CN103698712B - 一种预测锂离子电池循环寿命的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种预测锂离子电池循环寿命的方法，包括以下步骤：将待评价电池置于要评价的循环条件中进行间歇式循环测试，记录电池累加的循环次数和循环容量保持率；将间歇式循环测试前的电池以及完成间歇式循环测试的电池转移到加速量热仪中进行充电过程中的放热量测试，记录电池在充电过程中的温度变化数据，计算出电池相对于初始态的温升增长率；根据电池累加的循环次数和循环容量保持率进行数据拟合和计算，对电池循环寿命进行预测。与常规循环测试相比，本发明大大缩短了测试周期，避免了由于长期测试所产生的能耗及资源浪费；另外，由于是在短期实测数据基础上进行的数据拟合，与纯理论计算及经验模型相比更具有普适性，预测准确度更高。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池循环寿命测试技术领域，具体涉及一种预测锂离子电池循环寿命的方法。
背景技术
锂离子电池以其能量密度大、工作电压高、循环寿命长和自放电率低等特点，越来越受到人们的关注，其应用范围日益扩大，目前锂离子电池已经从传统的手机、笔记本电脑、摄像机等普通应用领域，拓展到电动汽车、航天和储能等方面。
在对锂离子电池进行性能测试中，必不可少的也是大家都非常关注的一项测试为循环寿命测试，包括常温循环、低温循环、高温循环测试等，循环寿命测试通常是所有电池性能测试中耗时最长的一项，而且随着长寿命电池的开发和应用，其常规循环寿命测试所需时间将更加延长。
在201310223218.9<一种通过放热量测试快速评价锂离子电池性能的方法>发明的基础上，通过对电池循环过程中的放热量进行间歇式监测，发现电池的循环次数、容量保持率及温升增长率间存在一定线性关系，通过对此线性关系进行分析总结和验证，得到本发明循环寿命预测方法。
发明内容
本发明的目的在于解决上述技术问题而提供一种通过短期测试实现对锂离子电池循环寿命预测的方法，通过对电池在特定测试条件下进行短期间歇式的循环测试以及对不同循环次数时的电池进行充电过程中的放热量测试，对收集到的数据进行线性拟合计算，从而实现对电池特定条件下循环寿命的预测。
本发明是这样实现的，一种预测锂离子电池循环寿命的方法，包括以下步骤：
步骤1、将待评价电池置于要评价的循环条件中进行间歇式循环测试，记录电池累加的循环次数和循环容量保持率；
步骤2、将间歇式循环测试前的电池以及完成间歇式循环测试的电池转移到加速量热仪中进行充电过程中的放热量测试，记录电池在充电过程中的温度变化数据，计算出电池相对于初始态的温升增长率；
步骤3、根据电池累加的循环次数和循环容量保持率进行数据拟合和计算，对电池循环寿命进行预测：
1）根据循环容量保持率与温升增长率的关系拟合出循环容量保持率与温升增长率的线性关系式，并据此关系式计算出电池容量保持率为80%时对应的电池温升增长率；
2）根据累加的循环次数对温升增长率的关系拟合出循环次数与温升增长率的线性关系式；
3）将1）中计算得到的电池温升增长率代入该循环次数与温升增长率的关系式，计算出电池容量保持率为80%时对应的循环次数。
优选的，所述间歇式循环测试间隔一定循环次数，停止循环测试时，该电池最好处于放电状态。
优选的，所述间歇式循环测试的间隔次数为20-50次。
本发明通过对电池进行短期间歇式循环及放热量测试，建立了一种通过短期测试实现对锂离子电池长期循环寿命预测的方法。该方法可应用于锂离子电池研发过程中对其在各种不同条件下的循环寿命预测中，从而为电池材料及结构设计优化等提供快速评价手段，缩短因常规循环测试耗时长而导致的性能评估时间长的问题。该方法通过对待评价电池进行短期的间歇式循环测试，并在此过程中选择一定间隔对电池进行充电过程中的放热量监测，即可根据循环次数、循环容量保持率及放热量增长率三个数值间的关系进行拟合计算，从而预测出该电池在特定测试条件下的循环寿命。
本发明只需将待评价电池置于要评价的循环条件下进行短期的间歇式循环测试以及对不同循环次数下的电池进行充电过程的放热量监测，根据数据拟合即可实现对电池在特定条件下的循环寿命进行预测；与常规循环测试相比，大大缩短了测试周期，也因此避免了由于长期测试所产生的能耗及资源浪费；另外，本发明预测方法是在短期实测数据基础上进行的数据拟合，与纯理论计算及经验模型相比更具有普适性，因此预测准确度较高。
附图说明
图1所示为循环寿命预测中容量保持率与温升增长率的关系图；
图2所示为循环寿命预测中温升增长率与循环次数的关系图；
图3所示为根据短期间歇式测试进行循环寿命预测的容量保持率与温升增长率的关系图；
图4所示为根据短期间歇式测试进行循环寿命预测的温升增长率与循环次数的关系图。
具体实施方式
下面，结合实例对本发明的实质性特点和优势作进一步的说明，但本发明并不局限于所列的实施例。
本发明通过对电池进行短期间歇式循环测试，且在循环不同次数时对电池在充电过程中的放热量测试数据采集，计算得到电池充电过程中的温升增长率，并根据循环次数及对应的容量保持率，通过数据拟合的方式计算出电池容量保持率为80%时对应的循环次数，从而实现对其循环寿命的预测。
