[发明专利]一种数据驱动的电动车辆锂离子电池析锂诊断方法

说明书

本发明涉及一种数据驱动的电动车辆锂离子电池析锂诊断方法，属于电池管理技术领域。该方法包括：S1：建立锂离子电池的电化学模型；S2：离线阶段，构建ANN来模拟不同工况下锂离子电池输入输出的响应关系，利用Kriging模型建立ANN权重和固相扩散系数之间的映射关系；S3：在线阶段，通过实验测得电池充电过程的数据，预测电池实际的正负极固相扩散系数；S4：将固相扩散系数代入固相扩散方程，计算得到充电过程中正负极的固相锂离子浓度，建立基于浓度的析锂的判据，利用计算得到的正负极浓度判断充电过程中是否发生析锂现象。本发明在保持锂离子电池完整性的条件下，降低了析锂现象检测过程对于机理模型的依赖程度。

技术领域

本发明属于电池管理技术领域，涉及一种数据驱动的电动车辆锂离子电池析锂诊断方法。

背景技术

在二十一世纪，人类对能源的需求日趋增加，而传统能源的减少以及使用传统能源带来的一系列环境问题迫使各国调整优化能源结构。这一现象在汽车行业表现得最为明显，传统的燃油车辆具有能量利用率低、排放的尾气有污染环境等特点，而电动车辆完美地克服了传统燃油车的这两大缺陷，因此近年来电动车的市场比例也逐渐提高，与之相关的研究也成为了国内外学术界以及工业界的热点。动力电池作为电动车的核心部件之一，是电动车的主要能量来源，该部件的稳定运行对电动车行驶里程、安全性、可靠性有着极其重要的意义。目前普遍采用锂离子电池作为电动车辆的动力电池，然而，由于其自身的电极材料属性与工作特点，该电池在低温下运行面临一个重要的问题：析锂。锂离子电池的析锂现象极容易发生在低温充电的过程中，即在低温下电池中的锂离子被还原为锂金属在电池的负极表面析出，造成电池容量的剧烈衰退；此外，负极表面析出的锂金属会形成枝晶并且可能刺破电池隔膜，造成电池的内短路，进而引发安全事故。鉴于此，针对电动车辆锂离子电池析锂的诊断具有非常重要的意义。

由于锂离子电池内部是一个封闭、不可见的电化学系统，同时电池中的锂以多种化学状态存在，因此检测锂离子电池内部的析锂反应存在一定的困难。目前常见的析锂检测方法可以大致分为三类：基于显微镜观察、基于理化特性分析以及基于外部特性分析。基于显微镜观察的方法通常需要将商用锂离子电池进行拆解，或者使用特殊设计的透明模型电池，并结合各种显微镜观察是否有锂金属在电池负极表面析出以及析出的锂金属形貌。基于理化特性分析的方法主要通过各种物理化学的方法，如中子衍射(Neutrondiffraction)、核磁共振(Nuclear magnetic resonance，NMR)、X射线衍射(X-raydiffraction，XRD)直接对锂离子电池中是否存在析出的锂金属进行鉴定或者对其含量进行定量地测量。基于外部特性分析的检测方法通常利用电池外部的可测物理量(电池的电流、电压以及温度等)，并结合电池的内部的机理模型对析锂现象进行间接检测，典型的检测方法包括微分电压法(Differential voltage analysis，DVA)、增量容量分析(Incremental Capacity Analysis，ICA)，粒子滤波(Particle Filtering，PF)机理分析等。然而，基于显微镜的检测方法虽然能够细致地观察析出的锂金属形貌，但是通常需要在无氧的手套箱中拆解电池并且制作适用于显微镜观察的样本，该检测过程较为复杂，同时需要用到的仪器设备也较多。基于理化分析的检测方法虽然能够较为准确地测定析出的金属锂含量，但是需要用到专用仪器设备如核磁共振仪、X射线衍射仪等，检测实验的成本较高。基于外部特性的检测方法通常不需要拆解电池，同时检测实验的成本较低，结合电池内部电化学机理便可以对充电过程中的析锂现象进行诊断，因此，利用该方法进行析锂诊断较为方便快捷，同时也有利于未来开发无析锂的低温充电策略。尽管该方法不能准确地测得析出的金属锂含量，但是对于电池管理系统来说，只需检测析锂现象是否发生来调整电池的充放电策略。