[发明专利]一种超声反射系数表征锂离子电池SOC的方法

说明书

本发明公开了一种超声反射系数表征锂离子电池SOC的方法，其采用测量锂离子电池反射系数角度谱的水浸超声检测方法，属于无损检测技术领域。软包锂离子电池可看作是多层材料的层叠结构，锂离子电池荷电状态(SOC)变化时其反射系数随之变化，本发明通过超声水浸检测，获得不同荷电状态(SOC)下的锂离子电池反射系数角度谱，建立角度谱与锂离子电池荷电状态的映射关系，用角度谱的两股峰值间距表征锂离子电池荷电状态(SOC)。本发明可实现对锂离子电池荷电状态(SOC)的无损表征；可实现锂离子电池局部SOC测量。

技术领域

本发明属于超声无损检测领域，具体涉及一种锂离子电池荷电状态(StateOfCharge，SOC)的检测方法。

背景技术

锂离子电池被广泛应用于航空航天，军事领域、航空航天以及电动汽车行业。但在锂离子电池充放电循环过程中锂离子电池的容量的衰减，锂离子电池的安全性能检测尤其是荷电状态(State OfCharge，SOC)和健康状态(State OfHealth，SOH)一直是锂离子电池无损检测的热点问题，

锂离子电池以不同材料层叠构成，超声波信号传播复杂，锂离子电池在循环过程中内部结构发生微小变化，声阻抗也发生变化，由于声阻抗的不匹配超声波的反射系数也会不同。本文基于超声波在不同SOC下超声波反射系数角度谱与锂离子电池SOC的映射关系，实现使用超声波反射系数角度谱表征锂离子电池的SOC。

发明内容

本发明针对上述问题设计了一种超声测量锂离子电池荷电状态(StateOfCharge，SOC)的检测方法。本发明的技术方案如下：

一种超声反射系数法检测锂离子电池SOC的方法，该方法的实现步骤包括如下流程：

步骤1：将层叠结构的软包锂离子电池在室温下采用充放电设备恒流放电至放电截止电压、静置，将静置后的软包锂离子电池采用恒流恒压充电至充电截止电压；

步骤2：将静置后的软包锂离子电池室温下采用恒流放电至放电截止电压，依据放电时间不同，获得N个不同荷电状态下的锂离子电池。全部放电时间T为电池由充电截止电压放电至放电截止电压所用的时间，由放电时间t的占比表示锂离子电池的荷电状态，荷电状态计算公式为：

电池荷电状态(State OfCharge，SOC)＝(T-t)/T*100％SOC；

步骤3：实验装置设计，为了进行变角度超声反射系数的测量，搭建了一套进行变角度超声反射系数的测量系统，该测量系统包括：两个超声水浸探头(1，2)，嵌入式控制器(3)，数字示波器(4)，电池检测系统(5)，中位机(6)，水槽(7)，角度夹具(8)，锂离子单电池试件(9)，计算机(10)。联接方式如图2所示，嵌入式控制器(3)与发射超声探头(1)联接，发出超声波信号，数字示波器(4)与接收超声探头(2)联接，并与嵌入式控制器(3)联接，进行信号处理与采集。电池检测系统(5)实时监测和控制被测锂离子电池的荷电状态，可以改变锂离子电池的SOC并通过中位机(6)将计算机与电池检测系统联接，进行信号传输。将被测锂离子电池的两个极耳接入电池检测系统(5)，并对两个极耳做防水处理，与超声探头一起浸入装有水的水槽中，两个超声探头(1，2)由角度夹具(8)固定住，超声波信号按某一角度一激一收，测量反射信号。

步骤4：采用超声水浸的检测方法，取步骤2中获取的某个荷电状态下的锂离子电池置于水槽中，选用一定中心频率的宽频超声探头一激一收获取锂离子电池声反射信号；

步骤5：由步骤3，依次选定两个超声探头之间的夹角(0-60°)，获取每个角度下的锂离子电池声反射信号时域图；

步骤6：对不同角度下的时域反射信号进行数据处理，由傅里叶变换得到不同入射角度下的锂离子电池声反射系数。

步骤7：重复步骤4-6，直至步骤2中所获得的锂离子电池所有荷电状态(0％-100％SOC)下的声反射系数检测完成。