本发明所述的预测锂离子电池循环寿命的方法，包括以下步骤：
步骤1、将待评价电池置于要评价的循环条件中进行间歇式循环测试，记录电池累加的循环次数和循环容量保持率；
步骤2、将间歇式循环测试前的电池以及完成间歇式循环测试的电池转移到加速量热仪中进行充电过程中的放热量测试，记录电池在充电过程中的温度变化数据，计算出电池相地于初始态的温升增长率；
步骤3、根据电池累加的循环次数和循环容量保持率进行数据拟合和计算，对电池循环寿命进行预测;
具体步骤如下;
1）根据循环容量保持率与温升增长率的关系拟合出循环容量保持率与温升增长率的线性关系式，并据此关系式计算出电池容量保持率为80%时对应的电池温升增长率；
2）根据累加的循环次数对温升增长率的关系拟合出循环次数与温升增长率的线性关系式；
3）将1）中计算得到的电池温升增长率代入该循环次数与温升增长率的关系式，计算出电池容量保持率为80%时对应的循环次数。
优选的，所述间歇式循环测试间隔一定循环次数时，停止循环测试时，该电池最好处于放电状态。
所述间歇式循环测试的间隔循环次数可以设定为任意值，需根据电池循环特性进行优化确定，当电池循环过程中容量衰减较高时，此间隔次数可缩小，但当电池循环过程中容量衰减较低时，可适当增大此间隔次数。
优选的，所述间歇式循环测试的间隔次数为20-50次。
下面，以一种锂离子电池的测试及评价为例，详细说明本发明。
本例中，要考察的是18650（2800mAh）电池在常温下的0.5C充放循环性能，测试设备为蓝电充放电仪及加速量热仪。
在蓝电充放电仪上设定相应的电池循环流程，充电模式为恒流-恒压，恒流充电电流为1400mA，截止电压为4.30V，恒压充电截止电流为56mA，休眠15min，恒流放电电流为1400mA，截止电压为3.0V，休眠15min，当循环次数达到25-50次时，电池放电到3.0V即停止。
将间歇式循环测试前的电池以及上述停止间歇式循环的电池放到加速量热仪中，引出正负极耳连接到蓝电充放电仪上，同时以热电偶监测电池表面温度，采集不同循环次数（包括循环次数为0时情形）时电池充电过程中的电压、电流、容量、温度数据，计算出电池恒流充电容量，电池温升（以平均充电1000mAh计），以及相对于初始态的电池温升增长率。
利用所述加速量热仪进行放热量测试的具体放热量的测试方法如201310223218.9发明申请文件中所述，在此不再详述。
为了充分说明电池循环次数、容量保持率、电池温升增长率三者之间存在的定性关系，本例中对电池进行的间歇式循环测试持续到电池容量保持率低于80%。
测试所得数据汇总如下表1。
表1
根据表1所列的电池循环次数、容量保持率、电池温升增长率的数据，进行数据拟合及循环寿命计算。
首先，以循环容量保持率为X轴、电池温升增长率为Y轴作线性关系图（图中R2为线性关系的系数值），并用软件拟合出线性关系式为y=-12.5151x+12.5118，如图1所示；根据此关系式，计算出电池容量保持率80%时对应的电池温升增长率为2.50；
其次，以电池循环次数为X轴，电池充电过程中的温升增长率为Y轴作图，并用软件拟合出线性关系式为y=211.3224x-15.6710，如图2所示；将上一步所得电池温升增长率2.50代入此拟合式，计算得到电池容量保持率为80%时对应的循环次数为513次，与实际循环容量保持率为80%时的526次少13次，相对误差为2.5%。
图3～4为根据截止至循环156次测试数据的拟合关系图，根据拟合的公式计算得到电池容量保持率为80%时对应的电池温升增长率为2.72，对应的循环次数为509次，说明预测结果良好。
Claims (3)
1.一种预测锂离子电池循环寿命的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将待评价电池置于要评价的循环条件中进行间歇式循环测试，记录电池累加的循环次数和循环容量保持率；
步骤2、将间歇式循环测试前的电池以及完成间歇式循环测试的电池转移到加速量热仪中进行充电过程中的放热量测试，记录电池在充电过程中的温度变化数据，计算出电池相对于初始态的温升增长率；
步骤3、根据电池累加的循环次数和循环容量保持率进行数据拟合和计算，对电池循环寿命进行预测：
1）根据循环容量保持率与温升增长率的关系拟合出循环容量保持率与温升增长率的线性关系式，并据此关系式计算出电池容量保持率为80%时对应的电池温升增长率；
2）根据累加的循环次数对温升增长率的关系拟合出循环次数与温升增长率的线性关系式；
3）将1）中计算得到的电池温升增长率代入该循环次数与温升增长率的关系式，计算出电池容量保持率为80%时对应的循环次数。
2.根据权利要求1所述预测锂离子电池循环寿命的方法，其特征在于，所述间歇式循环测试间隔一定循环次数，停止循环测试时，该电池处于放电状态。
3.根据权利要求1或2所述预测锂离子电池循环寿命的方法，其特征在于，所述间歇式循环测试的间隔次数为20-50次。
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