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锂电池健康状态的评估方法

泰然健康网
2025-06-10 14:33

专利名称：锂电池健康状态的评估方法
技术领域：
本发明涉及电池的技术领域，具体而言，涉及一种锂电池健康状态的评估方法。
背景技术：
目前，多数锂电池的SOH(State of Health，健康状态)是通过电池的老化状态而判断的，表征电池老化的主要参数包括电池容量的衰减、电池内阻的增加。电池容量衰减指的是，电池内部由于副反应、钝化膜的产生造成对反应物质的包裹效应和SEI膜增厚对锂离子的消耗等，而使得电池内部的可逆锂离子在寿命过程总量不断减少，最终到达容量下限时，到达寿命终止状态(例如当电池容量能下降到80%，即SOH< 80%时，电池就应该被更换)。电池阻值的增加指的是，从电池输出能量效率的角度来考虑:电池对外输出功率的同时，在电池内阻上进行部分能量的消耗；当消耗到达一定比例(有效功率对总输出功率的比值)时，认为电池到达寿命终止状态。一般选择电池内阻增加到原来的1.5或2倍时认为电池寿命终止。其中容量衰减和电阻增加，两者之一达到限制值均可以认定寿命终止。锂电池SOH的估算方法包括在直接放电法、内阻法等、电化学阻抗分析、模型法
坐寸ο直接放电法主要是通过电池单体的实际放电而测试放出的电量。内阻法主要是通过建立内阻与SOH之间的关系来估算S0H，即可以通过电池内阻变化率来估算 SOH(R)，如公式 SOH(R) = (Rnw-RnJ/(Rtjld-RnJ,或者 SOH (R) = (Rold-Rnow)/(H ，其中表示电池当前的内阻，Rnew表示电池出厂时的内阻，R0Id表示电池容量下降到寿命终点的时候的电池的内阻。从上述中可看出，随着电池使用时间的增长，电池内阻在增加，电池容量下降，从而可以估算S0H。但是有些电池的容量下降到25%甚至30%后电池内阻才会明显增加，这样依赖内阻方法就会影响SOH数据估算的准确性；另外，电池工作在不同的温度下，电池的阻抗是有差异的，温度不仅影响电池的内阻还影响极化内阻，这样温度的差异就会影响SOH数据估算的准确性(低温环境的影响尤为严重)。电化学阻抗分析主要是向电池施加多个频率不同的正弦信号，并对已采集到的数据信息分析，预测电池的当前性能。但是在用此方法之前，通常需要做大量的数据采集与分析，以获取电池的特性，此方法不但过程较为复杂麻烦，而且造价也较为昂贵。模型法主要是分析电池内部所发生的化学反应，以此为基础建立电池的模型，用此模型来计算电池容量的衰减速率，来得出电池的S0H。利用艾林方程，通过活化焓值，活化熵值与温度的关系来判定容量衰减速率，但是目前来说此方法难度较大，耗时较长，同时理论计算与实际操作环境有较大差异，数值精度可靠性不高。

发明内容
本发明的实施例提供一种锂电池健康状态的评估方法，能够使数据估算的准确性较高、估算方法较为简单以及成本较低。为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案:本发明实施例提供的一种锂电池健康状态的评估方法包括:一种锂电池健康状态的评估方法，其特征在于，包括:获取电池组在使用过程中的容量衰减率；获取电池组在使用过程中恒流充电段与恒压充电段的容量之差的容量差变化率；所述容量衰减率接近所述容量差变化率,选取所述容量衰减率和所述容量差变化率中的最小值，以该最小值判断电池的健康状态。进一步地，所述电池组由多个电池单体组成，获取每个电池单体的容量衰减率，并选取其中最小容量衰减率作为电池组的容量衰减率。每个所述电池单体的容量衰减率的计算公式为AOH(Ci) = CiZCi0 ；其中，SOH(Ci)第i个电池单体的容量衰减率，Ci表示第i个电池单体使用后测得的实际容量值，Ci0表示第i个电池单体初始状态下的额定容量值。其中，获取每个所述电池单体的容量差变化率，并选取其中最小容量差变化率作为电池组容量差变化率。每个所述电池单体的容量差变化率的计算公式为AOH(Di) = DiZDi0 ；其中，SOH(Di )第i个单体的容量差变化率办表示第i个电池单体在使用后恒流充电段的容量与恒压充电段的容量之差；Di(l表示第i个电池单体在初始状态下恒流充电段的容量与恒压充电段的容量之差。此外，所述C1、Citl可以从电池管理系统中获取。所述D^Ditl也可以从电池管理系统中获取。