CN105068009B - 电池循环寿命预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可实现寿命预测的循环制式，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循环测试，记录电池累加的循环次数和循环容量保持率，同时，每相隔一定的循环次数或容量损失率，对电池进行小电流的充放电测试，记录电池在此充放电过程中的电压和容量数据，以及对应的循环次数和容量保持率；从而根据电池累加的循环次数和循环容量保持率以及容量对电压的微分数据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，本发明大大缩短了寿命评测周期，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
本发明涉及一种电池循环寿命预测方法。
背景技术
随着锂离子电池技术的发展，以及特定领域客户要求的提升，锂离子电池的循环寿命得到了很大程度的提升，特别是在电动汽车领域，电池的循环寿命已达到1000次甚至2000次以上。
众所周知，锂离子电池循环寿命的测试因为耗时长，不仅存在很大的设备和能源消耗，同时作为电池性能测试中耗时最长的一项，已经成为电池研发中影响综合性能评价的重要因素，随着客户所给开发周期越来越短的现状，缩短寿命评价周期已经成为亟待解决的问题。
本项目组在对循环过程中电池数据进行分析总结过程中，发现其循环次数、容量保持率以及容量对电压微分数据间存在一定线性关系，通过对此关系进行分析总结和验证，得到本发明提供的循环寿命预测方法。
本发明更具有简单普适性，仅需要在常规循环测试流程基础上，根据循环次数或容量损失率设定一定间隔，增加小电流充放电流程，通过对循环次数，容量保持率和容量对电压微分数据进行拟合计算即可实现对电池循环寿命的预测。
发明内容
本发明目的是：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循环测试，相隔一定循环次数和容量损失率后对电池进行小电流的充放电测试，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。
本发明的技术方案是：所述的电池循环寿命预测方法，包括以下步骤：
步骤一：将待评价电池置于要评价的循环条件中进行循环测试，记录电池累加的循环次数和循环容量保持率，同时，每间隔一定循环次数或容量损失率，增加小电流充放电流程，记录电压和容量数据；
步骤二：将循环测试中小电流充放电过程的电压和容量以及对应的容量保持率和累加循环次数数据导出，计算出小电流充放电过程中电池的容量对电压微分数据；
步骤三：根据电池累加的循环次数和循环容量保持率以及容量对电压微分数据进行数据拟合和计算，对电池循环寿命进行预测。
作为优选，在所述步骤三中，对电池循环寿命进行预测的具体方法包括以下步骤：
1)根据循环容量保持率与容量对电压微分数据的关系拟合出循环容量保持率与容量对电压微分数据的线性关系式，并据此关系式计算出电池容量保持率为80％时对应的电池容量对电压微分数据；
2)根据累加的循环次数对容量对电压微分数据的关系拟合出循环次数与容量对电压微分数据的线性关系式；
3)将所述步骤1)中计算得到的容量对电压微分数据代入该循环次数与容量对电压微分数据的关系式，从而计算出电池容量保持率为80％时对应的循环次数。
作为优选，在所述步骤一增加的小电流充放电流程中，所述小电流的电流大小为0.02C～0.15C(C为充放电倍率，此为常规表达方式)。进一步优选，在所述步骤一增加的小电流充放电流程中，所述小电流的电流大小为0.05C～0.1C。
作为优选，在所述步骤一中，每间隔20～300次循环次数或每间隔2％～20％容量损失率，增加所述小电流充放电流程。进一步优选为每间隔20～300次循环次数或每间隔5％～10％容量损失率，增加所述小电流充放电流程。
作为优选，所述电池为锂电池。
本发明的优点是：
本发明通过对电池进行短期循环，在原有循环测试流程中间隔性增加小电流充放电测试，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不同体系研究中的循环寿命预测中，从而为相应的电池开发提供快速评价手段，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循环测试，并在原循环测试流程中间隔性增加小电流充放电测试，即可根据循环次数、循环容量保持率及容量对电压微分数据三个数值间的关系进行拟合计算，从而预测出该电池在该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，在原测试流程中间隔性增加小电流的充放电测试，根据数据拟合即可实现对电池在特定条件下的循环寿命预测；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。本方法仅是在原有循环测试流程基础上间隔性增加小电流充放电环节即可实现对电池长期循环寿命的预测，因此具有普遍的适用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中dQ/dV与容量保持率的关系图；
图2为为本发明实施例中循环次数与dQ/dV的关系图。
具体实施方式：
