一种锂金属电池循环失效预警方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种锂金属电池循环失效预警方法，锂金属电池以一定充放制度进行充电

【技术实现步骤摘要】
一种锂金属电池循环失效预警方法及系统


[0001]本专利技术涉及锂金属电池领域，具体涉及一种锂金属电池循环失效预警方法及系统
。

技术介绍

[0002]在储能电池领域，以金属锂作为负极具有极高的能量密度优势，它的理论比容量高达
3860mAh
·
g
‑1，是当前石墨负极比容量的近
10
倍
。
目前已成为无人机
、
深空探测等应用领域热门的储能电池研究对象
。
然而，使用锂金属作为负极存在极大的安全隐患和显著的性能“跳水”现象
。
这是由于金属负极在循环过程中由于电流密度的不均匀性导致锂沉积不均匀，容易产生锂枝晶，由于锂枝晶断裂等因素，导致形成失去电化学活性的死锂，并加速形成新的金属锂界面，进一步加剧电解液的消耗，导致电池内阻急剧增加，电池循环性能发生“跳水”。
同时，锂枝晶的不可控生长容易刺穿隔膜从而导致电池发生内短路，引起金属锂电池爆燃等安全问题
。
[0003]因此，在实际使用过程中，迫切需要开发出一种可以识别金属锂电池循环失效风险的方法，通过对循环过程中的金属锂电池进行监控，对可能发生的循环失效风险问题进行提前识别，以便有足够的时间采取应对措施，从而确保设备的正常使用以及安全可靠性
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种能够对锂金属电池循环失效风险提前准确识别的预警方法
。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术提供了一种锂金属电池循环失效预警方法，锂金属电池以一定充放制度进行充电
‑
放电循环，每次充电后静置，再进行放电；所述锂金属电池循环失效预警方法包括：
[0006]步骤1，获取数据；
[0007]所述数据包括：每次循环的充电容量
Q
CN
；每次循环的放电容量
Q
DN
；每次循环中，静置开始时的电压
V
1N
和静置结束时的电压
V
2N
；其中，
N
为循环次数；
[0008]步骤2，绘制初始关系曲线；
[0009]计算第
N
次循环的充电容量
Q
CN
与第
N
‑1次循环的放电容量
Q
DN
‑1的差值，记为
Δ
Q
N
；
[0010]计算第
N
次循环中静置开始时的电压
V
1N
与静置结束时的电压
V
2N
的差值，记为
Δ
V
N
；
[0011]绘制循环次数
N
与
Δ
Q
N
的初始关系曲线
L1
，循环次数
N
与
Δ
V
N
的初始关系曲线
L2
；
[0012]步骤3，处理初始关系曲线；
[0013]对初始关系曲线依次进行基准处理
、
平滑处理和微分处理；
[0014]处理后，由初始关系曲线
L1
得到容量微分曲线，由初始关系曲线
L2
得到电压微分曲线；
[0015]步骤4，判断风险；
[0016]设定风险阈值
M
；当第
N
次循环的容量微分曲线和电压微分曲线同时大于
M
时，判断
锂金属电池存在循环失效风险，触发报警，终止循环
。
[0017]可选地，所述基准处理包括：
[0018]计算前
N
次循环内的
Δ
Q
N
的平均值
Δ
Q
PN
，
N≤10
，以
|
Δ
Q
N
‑
Δ
Q
PN
|
的绝对值
Δ
Q
AN
代替前
N
次循环内的
Δ
Q
N
；
[0019]计算前
N
次循环内的
Δ
V
N
的平均值
Δ
V
PN
，
N≤10
，以
|
Δ
V
N
‑
Δ
V
PN
|
的绝对值
Δ
V
AN
代替前
N
次循环内的
Δ
V
N
。
[0020]可选地，所述平滑处理包括：对基准处理后的曲线进行百分位滤波器平滑处理，百分位比例范围为
40
％
‑
60
％，窗口点数位4‑
10。
[0021]可选地，所述充放制度为先恒倍率充电，静置后，再恒倍率放电
。
[0022]可选地，每次充电后的静置时间为
10min
‑
1h。
[0023]可选地，风险阈值
M
＞
0.8。
[0024]可选地，风险阈值
0.8
＜
M
＜
1.2。
[0025]本专利技术还提供了一种锂金属电池循环失效预警系统，用于上述锂金属电池循环失效预警方法，包括：
[0026]数据采集模块，用于采集所述数据；
[0027]数据处理模块，接收所述数据采集模块的数据，绘制并处理初始关系曲线，得到容量微分曲线和电压微分曲线；
[0028]风险判断模块，根据容量微分曲线
、
电压微分曲线及风险阈值
M
，判断锂金属电池是否循环失效，并在循环失效后触发警报，终止循环
。
[0029]本专利技术的有益效果为：
[0030](1)
本专利技术将锂金属电池的容量特征和电压特征有机统一结合，形成协同判据，共同作为电池内部短路导致循环失效的监测指标，容量和电压等数据能够直接测量，无需对电池进行破坏性拆解，且有利于避免环境温度效应对电池容量或电压的影响而引入的判断误差，提高电池循环失效风险预警的准确性
。
[0031](2)
使用本专利技术提供的方法处理数据后，其循环失效风险预警次数略微提前于实际的循环失效发生次数，灵敏度和精准度高
。
附图说明
[0032]图1为本专利技术的锂金属电池循环失效预警方法流程图
。
[0033]图2为实施例1的实时容量微分曲线
(d
Δ
Q
BN
/dN)
和电压微分曲线
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种锂金属电池循环失效预警方法，其特征在于，锂金属电池以一定充放制度进行充电
‑
放电循环，每次充电后静置，再进行放电；所述锂金属电池循环失效预警方法包括：步骤1，获取数据；所述数据包括：每次循环的充电容量
Q
CN
；每次循环的放电容量
Q
DN
；每次循环中，静置开始时的电压
V
1N
和静置结束时的电压
V
2N
；其中，
N
为循环次数；步骤2，绘制初始关系曲线；计算第
N
次循环的充电容量
Q
CN
与第
N
‑1次循环的放电容量
Q
DN
‑1的差值，记为
Δ
Q
N
；计算第
N
次循环中静置开始时的电压
V
1N
与静置结束时的电压
V
2N
的差值，记为
Δ
V
N
；绘制循环次数
N
与
Δ
Q
N
的初始关系曲线
L1
，循环次数
N
与
Δ
V
N
的初始关系曲线
L2
；步骤3，处理初始关系曲线；对初始关系曲线依次进行基准处理
、
平滑处理和微分处理；处理后，由初始关系曲线
L1
得到容量微分曲线，由初始关系曲线
L2
得到电压微分曲线；步骤4，判断风险；设定风险阈值
M
；当第
N
次循环的容量微分曲线和电压微分曲线同时大于
M
时，判断锂金属电池存在循环失效风险，触发报警，终止循环
。2.
如权利要求1所述的锂金属电池循环失效预警方法，其特征在于，所述基准处理包括：计算前
N
次循环内的
Δ
Q
N
的平均值
Δ
Q
PN
，
N≤10
，以
|<...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗英，武子辰，解晶莹，杨丞，金原影，郭瑞，裴海娟，
申请(专利权)人：上海空间电源研究所，
类型：发明
国别省市：