、中间峰中面积最大的峰的峰面积和最后一个峰的峰高度。

21、在一种可实现的方式中，上述s1步骤中，所述分别获取所述标定电池在初始状态下、多个不同正极活性材料损失量下、多个不同负极活性材料损失量下和多个不同可脱嵌离子损失量下的ocv曲线，具体包括：

22、分别获取所述标定电池在初始状态下、多个不同正极活性材料损失量下、多个不同负极活性材料损失量下和多个不同可脱嵌离子损失量下的正极ocp曲线和负极ocp曲线，然后根据各个所述正极ocp曲线和各个所述负极ocp曲线分别得到所述标定电池在初始状态下、多个不同正极活性材料损失量下、多个不同负极活性材料损失量下和多个不同可脱嵌离子损失量下的ocv曲线。

23、在一种可实现的方式中，上述s1步骤中，先获取所述标定电池在初始状态下的正极ocp曲线和负极ocp曲线，并根据所述标定电池在初始状态下的正极ocp曲线和负极ocp曲线得到所述标定电池在初始状态下的ocv曲线；

24、然后分别设计多个不同的正极活性材料损失量、多个不同的负极活性材料损失量和多个不同的可脱嵌离子损失量，采用仿真模拟的方式，根据设计的正极活性材料损失量、负极活性材料损失量和可脱嵌离子损失量，将所述标定电池在初始状态下的正极ocp曲线和负极ocp曲线进行比例收缩或平移，从而得到所述标定电池在多个不同正极活性材料损失量下、多个不同负极活性材料损失量下和多个不同可脱嵌离子损失量下的正极ocp曲线和负极ocp曲线，进而得到所述标定电池在多个不同正极活性材料损失量下、多个不同负极活性材料损失量下和多个不同可脱嵌离子损失量下的ocv曲线。

25、在一种可实现的方式中，上述s4步骤中，所述对待评估电池进行测试，得到所述待评估电池的ic曲线，具体包括：

26、将所述待评估电池放电至下限电压，以小于或等于0.1c的小电流对其进行充电至上限电压，获取所述待评估电池在充电过程中的电流和电压数据，对所述待评估电池在充电过程中的电流和电压数据进行处理得到所述待评估电池的ic曲线；

27、或者，将所述待评估电池充电至上限电压，以小于或等于0.1c的小电流对其进行放电至下限电压，获取所述待评估电池在放电过程中的电流和电压数据，对所述待评估电池在放电过程中的电流和电压数据进行处理得到所述待评估电池的ic曲线。

28、在一种可实现的方式中，上述s3步骤中，所述标定电池的正极活性材料损失量、负极活性材料损失量及可脱嵌离子损失量与其ic曲线对应的特征值之间的定量关系式均为线性关系式。

29、本发明提供的电池健康状态的评估方法，通过确定标定电池的正极活性材料损失量、负极活性材料损失量和可脱嵌离子损失量三种容量损失与电池ic曲线上的峰的特征值之间的定量关系，并建立电池的soh与电池的正极活性材料损失量、负极活性材料损失量和可脱嵌离子损失量三种容量损失之间的关系式；在获取待评估电池的ic曲线后，将待评估电池的ic曲线的各个特征值分别代入标定电池的各个对应的定量关系式中，从而得到待评估电池的正极活性材料损失量lacm、负极活性材料损失量laam及可脱嵌离子损失量lii，进而根据soh计算公式得到待评估电池的soh。该电池健康状态的评估方法综合考虑容量损失的各个损失模式，提高了soh评估方法的准确性，扩大了soh评估方法的适用范围。