一种基于差热伏安曲线特征的电池寿命诊断方法与流程

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其是涉及一种基于差热伏安曲线特征的电池寿命诊断方法。

背景技术：

锂离子电池由于其高能量密度和功率密度，广泛应用于电动汽车，然而长期运行和极端环境温度会导致电池内阻增加，容量衰减，其中两个主要的原因就是固体电解质界面增长和负极处析锂，电池的降解会影响整个系统或者设备的性能，因此需要能够准确的对电池的寿命进行诊断。

传统的非侵入性的电池寿命诊断方法，如电化学阻抗谱和慢速的循环伏安法，只可在电池单体层面进行，不适合在实际的运行中进行诊断，例如慢速的循环伏安法需要在使用过程中保持恒定的电压变化率；电化学阻抗谱测量需要复杂的运行程序以及额外增设的硬件；容量增量法需要在极低的电流倍率下对电池寿命进行诊断是最好的，但是这在实际运行中是不可能的。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于差热伏安曲线特征的电池寿命诊断方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于差热伏安曲线特征的电池寿命诊断方法，包括以下步骤：

1)对待诊断的锂离子电池进行充电或放电；

2)在对锂离子电池进行充电或放电的过程中同步测量电池电压和电池温度；

3)根据测量得到的电池电压和电池温度数据获取差热伏安曲线；

4)提取差热伏安曲线的特征，并以此作为电池衰减程度的诊断特征；

5)利用伏安特征曲线的特征对待诊断的锂离子电池的衰减程度进行诊断。

所述的步骤1)中，对待诊断的锂离子电池进行恒流充电或恒流放电。

所述的步骤3)中，对电池电压和电池温度数据进行差分计算获取差热伏安曲线。

所述的步骤3)中，差热伏安曲线以电池电压为横坐标，以差热伏安为纵坐标。

所述的差热伏安η的表达式为：

其中，δt为温度差，δv为电压差。

所述的步骤4)中，差热伏安曲线的特征包括峰值位置、峰值高度、峰值之间距离以及峰值与谷值的高度差。

所述的步骤5)中，对电池衰减程度诊断的方法具体为：

通过对比待检测的老化锂离子电池的特征与新锂离子电池的特征之间的差异，进行衰减程度的诊断。

待检测的老化锂离子电池与新锂离子电池之间的特征差异包括峰值位置的偏移量、峰值高度的偏移量、相邻峰值之间的距离、峰值与谷值之间的电压差以及峰值与谷值之间的高度差。

所述的峰值位置的偏移量、峰值高度的偏移量、相邻峰值之间的距离、峰值与谷值之间的电压差以及峰值与谷值之间的高度差与电池衰减程度之间均呈线性关系。

各待检测的老化锂离子电池与新锂离子电池之间的特征差异采用的优先级顺序为：

峰值位置的偏移量、峰值与谷值之间的电压差、相邻峰值之间的距离、峰值与谷值之间的高度差、峰值高度的偏移量。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提出的基于差热伏安法的非侵入式诊断的方式既不需要增加额外的测试设备，又可以在电池高倍率充电或者在电池实际应用中，对电池的寿命进行诊断，弥补了现有的无损诊断电池寿命方法的弊端。

附图说明

图1为本发明的总体流程框图。

图2为电池不同衰减程度的差热伏安曲线。

图3为电池峰值电压与电池容量衰减的关系图。

图4为电池谷底电压与电池容量衰减的关系图。

图5为峰值与谷值高度差与电池容量衰减的关系图。

图6为峰值与谷值电压差与电池容量衰减的关系图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

在实际使用过程中，电池会发生老化，老化会引起电池内部的组分、物质结构等发生改变，进而引起电池的电特性和热特性发生改变，其中电池的电压、电流、温度时最为常见和易于测量的参数，现有的非破坏性诊断技术，例如电化学阻抗谱，是通过外界施加激励电流或电压，从而引起电池内部响应进行分析诊断，但是这需要复杂的操作和额外的设备，相比之下，容量增量法只需通过在对电池进行恒流充电或放电过程中，通过比较电压和电流的变化率，可以推断出电池的容量衰减，但是上述方式只关注与电池的电压和电流，而忽略了温度，由于电池内部的老化反应会对电池外在的表现量，即电压、电流和温度同时产生影响，因此，采用了差分伏安对电池的温度和电压进行分析，通过试验分析发现，差分伏安曲线的特征，例如峰值电压、峰值之间距离、峰值高度差等，与电池容量衰减呈现出明显的线性关系，因此本发明利用了该线性关系进行电池衰减程度的诊断。

如图1所示，本发明提出了一种基于差热伏安曲线特征的电池寿命诊断方法，实施步骤如下：

1)对电池进行放电，本例中采用恒流放电；

2)在电池放电过程中，测量电池电压和温度，注意此步骤中电池电压和温度的测量需要同步进行；

3)利用测量得到的电池电压和温度进行差分计算，获取差热伏安曲线，差热伏安曲线是通过对电池温度和电压进行差分得到的：

其中，δt为温度差分值，δv为电压差分值；

4)对差热伏安曲线进行特征提取，提取的特征包括但不限于峰值位置、峰值高度、峰值之间距离、谷峰和谷底的高度差；

5)对比新电池和老化电池的特征差异，对电池衰减程度进行诊断，老化电池与新电池之间的特征的差异包括但不限于峰值位置的偏移量、峰值高度的偏移量、峰值之间的距离，峰值与谷值之间的电压差，峰值与谷值之间的高度差。

各待检测的老化锂离子电池与新锂离子电池之间的特征差异采用的优先级顺序为：

峰值位置的偏移量、峰值与谷值之间的电压差、相邻峰值之间的距离、峰值与谷值之间的高度差、峰值高度的偏移量。

即对于不同类型的待测老化锂离子电池，首先采用峰值位置的偏移量按照线性关系得到电池衰减程度，如无法判断，则依次采用峰值与谷值之间的电压差、相邻峰值之间的距离、峰值与谷值之间的高度差和峰值高度的偏移量进行判断。

实施例

本发明实施例中的实验对象是锂离子电池，在室温24℃下，对电池进行循环充放电，充电过程为以1.5a恒流充电至4.2v，接着以恒压方式充电，直至电流减小为20ma终止，放电过程为以4a恒流放电至2.7v终止，锂离子电池在循环过程中电池容量会发生衰减，图2为电池容量衰减至不同程度时，电池的差热伏安曲线的变化，通过对差热伏安曲线的特征包括峰值电压、峰值高度、峰值与谷值的电压差、峰值与谷值的高度差，与电池容量衰减程度进行对比，差热伏安曲线的特征与电池容量衰减呈现线性关系，如图3-图6所示，利用这种线性关系通过获取电池差热伏安曲线的特征即可实现对电池衰减程度的诊断。

本方法只需在对电池恒流充电或放电期间测量电池电压和温度，并且只要每个电池都有一个温度测量值，就能够实现并联电池组中电池单体寿命的诊断，而不需要测量电流，并且诊断分析所需的电压和温度使用数据电池管理系统所获取的数据即可，因此不需要增加额外的仪器设备进行数据测量，该方法能够在电池实际应用中对电池寿命进行诊断，弥补了现有无损诊断电池寿命方法的缺陷。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不能限制本发明，凡是在本发明的精神与原则之内，均包含在本发明的保护范围之内。