本發(fā)明涉及一種新能源汽車(chē)鋰離子動(dòng)力電池容量突然失效風(fēng)險(xiǎn)診斷預(yù)判的方法，特別是涉及一種磷酸鐵鋰動(dòng)力電池“跳水”故障的辨識(shí)預(yù)判方法，可用于電池在車(chē)運(yùn)行時(shí)及退役梯次利用時(shí)的故障預(yù)判，屬于鋰離子動(dòng)力電池故障預(yù)判及梯級(jí)利用技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

磷酸鐵鋰電池在使用時(shí)會(huì)存在容量突降而發(fā)生“跳水”的情況，而通常這類(lèi)電池在生產(chǎn)后及在運(yùn)行時(shí)對(duì)容量的監(jiān)測(cè)是無(wú)法辨識(shí)診斷出來(lái)的，“跳水”電池的無(wú)征兆出現(xiàn)將導(dǎo)致使用儲(chǔ)能系統(tǒng)的切斷無(wú)法使用，因此需要該類(lèi)故障的監(jiān)控與辨識(shí)預(yù)判，及時(shí)更換故障電池。且隨著國(guó)家對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的大力推廣，未來(lái)也將面臨大量動(dòng)力鋰電池退役的問(wèn)題。電池退役時(shí)還有75％的容量可以予以梯次再利用，充分利用電池的壽命，尤其對(duì)于磷酸鐵鋰電池具有穩(wěn)定循環(huán)、循環(huán)壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，且直接再生利用經(jīng)濟(jì)價(jià)值低，磷酸鐵鋰電池的梯級(jí)利用可以提高其使用經(jīng)濟(jì)價(jià)值。但由于磷酸鐵鋰電池作為動(dòng)力能源在汽車(chē)上使用的過(guò)程中，不同條件的苛刻工況會(huì)對(duì)電池造成一定程度的過(guò)度老化，導(dǎo)致電池存在容量突降而失效的故障風(fēng)險(xiǎn)，即稱(chēng)為“跳水”。故而，退役電池在梯級(jí)利用前需對(duì)該類(lèi)故障電池進(jìn)行提前辨識(shí)預(yù)判及篩選出來(lái)，實(shí)現(xiàn)梯級(jí)利用過(guò)程循環(huán)工作次數(shù)和容量衰減一致性的保障。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：本發(fā)明針對(duì)磷酸鐵鋰電池“跳水”故障無(wú)法通過(guò)電池外特性指標(biāo)(如常規(guī)能檢測(cè)的容量、內(nèi)阻、臌脹率、自放電率)辨識(shí)的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種磷酸鐵鋰動(dòng)力電池“跳水”故障辨的辨識(shí)預(yù)判方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所要采用的技術(shù)方案是：一種磷酸鐵鋰動(dòng)力電池“跳水”故障的辨識(shí)預(yù)判方法，包括以下步驟：

s1：對(duì)電池單體進(jìn)行一個(gè)完整的恒流充電測(cè)試，以一定采樣時(shí)間記錄下充電過(guò)程的充電容量q和對(duì)應(yīng)的端電壓v，得到充電過(guò)程的q-v曲線；一定采樣時(shí)間指采樣周期。

s2：對(duì)充電過(guò)程的q-v曲線進(jìn)行數(shù)值微分，即獲得對(duì)應(yīng)的△q/△v數(shù)值序列，并構(gòu)建成dq/dv-soc曲線；對(duì)q-v曲線進(jìn)行數(shù)值微分是為了獲得dq/dv曲線，dq/dv反映電池內(nèi)部鋰離子脫嵌的能力，dq/dv可以反映出正極和負(fù)極材料的相變過(guò)程，相變能力的變化表征電池健康狀態(tài)的變化和衰退/失效的主要導(dǎo)因。

s3：提取dq/dv-soc曲線中的三個(gè)特征峰極值，分別在soc＝20％、50％、80％位置附近，將這三個(gè)極值點(diǎn)作為電池狀態(tài)辨識(shí)特征點(diǎn)，并將其與該電池標(biāo)準(zhǔn)dq/dv-soc曲線的特征進(jìn)行對(duì)比，獲得可用活性鋰離子損失量的信息；

