[发明专利]基于降阶电化学老化模型的锂电池脉冲充电方法及系统

说明书

本发明提供了一种基于降阶电化学老化模型的锂电池脉冲充电方法及系统，包括：采用降阶电化学模型对电池内部的负极液相锂离子浓度、副反应电流密度进行实时计算，得到对应的状态量值；采用恒流恒压方式对电池进行充电，将所述状态量值与预定的下限边界值进行比较，如果负极液相锂离子浓度或副反应电流密度的状态量值达到下限边界值，则停止为电池充电，直至电池内部的状态量值恢复至预定的范围后继续采用恒流恒压方式对电池进行充电；反复执行充电，直至电池充满。本发明可以在减少或不增加充电时间的基础上，延缓电池寿命衰减。

技术领域

本发明涉及新能源领域，具体地，涉及一种基于降阶电化学老化模型的锂电池脉冲优化充电方法及系统。

背景技术

电动汽车的广泛使用，推动了电池产业的全面发展，但在电池的使用过程中仍存在很多亟待解决的问题，其中又以减少充电时间和延长电池使用寿命的需求最为显著。在新型电池出现前，改进现有的充电方法是一种很好的解决方案。

目前主要使用的充电方法仍是恒流恒压(CCCV)充电。传统的恒流恒压充电过程分为两个阶段，首先使用恒流充电，当电池充电到达截止电压时使用恒压充电。恒流恒压充电时间较长，而增大恒流阶段的充电电流又会加速电池的老化，缩短电池使用寿命。目前已有不少专利基于恒流恒压方法进行改进，包括采用多阶段的恒流恒压等，但这些技术在对充电方法优化的过程中，很少对电池内部实际电化学状态量的变化引起足够的重视。专利文献CN111801870A公开了通过使用电化学降阶模型确定负极颗粒的表面离子浓度和平均离子浓度、负极颗粒电位和负极电解液电位。另外，控制单元根据平均离子浓度确定二次电池的充电状态，并且根据负极颗粒电位和负极电解液电位确定副反应速率。另外，如果满足(i)测量的电压值达到截止电压的条件、(ii)负极颗粒的表面离子浓度达到上限浓度的条件和(iii)副反应速率达到上限速率的条件中的至少一个条件，则所述控制单元减小施加到二次电池的充电电流的大小。

电池电化学老化模型的引入，对于优化充电方法而言，具有重要意义，相较于广泛使用的等效电路模型，其很好的揭示了充电过程中内部的电化学反应机理，能够较为准确的得到关键物理量的变化规律，并深入探究老化表征量与充电方法之间的关系，从而设计出利于延缓电池老化的优化充电方法。但模型的引入不可避免的带来了充电控制过程中计算量的增加。如何较好的针对实际充电应用更加简化的电化学模型，并基于此设计锂电池优化充电方法，从而达到在减少或不增加充电时间的基础上，延缓电池老化，仍是一个难题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于降阶电化学老化模型的锂电池脉冲优化充电方法及系统。

根据本发明提供的一种基于降阶电化学老化模型的锂电池脉冲优化充电方法，包括：

计算步骤：采用降阶电化学模型对电池内部的负极液相锂离子浓度、副反应电流密度进行实时计算，得到对应的状态量值；

充电步骤：采用恒流恒压方式对电池进行充电，将所述状态量值与预定的下限边界值进行比较，如果负极液相锂离子浓度或副反应电流密度的状态量值达到下限边界值，则停止为电池充电，直至电池内部的状态量值恢复至预定的范围后继续采用恒流恒压方式对电池进行充电；

停止步骤：反复执行所述充电步骤，直至电池充满。

优选地，所述恒流恒压方式包括采用所述电池的最大充电倍率进行恒流恒压充电。

优选地，所述停止为电池充电包括停止预设时间。

优选地，所述降阶电化学模型包括方程：

r表示锂离子在球形粒子中球坐标系下的径向维度，r∈(0,R_s)，c_s(r,x,t)表示锂离子在固相电极球形粒子中的离子浓度，D_s表示锂离子在固相电极球形粒子中的扩散系数；做Laplace变换得到方程在S域中的表述：