锂离子电池系统单体结构状态变化程度的测试评估方法技术方案

本发明专利技术提供了一种锂离子电池系统单体结构状态变化程度的测试评估方法，包括单体电池编号、系统投入使用前测量所有单体电池的前三阶固有频率并形成第一数据表格、统计第一数据表格并分别获得前三阶固有频率各自的平均值和标准差、系统使用后测量所有单体电池的前三阶固有频率并形成第二数据表格、统计第二数据表格并分别获得前三阶固有频率各自的平均值和标准差、计算系统使用后的系统结构平均劣化程度指标和系统结构一致性劣化程度指标、计算每一个电池单体使用后的单体结构劣化程度指标等步骤，该方法简便易行，能在不对电池造成任何破坏的情况下从结构模态角度对构成同一个锂离子电池系统的所有单体进行测试并准确评价其劣化程度和一致性。评价其劣化程度和一致性。

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池系统单体结构状态变化程度的测试评估方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池领域，特别涉及一种锂离子电池系统单体结构状态变化程度的测试评估方法。

技术介绍

[0002]作为一种化学储能器件，锂离子电池广泛用于国民经济各个部门和居民生活领域。锂离子电池使用一定时期后，因为各种物理化学因素，其性能不可避免地出现一定的下降，严重时甚至存在安全隐患。特别是对由多个锂离子电池单体所构成的系统，不但要求各电池单体自身维持较好的性能，而且要求各单体互相之间具有较高的一致性程度。因此，人们发展各种技术手段对使用一定时期后的锂离子电池进行测试评价，通常包括变形等外观尺寸测量以及容量、内阻、电压等电学性能测量。当原来的锂离子电池系统的功能下降时，还可以挑选系统中性能尚好且相似程度较高的部分电池单体组成新的、要求更低的锂离子电池系统，由此实现锂离子电池的梯次利用。
[0003]但是，公知的外观尺寸和电学性能测量手段，并不能全面反应锂离子电池内部的情况。锂离子电池使用过程，锂离子在内部正、负活性物质之间迁移使得二者存在一定的膨胀和收缩变形，同时因副反应的存在造成电解液的消耗和电解液分解产气，严重时内部极芯部分区域得不到电解液的浸润而干涸，由此电池使用过程中内部结构状态不断劣化，而这种劣化现象并不能及时且直接地体现为电池电学性能的变化。尽管上述现象可能在外部体现为锂离子电池壳体一定程度上的变形，但是因为壳体自身刚度作用，这种变形量往往较为细微难以准确测量。因此，有必要发展新的技术手段，在电池系统使用过程，对构成锂离子电池系统的各单体内部结构状态变化程度进行测量和评价，并与使用前比较，从而了解系统和各单体的结构状态劣化程度以及系统一致性变化情况，由此丰富锂离子电池系统的测量评价手段，并更好地开展锂离子电池系统的状态监测评估和梯次利用工作。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种锂离子电池系统单体结构状态变化程度的测试评估方法，该方法简便易行、能在不对电池造成任何破坏的情况下从结构模态角度对构成同一个锂离子电池系统的所有单体进行测试并准确评价其劣化程度。
[0005]本专利技术的技术方案是：
[0006]一种锂离子电池系统单体结构状态变化程度的测试评估方法，用于从结构模态角度对构成同一个锂离子电池系统的所有单体进行测试并评价其劣化程度和一致性，该方法分为以下步骤：
[0007]步骤S1、对构成同一个锂离子电池系统的所有单体电池编号；
[0008]步骤S2、在锂离子电池系统投入使用前，将所有电池单体放电至其最低许可荷电态，再依次测量并获得所有单体电池的前三阶固有频率，形成由电池单体编号及其对应的前三阶固有频率测量值所构成的第一数据表格，对第一数据表格中编号为i的电池单体，将
其第一阶、第二阶和第三阶固有频率分别记为P
Ii
、P
IIi
和P
IIIi
；
[0009]步骤S3、对第一数据表格中所有的测量值进行统计，分别获得前三阶固有频率各自的平均值和标准差，并分别记为第一数据表格第一阶固有频率平均值μ
I
和第一数据表格第一阶固有频率标准差σ
I
、第一数据表格第二阶固有频率平均值μ
II
和第一数据表格第二阶固有频率标准差σ
II
、第一数据表格第三阶固有频率平均值μ
III
和第一数据表格第三阶固有频率标准差σ
III
；
[0010]步骤S4、锂离子电池系统投入使用一定时期后，将所有电池单体放电至其最低许可荷电态，再依次测量并获得所有单体电池的前三阶固有频率，形成由电池单体编号及其对应的前三阶固有频率测量值所构成的第二数据表格，对第二数据表格中编号为i的电池单体，将其第一阶、第二阶和第三阶固有频率分别记为Q
Ii
、Q
IIi
和Q
IIIi