s4：將其高荷電區(qū)對(duì)應(yīng)的辨識(shí)特征點(diǎn)值與該電池標(biāo)準(zhǔn)dq/dv-soc曲線對(duì)應(yīng)的該特征點(diǎn)值m*比較，并計(jì)算k＝(被測(cè)電池的soc＝80％特征點(diǎn)值)/(被測(cè)電池的soc＝50％特征點(diǎn)值)和k*＝(被測(cè)電池的dq/dv|soc＝80％)/(標(biāo)準(zhǔn)曲線的dq/dv|soc＝80％)依據(jù)m*、k和k*可辨識(shí)判斷出電池是否存在跳水故障及發(fā)生跳水的原因。m*、k和k*這三個(gè)指標(biāo)的變化表征電池的失效機(jī)理：活性材料損失或鋰離子損失導(dǎo)致，或兩者兼具。

具體的，所述電池的標(biāo)稱(chēng)容量為20ah-200ah。其中，標(biāo)稱(chēng)容量是電池設(shè)計(jì)容量，充電容量是實(shí)際能充進(jìn)去的容量。

優(yōu)選的，所述采樣周期的取值范圍為10s-50s。采樣周期具體指記錄電流或累計(jì)充入容量的采樣周期。采用周期太短，數(shù)據(jù)量太大，車(chē)用bms普遍記錄周期為10-39s；采樣周期太長(zhǎng)，無(wú)法撲捉到相變過(guò)程，失去了分析的意義。

優(yōu)選的，步驟s1中恒流充電的電流值取值范圍為0.1c-c的充電倍率。

優(yōu)選的，步驟s1中恒流充電的電流值取值范圍為0.1c-0.3c的充電倍率。

所述該方法采樣的恒流充電電流可以為0.1c-1c的充電倍率，可參考該電池標(biāo)準(zhǔn)充電電流，推薦0.1c-0.3c充電倍率為最佳。所述該方法采用的恒流充電法充到3.65v-3.7v截止，充電電流可以為0.1c-1c的充電倍率，可參考該電池標(biāo)準(zhǔn)充電電流。dq/dv-soc曲線中的soc對(duì)應(yīng)的是電池當(dāng)前荷電狀態(tài)。

進(jìn)一步，當(dāng)電池的標(biāo)稱(chēng)容量＜100ah時(shí)，其dq/dv-soc曲線上橫坐標(biāo)soc＝80％±10％區(qū)間出現(xiàn)的特征峰極值低于臨界值225ah/v，且在充放電倍率≥0.3c時(shí)，可判斷該電池后循環(huán)次數(shù)壽命最多為400次-500次。以0.3c的充電倍率為最低基準(zhǔn)，充放電倍率越大電池循環(huán)壽命次數(shù)越少。

進(jìn)一步，當(dāng)電池的標(biāo)稱(chēng)容量≥100ah時(shí)，且k*＜0.23或k＜0.23或m*≤225ah/v任一條件成立，且在充放電倍率≥0.3c時(shí)，可判斷該電池后循環(huán)次數(shù)壽命最多為400次-500次。電池后循環(huán)次數(shù)指從測(cè)試判別后開(kāi)始的全soc循環(huán)次數(shù),代表循環(huán)壽命。m*指電池標(biāo)準(zhǔn)dq/dv-soc曲線高荷電區(qū)(soc＝80％)對(duì)應(yīng)的該特征點(diǎn)值。

針對(duì)0.1c-0.3c的情況原理是一樣的，本發(fā)明的數(shù)據(jù)驗(yàn)證是基于0.3c充電數(shù)據(jù)積累分析總結(jié)出來(lái)的(因0.3c為標(biāo)準(zhǔn)充電及定容倍率)，因此實(shí)例僅對(duì)0.3c充電倍率的情況進(jìn)行說(shuō)明，且不同廠家和不同規(guī)格型號(hào)該值也可能不同，但趨勢(shì)是一樣的。

