一種動力鋰離子電池健康狀態估算方法
【專利摘要】本發明涉及動力鋰離子電池制造技術領域，具體涉及一種動力鋰離子電池健康狀態估算方法。本發明結合動力鋰離子電池的容量、功率、內阻三個方面的因素，對電池的SOH進行評測。內阻包含直流內阻和交流內阻，具體的操作方法是，將電池進行滿充滿放循環，容量保持率記為C，在循環測試的過程中測試電池的交流內阻和直流內阻，交流內阻ACR和直流內阻DCR的比值定義為阻值特性值a；同時測試電池的功率性能，功率保持率記為P，健康參數H=aC+aP。本發明提供的估算方法綜合考慮了容量、阻值以及功率三方面的特點，更加真實反映動力鋰離子電池的健康狀態。
【專利說明】
一種動力鋰離子電池健康狀態估算方法
技術領域
[0001] 本發明涉及動力鋰離子制造技術領域，具體涉及一種動力鋰離子電池健康狀態估 算方法。
【背景技術】
[0002] 近年來面對環境污染、能源危機這些日益嚴峻問題的威脅，世界各國都在加緊研 發電動汽車。電動汽車已其安全環保無污染的特點成為未來產業發展的重點，其中作為電 動汽車動力源的電池成為限制電動汽車發展的瓶頸。電池管理系統作為監控和管理電池系 統的關鍵，通過充放電均衡管理，保證電池系統正常合理工作，而電池管理系統對電池及電 池組的健康狀態(S0H)估算對電池管理系統的管理至關重要，通過準確合理的健康狀態輸 入，能提尚電池系統的使用壽命，以及提尚電池利用率。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是解決上述現有技術的不足，提供一種動力鋰離子電池健康狀態估 算方法。
[0004] 本發明是通過以下技術方案實現的：
[0005] -種動力鋰離子電池健康狀態估算方法，包括以下步驟：
[0006] (1)將分容后的電池進行活化處理；
[0007] (2)用基礎電流將活化后的電池進行滿充滿放循環1周，記錄初始放電容量A1;并 且，將滿充滿放1周的該電池進行脈沖功率測試，記錄其在N%S0C狀態下的初始放電功率 Bi;用內阻儀測試N% S0C狀態下滿充滿放1周的該電池的初始交流內阻ACRi;以及用混合脈 沖功率測試，記錄滿充滿放1周的該電池在N% S0C狀態下的初始直流內阻DCRi;所述基礎電 流為倍率小于1C的電流，0〈N〈 100;
[0008] (3)重復滿充滿放循環，對循環n周的電池健康狀態Hn按以下公式進行估算：
[0010] 其中，n為自然數，an為循環n周電池的阻值特性值，Cn為循環n周電池的容量保持 率，P n為循環n周電池的功率保持率，ACRn為循環n周電池的交流內阻值，DCRn為循環n周電池 的直流內阻值，A n為循環n周電池的放電容量，Ai為循環1周電池的初始放電容量，Bn為循環n 周電池的放電功率，為循環1周電池的初始放電功率。
[0011] 本發明所述的一種動力鋰離子電池健康狀態估算方法，步驟（1)所述的活化處理 為將電池使用小于1C的電流滿充滿放循環5~25周。
[0012]本發明所述的一種動力鋰離子電池健康狀態估算方法，步驟(2)所述脈沖功率測 試的具體方法是：
[0013] 將活化后的電池調節至N%S0C，然后用基礎電流放電一定時間后，再用大電流脈 沖放電不大于60s，使基礎電流和大電流脈沖放電的總容量為10%S0C，所述基礎電流為倍 率小于1C的電流，所述大電流為倍率大于3C的電流，0〈N〈100,此時放電功率B的計算公式 為，B = IXV，
[0014]其中，B的單位為W，I表示大電流值，V表示大電流放電截止電壓。
[0015] 本發明所述的一種動力鋰離子電池健康狀態估算方法，步驟(2)所述混合脈沖功 率測試的具體方法是：
