[发明专利]超声反射系数表征锂离子电池SOC的方法

说明书

本发明公开了超声反射系数表征锂离子电池SOC的方法，使用角度夹具将水浸探头以一定角度和距离固定软包锂离子电池一侧，控制嵌入式控制器产生超声脉冲信号，激励左侧水浸探头，产生超声体波，被位于右侧的水浸探头接收。对接受的体波信号进行频率谱分析，锂离子电池荷电状态(SOC)变化时其反射系数随之变化，本发明通过超声水浸检测，获得不同荷电状态(SOC)下的锂离子电池频率谱，建立频率谱与锂离子电池荷电状态的映射关系，由频率谱的谷值坐标与y轴的水平间距表征锂离子电池荷电状态(SOC)。本发明可实现对锂离子电池荷电状态(SOC)的无损表征；可实现锂离子电池局部SOC测量。

技术领域

本发明属于超声无损检测领域，具体涉及一种表征锂离子电池荷电状态(StateOf Charge，SOC)的方法。

背景技术

受能源危机与环境危机的影响，开发绿色新能源成为决定世界经济发展的重要技术领域之一。锂离子电池具有能量密度大、循环性能好、自放电率低等优点，是非常具有应用前景的二次电池和化学储能电源，被广泛应用于新能源汽车、消费电子以及航空航天等领域。但在锂离子电池充放电循环过程中锂离子电池的容量的衰减，锂离子电池的安全性能检测尤其是荷电状态(StateOfCharge，SOC)和健康状态(StateOfHealth，SOH)一直是锂离子电池无损检测的热点问题。

锂离子电池以不同材料层叠构成，超声波信号传播复杂，锂离子电池在循环过程中内部结构发生微小变化，声阻抗也发生变化，由于声阻抗的不匹配超声波的反射系数也会不同。本文基于超声波在不同SOC下超声波反射系数频率谱与锂离子电池SOC的映射关系，实现使用超声波反射系数频率谱表征锂离子电池的SOC。

发明内容

本发明针对上述问题设计了一种超声测量锂离子电池荷电状态(StateOfCharge，SOC)的检测方法。本发明的技术方案如下：

一种超声反射系数法表征锂离子电池SOC的方法，具体步骤包括：

步骤一、将层叠结构的软包锂离子电池在室温下采用充放电设备恒流放电至放电截止电压，静置一定时间，将静置后的软包锂离子电池采用恒流恒压充电至充电截止电压；

步骤二、将静置后的软包锂离子电池采用恒流放电至放电截止电压，依据放电时间不同，获得N个不同荷电状态下的锂离子电池。全部放电时间T为电池由充电截止电压放电至放电截止电压所用的时间，由放电时间t的占比表示锂离子电池的荷电状态，荷电状态计算公式为：

电池荷电状态(StateOfCharge，SOC)＝(T-t)/T*100％SOC；

步骤三、检测装置搭建：搭建超声水浸检测平台，采用宽频超声探头，并用角度夹具固定两个超声探头之间的夹角；

步骤四、采用超声水浸的检测方法，取步骤二中获取的某个荷电状态下的锂离子电池置于水槽中，选用一定中心频率的宽频超声探头一激一收获取某角度下锂离子电池声反射信号；

步骤五、对步骤四中获得的时域反射信号进行数据处理，由傅里叶变换得到该入射角度下的锂离子电池声反射系数频率谱；

步骤六、重复步骤四到五，直至步骤二中所获得的锂离子电池所有荷电状态(0％-100％SOC)下的声反射系数检测完成。

步骤七、由步骤六中获取的所有反射系数，绘制0％SOC-100％SOC下锂离子电池反射系数频率谱；

步骤八、分析反射系数频率谱谷值位置的变化，获取反射系数频率谱与锂离子电池荷电状态之间的映射关系，以此表征锂离子电池荷电状态(SOC)。

本发明具有以下优点：

1)本发明利用一套水浸超声设备，实现锂离子电池荷电状态(SOC)的检测，检测过程无需破坏电池结构，实现了锂离子电池荷电状态的无损表征，该方法在实施便利性、检测成本及检测安全性方面优势明显。