以預(yù)設(shè)采樣周期記錄以一定電流值恒流充電過(guò)程中的電池的充電容量q和端電壓v，得到充電過(guò)程的q-v曲線；對(duì)充電過(guò)程的q-v曲線進(jìn)行數(shù)值微分獲得dq/dv-soc曲線；將其與該電池標(biāo)準(zhǔn)dq/dv-soc曲線的特征進(jìn)行對(duì)比，并分析其dq/dv-soc曲線中soc＝50％與soc＝80％附近對(duì)應(yīng)的特征峰的變化，獲得lli(可用活性鋰離子損失量)的信息。該方法利用恒流充電過(guò)程數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)值微分計(jì)算方法得到電池的容量增量曲線，可無(wú)損地反應(yīng)出電池內(nèi)部狀態(tài)情況，可以直觀地判斷出電池是否存在“跳水”(容量突降造成電池失效)故障及引起“跳水”的原因，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)生“跳水”前400次循環(huán)的預(yù)判辨識(shí)，降低新能源汽車(chē)鋰離子動(dòng)力蓄電電池在車(chē)運(yùn)行時(shí)及退役梯次利用時(shí)突然容量失效的風(fēng)險(xiǎn)。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供的一種磷酸鐵鋰動(dòng)力電池“跳水”故障的辨識(shí)預(yù)判方法，通過(guò)對(duì)電池充電過(guò)程容量增量-soc曲線的特征峰對(duì)應(yīng)的辨識(shí)特征點(diǎn)的獲取與變化特征進(jìn)行類(lèi)比分析，從電池的電化學(xué)內(nèi)部特性進(jìn)行定性判斷電池可用活性材料量和可用活性鋰離子量的衰退程度，來(lái)辨識(shí)電池是否存在“跳水”故障與風(fēng)險(xiǎn)，該方法最早可進(jìn)行400次循環(huán)前的預(yù)判，降低新能源汽車(chē)鋰離子動(dòng)力蓄電電池在車(chē)運(yùn)行時(shí)及退役梯次利用時(shí)突然容量失效的風(fēng)險(xiǎn)。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明辨識(shí)預(yù)判方法的流程圖；

圖2為具體實(shí)施方式一所述的容量增量dq/dv-soc曲線；

圖3為具體實(shí)施方式二所述的容量增量dq/dv-soc曲線；

圖4為具體實(shí)施方式所述的電池容量衰減曲線。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的說(shuō)明。此圖為簡(jiǎn)化的示意圖，僅以示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。

實(shí)施例一：

如圖1所示，本發(fā)明提供的一種磷酸鐵鋰動(dòng)力電池“跳水”故障的辨識(shí)預(yù)判方法，包括以下步驟：

步驟s1：對(duì)型號(hào)為ca60aha的磷酸鐵鋰電池單體(電池起始健康狀態(tài)為80％標(biāo)稱(chēng)容量，容量為50ah)，以0.3c充電倍率進(jìn)行一個(gè)完整的標(biāo)準(zhǔn)恒流恒壓充電測(cè)試(cccv)，恒流充電至3.65v轉(zhuǎn)恒壓充電至電流0.02c結(jié)束，并記錄下充電過(guò)程的充電容量q和對(duì)應(yīng)的充電端電壓v數(shù)據(jù)，并得到充電過(guò)程的q-v曲線，所用的采樣記錄周期為19s。

恒流恒壓充電與恒流充電原則上是有一定差異的，恒流恒壓是在恒流充電至截止電壓上限后轉(zhuǎn)恒壓充電至電流降至近似于0a，兩種方法不影響ic曲線形式及峰值，僅特征峰對(duì)應(yīng)的soc位置存在微小偏差。

步驟s2：對(duì)充電過(guò)程的q-v曲線進(jìn)行數(shù)值微分，即獲得對(duì)應(yīng)的△q/△v數(shù)值序列，并構(gòu)建成dq/dv-soc曲線，其中soc＝qt/qcm，qt是某個(gè)采樣點(diǎn)累積充電容量，qcm是最終的充電容量。磷酸鐵鋰電池具有寬的電壓平臺(tái)區(qū)，取相鄰兩采樣點(diǎn)電壓滿(mǎn)足vn+1-vn≥2mv對(duì)應(yīng)的vn+1和vn為計(jì)算采樣點(diǎn)，其中，n指第n個(gè)采樣點(diǎn)。

