[发明专利]混合型正极材料锂离子电池关键参数及容量衰减机理的辨识方法

说明书

本发明公开了一种混合型正极材料锂离子电池关键参数的辨识方法，包括以恒定电流对满电状态的待测电池进行放电；获取电池的正极均衡电势曲线、负极均衡电势曲线、混合型正极材料中各组分活性材料的均衡电势曲线，以及各组分活性材料的dQ/dV曲线；根据负极均衡电势、混合型正极材料中各组分活性材料均衡电势、混合型正极中各组分活性材料的dQ/dV曲线、恒定的放电电流和电池的关键参数的初始设定值计算电池的端电压的估计值；对该关键参数的初始设定值进行修正，直至电池端电压的估计值和真实值之间的均方根误差RMSE达到最小值，得到关键参数的最终修正结果。本发明还公开了一种混合型正极材料锂离子电池容量衰减机理辨识的辨识方法。

技术领域

本发明属于电池管理技术领域，具体涉及混合型正极材料锂离子电池关键参数的辨识方法及容量衰减机理的辨识方法。

背景技术

锂离子电池具有高功率/能量密度、长寿命等特点，在电动汽车上得到的大规模应用。锂离子电池一般由正极材料、负极材料、隔膜和电解液等组成，其中正极材料对电池的性能有很大的影响。常用的锂离子电池的正极活性材料有磷酸铁锂(LFP)、钴酸锂(LCO)、锰酸锂(LMO)和镍钴锰(NCM)或镍钴铝(NCA)等三元材料。然而，单一的正极活性材料无法使电池的性能达到最优，在实际生产中，将两种不同的正极活性材料混合起来，组成混合型正极材料，实现不同正极活性材料的优势互补，成为了一种提升锂离子电池电化学性能的方法。经过较长时间的试验和筛选，LMO-NCM(NCA)混合型正极材料、LFP-NCM(NCA)混合型正极材料、LCO-NCM(NCA)混合型正极材料等混合型正极材料都得到的实际应用。

电池的健康状态SOH有多种定义方法，如通过容量定义，即SOH＝C/C₀，其中C为电池当前容量，C₀为电池的初始容量。同时还可以根据电池的内阻、能量/功率密度等参数来定义电池的健康状态。然而，现阶段的电池健康状态SOH的估计方法仅仅是估计电池容量衰减了多少，而不是分析电池容量衰减的机理来确定电池内部的真实衰减情况。

电池的容量衰减机理可能由于正极活性材料损失、负极活性材料损失、或者可用锂离子的损失等原因造成的。对于混合型正极材料的锂离子电池来说，由于混合型正极材料包含不同的活性材料成分，其活性材料的损失比较复杂。以LMO-NCM混合型正极材料的损失为例。LMO活性材料的损失和NCM活性材料的损失都会引起LMO-NCM混合型正极材料的损失。在电池使用过程中，LMO、NCM两种正极活性材料可能还会呈现出不一样的衰减速率。

对于电池容量衰减机理的研究，往往需要将电池进行拆解，利用XRD(X-RayDiffraction，X射线衍射)，SEM(Scanning Electron Micorscope，扫描电子显微镜)等方法来进行分析，但这在实际电动车上完全不可行。中国专利申请CN103576097A提出了一种无损的锂离子电池健康状态SOH估计方法，但该方法仅适用于单一正极活性材料的电池。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种混合型正极材料锂离子电池关键参数的辨识方法及容量衰减机理的辨识方法。

本发明首先提供一种混合型正极材料锂离子电池关键参数的辨识方法，包括如下步骤：

S1：以恒定电流对满电状态的待测电池进行放电，并记录放电过程中的恒流放电电压曲线，得到不同时刻电池端电压的真实值，记为V(t)；

S2：获取该待测电池的正极均衡电势曲线、负极均衡电势曲线、混合型正极材料中各组分活性材料的均衡电势曲线，以及各组分活性材料的电量增量(dQ/dV)曲线；

S3：根据负极均衡电势、混合型正极材料中各组分活性材料均衡电势、混合型正极中各组分活性材料的dQ/dV曲线、恒定的放电电流和待测电池的关键参数的初始设定值计算待测电池的端电压的估计值，记为V_sim(t)；