一种动力锂离子电池健康状态估算方法
【专利摘要】本发明涉及动力锂离子电池制造技术领域，具体涉及一种动力锂离子电池健康状态估算方法。本发明结合动力锂离子电池的容量、功率、内阻三个方面的因素，对电池的SOH进行评测。内阻包含直流内阻和交流内阻，具体的操作方法是，将电池进行满充满放循环，容量保持率记为C，在循环测试的过程中测试电池的交流内阻和直流内阻，交流内阻ACR和直流内阻DCR的比值定义为阻值特性值a；同时测试电池的功率性能，功率保持率记为P，健康参数H=aC+aP。本发明提供的估算方法综合考虑了容量、阻值以及功率三方面的特点，更加真实反映动力锂离子电池的健康状态。
【专利说明】
一种动力锂离子电池健康状态估算方法
技术领域
[0001] 本发明涉及动力锂离子制造技术领域，具体涉及一种动力锂离子电池健康状态估 算方法。
【背景技术】
[0002] 近年来面对环境污染、能源危机这些日益严峻问题的威胁，世界各国都在加紧研 发电动汽车。电动汽车已其安全环保无污染的特点成为未来产业发展的重点，其中作为电 动汽车动力源的电池成为限制电动汽车发展的瓶颈。电池管理系统作为监控和管理电池系 统的关键，通过充放电均衡管理，保证电池系统正常合理工作，而电池管理系统对电池及电 池组的健康状态(S0H)估算对电池管理系统的管理至关重要，通过准确合理的健康状态输 入，能提尚电池系统的使用寿命，以及提尚电池利用率。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种动力锂离子电池健康状态估 算方法。
[0004] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0005] -种动力锂离子电池健康状态估算方法，包括以下步骤：
[0006] (1)将分容后的电池进行活化处理；
[0007] (2)用基础电流将活化后的电池进行满充满放循环1周，记录初始放电容量A1;并 且，将满充满放1周的该电池进行脉冲功率测试，记录其在N%S0C状态下的初始放电功率 Bi;用内阻仪测试N% S0C状态下满充满放1周的该电池的初始交流内阻ACRi;以及用混合脉 冲功率测试，记录满充满放1周的该电池在N% S0C状态下的初始直流内阻DCRi;所述基础电 流为倍率小于1C的电流，0〈N〈 100;
[0008] (3)重复满充满放循环，对循环n周的电池健康状态Hn按以下公式进行估算：
[0010] 其中，n为自然数，an为循环n周电池的阻值特性值，Cn为循环n周电池的容量保持 率，P n为循环n周电池的功率保持率，ACRn为循环n周电池的交流内阻值，DCRn为循环n周电池 的直流内阻值，A n为循环n周电池的放电容量，Ai为循环1周电池的初始放电容量，Bn为循环n 周电池的放电功率，为循环1周电池的初始放电功率。
[0011] 本发明所述的一种动力锂离子电池健康状态估算方法，步骤（1)所述的活化处理 为将电池使用小于1C的电流满充满放循环5~25周。
[0012]本发明所述的一种动力锂离子电池健康状态估算方法，步骤(2)所述脉冲功率测 试的具体方法是：
[0013] 将活化后的电池调节至N%S0C，然后用基础电流放电一定时间后，再用大电流脉 冲放电不大于60s，使基础电流和大电流脉冲放电的总容量为10%S0C，所述基础电流为倍 率小于1C的电流，所述大电流为倍率大于3C的电流，0〈N〈100,此时放电功率B的计算公式 为，B = IXV，
[0014]其中，B的单位为W，I表示大电流值，V表示大电流放电截止电压。
[0015] 本发明所述的一种动力锂离子电池健康状态估算方法，步骤(2)所述混合脉冲功 率测试的具体方法是：
[0016] 测试完交流内阻处于N%S0C电态的电池静置后，用倍率为X的电流放电不大于 60s，静置，然后用倍率为3/4X的电流充电不大于60s，再用基础电流放电，使倍率为X的电流 和倍率为3/4X的电流脉冲充放电的时间相等且总充放过程的放电容量为10 % S0C，所述X大 于3C，所述基础电流为倍率小于1C的电流，此时直流内阻DCR的计算公式为，DCRrao-Vi)/ I,
[0017] 其中，DCR的单位为mQ，Vi表示大电流放电截止电压，Vo表示半电态电池静置后静 态电压，I表示大电流值。
[0018] 本发明所述的一种动力锂离子电池健康状态估算方法，测试的环境均在常温条件 23±2°C 下。
[0019]本发明所述的一种动力锂离子电池健康状态估算方法，所述动力锂离子电池为 LFP/C (即 LiFePCk/C)或 NCM/C (即 Ni CoMn/C)材料体系的电池。
[0020] 本发明的有益效果在于：
[0021] 用结合循环过程中的容量、交流阻抗、直流阻抗以及功率的变化对动力电池的健 康状态进行估算，考虑了静态、动态、容量及功率四个方面的特性，更真实的反映电池的健 康状态。
【附图说明】
[0022] 图1为本发明一种动力锂离子电池健康状态估算方法的流程图。
【具体实施方式】
[0023] 为更好理解本发明，下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述，以下实施例 仅是对本发明进行说明而非对其加以限定。
[0024] 如图1所示，从生产车间领取1只分容完成的IFP20100140-20Ah的方形电池电芯， 标记为1 #，此时电芯的荷电状态是满电态，健康状态估算按以下步骤进行：
[0025] (1)将上述电池用6.6A的电流充放循环五周活化处理，充放电电压范围是2.0- 3.7V，备用；
[0026] (2)将上述电池用20A电流放电至2.0V，放电容量记录为初始放电容量六：，为 20.17Ah；