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，以进一步阐述本发明实质性特点和显著的进步。
此例中要考察的是18650(2200mAh)电池在常温下的0.7C充放循环寿命，测试设备为Arbin充放电仪。
在蓝电上设定相应的电池循环流程，首先进行循环前电池的小电流充放电测试，具体为：将电池放电，电流为220mA，截止电压为3.0V，休眠15min；恒流充电电流为220mA，截止电压为4.20V，恒压充电截止电流为44mA，休眠15min；恒流放电电流为220mA，截止电压为3.0V，休眠15min。
然后进入电池的0.7C(C为充放电倍率，此为常规表达方式)循环测试：充电模式为恒流-恒压，恒流充电电流为1540mA，截止电压为4.20V，恒压充电截止电流为44mA，休眠15min，恒流放电电流为1540mA，截止电压为3.0V，休眠15min；当0.7C放电容量衰减到小于2206mAh时，再次进行小电流的充放电测试，其流程与前相同。在继续循环过程中，当0.7C放电容量小于2206mAh、2191mAh、2143mAh、2017mAh时，再分别进行小电流充放电的测试。记录数据包括电池循环次数、电压、电流、容量等。
本例中以小电流充电过程数据进行数据拟合和计算(这种数据拟合和计算的方法为现有常规技术)。首先将不同容量保持率下小电流充电测试中的电池容量对电压作图并微分处理，找出dQ/dV曲线上主峰的最高点，连同电池的循环次数、容量保持率数据汇总于表1。
表1：循环寿命预测数据汇总
| 循环次数 | 1 | 52 | 72 | 153 | 386 |
| 容量保持率 | 100.0％ | 98.7％ | 98.0％ | 95.9％ | 90.2％ |
| dQ/dV主峰值 | 12489.0 | 12398.7 | 12138.0 | 11726.7 | 9010.3 |
在上表1中，所述的循环次数为电池的0.7C循环次数。
第一步，以容量保持率为x轴，容量对电压的微分数据(dQ/dV)为y轴作图，并进行线性拟合，得出的关系式为y＝40070.95748x-27131.32193，如图1。根据此关系式，计算出电池容量保持率80％时对应的dQ/dV值为4925.444054。
第二步，以dQ/dV为x轴，电池循环次数为y轴作图，并用软件拟合出线性关系式为y＝-0.09938x+1280.61361，如图2，将第一步所得dQ/dV值4925.444054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791次，与实际循环容量保持率为80％时的845次相差54次，相对误差仅为-6.4％，准确率高达93.6％。
因为电池生产商和电池采购商通常要求电池循环充放电次数在一定值后(比如1000次)，电池实际循环容量保持率需在80％以上，故我们通常使用该方法来预测电池实际循环容量保持率为80％时的循环次数(循环寿命)。
当然，上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让人们能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种电池循环寿命预测方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一：将待评价电池置于要评价的循环条件中进行循环测试，记录电池累加的循环次数和循环容量保持率，同时，每间隔一定循环次数或容量损失率，增加小电流充放电流程，记录电压和容量数据；
步骤二：将循环测试中小电流充放电过程的电压和容量以及对应的容量保持率和累加的循环次数数据导出，计算出小电流充放电过程中电池的容量对电压微分数据；
步骤三：根据电池累加的循环次数和循环容量保持率以及容量对电压微分数据进行数据拟合和计算，对电池循环寿命进行预测；
在所述步骤三中，对电池循环寿命进行预测的具体方法包括以下步骤：
1)根据循环容量保持率与容量对电压微分数据的关系拟合出循环容量保持率与容量对电压微分数据的线性关系式，并据此关系式计算出电池容量保持率为80％时对应的电池容量对电压微分数据；
2)根据累加的循环次数与容量对电压微分数据的关系拟合出循环次数与容量对电压微分数据的线性关系式；
3)将所述步骤1)中计算得到的容量对电压微分数据代入该循环次数与容量对电压微分数据的关系式，从而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所述的电池循环寿命预测方法，其特征在于：在所述步骤一增加的小电流充放电流程中，所述小电流的电流大小为0.02C～0.15C。
3.根据权利要求2所述的电池循环寿命预测方法，其特征在于：在所述步骤一增加的小电流充放电流程中，所述小电流的电流大小为0.05C～0.1C。
4.根据权利要求1所述的电池循环寿命预测方法，其特征在于：在所述步骤一中，每间隔20～300次循环次数或每间隔2％～20％容量损失率，增加所述小电流充放电流程。
5.根据权利要求4所述的电池循环寿命预测方法，其特征在于：在所述步骤一中，每间隔5％～10％容量损失率，增加所述小电流充放电流程。
6.根据权利要求1所述的电池循环寿命预测方法，其特征在于：所述电池为锂电池。
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