一种退役锂离子电池健康状态评估方法与流程

本发明涉及一种退役锂离子电池健康状态评估方法，属于锂离子电池技术领域。

背景技术：

锂离子电池因其电压高，能量密度大，自放电率低和使用寿命长的优点，被广泛应用于电动汽车、储能电站等大型储能体系。随着使用时间的推移，大量锂离子电池即将退役，二次利用技术亟待发展。其中，较为重要的就是锂离子电池健康状态(stateofhealth，soh)的评估技术，由于从车上或者储能电站退下来的电池一致性极为离散，通过快速、精准的评测手段，评估退役电池的剩余寿命，可以实现锂电池的梯次利用，延长其使用寿命。目前soh评估尚处于研究阶段，缺乏快速有效的评估技术，有研究机构通过对比分析不同时期的交流阻抗曲线进行评估。例如，申请公布号为cn107076801a的中国发明专利申请文件公开了一种电池管理系统中的电化学阻抗谱，通过频率与阻抗的关系来判断电池健康状态。但这种方法要收集电池全频段的交流阻抗曲线，耗时较长，效率低下，测试结果受环境影响也较大，较难在实际生产过程中推广应用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种退役锂离子电池健康状态评估方法，用于解决现有的电池健康状态评估方法效率低下的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种退役锂离子电池健康状态评估方法，步骤如下：

测量电池同一荷电状态下的高频交流阻抗(r1)与低频交流阻抗(r2)，得到高频交流阻抗(r1)与低频交流阻抗(r2)的差异，高频交流阻抗(r1)与低频交流阻抗(r2)的差异表示为：电化学阻抗(r)＝高频交流阻抗(r1)-低频交流阻抗(r2)；

根据所述高频交流阻抗(r1)与低频交流阻抗(r2)的差异，将其和标定得到的高频交流阻抗与低频交流阻抗的差异与电池剩余寿命的关系进行比对，从而确定该电池的剩余寿命。

本发明的有益效果是：通过测量待测电池同一荷电状态的两个不同频率的交流阻抗，将两个交流阻抗的差异与标定的两个交流阻抗的差异与电池剩余寿命的关系进行对比，即可得到该待测电池的剩余寿命，进而得到该待测电池的健康状态，无需收集待测电池完整的交流阻抗谱图，显著缩短了电池健康状态评估时间，提高了评估效率，降低了评测成本。

进一步的，为了准确获取高频交流阻抗，高频交流阻抗(r1)对应的频率≥1khz。

进一步的，为了准确获取低频交流阻抗，低频交流阻抗(r2)对应的频率≤0.1hz。

进一步的，为了准确获取两个交流阻抗的差异与电池剩余寿命的标定关系，标定高频交流阻抗与低频交流阻抗的差异与电池剩余寿命的关系的步骤包括：选取退役电池样本，调整其荷电状态至选定值，测试其在经过不同循环充放电次数后的高频交流阻抗与低频交流阻抗的差异；从而得到高频交流阻抗与低频交流阻抗的差异与循环充放电次数的关系，进而得到高频交流阻抗与低频交流阻抗的差异与剩余寿命的关系。

进一步的，为了快速获取待测量电池的健康状态，将高频交流阻抗与低频交流阻抗的差异进行分级，得到不同的等级对应的循环充放电次数。

附图说明

图1是本发明退役锂离子电池健康状态评估方法的流程图；

图2是本发明退役电池样本的电化学阻抗、循环充放电次数和容量保持率之间的关系图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

本实施例提供了一种退役锂离子电池健康状态评估方法，该方法可以准确评估出退役锂离子电池的健康状态，并且容易推广应用，其对应的流程图如图1所示，包括以下步骤：

(1)测量电池同一荷电状态下的高频交流阻抗r1与低频交流阻抗r2，得到高频交流阻抗r1与低频交流阻抗r2的差异，该差异表示为：电化学阻抗r＝高频交流阻抗r1-低频交流阻抗r2。

其中，待测量电池为退役锂离子电池，该退役锂离子电池至少经过了500次的循环充放电，其剩余容量占原始标称容量的比例在50％-95％之间，原始标称容量即电池在出厂时的标称容量。

高频交流阻抗r1对应的频率≥1khz，低频交流阻抗r2对应的频率≤0.1hz。在实现时，可以根据高频交流阻抗r1和低频交流阻抗r2对应的频率研发相应的测试设备，以实现高频交流阻抗r1和低频交流阻抗r2的快速测试，进而得到高频交流阻抗r1与低频交流阻抗r2的差异，也就是电化学阻抗r。在测量高频交流阻抗r1与低频交流阻抗r2时，需要保证待测量电池的荷电状态保持一致。

当然，在测量高频交流阻抗r1和低频交流阻抗r2时，也可以采用现有的对应频率的测试设备，无需专门研发。例如，高频测试设备属于成熟稳定设备，无需重新研发。

(2)将电化学阻抗r与标定得到的电化学阻抗与电池剩余寿命的关系进行比对，从而确定该电池的剩余寿命。

其中，标定电化学阻抗与电池剩余寿命的关系的步骤包括：选取退役电池样本，调整其荷电状态至选定值，测试其在经过不同循环充放电次数后的电化学阻抗；从而得到电化学阻抗与循环充放电次数的关系，进而得到电化学阻抗与剩余寿命的关系。

其中，为了提高电化学阻抗与电池剩余寿命的标定关系的准确性和全面性，选取的退役电池样本的荷电状态在0％-100％之间，测量退役电池样本在0％-100％荷电状态(soc)下的变化曲线，并选择较为平稳区域的荷电状态，作为测试时的选定值，以减少荷电状态不准确对测试结果的影响。其中，在本实施例中，退役电池样本基本在40-60％soc范围内阻抗测试数据相对差异较小，最终采用的soc是50％。分别测量各退役电池样本经过0，100，200，300，…次循环充放电次数后的高频交流阻抗r1和低频交流阻抗r2，根据公式r＝r2-r1，计算得到电化学阻抗r，并记录对应的容量保持率，所获取的试验数据如表1所示。

表1

为了获取标定后的电化学阻抗与循环充放电次数(循环寿命)的关系，可以将电化学阻抗分级，以得到不同等级对应的循环充放电次数。也就是，在标定过程中，将电化学阻抗分为不同的区段，不同的区段代表不同的循环充放电次数。如图2所示，将计算得到的电化学阻抗r进行分级，如0.2-0.3，0.3-0.4，0.4-0.6，＞0.6等，不同的等级对应不同的循环充放电次数以及不同的容量保持率(剩余容量)。参照标定过程得到的图2，若电池电化学阻抗在0.2-0.3之间，电池剩余容量在70％-80％之间；若电池电化学阻抗在0.3-0.4之间，电池剩余容量在60％-70％之间；若电池电化学阻抗在0.4-0.6之间，电池剩余容量在40％-60％之间；若电池电化学阻抗大于0.6，电池剩余容量在40％以下。电池剩余容量(剩余寿命)是评判退役电池健康状态的一个重要指标。

将待测量电池的电化学阻抗与标定得到的电化学阻抗与电池剩余寿命的关系进行比对，看该待测量电池的电化学阻抗落在哪个电化学阻抗等级内，得到该待测量电池对应的循环充放电次数，进而得到该待测量电池对应的剩余寿命，从而确定该待测量电池的健康状态。

最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在本发明的权利要求保护范围之内。