[0027] (3)将上述电池用20A电流充电30min，此时电池的S0C状态是50% ;将电池连接电 性能测试柜，静置30min后，用20A的电流放电310s后，用100A的大电流放电10s，记录放电结 束时的电压为3.105V，计算初始放电功率出=IX V= 100X3.105 = 310.5(W)(I表示大电流 值，V表示大电流放电截止电压）；
[0028] (4)用日置HI0KIBT3562的内阻仪测试电池的初始交流内阻ACfo，为0.73m Q ;
[0029] (5)上述测试后的电池，连接电性能测试柜，静置lh后，用100A电流放电10s后静置 4〇8，后用8(^电流充电1〇8后用2(^电流放电3478，直流内阻00?1 = (￥〇-￥1)/1 = (3.195-3.050)/100/1000 = 1.45(mQ )(Vi表示100A/10s大电流放电截止电压3.050V，V〇表示半电态 电池静置lh的静态电压3.195V，I表示100A大电流值）；
[0030] (6)根据阻值特性a=ACR/DCR，计算可得初始阻值特性&1为0.503;
[0031] (7)根据H=aC+aP，计算得到初始健康状态压为1.006,近似为1;
[0032] (8)电池用20A电流常温满充满放循环50周后，重复上述步骤的所有测试，分别得 到以下数据，C5Q为0 ? 997，P5Q 为0 ? 986，a5Q为0 ? 501，计算 H5Q为0 ? 997;
[0033]上述电池每用20A电流常温满充满放循环50周，就重复（2)-(8)的测试步骤，化越 接近于1其健康状态越好。
[0034]随着满充满放循环进行到2500周，进行上述的测试步骤，得到以下数据：C25qo为 0 ? 852，P25。。为 0 ? 723，a25。。为 0 ? 450，计算 H25。。为 0 ? 709 〇
[0035]从2500周的数据可以分析，容量保持率不能作为单一的寿命估算标准，功率性能 的衰减以及阻值特性的变化在电池使用后期对电池健康状态的影响更大。
[0036]满充满放循环进行到3100周时，测试(：值为0.8，？值为0.682，&值为0.437，计算循 环寿命终止时的电池健康状态H为0.65。
[0037]以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范 围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方 案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
【主权项】
1. 一种动力锂离子电池健康状态估算方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 将分容后的电池进行活化处理； (2) 用基础电流将活化后的电池进行满充满放1周，记录初始放电容量A1;并且，将满充 满放1周的该电池进行脉冲功率测试，记录其在N%SOC状态下的初始放电功率B 1;用内阻仪 测试N%SOC状态下满充满放1周的该电池的初始交流内阻ACR1;以及用混合脉冲功率测试， 记录满充满放1周的该电池在N% SOC状态下的初始直流内阻DCR!;所述基础电流为倍率小 于1C的电流，0〈N〈100; (3) 重复满充满放循环，对循环η周的电池健康状态Hn按以下公式进行估算：其中，η为自然数，an为循环η周电池的阻值特性值，Cn为循环η周电池的容量保持率，P n 为循环η周电池的功率保持率，ACRn为循环η周电池的交流内阻值，DCRn为循环η周电池的直 流内阻值，Α η为循环η周电池的放电容量，Ai为循环1周电池的初始放电容量，Βη为循环η周电 池的放电功率，为循环1周电池的初始放电功率。2. 根据权利要求1所述的一种动力锂离子电池健康状态估算方法，其特征在于：步骤 (1) 所述的活化处理为将电池使用小于1C的电流满充满放循环5~25周。3. 根据权利要求1所述的一种动力锂离子电池健康状态估算方法，其特征在于，步骤 (2) 所述脉冲功率测试的具体方法是： 将活化后的电池调节至N%SOC，然后用基础电流放电一定时间后，再用大电流脉冲放 电不大于60s，使基础电流和大电流脉冲放电的总容量为10%S0C，所述基础电流为倍率小 于1C的电流，所述大电流为倍率大于3C的电流，0〈N〈100，此时放电功率B的计算公式为，B = IXV， 其中，B的单位为W，I表示大电流值，V表示大电流放电截止电压。4. 根据权利要求1所述的一种动力锂离子电池健康状态估算方法，其特征在于，步骤 (2)所述混合脉冲功率测试的具体方法是： 测试完交流内阻处于N%SOC电态的电池静置后，用倍率为X的电流放电不大于60s，静 置，然后用倍率为3/4X的电流充电不大于60s，再用基础电流放电，使倍率为X的电流和倍率 为3/4X的电流脉冲充放电的时间相等且总充放过程的放电容量为10 % SOC，所述X大于3C， 所述基础电流为倍率小于1C的电流，此时直流内阻DCR的计算公式为，DCR = (Vo-W) /1， 其中，DCR的单位为ι?Ω，Vi表示大电流放电截止电压，Vo表示半电态电池静置后静态电 压，I表示大电流值。5. 根据权利要求1所述的一种动力锂离子电池健康状态估算方法，其特征在于:测试的 环境均在常温条件23 ± 2 °C下。6.根据权利要求1所述的一种动力锂离子电池健康状态估算方法，其特征在于:所述动 力锂离子电池为LFP/C或NCM/C材料体系的电池。
【文档编号】G01R31/36GK105929336SQ201610302656
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月4日
【发明人】魏引利, 王海波
【申请人】合肥国轩高科动力能源有限公司