锂离子动力电池健康状态评估系统及方法

摘要

本发明公开了一种锂离子动力电池健康状态评估系统及方法，所述系统包括MCU控制模块、电压和电流检测模块、GPES和FRA检测模块、显示模块以及含有锂离子动力电池的电池模块；所述方法通过记录锂离子动力电池放电截止之后的电压值的变化，从而得出电压回升速率，利用电压回升速率获取主要因素判断值；对锂离子动力电池进行交流阻抗测试，得出交流阻抗图谱，并进行拟合，得出等效电路图，根据锂离子动力电池内部各部分阻抗值计算出锂离子动力电池的内部阻抗值，利用内部阻抗值获取次要因素判断值，将主要因素判断值和次要因素判断值相加即为锂离子动力电池的SOH（健康状态）值，使得计算结果更加准确。

主权项

使用锂离子动力电池健康状态评估系统进行锂离子动力电池健康状态评估的方法，所述系统包括MCU中央控制模块(1)、电压和电流检测模块(2)、GPES和FRA检测模块(3)、显示模块(4)以及含有锂离子动力电池的电池模块(5)；所述电池模块(5)分别与电压和电流检测模块(2)以及GPES和FRA检测模块(3)连接，所述MCU中央控制模块(1)分别与电压和电流检测模块(2)、GPES和FRA检测模块(3)以及显示模块(4)连接；所述MCU中央控制模块(1)包括：数据接收单元(1‑1)，分别与电压和电流检测模块(2)以及GPES和FRA检测模块(3)连接，用于接收电压和电流检测模块(2)以及GPES和FRA检测模块(3)采集的锂离子动力电池响应信号数据；数据分析单元(1‑2)，与数据接收单元(1‑1)连接，用于分析数据接收单元(1‑1)接收到的响应信号数据；数据处理单元(1‑3)，与数据分析单元(1‑2)连接，用于对数据分析单元(1‑2)分析后的响应信号数据进行处理；以及数据发送单元(1‑4)，分别与数据处理单元(1‑3)以及显示模块(4)连接，用于将数据处理单元(1‑3)处理的数据输出到显示模块(4)中，其特征在于：所述方法包括以下步骤：1)对新出厂锂离子动力电池进行活化，即进行3～5次充放电循环，接着1C恒流充电，电压为4.2V截止，静置一定时间使开路电压稳定，再以4.2V恒压充电，电流下降为0.05A截止；2)采用GPES和FRA检测模块(3)对步骤1)经过充电后的锂离子动力电池进行交流阻抗测试，得到交流阻抗图谱，把采集的交流阻抗图谱反馈至数据接收单元(1‑1)，通过数据分析单元(1‑2)将交流阻抗图谱拟合得到等效电路图，从而得出锂离子动力电池内部各部分阻抗值，在数据处理单元(1‑3)中根据得到的各部分阻抗值计算锂离子动力电池内部阻抗值Z₁，该阻抗值Z₁即为锂离子动力电池完全健康状态的阻抗值，如下式所示：Z₁＝R_t+[R₁+R₂+j*ω*R₁*R₂*(C₁+C₂)]/[1‑ω*2*R₁*R₂*C₁*C₂+j*ω(R₁*C₁+R₂*C₂)]其中，j＝(‑1)^1/2，ω为角频率，R_t为欧姆电阻，R₁为SEI膜电阻，R₂为电荷传递电阻，C₁为SEI膜电容，C₂为电荷传递电容；3)对步骤1)经过充电后的锂离子动力电池进行3C恒流放电至3.8V，静置至开路电压稳定后，通过电压和电流检测模块(2)采集锂离子动力电池的开路电压值V₁，将数据反馈至数据接收单元(1‑1)，在数据处理单元(1‑3)中计算电压降ΔV₁＝V₁‑3.8，记录电压回升时间t₁，从而得出锂离子动力电池完全健康状态的开路电压回升速率值v₁＝ΔV₁/t₁；4)对已进行多次充放电循环的锂离子动力电池进行充电，即1C恒流充电，电压为4.2V截止，静置一定时间使开路电压稳定，再以4.2V恒压充电，电流下降为0.05A截止；5)采用步骤2)的方法计算得到步骤4)经过充电后的锂离子动力电池内部阻抗值Z₂，该阻抗值Z₂即为锂离子动力电池不完全健康状态的阻抗值；6)对步骤4)经过充电后的锂离子动力电池进行3C恒流放电至3.8V，静置至开路电压稳定后，通过电压和电流检测模块(2)采集锂离子动力电池的开路电压值V₂，将数据反馈至数据接收单元(1‑1)，在数据处理单元(1‑3)中计算电压降ΔV₂＝V₂‑3.8，记录电压回升时间t₂，从而得出锂离子动力电池完全健康状态的开路电压回升速率值v₂＝ΔV₂/t₂；7)在数据处理单元(1‑3)中，根据步骤3)得到的开路电压回升速率值v₁和步骤6)得到的开路电压回升速率值v₂，计算锂离子动力电池不完全健康状态的主要因素判断值a＝0.8*v₁/v₂；根据步骤2)得到的内部阻抗值Z₁和步骤4)得到的内部阻抗值Z₂，计算锂离子动力电池不完全健康状态的次要因素判断值b＝0.2*Z₁/Z₂，将主要因素判断值a和次要因素判断值b相加得到步骤4)所述锂离子动力电池的SOH值，若SOH值小于0.5，则该锂离子动力电池为报废状态；上述步骤中，锂离子动力电池充放电变化的电流值与电压值、开路电压V₁和V₂、电压降ΔV₁和ΔV₂、交流阻抗图谱、内部各部分阻抗值、内部阻抗值Z₁和Z₂以及SOH值通过数据发送单元(1‑4)输出到显示模块(4)中；其中，充放电变化的电流值与电压值通过电压和电流检测模块(2)进行采集。