本发明实施例提供的锂电池健康状态的评估方法，包括:获取电池组在使用过程中的容量衰减率；获取电池组在使用过程中恒流充电段与恒压充电段的容量之差的容量差变化率。这样可看出，相比从电池组在使用过程中的容量衰减率来判断电池的健康状态，本发明实施例通过比较容量衰减率和容量差变化率来判断电池的健康状态，且由于所述容量衰减率接近所述容量差变化率，因此选取所述容量衰减率和所述容量差变化率中的最小值，以该最小值估算电池的健康状态，这样可以提高锂电池健康状态的估算准确率，而且该估算方法不需要进行大量的数据采集与分析，因此该估算方法较为简单、且成本较低。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例提供的锂电池健康状态的评估方法流程示意图；图2为本发明实施例提供的锂电池健康状态的评估方法中容量衰减率和容量差变化率的曲线图；图3为本发明实施例提供的锂电池健康状态的评估方法中容量衰减率和电池内阻增长率的曲线图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。如图1所示，本发明实施例提供的一种锂电池健康状态的评估方法包括:步骤S10，获取电池组在使用过程中的容量衰减率；步骤S11，获取电池组在使用过程中恒流充电段与恒压充电段的容量之差的容量
差变化率；步骤S12,所述容量衰减率接近所述容量差变化率,选取所述容量衰减率和所述容量差变化率中的最小值，以该最小值判断电池的健康状态。这样可以看出，相比从电池组在使用过程中的容量衰减率来判断电池的健康状态，本发明实施例可以通过比较容量衰减率和容量差变化率来判断电池的健康状态，且由于所述容量衰减率接近所述容量差变化率，因此选取所述容量衰减率和所述容量差变化率中的最小值，以该最小值估算电池的健康状态，这样可以提高锂电池健康状态的估算准确率，还可以避免由于前期电池内阻变化不大以及温度的不同影响容量测量而使电池健康状态估算准确率的弊端，而且该估算方法不需要进行大量的数据采集与分析，因此该估算方法较为简单、且成本较低。这里对恒流、恒压充电进行下具体说明，在恒流充电过程中，电池在到达截止电压时并没有被充满，因此在紧接地恒压充电过程中，当电池的电流逐渐趋近于零时电池被充满，电池容量得到补偿。具体地电池恒流、恒压充电过程为:首先进行恒流充电，恒流充电阶段采用较小倍率的恒定电流0.2C IC (C表示电池的额定容量，单位通常为mAh)范围的电流进行充电，到达终止电压后，再静置0.5h_lh，然后利用等于终止电压的电压值进行恒压充电，当电流小于0.01C-0.02C时，停止充电。上述电池组由多个电池单体组成，获取每个电池单体的容量衰减率，并选取其中最小容量衰减率而形成所述容量衰减率SOH(C)，即SOH(C) = IniniSOH(C1), SOH(C2),SOH(C3)，…，SOH(Ci)，…，SOH(Cn)}。其中，电池组的容量衰减率可根据电池组使用前(即初始状态下)的容量与使用后的容量的比值而获取。具体地，每个所述电池单体的容量衰减率的计算公式为=SOH(Ci) = CVCitl ;其中，SOH(Ci)第i个电池单体的容量衰减率，Ci表示第i个电池单体在使用后经过放电而测得的实际容量值，Citl表示第i个电池单体初始状态下的额定容量值(或也可以指单体电池在初次使用时测得的实际容量)。获取每个所述电池单体的容量差变化率，并选取其中最小容量差变化率作为所述容量差变化率 SOHG))，即 SOH(D) = min (SOH(D1)，SOH(D2)，SOH(D3)，...，SOH(Di)，...，SOH(Dn)I ο其中，电池组的容量差变化率根据电池组使用前在恒流、恒压充电段的容量差与使用后在恒流、恒压充电段的容量差的比值而获取。具体地，每个所述电池单体的容量差变化率的计算公式为:=SOH(Di) = DiZiDitl ;其中，SOH(Di)第i个单体的容量差变化率办表示第i个电池单体在使用后恒流充电段的容量Q/与恒压充电段的容量Q2'之差(即Di = Q/ -Q2' ) ;Di(l表示第i个电池单体在初始状态下恒流充电段的容量Q1与恒压充电段的容量Q2之差(即Ditl = Q1-Q2)。例如对标称电压为3.6v电池而言，其放电下限电压可以定为3.0V，从3.0V开始进行恒流0.SC充电，当电压达到4.2V终止充电，记录恒流充电阶段的容量值(如上述的Q1或Q1')，并静置0.5h ;然后开始进行4.2V恒压充电，当电流小于0.02C时，停止充电，记录恒压充电阶段的容量值(如上述的Q2或)。