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专利号: 2023103634741
申请人: 湖北工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种电池失效分级预警方法,其特征在于:

获取待测锂离子电池在过充前、轻微过充和重度过充3个阶段的电化学阻抗谱曲线,并根据电化学阻抗谱的特点建立锂离子电池不同过充阶段的分数阶等效电路模型;

根据最小二乘法与稀疏自编码器,通过建立的分数阶等效电路模型,对电化学阻抗谱曲线的特征进行训练,分类辨识不同过充阶段的特征参数传荷阻抗Wct和SEI膜阻抗WSEI;

采用对不同频段电化学阻抗谱解耦分别建立中频段Arc‑MLF的圆弧大小和中频段Arc‑MHF的圆弧大小与电池内部损伤关系曲线,并用辨识的传荷阻抗Wct和SEI膜阻抗WSEI分别代替Arc‑MLF的圆弧大小和Arc‑MHF的圆弧大小后建立其与电池内部的损伤程度的关系曲线;

基于用辨识的传荷阻抗Wct和SEI膜阻抗WSEI代替Arc‑MLF的圆弧大小和Arc‑MHF的圆弧大小后建立其与电池内部的损伤程度的关系曲线,建立基于模型参数传荷阻抗Wct和SEI膜阻抗WSEI的增量变化,采用3σ准则和拐点判断共同对电池电阻增量曲线突变点进行辨识,具体包括:以dWct开始快速增大,即前i个电阻数据的均值 与3倍的前i个电阻数据的标准差相加小于第i+1个数据的阻值时作为一级预警的标志,认为电池电解液和电极之间的电荷转移结构开始被破坏,定义一级预警区间为区间1;

以dWSEI开始快速增大,即前i个电阻数据的均值 与3倍的前i个电阻数据的标准差相加小于第i+1个数据的阻值时作为二级预警的标志,认为电池电解液和电极之间的电荷转移结构也开始被破坏,定义二级预警区间为区间2;

以Wct出现拐点,即当dWct出现过零点时作为三级预警的标志,电池内部发生的一系列连锁副反应,不断消耗电解液和电极材料,将可能导致电池失效甚至热失控,定义三级预警区间为区间3;

通过3σ准则和拐点判断共同确定的三个边界指标,可将电池分为三个安全等级,以此来对电池进行安全预警。

2.根据权利要求1所述的一种电池失效分级预警方法,其特征在于:

将电化学阻抗谱曲线全频段0.1Hz‑2kHz分为三个区间,分别为高频、中频和低频区间,将不同频段阻抗的变化与电池内部传荷过程及反应过程对应;

根据过充过程电化学阻抗谱曲线将电池过充分为过充前、轻微过充和重度过充3个阶段,利用电化学阻抗谱曲线的特征建立与之对应的分数阶等效电路模型;

通过建立的分数阶等效电路模型,利用最小二乘法对阻抗谱曲线进行拟合,辨识特征参数传荷阻抗Wct和SEI膜阻抗WSEI;

结合稀疏自编码器将锂离子电池电化学阻抗谱曲线作为样本集,并按照样本抽样的方法将样本集划分为训练集和测试集,将训练集中锂离子电池电化学阻抗谱曲线作为输入,对稀疏自编码器进行训练,完成由阻抗谱曲线得到带特征参数传荷阻抗Wct和SEI膜阻抗WSEI的分数阶等效电路模型;

将测试集中的锂离子电池电化学阻抗谱曲线作为输入,基于最小二乘法和稀疏自编码器,通过建立的分数阶等效电路模型,对电化学阻抗谱曲线进行训练,辨识锂离子电池过充阶段的特征参数传荷阻抗Wct和SEI膜阻抗WSEI。

3.根据权利要求1所述的一种电池失效分级预警方法,其特征在于:

根据拟合的模型参数对电化学阻抗谱曲线进行解耦,获取高频、中频、低频的阻抗曲线;

将电池损伤状态与电池电化学阻抗谱曲线变化情况建立映射关系,提取对电池损伤敏感的中频段Arc‑MLF的圆弧大小和中频段Arc‑MHF的圆弧大小并分别建立过充过程Arc‑MLF的圆弧大小的变化和Arc‑MHF的圆弧大小的变化与电池内部损伤程度之间关系;

