(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210600865.6 (22)申请日 2022.05.30 (71)申请人 华南理工大 学 地址 510640 广东省广州市天河区五山路 381号 (72)发明人 曲杰　代国军　 (74)专利代理 机构 广州粤高专利商标代理有限 公司 44102 专利代理师 黄月莹 (51)Int.Cl. G01R 31/385(2019.01) G01R 31/367(2019.01) G01D 21/02(2006.01) H01M 10/44(2006.01) (54)发明名称 一种基于析锂检测的锂离子电池故障诊断 方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于析锂检测的锂离子 电池故障诊断方法， 包括以下步骤： 通过实验获 得电池厚度增量、 电池温度、 环境温度、 电荷等数 据； 建立电池析锂层检测基本模型、 热膨胀补偿 模型和锂嵌入膨胀补偿模型； 增加压力测点重复 实验， 建立析气膨胀补偿模型； 建立锂离子电池 析锂层检测模 型； 将实时测量的电池温度和环境 温度、 电荷、 电池厚度增量分别输入各补偿模型 得到相应厚度补偿值， 用实时测量的电池厚度增 量值减去热膨胀、 锂嵌入膨胀和析气膨胀的厚度 补偿值， 得到近似为实时测量的析锂层基本厚度 值； 建立锂离子电池析锂层厚度检测估计器， 根 据实时测量的电池厚度、 环境温度、 电池温度及 电荷等数据在线检测析锂层厚度， 进行析锂故障 诊断。 权利要求书2页 说明书8页 附图3页 CN 115097333 A 2022.09.23 CN 115097333 A 1.一种基于析锂检测的锂离 子电池故障诊断方法， 其特 征在于， 该 方法包括以下步骤： S1、 将电池放置到用于测量锂离子电池软包电池厚度的实验测量装置中并固定好， 实 验装置连同锂离子电池放置在温箱内 以保持环境温度恒定， 在开始正式实验之前， 将锂离 子电池在低电流下循环充放数次以排除电池内部残余； S2、 在预先设置的标准循环工况下对电池间隔充电和放电实验， 在每个点进行弛豫操 作后， 测得的厚度值保持稳定， 获得实验过程中的电池厚度增量、 电池温度、 环 境温度、 电池 电流、 电荷和SOC数据； S3、 根据步骤S2所获取的实验数据， 利用数学方法建立与电池厚度增量有关的电池析 锂层检测基本模型， 建立与电池温度、 环境温度有关的电池热膨胀补偿模型， 建立与电荷有 关的电池 锂嵌入膨胀补偿模型； S4、 保持步骤S2其他实验条件不变， 增加带有弹簧压力作用面的测点， 重复标准循环工 况实验， 获得实验过程中的带弹簧压力作用测点的电池厚度增量Hbat‑p数据， 比较步骤S2获 得的电池厚度数据， 建立有关的电池析气膨胀补偿模型； S5、 结合步骤S3中的电池析锂层检测基本模型、 电池热膨胀补偿模型、 电池锂嵌入膨胀 补偿模型和步骤S4中的电池析气膨胀补偿模型， 由此 得到锂离 子电池析锂层检测模型； S6、 将实时测量到的电池温度、 环境温度输入步骤S3所建立的电池热膨胀补偿模型得 到热膨胀厚度补偿值Ht； 将实时测量到的电荷C输入步骤S3所建立的电池锂嵌入膨胀补偿 模型得到锂嵌入膨胀厚度补偿值HLi‑e； 将实时测量到的电池 厚度增量和带弹簧压力作用测 点的电池厚度增量Hbat‑p输入步骤S5所建立的电池析气膨胀补偿模型得到析气膨胀厚度补 偿值； 用实时测量到的电池厚度值减去热膨胀厚度补偿值、 锂嵌入膨胀厚度补偿值和析气 膨胀厚度补偿值， 得到电池析锂层基本厚度值， 近似为实时测量的电池析锂层基本厚度值； S7、 建立锂离子电池析锂层厚度检测估计器， 根据实时测量的锂离子电池的电池厚度、 环境温度、 电池温度及电荷数据实时在线检测锂离子电池的析锂层厚度， 基于检测结果判 断析锂的发生情况， 进行电池析锂故障诊断。 