一种锂离子电池极限充电电流边界估计方法与流程

本发明涉及锂电池，具体涉及一种锂离子电池极限充电电流边界估计方法。

背景技术：

1、锂离子电池(libs)在快速充电过程中可能会在负极表面发生析锂现象，这不仅消耗了电池中的活性锂离子，降低了电池的整体容量，而且还可能促进锂枝晶的生长，进而引发内部短路，带来严重的安全隐患。因此，在充电过程中有效控制析锂的发生对于保证电池的安全性和延长其使用寿命至关重要。造成析锂的一个关键的因素是充电电流的大小，在特定的温度和电池荷电状态(state of charge, soc)条件下，一旦充电电流超过了某个阈值，就会触发析锂现象，这个阈值被称为极限充电电流边界（ultimate charging currentboundary, uccb），其定义了在给定温度和soc条件下为了防止析锂所能接受的最大充电电流。

2、目前，获取极限充电电流边界的常用方法主要包括实验测试法和电化学仿真法，其中实验测试法通常依赖于三电极系统，该系统需要在电池中增加一个锂金属参考电极，以便直接测量负极相对于锂参考电极的电位，虽然这种方法直观且易于实现，但由于负极表面的真实析锂电位并非精确为0 v，锂参考电极与负极之间也可能存在接触不良的问题，导致临界点的判定存在一定的偏差；另一方面，由于测试电流的变化间隔会影响可测得的soc数量，若电流变化过快，则只能获得有限数量的soc下的极限充电电流边界；反之，如果变化过慢，则整个测试过程将变得非常耗时，并且soc的计算也会存在一定的误差。

3、电化学仿真法则是通过建立详细的电化学模型来模拟电池的行为，并以此预测极限充电电流边界，这种方法允许精确设置负极表面的析锂电位，并可以根据需要灵活地改变电流变化的步长，不会对实际电池造成损害，因此具有较高的准确性。然而，要构建一个高度逼真的模型，需要对电池的物理和电化学特性进行详细的参数辨识，这通常涉及到大量实验数据的收集和复杂的计算过程，而且即使经过精密的辨识，所构建的模型也可能无法完全反映真实电池的所有细节，因此现有方法在获取极限充电电流边界时存在获取难度大、效率精度低的技术问题。

技术实现思路

1、为了解决极限充电电流边界获取难度大、效率精度低的技术问题，本发明的目的在于提供一种锂离子电池极限充电电流边界估计方法，所采用的技术方案具体如下：

2、锂离子电池极限充电电流边界估计方法，所述方法包括：

3、获取正极半电池、负极半电池的开路电势曲线并转换为嵌锂分数坐标；

4、获取全电池的开路电压曲线并转换为soc坐标；

5、构建正、负极嵌锂分数与全电池soc的关联方程；

6、根据开路电势曲线和开路电压曲线建立匹配方程，获取最优匹配参数；

7、获取仿真数据下的极限充电电流边界；

8、构建极限充电电流边界模型，基于仿真数据、最优匹配参数计算不同条件下锂离子电池的极限充电电流边界。

9、进一步地，获取正极半电池、负极半电池的开路电势曲线并转换为嵌锂分数坐标包括：

10、基于预设初始电流将正极半电池充电至上限电压，提取正极半电池开路电势曲线；

11、基于预设初始电流将负极半电池放电至下限电压，提取负极半电池开路电势曲线；

12、将正极半电池开路电势曲线和负极半电池开路电势曲线的时间坐标转换为嵌锂分数。

13、进一步地，获取全电池的开路电压曲线并转换为soc坐标包括：

14、基于全电池容量恒流放电至下限电压并恒压放电至预设初始电流，从预设初始电流恒流充电至全电池上限电压，提取全电池充电阶段的开路电压曲线；

15、将全电池充电阶段的开路电压曲线的时间坐标转换为soc。

16、进一步地，构建正、负极嵌锂分数与soc的关联方程包括：

17、根据正、负极半电池完全脱锂状态和完全嵌锂状态下的嵌锂分数值，利用线性插值提取正极嵌锂分数和负极嵌锂分数随soc变化的情况。

18、进一步地，根据开路电势曲线和开路电压曲线建立匹配方程，获取最优匹配参数包括：

19、构建匹配方程，其表达式为：

20、

21、式中，表示全电池在给定soc下的开路电压；表示正极在给定嵌锂分数下的开路电势；表示负极在给定嵌锂分数下的开路电势；

22、采用参数搜索算法提取最优匹配参数。

23、进一步地，获取仿真数据下的极限充电电流边界包括：

24、以温度和soc作为预设实验条件，从预设实验条件中确定一个目标变换条件，将另一个预设实验条件作为控制变量，获取不同数值组合下的极限充电电流边界仿真数据。

25、进一步地，构建极限充电电流边界模型，基于仿真数据、最优匹配参数计算不同条件下锂离子电池的极限充电电流边界包括：

26、构建相同温度下，不同soc的第一极限充电电流边界模型，其表达式为：

27、

28、式中，表示相同温度下，不同soc的极限充电电流的自然对数；表示第一待定系数；表示第二待定系数；表示负极在给定soc下的嵌锂分数；表示负极在给定嵌锂分数下的开路电势。

29、进一步地，构建极限充电电流边界模型，基于仿真数据、最优匹配参数计算不同条件下锂离子电池的极限充电电流边界还包括：

30、构建相同soc下，不同温度的第二极限充电电流边界模型，其表达式为：

31、

32、式中，表示相同soc下，不同温度的极限充电电流的自然对数；表示第三待定系数；表示第四待定系数；表示温度。

33、进一步地，构建极限充电电流边界模型，基于仿真数据、最优匹配参数计算不同条件下锂离子电池的极限充电电流边界还包括：

34、将仿真数据输入第一极限充电电流边界模型或第二极限充电电流边界模型，通过拟合方法求解第一待定系数、第二待定系数、第三待定系数、第四待定系数。

35、进一步地，构建极限充电电流边界模型，基于仿真数据、最优匹配参数计算不同条件下锂离子电池的极限充电电流边界还包括：

36、将待估计锂离子电池的温度及soc条件输入第一极限充电电流边界模型或第二极限充电电流边界模型，带入拟合得到的待定系数计算对应条件下的极限充电电流边界。

37、本发明具有如下有益效果：

38、本发明提供的锂离子电池极限充电电流边界估计方法，通过构建极限充电电流边界模型，基于仿真数据、最优匹配参数计算不同条件下锂离子电池的极限充电电流边界，仅需要少量soc或温度条件下的极限充电电流边界数据，即可对不同条件下锂离子电池的极限充电电流边界进行估计，无需进行复杂的实验或仿真，显著降低了锂离子电池极限充电电流边界的获取难度，提升了锂离子电池极限充电电流边界的获取效率；另一方面，本技术从正、负极表面嵌锂和析锂反应的电化学机理出发，结合极限充电电流边界的特征，建立了极限充电电流边界与soc和温度的关联性模型，具有较强的理论基础，进而保障了极限充电电流边界估计的精度。