[0016] 測試完交流內阻處于N%S0C電態的電池靜置后，用倍率為X的電流放電不大于 60s，靜置，然后用倍率為3/4X的電流充電不大于60s，再用基礎電流放電，使倍率為X的電流 和倍率為3/4X的電流脈沖充放電的時間相等且總充放過程的放電容量為10 % S0C，所述X大 于3C，所述基礎電流為倍率小于1C的電流，此時直流內阻DCR的計算公式為，DCRrao-Vi)/ I,
[0017] 其中，DCR的單位為mQ，Vi表示大電流放電截止電壓，Vo表示半電態電池靜置后靜 態電壓，I表示大電流值。
[0018] 本發明所述的一種動力鋰離子電池健康狀態估算方法，測試的環境均在常溫條件 23±2°C 下。
[0019]本發明所述的一種動力鋰離子電池健康狀態估算方法，所述動力鋰離子電池為 LFP/C (即 LiFePCk/C)或 NCM/C (即 Ni CoMn/C)材料體系的電池。
[0020] 本發明的有益效果在于：
[0021] 用結合循環過程中的容量、交流阻抗、直流阻抗以及功率的變化對動力電池的健 康狀態進行估算，考慮了靜態、動態、容量及功率四個方面的特性，更真實的反映電池的健 康狀態。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發明一種動力鋰離子電池健康狀態估算方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0023] 為更好理解本發明，下面結合實施例和附圖對本發明作進一步描述，以下實施例 僅是對本發明進行說明而非對其加以限定。
[0024] 如圖1所示，從生產車間領取1只分容完成的IFP20100140-20Ah的方形電池電芯， 標記為1 #，此時電芯的荷電狀態是滿電態，健康狀態估算按以下步驟進行：
[0025] (1)將上述電池用6.6A的電流充放循環五周活化處理，充放電電壓范圍是2.0- 3.7V，備用；
[0026] (2)將上述電池用20A電流放電至2.0V，放電容量記錄為初始放電容量六：，為 20.17Ah；
[0027] (3)將上述電池用20A電流充電30min，此時電池的S0C狀態是50% ;將電池連接電 性能測試柜，靜置30min后，用20A的電流放電310s后，用100A的大電流放電10s，記錄放電結 束時的電壓為3.105V，計算初始放電功率出=IX V= 100X3.105 = 310.5(W)(I表示大電流 值，V表示大電流放電截止電壓）；
[0028] (4)用日置HI0KIBT3562的內阻儀測試電池的初始交流內阻ACfo，為0.73m Q ;
[0029] (5)上述測試后的電池，連接電性能測試柜，靜置lh后，用100A電流放電10s后靜置 4〇8，后用8(^電流充電1〇8后用2(^電流放電3478，直流內阻00?1 = (￥〇-￥1)/1 = (3.195-3.050)/100/1000 = 1.45(mQ )(Vi表示100A/10s大電流放電截止電壓3.050V，V〇表示半電態 電池靜置lh的靜態電壓3.195V，I表示100A大電流值）；
[0030] (6)根據阻值特性a=ACR/DCR，計算可得初始阻值特性&1為0.503;
[0031] (7)根據H=aC+aP，計算得到初始健康狀態壓為1.006,近似為1;
[0032] (8)電池用20A電流常溫滿充滿放循環50周后，重復上述步驟的所有測試，分別得 到以下數據，C5Q為0 ? 997，P5Q 為0 ? 986，a5Q為0 ? 501，計算 H5Q為0 ? 997;
[0033]上述電池每用20A電流常溫滿充滿放循環50周，就重復（2)-(8)的測試步驟，化越 接近于1其健康狀態越好。
[0034]隨著滿充滿放循環進行到2500周，進行上述的測試步驟，得到以下數據：C25qo為 0 ? 852，P25。。為 0 ? 723，a25。。為 0 ? 450，計算 H25。。為 0 ? 709 〇