2.根据权利要求1所述的一种基于析锂检测的锂离子电池故障诊断方法， 其特征在于， 所述步骤S1中实验测量装置使用千分表或位移传感器测量电池厚度， 千分表或位移传感器 的分辨率至少为1 μm。 3.根据权利要求1所述的一种基于析锂检测的锂离子电池故障诊断方法， 其特征在于， 测点的位置布置至少5处， 包括在 锂离子电池最大面积所构成的平面上的中心及四角， 获得 测量数据取平均值作为电池厚度值， 以排除电池的不均匀性对电池厚度测量的影响。 4.根据权利要求1所述的一种基于析锂检测的锂离子电池故障诊断方法， 其特征在于， 所述步骤S1中的锂离 子电池为可充放电循环使用的高能软包二次锂离 子电池单体。 5.根据权利要求1所述的一种基于析锂检测的锂离子电池故障诊断方法， 其特征在于， 所述步骤S3中建立的电池热膨胀补偿模型用于研究电池热对电池厚度的影响， 排除电池热 膨胀引起的测量 误差； 电池热膨胀的厚度补偿值 通过短充电和放电脉冲来加热电池获得。 6.根据权利要求1所述的一种基于析锂检测的锂离子电池故障诊断方法， 其特征在于， 所述步骤S3中建立的电池锂嵌入膨胀补偿模型用于排除阳极因锂嵌入额外膨胀引起的测 量误差， 电池锂嵌入膨胀的厚度补偿值通过将电池转移电荷量C、 碳基阳极材料膨胀系数和 摩尔体积参数输入电池 锂嵌入膨胀补偿模型计算得到 。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115097333 A 27.根据权利要求1所述的一种基于析锂检测的锂离子电池故障诊断方法， 其特征在于， 所述步骤S4中建立的电池析气膨胀补偿模型用于排除电解质分解或新固体电解质界面层 生成副反应导致电池内部析气使得电池膨胀引起的测量误差， 电池析气膨胀的厚度补偿值 通过设置 压力作用条件下的对照测点 来获得。 8.根据权利要求1所述的一种基于析锂检测的锂离子电池故障诊断方法， 其特征在于， 所述锂离 子电池析锂层检测模型表达式为： 其中： Tbat为电池温度； Tamb为环境温度； C为电荷； ΔH为所述步骤S2中测得电池厚度增 量Hbat与所述步骤S4中测得电池厚度增量Hbat‑p之差， ΔH＝Hbat‑Hbat‑p； HLi‑p为锂离子电池的析锂层基本厚度值； Ht为电池热膨胀厚度补偿值， 只与电池温度Tbat与环境温度Tamb有关， 用函数关系f(Tbat, Tamb)表示； HLi‑e为锂嵌入阳极导致锂嵌入膨胀厚度补偿值， 根据电荷转移量C计算得到， 用函数关 系g(C)表示； Hg为电池内部析气膨胀厚度补偿值， 只与Δ H相关， 用函数关系h(Δ H)表示。 9.根据权利要求1所述的一种基于析锂检测的锂离子电池故障诊断方法， 其特征在于， 所述步骤S7中， 锂离子电池析锂层厚度检测估计器基于锂离子电池析锂层检测模型建立， 输入电池厚度增量、 环境温度、 电池温度及电荷的检测值， 输出模型计算得到的锂离子电池 析锂层厚度值。 10.根据权利要求1～9任一项所述的一种基于析锂检测的锂离子电池故障诊断方法， 其特征在于， 所述步骤S7中， 如果在线检测的析锂层厚度大于预先设置的析锂发生参考值 Href， 则判断电池发生析锂， 析锂层厚度越大， 说明电池的析锂故障越严重 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115097333 A 3