；
[0011]步骤S5、对第二数据表格中所有的测量值进行统计，分别获得前三阶固有频率各自的平均值和标准差，并分别记为第二数据表格第一阶固有频率平均值δ
I
和第二数据表格第一阶固有频率标准差λ
I
、第二数据表格第二阶固有频率平均值δ
II
和第二数据表格第二阶固有频率标准差λ
II
、第二数据表格第三阶固有频率平均值δ
III
和第二数据表格第三阶固有频率标准差λ
III
；
[0012]步骤S6、计算锂离子电池系统投入使用一定时期后的系统结构平均劣化程度指标A和系统结构一致性劣化程度指标B：
[0013][0014][0015]式(1)和式(2)中，A和B分别为锂离子电池系统投入使用一定时期后的系统结构平均劣化程度指标和系统结构一致性劣化程度指标；μ
I
、μ
II
和μ
III
分别为第一数据表格第一阶固有频率平均值、第一数据表格第二阶固有频率平均值和第一数据表格第三阶固有频率平均值，σ
I
、σ
II
和σ
III
分别为第一数据表格第一阶固有频率标准差、第一数据表格第二阶固有频率标准差和第一数据表格第三阶固有频率标准差；δ
I
、δ
II
和δ
III
分别为第二数据表格第一阶固有频率平均值、第二数据表格第二阶固有频率平均值和第二数据表格第三阶固有频率平均值，λ
I
、λ
II
和λ
III
分别为第二数据表格第一阶固有频率标准差、第二数据表格第二阶固有频率标准差和第二数据表格第三阶固有频率标准差；f1、f2和f3分别为计算用加权系数且三者的取值均在0至1之间；
[0016]步骤S7、计算锂离子电池系统内每一个电池单体投入使用一定时期后的单体结构劣化程度指标C
i
：
[0017][0018]式中i为电池单体的编号，C
i
为编号为i的电池单体的单体结构劣化程度指标，P
Ii
、P
IIi
和P
IIIi
分别为第一数据表格中编号为i的电池单体的第一阶、第二阶和第三阶固有频率，Q
Ii
、Q
IIi
和Q
IIIi
分别为第二数据表格中编号为i的电池单体的第一阶、第二阶和第三阶固有频率。
[0019]上述锂离子电池系统单体结构状态变化程度的测试评估方法，所述步骤S2和步骤S4这两个阶段中对所有电池单体测量其各自的前三阶固有频率时，所有单体均为从其所处电池系统中解离开来的独立状态且不受电池系统结构约束和其他电池单体影响；任一阶段对任一电池单体进行前三阶固有频率测量的测试方法设置均相同。
[0020]上述方案的技术原理为：任何物理结构都具有特定的固有频率，且其固有频率只本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池系统单体结构状态变化程度的测试评估方法，用于从结构模态角度对构成同一个锂离子电池系统的所有单体进行测试并评价其劣化程度和一致性，其特征在于，分为以下步骤：步骤S1、对构成同一个锂离子电池系统的所有单体电池编号；步骤S2、在锂离子电池系统投入使用前，将所有电池单体放电至其最低许可荷电态，再依次测量并获得所有单体电池的前三阶固有频率，形成由电池单体编号及其对应的前三阶固有频率测量值所构成的第一数据表格，对第一数据表格中编号为i的电池单体，将其第一阶、第二阶和第三阶固有频率分别记为P
Ii
、P
IIi
和P
IIIi
；步骤S3、对第一数据表格中所有的测量值进行统计，分别获得前三阶固有频率各自的平均值和标准差，并分别记为第一数据表格第一阶固有频率平均值μ
I
和第一数据表格第一阶固有频率标准差σ
I
、第一数据表格第二阶固有频率平均值μ
II
和第一数据表格第二阶固有频率标准差σ
II
、第一数据表格第三阶固有频率平均值μ
III
和第一数据表格第三阶固有频率标准差σ
III
；步骤S4、锂离子电池系统投入使用一定时期后，将所有电池单体放电至其最低许可荷电态，再依次测量并获得所有单体电池的前三阶固有频率，形成由电池单体编号及其对应的前三阶固有频率测量值所构成的第二数据表格，对第二数据表格中编号为i的电池单体，将其第一阶、第二阶和第三阶固有频率分别记为Q
Ii
、Q
IIi
和Q
IIIi
；步骤S5、对第二数据表格中所有的测量值进行统计，分别获得前三阶固有频率各自的平均值和标准差，并分别记为第二数据表格第一阶固有频率平均值δ
I
和第二数据表格第一阶固有频率标准差λ
I
、第二数据表格第二阶固有频率平均值δ
II
和第二数据表格第二阶固有频率标准差λ
II
、第二数据表格第三阶固有频率平均值δ
III
和第二数据表格第三阶固有频率标准差λ
III
；步骤S6、计算锂离子电池系统投入使用一定时...

【专利技术属性】
技术研发人员：张翮辉，邓畅，常春平，尹德友，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：