[发明专利]钛酸锂电池健康状态估算方法

说明书

本发明提供的钛酸锂电池健康状态估算系统及方法，所述方法包括：以恒定电流对电池进行充/放电，并记录充放电循环放出的电量；计算选取的充放电循环对应的比热容；求电池健康状态与比热容的关系曲线并验证准确性；估测电池健康状态的趋势。本申请提供的技术方案利用钛酸锂电池在衰减过程中的比热容的变化对其进行修正，既体现了传统的老化因素对电池健康状态的影响，又加入了比热容修正因子，从而使得新的电池健康状态预测模型对钛酸锂电池的健康状态有了更准确地预测，提高了模型的精准度。

技术领域

本发明涉及健康状态估算领域，具体讲涉及钛酸锂电池健康状态估算方法。

背景技术

风电、太阳能等可再生能源在转化为电能时存在的间歇和不可控等特性，导致其大规模接入电网时会对电网的安全稳定产生严重影响，因此需要储能技术来实现动态供需平衡以及提供调峰调频等辅助服务。已有的众多储能技术中，锂离子电池以其具有能量密度高、循环寿命长、环境友好等特点而得到广泛使用。但与此同时，锂离子电池的安全问题也日益突出。如何准确的估算电池的健康状态(SOH，State of Health)是保证锂离子电池安全运行的关键。

锂电池的SOH是指锂电池当前的容量能力，表征在一定条件下，锂电池所能充入或放出的电量与电池标称容量的百分比.此外还可根据电池的内阻、功率密度和能量密度来定义。如式①所示的公式来定义，

随着锂电池循环次数和存储时间的累积，电池的容量会逐渐降低(老化),从而锂电池的健康状态也逐渐下降。

电池SOH在存储过程中的下降是指电池存储过程中由电池自放电、电池材料特性变化等引起的电池老化现象；电池SOH在循环使用过程中的下降是指电池使用(充电和放电)过程中电化学反应和电池材料特性变化引起的电池老化现象。因此根据电池不同的老化机理，可以采用不同的建模方式对电池的SOH进行估算。目前锂电池SOH的建模方式主要有：电化学模型、经验模型和电路模型三大类。其中，电化学模型主要依据电池衰减过程中电池内部电化学参量的变化来衡量，精度高，但模型构建复杂，适用范围小；经验模型主要从电池运行过程中的监测数据(温度、内阻、电压、电流等)出发，模型简单，但实验周期长；电路模型则是从电工学角度出发，将锂离子电池等效成一个电路模型，该模型虽可实现电池SOH的实时监控，但精度较差。

钛酸锂电池是以钛酸锂为负极材料的锂离子电池，钛酸锂材料相比于传统的石墨负极材料具有“零应变”、放电平台高等特点，因此钛酸锂电池的循环性能和安全性能有了较大提高。

但钛酸锂电池在充放电和搁置过程中很容易胀气，尤其在高温环境中，产生的气体的主要成分为H₂、CO、CO₂和烷烃类气体。当钛酸锂电池胀气之后，电池体积增大，正负极及隔膜不再紧密接触，会造成电池失效，从而严重影响电池的使用寿命。胀气现象是钛酸锂电池特有的现象，在传统的碳负极电池中则不会出现，因此在传统的锂电池SOH估算技术中并没有考虑胀气的影响，应用传统的锂电池SOH估算技术对钛酸锂电池体系进行估算会产生较大误差。

为此，需要一种钛酸锂电池健康状态估算方法，使其能够更准确的预测钛酸锂电池的SOH，克服现有技术中对钛酸锂电池体系估算误差较大的缺陷。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供钛酸锂电池健康状态估算方法，所述方法包括如下步骤：

(1)以恒定电流对电池进行充放电循环，并记录充放电循环放出的电量；

(2)计算选取的充放电循环中当前实际电池容量对应的比热容；

(3)利用容量衰减曲线模型求出的当前电池容量，并基于所述当前电池容量求电池健康状态SOH，以及所述电池健康状态SOH与比热容C_p的关系曲线，并验证准确性；

(4)估测电池健康状态的趋势。