步驟s3：提取dq/dv-soc曲線中的三個(gè)特征峰極值，分別在soc＝20％、50％、80％位置附近，將這三個(gè)極值點(diǎn)作為電池狀態(tài)辨識(shí)特征點(diǎn)。

步驟s4：取其高荷電區(qū)(soc＝70％-90％區(qū)間，這里針對(duì)soc＝80％進(jìn)行對(duì)比分析)對(duì)應(yīng)的辨識(shí)特征點(diǎn)值記為m*，m*＝225ah/v(經(jīng)驗(yàn)臨界值)，并計(jì)算得到k＝0.231、k*＝0.23(經(jīng)驗(yàn)臨界值)，該款電池標(biāo)準(zhǔn)dq/dv-soc曲線的k＝0.46；如圖2所示，該電池在循環(huán)400次后發(fā)生了跳水，且在循環(huán)過(guò)程中m*和k值在減小，而soc＝50％和soc＝20％位置的辨識(shí)特征點(diǎn)的值未明顯變化，因此辨識(shí)出該電池可用活性鋰離子量損失嚴(yán)重且達(dá)到了臨界值、而可用活性材料損失量很小，故判斷出該電池在400次充放電循環(huán)后會(huì)因缺乏可用活性鋰離子而發(fā)生跳水，如圖4中35#對(duì)應(yīng)的容量衰減曲線在400次循環(huán)后該電池容量突降。

實(shí)施例二：

實(shí)施例二是實(shí)施例一的一種特殊情況，步驟s3中所述dq/dv-soc曲線中的三個(gè)特征峰極值，在某些情況會(huì)出現(xiàn)soc＝50％和soc＝80％區(qū)間的特征峰重合(如圖3所示)，該被測(cè)電池型號(hào)為ca100fi，故近似取第700次循環(huán)后的定容充電過(guò)程dq/dv-soc曲線中soc＝80％處dq/dv曲線對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)值，如圖3，即m*＝355ah/v，k＝0.44，但k*＝0.227＜0.23(經(jīng)驗(yàn)臨界值)，如圖4所示59#循環(huán)曲線，在第1000次循環(huán)后電池發(fā)生跳水，引起跳水的原因?yàn)榛钚圆牧蠐p失最終導(dǎo)致可用活性鋰離子損失。例如：容量大于100ah的電池在幾百次循環(huán)衰退后出現(xiàn)soc＝80％處對(duì)應(yīng)的特征峰消退，soc＝50％和soc＝80％對(duì)應(yīng)的特征峰合成一個(gè)峰。

以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過(guò)上述的說(shuō)明內(nèi)容，相關(guān)的工作人員完全可以在不偏離本發(fā)明的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)范圍并不局限于說(shuō)明書(shū)上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來(lái)確定其技術(shù)性范圍。

相關(guān)知識(shí)

磷酸鐵鋰電池天天充可以嗎？磷酸鐵鋰電池正確充電方法
一種動(dòng)力電池健康狀態(tài)檢測(cè)及預(yù)警的方法與流程
磷酸鐵鋰電池廠商解讀電池充電次數(shù)是否對(duì)磷酸鐵鋰電池壽命有影響
磷酸鐵鋰電池的壽命一般有多長(zhǎng)？
鋰動(dòng)力電池健康度評(píng)價(jià)與估算方法的研究
有關(guān)電池維護(hù)方面的五個(gè)注意事項(xiàng)【鉅大鋰電】
儲(chǔ)能大會(huì)：鋰電池健康管理與故障診斷
一種識(shí)別老化模式的鋰離子電池健康狀態(tài)在線診斷方法與流程
一種預(yù)測(cè)動(dòng)力電池循環(huán)壽命及健康狀態(tài)的方法與流程
電動(dòng)汽車(chē)鋰離子動(dòng)力電池健康狀態(tài)估計(jì)方法研究.pdf

網(wǎng)址: 一種磷酸鐵鋰動(dòng)力電池“跳水”故障的辨識(shí)預(yù)判方法與流程 http://m.u1s5d6.cn/newsview1391782.html