前述中提到容量衰减率接近于容量差变化率,具体可参照图2,其中横坐标表示电池放电和恒流、恒压充电的循环次数，纵坐标表示电池的容量衰减率和容量差变化率，曲线I表示容量衰减率的曲线，曲线2表示容量差变化率的曲线。从图2中看出，初始阶段的电池在前期循环(循环次数大约为20次左右)充电中还处于活化状态，且容量差变化率在前期循环充电中呈上升趋势，因此与容量衰减率具有较大差异，但是除该阶段以外的其余阶段的容量衰减率和容量差变化率极为接近，总体的平均误差大约为3.1 %。由于容量衰减率和容量差变化率差异较大的循环次数远小于两者接近的循环次数，因此前期循环充电的数据可以不用考虑，这样除去前期活化阶段的数据后平均误差缩小至约为1.9%。在图3中，横坐标表示电池放电的循环次数，纵坐标表示电池的容量衰减率和电池内阻变化率，其中电池内阻变化率可以用SOH(R)来表示，即SOH(R) = (Rnow-Rnew)/(HJ，或者SOH(R) = (Rold-Rnow)/(Rold-Rnew)，曲线3表示电池内阻变化率的曲线，曲线4表示容量衰减率的曲线。电池放电阶段的容量衰减率和其内阻的变化率的平均误差约为
4.07%，而电池放电阶段的容量衰减率和电池恒流、恒压充电阶段的容量差变化率的平均误差约为1.9%，因此可以进一步说明通过判断电池恒流、恒压充电阶段的容量差变化率可以提闻裡电池健康状态的估算准确率。此外，上述CpCitl以及DiJitl均可以直接从电池管理系统(BMS)中获取，当然这只是其中一种可选的方案，Ci, Ci0, Di, Di0还可以通过其它本领域内技术人员所知的方式而获得。上述1、η取值均根据电池中具体地电池单体数量而定，但也并非开放性的数值。本发明实施例的估算方法不但准确率较高，而且还较为简单、且成本较低，可以适用于应用在很多设备上的电池，例如应用在电动汽车上的锂电池、或者手机上的锂电池等。以上所述，仅为本发明的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
权利要求
1.一种锂电池健康状态的评估方法，其特征在于，包括: 获取电池组在使用过程中的容量衰减率；获取电池组在使用过程中恒流充电段与恒压充电段的容量之差的容量差变化率；所述容量衰减率接近所述容量差变化率，选取所述容量衰减率和所述容量差变化率中的最小值，以该最小值判断电池的健康状态。
2.根据权利要求1所述的锂电池健康状态的评估方法，其特征在于，所述电池组由多个电池单体组成，获取每个电池单体的容量衰减率，并选取其中最小容量衰减率作为电池组的容量衰减率。
3.根据权利要求2所述的锂电池健康状态的评估方法，其特征在于，每个所述电池单体的容量衰减率的计算公式为=SOH(Ci) = CVCitl ；其中，SOH(Ci)第i个电池单体的容量衰减率，Ci表示第i个电池单体在使用后测得的实际容量值，Ci0表示第i个电池单体的初始状态下的额定容量值。
4.根据权利要求2所述的锂电池健康状态的评估方法，其特征在于，获取每个所述电池单体的容量差变化率，并选取其中最小容量差变化率作为电池组的容量差变化率。
5.根据权利要求4所述的锂电池健康状态的评估方法，其特征在于，每个所述电池单体的容量差变化率的计算公式为=SOH(Di) = DiZDi0 ；其中，SOH(Di)第i个单体的容量差变化率办表示第i个电池单体在使用后恒流充电段的容量与恒压充电段的容量之差；Di(l表示第i个电池单体在初始状态下恒流充电段的容量与恒压充电段的容量之差。
6.根据权利要求3所述的锂电池健康状态的评估方法，其特征在于，所述CiXitl从电池管理系统中获取。
7.根据权利要求5所述的锂电池健康状态的评估方法，其特征在于，所所述DpDitl从电池管理系统中获取。
全文摘要
本发明实施例公开了一种锂电池健康状态的评估方法，涉及电池的技术领域，为能够使数据估算的准确性较高、估算方法较为简单以及成本较低而发明。该锂电池健康状态的评估方法包括获取电池组在使用过程中的容量衰减率；获取电池组在使用过程中恒流充电段与恒压充电段的容量之差的容量差变化率；所述容量衰减率接近所述容量差变化率，选取所述容量衰减率和所述容量差变化率中的最小值，以该最小值判断电池的健康状态。本发明主要应用于判定电池的健康状态。
文档编号G01R31/36GK103163480SQ201310113880
公开日2013年6月19日申请日期2013年3月29日优先权日2013年3月29日
发明者杨帆, 黄勇, 朱永利, 魏向辉申请人:长城汽车股份有限公司