[0035]從2500周的數據可以分析，容量保持率不能作為單一的壽命估算標準，功率性能 的衰減以及阻值特性的變化在電池使用后期對電池健康狀態的影響更大。
[0036]滿充滿放循環進行到3100周時，測試(：值為0.8，？值為0.682，&值為0.437，計算循 環壽命終止時的電池健康狀態H為0.65。
[0037]以上所述實施方式僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，并非對本發明的范 圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發明的技術方 案作出的各種變形和改進，均應落入本發明的權利要求書確定的保護范圍內。
【主權項】
1. 一種動力鋰離子電池健康狀態估算方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 將分容后的電池進行活化處理； (2) 用基礎電流將活化后的電池進行滿充滿放1周，記錄初始放電容量A1;并且，將滿充 滿放1周的該電池進行脈沖功率測試，記錄其在N%SOC狀態下的初始放電功率B 1;用內阻儀 測試N%SOC狀態下滿充滿放1周的該電池的初始交流內阻ACR1;以及用混合脈沖功率測試， 記錄滿充滿放1周的該電池在N% SOC狀態下的初始直流內阻DCR!;所述基礎電流為倍率小 于1C的電流，0〈N〈100; (3) 重復滿充滿放循環，對循環η周的電池健康狀態Hn按以下公式進行估算：其中，η為自然數，an為循環η周電池的阻值特性值，Cn為循環η周電池的容量保持率，P n 為循環η周電池的功率保持率，ACRn為循環η周電池的交流內阻值，DCRn為循環η周電池的直 流內阻值，Α η為循環η周電池的放電容量，Ai為循環1周電池的初始放電容量，Βη為循環η周電 池的放電功率，為循環1周電池的初始放電功率。2. 根據權利要求1所述的一種動力鋰離子電池健康狀態估算方法，其特征在于：步驟 (1) 所述的活化處理為將電池使用小于1C的電流滿充滿放循環5~25周。3. 根據權利要求1所述的一種動力鋰離子電池健康狀態估算方法，其特征在于，步驟 (2) 所述脈沖功率測試的具體方法是： 將活化后的電池調節至N%SOC，然后用基礎電流放電一定時間后，再用大電流脈沖放 電不大于60s，使基礎電流和大電流脈沖放電的總容量為10%S0C，所述基礎電流為倍率小 于1C的電流，所述大電流為倍率大于3C的電流，0〈N〈100，此時放電功率B的計算公式為，B = IXV， 其中，B的單位為W，I表示大電流值，V表示大電流放電截止電壓。4. 根據權利要求1所述的一種動力鋰離子電池健康狀態估算方法，其特征在于，步驟 (2)所述混合脈沖功率測試的具體方法是： 測試完交流內阻處于N%SOC電態的電池靜置后，用倍率為X的電流放電不大于60s，靜 置，然后用倍率為3/4X的電流充電不大于60s，再用基礎電流放電，使倍率為X的電流和倍率 為3/4X的電流脈沖充放電的時間相等且總充放過程的放電容量為10 % SOC，所述X大于3C， 所述基礎電流為倍率小于1C的電流，此時直流內阻DCR的計算公式為，DCR = (Vo-W) /1， 其中，DCR的單位為ι?Ω，Vi表示大電流放電截止電壓，Vo表示半電態電池靜置后靜態電 壓，I表示大電流值。5. 根據權利要求1所述的一種動力鋰離子電池健康狀態估算方法，其特征在于:測試的 環境均在常溫條件23 ± 2 °C下。6.根據權利要求1所述的一種動力鋰離子電池健康狀態估算方法，其特征在于:所述動 力鋰離子電池為LFP/C或NCM/C材料體系的電池。
【文檔編號】G01R31/36GK105929336SQ201610302656
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月4日
【發明人】魏引利, 王海波
【申請人】合肥國軒高科動力能源有限公司