将传荷阻抗Wct和SEI膜阻抗WSEI分别代替中频段Arc‑MLF的圆弧大小和中频段Arc‑MHF的圆弧大小后建立阻抗与电池内部的损伤程度的映射曲线。

4.一种电池失效分级预警系统,其特征在于:包括

第一模块:被配置为用于获取待测锂离子电池在过充前、轻微过充和重度过充3个阶段的电化学阻抗谱曲线,并根据电化学阻抗谱的特点建立锂离子电池不同过充阶段的分数阶等效电路模型;

第二模块:被配置为根据最小二乘法与稀疏自编码器,通过建立的分数阶等效电路模型,对电化学阻抗谱曲线的特征进行训练,分类辨识不同过充阶段的特征参数传荷阻抗Wct和SEI膜阻抗WSEI;

第三模块:被配置为采用对不同频段电化学阻抗谱解耦分别建立中频段Arc‑MLF的圆弧大小和中频段Arc‑MHF的圆弧大小与电池内部损伤关系曲线,并用辨识的传荷阻抗Wct和SEI膜阻抗WSEI分别代替Arc‑MLF的圆弧大小和Arc‑MHF的圆弧大小后建立其与电池内部的损伤程度的关系曲线;

第四模块:被配置为基于用辨识的传荷阻抗Wct和SEI膜阻抗WSEI代替Arc‑MLF的圆弧大小和Arc‑MHF的圆弧大小后建立其与电池内部的损伤程度的关系曲线,建立基于模型参数传荷阻抗Wct和SEI膜阻抗WSEI的增量变化,采用3σ准则和拐点判断共同对电池电阻增量曲线突变点进行辨识,具体包括:以dWct开始快速增大,即前i个电阻数据的均值 与3倍的前i个电阻数据的标准差相加小于第i+1个数据的阻值时作为一级预警的标志,认为电池电解液和电极之间的电荷转移结构开始被破坏,定义一级预警区间为区间1;

以dWSEI开始快速增大,即前i个电阻数据的均值 与3倍的前i个电阻数据的标准差相加小于第i+1个数据的阻值时作为二级预警的标志,认为电池电解液和电极之间的电荷转移结构也开始被破坏,定义二级预警区间为区间2;

以Wct出现拐点,即当dWct出现过零点时作为三级预警的标志,电池内部发生的一系列连锁副反应,不断消耗电解液和电极材料,将可能导致电池失效甚至热失控,定义三级预警区间为区间3;

通过3σ准则和拐点判断共同确定的三个边界指标,可将电池分为三个安全等级,以此来对电池进行安全预警。

5.根据权利要求4所述的系统,其特征在于:

将电化学阻抗谱曲线全频段0.1Hz‑2kHz分为三个区间,分别为高频、中频和低频区间,将不同频段阻抗的变化与电池内部传荷过程及反应过程对应;

根据过充过程电化学阻抗谱曲线将电池过充分为过充前、轻微过充和重度过充3个阶段,利用电化学阻抗谱曲线的特征建立与之对应的分数阶等效电路模型;

通过建立的分数阶等效电路模型,利用最小二乘法对阻抗谱曲线进行拟合,辨识特征参数传荷阻抗Wct和SEI膜阻抗WSEI;

结合稀疏自编码器将锂离子电池电化学阻抗谱曲线作为样本集,并按照样本抽样的方法将样本集划分为训练集和测试集,将训练集中锂离子电池电化学阻抗谱曲线作为输入,对稀疏自编码器进行训练,完成由阻抗谱曲线得到带特征参数传荷阻抗Wct和SEI膜阻抗WSEI的分数阶等效电路模型;

将测试集中的锂离子电池电化学阻抗谱曲线作为输入,基于最小二乘法和稀疏自编码器,通过建立的分数阶等效电路模型,对电化学阻抗谱曲线进行训练,辨识锂离子电池过充阶段的特征参数传荷阻抗Wct和SEI膜阻抗WSEI。

6.根据权利要求4所述的系统,其特征在于:

根据拟合的模型参数对电化学阻抗谱曲线进行解耦,获取高频、中频、低频的阻抗曲线;

将电池损伤状态与电池电化学阻抗谱曲线变化情况建立映射关系,提取对电池损伤敏感的中频段Arc‑MLF的圆弧大小和中频段Arc‑MHF的圆弧大小并分别建立过充过程Arc‑MLF的圆弧大小的变化和Arc‑MHF的圆弧大小的变化与电池内部损伤程度之间关系;

将传荷阻抗Wct和SEI膜阻抗WSEI分别代替中频段Arc‑MLF的圆弧大小和中频段Arc‑MHF的圆弧大小后建立阻抗与电池内部的损伤程度的映射曲线。