[发明专利]电池健康状态检测方法及系统

说明书

本发明公开了一种电池健康状态检测方法及系统，涉及车辆用电池的检测技术领域。方法包括以下步骤：步骤S1、获取电池的精确频率；步骤S2、施加电池以所述精确频率的交流电使之发生阻抗响应；步骤S3、获取阻抗响应的阻数据；步骤S4、根据获取的阻抗值，获取电池分类区域。本申请提供的电池健康状态检测方法，通过施加精确频率的交流电使之发生阻抗响应，并根据阻抗响应的阻抗数据，获取电池分类区域信息，以实现对电池的健康状态的实时监测，有效保证电动车辆中电池充放电的安全性和运行可靠性。

技术领域

本发明涉及车用电池监测技术领域，具体是涉及一种电池健康状态检测方法及系统。

背景技术

一般来说，电池健康状态(State of Health SOH)定义了电池相对于初始状态的性能。SOH从初始状态的变化通常用由于老化过程或电池EOL而导致的性能损失来表示。目前已开发出了相应SOH方法来预测气门调节铅酸可充电电池在内燃机车的剩余寿命。近十年来，人们关注的焦点转向了混合动力汽车和纯电动汽车应用中可充电电池的SOH计算方法。大部分的电池厂和整车厂，将电池使用历史与电流和其运行温度的指标相结合，来估计电池的剩余使用寿命或电池健康状态。

传统的电池SOH计算方法是容量评估和电池剩余性能寿命状态。这种将电池用恒流放到预定的电压的方法的缺点是昂贵、耗时，且要求被测试的电池需要停止使用很长时间。传统的商业SOH测试仪通过施加单频交流电流或方波脉冲来测量阻抗。测试仪运行的频率因制造商而异。例如，Hewlett-Packard,1000Hz；Biddle Instruments,60Hz:；Celltron，～10Hz；Midtronics,25Hz。因此相同的电池，不同的制造商的测试仪测出来的阻抗值也各不一样。每个测试仪都在高频下工作，因为在高频下电池阻抗接近内阻值。研究发现内阻值与电池的剩余容量有强相关。简而言之，SOH监测仪最早的用途是将阻抗与剩余使用寿命联系起来。

锂离子电池是目前多数纯电动车型，混动车型选择的可充电电源，根据需求的不同，有高容量，高能量密度等多种类型的锂离子电池。最近发生的涉及锂离子电池热失控反应的安全事件导致了火灾和随后的设备和资源损失。锂离子电池的安全性对于电动车及其他产品都是至关重要的。锂离子电池过充会降低其容量和循环性能，并增加有毒物质泄漏、火灾和爆炸的风险。

为了避免锂离子电池过充，必须了解使用锂离子电池的类型。具体来说，电池的充电电压上下限值与正负电极偶和电解质材料的化学特性有关。锂离子电池最常见的正极材料是LiCoO₂，其充电电压上限值为4.2V，充电电压下限值为2.8V。在4.2V截止电压以上充电或过充，通常是由于充电不当、电池均衡电子故障、电池组的热不平衡或电芯制造缺陷造成的。从过充滥用到热失控的直接链路是复杂的，其中包含了电化学，热力学等内在或外在的表现。经过大量的实验数据及现象表明，热失控据包括以下几个步骤：严重的过充电流和电压导致正电极材料在过充电过程中经历结构转变并释放氧气，在此过程中，由电压，温度引起的氧气达到最大量；以及活性物质的氧化能力，从而与电解质溶剂发生快速放热反应。多种气体的释放导致电芯结构膨胀，排气甚至电芯外壳结构的破裂。在电芯电压4.5V时，有机电解质分解形成不溶性产物，这些产物堵塞电极的孔隙，导致电池内产生气体。

滥用充电(过充和高倍率充电)导致金属锂在阳极表面沉积。这些锂缺陷可能会随着滥用充电循环而增长，最终导致内部短路或过度充电的阳极与电解质之间的激烈反应。某一个电芯的过充电的后果也是很严重的，因为它的失效而导致的爆炸或起火很容易级联反应到电池组中的其他电芯。

目前还没有检测锂离子电池退化或即将发生故障的预测方法。锂离子电池的SOH监测和预测受限与SOC的估算，电压测量，容量估算和RUL预测(剩余使用寿命Remaininguseful life)。一种建议的电池缺陷监测方法要求通过使用射频识别标签周期性地传输电压和温度读数。这些传统方法无法诊断由于滥用(内部或外部)而发生的退化过程，这些退化过程严重影响电池的安全性能。