[发明专利]考虑电压迟滞特性的电动汽车动力电池性能无损检测方法

说明书

本发明公开了一种考虑电压迟滞特性的电动汽车动力电池性能无损检测方法，所述方法包括：构建电池机理模型、等效电路模型和电化学模型；通过电池机理模型和电化学模型，根据电压迟滞特性构建外力因素与相关老化效果间的关系；通过等效电路模型和电化学模型，计算不同外力因素下的交流阻抗；基于欧姆阻抗、电荷转移阻抗和Warburg阻抗的计算结果，根据交流阻抗变化与最严重电压迟滞特性所出现的荷电状态区间、潜在老化机理和电池内部组件、性能的老化关系，结合电化学分析中各阻抗所代表的物理意义，完成对电池性能的无损检测。本发明在不破坏电池的情况下通过建立的外力因素对应老化关系和计算的交流阻抗对不同外力因素下电池性能进行无损检测。

技术领域

本发明涉及电动汽车动力电池性能检测技术领域，尤其涉及一种考虑电压迟滞特性的电动汽车动力电池性能无损检测方法。

背景技术

动力电池是用于电化学存储和转换的重要载体，随着电动汽车(Electricvehicle,EV)或者混合电动汽车(Hybrid electric vehicle,HEV)、便携式电子产品和微电网等的发展，作为电化学存储和能量转换的重要载体，以铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池为主的动力电池得到了广泛应用。其中，锂离子动力电池凭借其更大的功率，更高的电压水平，更宽的工作温度范围，更长的循环寿命，以及更小的记忆效应和更低的自放电率等^[1]特征，在商业化过程中占据主导地位。特别地，开路电压(Open circuit voltage,OCV)对于电池建模^[2]、荷电状态(State of charge,SOC)^[3]和健康状态估计(State of health,SOH)^[4]、识别电池组的不一致性^[5]以及监测电池失控^[6]等都有着十分重用的作用。

实际上，开路电压通常具有电压迟滞特性，即开路电压在充电和放电环路中(0％→100％→0％SOC)路径无法重合，对电池迟滞特性的忽略在一定程度上影响状态估计的准确性。最近几年，许多学者已经对动力电池的电压迟滞特性开展了研究，例如从热力学平衡电势的迟滞现象到活性/负极材料颗粒的化学势，Srinivasan V、Madej E、Petzl M等人已经解释了电压迟滞现象^[7]。这些文献为后续电压迟滞特性的研究提供了理论依据，尤其是核心偏移理论，它从粒子层面对充放电过程中材料颗粒变化进行分析。电压迟滞特性被进行了全面的讨论和分析^[8]。文献^[9]通过不同类型电池的对比，确定了电压迟滞特性对充电/放电过程的路径依赖性，其研究表明，最大的迟滞效应发生在LiFePO₄(LFP)电池上，而最小的迟滞效应则发生在Li₄Ti₅O₁₂(LTO)电池上。

考虑电压迟滞特性，一些外力因素，如温度、充放电倍率、老化应力、荷电状态等，对电池OCV的影响也被展开了研究。例如，Yang J等人提出了用来获取OCV曲线的不同方式方法^[10]，文献^[11]基于弛豫时间对OCV进行了预测，还有其他学者研究了OCV对各种因素的依赖性^[12]。文献^[13]指出温度和老化应力对动力电池的电压迟滞行为有着显著影响，并揭示了温度与电池所需弛豫时间之间的线性关系。为了研究充放电特性和放热行为，在两种不同的热条件下(即恒温条件和接近绝热条件)，文献^[14]对电池性能进行了测试。文献^[15]已经研究了温度和充放电倍率对动力电池电压迟滞特性的影响，结果表明，与25℃条件下的迟滞值相比，0℃时的迟滞值比其高13mV。但是，25℃和45℃条件下的迟滞值相比，结果却没有明显的差异。因此，忽略动力电池的电池迟滞特性是不准确的，并在一定程度上影响状态估计的准确性。

参考文献