一种解析电芯内阻构成要素及其变化特征的方法技术

本发明专利技术公开了一种解析电芯内阻构成要素及其变化特征的方法，包括步骤：第一步，确定预设数量k的不同研究对象；第二步，采用“容量标定

【技术实现步骤摘要】
一种解析电芯内阻构成要素及其变化特征的方法


[0001]本专利技术涉及电池检测
，特别是涉及一种解析电芯内阻构成要素及其变化特征的方法。

技术介绍

[0002]电芯内阻是锂离子电池的一个重要参数，与电芯的电压平台、实际容量和产热量紧密相关，显著影响电芯的能量密度和功率密度，是评价电池的充放电能力、循环、倍率以及安全性能的先验性指标之一。电芯内阻具有丰富的物理内涵，它是一系列内阻的集合，如果划分角度不同，则构成该集合的子集也大相径庭。
[0003]例如，从电芯构成要素来看，电芯内阻可以简化为正极内阻和负极内阻等的集合；从极化角度看，电芯内阻又可以看作是欧姆内阻、活化内阻、浓差极化内阻等的集合。
[0004]将电芯内阻拆分为若干个子集，有助于解析正负极在反应过程中电子传导、电荷传递和离子传输的变化规律；研究人员热衷于通过这些变化规律来进一步认识电芯体系的反应特征。
[0005]目前，人们通常采用万用表测试电芯的交流内阻(近似于欧姆内阻)，该方法简单直接，但是，该方法需要暂停电性能测试并取下电芯测试，无法区分正极、负极内阻，更无法提供其他维度的内阻信息。
[0006]此外，还可以利用交流阻抗谱(EIS)来拆分电芯内阻，当EIS图谱较为规则时，等效电路图容易拟合，各种极化内阻的拟合结果误差较小。该方法也存在一些问题。(1)通常，测试电池的EIS数据需要配置价格昂贵、精度较高的电化学工作站，因为精度较低的电化学工作站采集低频数据时，数据容易跳点；(2)EIS数据拟合，存在诸多不确定性，一部分拟合存在拟合精度低的问题：解析EIS依赖于专业的拟合计算，拟合电路的构建受控于主观因素，事实上，选择不同的拟合电路，拆解出的内阻信息也存在不同程度的差异；尤其是当EIS图谱形状不规则时，研究人员难以找到合适的拟合电路，拟合精度难以控制；采用不恰当的拟合电路，或将得出与客观事实相悖的拟合结果。
[0007]因此，目前有必要开发一种方法，其能够解决以上技术问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种解析电芯内阻构成要素及其变化特征的方法。
[0009]为此，本专利技术提供了一种解析电芯内阻构成要素及其变化特征的方法，其包括以下步骤：
[0010]第一步，确定预设数量k的不同研究对象，k为正整数；
[0011]研究对象为三电极电芯；
[0012]第二步，采用预先编制的“容量标定
‑
SOC标定和去极化”充放电流程，分别对第一步中的每个研究对象进行充放电测试，并采集预设种类的测试数据；
[0013]第三步，对于每个研究对象，按照去极化内阻算法，根据预设种类的测试数据，计算其电芯、正极和负极分别在不同SOC下的集总内阻、瞬时内阻和动力学内阻；
[0014]第四步，对于每个研究对象，执行预设曲线图绘制操作：绘制每个研究对象的电芯、正极和负极分别具有的集总内阻、瞬时内阻和动力学内阻，随着SOC变化的曲线；
[0015]第五步，当k≥2时，列出内阻增量和内阻增量贡献表，解析数据：对于任意两个不同的研究对象，列出两者相对具有的内阻增量和内阻增量贡献表；根据内阻增量和内阻增量贡献表，确定任意两个不同研究对象的差异点。
[0016]优选地，在第二步中，预先编制的“容量标定
‑
SOC标定和去极化”流程，具体包括以下操作：
[0017]第一子步骤，容量标定制式操作：首先对作为研究对象的三电极电芯恒流和恒压充电，即，以预设大小的恒流充电电流(例如0.1C～1C)，恒流充电至电芯的充电截止电压，接着在充电截止电压下进行恒压充电，恒压充电至电芯的充电截止电流；
[0018]然后静置5～10min；
[0019]然后，以预设大小的恒流放电电流，恒流放电至预设的放电截止电压，再静置5～10min，以此放电过程的整体放电电量，作为100％SOC下的三电极电芯对应的电量，完成三电极电芯的容量标定；
[0020]第二子步骤，SOC标定和去极化制式操作：以预设大小的电流I0对第一子步骤完成放电的作为研究对象的三电极电芯，持续进行多个充电阶段的恒流充电操作；
[0021]其中，在每个充电阶段中，三电极电芯分别恒流充电至一个预设大小的标定SOC，并且在充电结束后均静置预设时长t。
[0022]优选地，第三步具体包括以下处理操作：
[0023]对于任意一个研究对象i，计算其去极化内阻R
x_y
(i)的计算公式如下：
[0024][0025]其中，去极化内阻，包括集总内阻、瞬时内阻和动力学内阻三种；
[0026]其中，下角标x＝lum,tra或dyn，字符串lum、tra和dyn分别代表集总内阻、瞬时内阻和动力学内阻；
[0027]下角标y＝F、C或A，字符串F、C和A分别代表电芯、正极和负极；
[0028]对于去极化内阻R
x_y
(i)的计算公式，在第二步中第二子步骤的恒流充电操作中，对于任意一个充电阶段，任意一个研究对象i在恒流充电操作结束瞬间的电芯电压、正极电压和负极电压分别为在静置操作开始瞬间的电芯电压、正极电压和负极电压分别为电压和负极电压分别为在静置操作结束瞬间的电芯电压、正极电压和负极电压分别为U
t,F
(i)、U
t,C
(i)、U
t,A
(i)；
[0029]i为正整数且1≤i≤k。
[0030]优选地，对于第四步，当预设数量k等于1，或者大于或等于2时，预设曲线图绘制操
作具体包括以下步骤：
[0031]一、利用第三步计算获得的研究对象的电芯、正极和负极分别在不同SOC下的集总内阻，绘制研究对象的电芯、正极和负极集总内阻随SOC变化的X
‑
3Y轴曲线图；
[0032]其中，X轴为研究对象的SOC，三个Y轴分别为研究对象的电芯、正极和负极的集总内阻；
[0033]二、利用第三步计算获得的研究对象的电芯、正极和负极分别在不同SOC下的瞬时内阻数据，绘制研究对象的电芯、正极和负极瞬时内阻随SOC变化的X
‑
3Y轴曲线图；其中，X轴为研究对象的SOC，三个Y轴分别为研究对象的电芯、正极和负极瞬时内阻；
[0034]三、利用第三步计算获得的研究对象的动力学内阻数据，绘制研究对象的电芯、正极和负极动力学内阻随SOC变化的X
‑
3Y轴曲线图，其中，X轴为SOC，三个Y轴分别为电芯、正极和负极动力学内阻。
[0035]优选地，在第四步的预设曲线图绘制操作之后，当预设数量k大于或等于2时，第五步中的列出任意两个不同的研究对象相对具有的内阻增量和内阻增量贡献表的操作，具体包括以下步骤：
[0036]首先，在第二步的第二子步骤的恒流充电操作中具有的任意一个充电阶段，对于任意两个不同的研究对象，计算研究对象j相对于研究对象i的电芯、正极或负极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种解析电芯内阻构成要素及其变化特征的方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，确定预设数量k的不同研究对象，k为正整数；研究对象为三电极电芯；第二步，采用预先编制的“容量标定
‑
SOC标定和去极化”充放电流程，分别对第一步中的每个研究对象进行充放电测试，并采集预设种类的测试数据；第三步，对于每个研究对象，按照去极化内阻算法，根据预设种类的测试数据，计算其电芯、正极和负极分别在不同SOC下的集总内阻、瞬时内阻和动力学内阻；第四步，对于每个研究对象，执行预设曲线图绘制操作：绘制每个研究对象的电芯、正极和负极分别具有的集总内阻、瞬时内阻和动力学内阻，随着SOC变化的曲线；第五步，当k≥2时，列出内阻增量和内阻增量贡献表，解析数据：对于任意两个不同的研究对象，列出两者相对具有的内阻增量和内阻增量贡献表；根据内阻增量和内阻增量贡献表，确定任意两个不同研究对象的差异点。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在第二步中，预先编制的“容量标定
‑
SOC标定和去极化”流程，具体包括以下操作：第一子步骤，容量标定制式操作：首先对作为研究对象的三电极电芯恒流和恒压充电，即，以预设大小的恒流充电电流(例如0.1C～1C)，恒流充电至电芯的充电截止电压，接着在充电截止电压下进行恒压充电，恒压充电至电芯的充电截止电流；然后静置5～10min；然后，以预设大小的恒流放电电流，恒流放电至预设的放电截止电压，再静置5～10min，以此放电过程的整体放电电量，作为100％SOC下的三电极电芯对应的电量，完成三电极电芯的容量标定；第二子步骤，SOC标定和去极化制式操作：以预设大小的电流I0对第一子步骤完成放电的作为研究对象的三电极电芯，持续进行多个充电阶段的恒流充电操作；其中，在每个充电阶段中，三电极电芯分别恒流充电至一个预设大小的标定SOC，并且在充电结束后均静置预设时长t。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第三步具体包括以下处理操作：对于任意一个研究对象i，计算其去极化内阻R
x_y
(i)的计算公式如下：其中，去极化内阻，包括集总内阻、瞬时内阻和动力学内阻三种；其中，下角标x＝lum,tra或dyn，字符串lum、tra和dyn分别代表集总内阻、瞬时内阻和动力学内阻；下角标y＝F、C或A，字符串F、C和A分别代表电芯、正极和负极；对于去极化内阻R
x_y
(i)的计算公式，在第二步中第二子步骤的恒流充电操作中，对于任意一个充电阶段，任意一个研究对象i在恒流充电操作结束瞬间的电芯电压、正极电压和负极电压分别为U0‑
,F(i)、U0‑
,C(i)、U0‑
,A(i)，在静置操作开始瞬间的电芯电压、正极电压
和负极电压分别为U
0+,F
(i)、U

【专利技术属性】
技术研发人员：郭立超，孔令丽，王亚，王凯，郭纪，
申请(专利权)人：天津力神电池股份有限公司，
类型：发明
国别省市：