CN106093781A - 一种动力锂离子电池日历寿命测试方法 - Google Patents

一种动力锂离子电池日历寿命测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及动力锂离子电池制造技术领域，具体涉及一种动力锂离子电池日历寿命测试方法。本发明结合动力锂离子电池搁置的荷电状态、温度及搁置过程中的测试数据三个方面的因素，测试电池的日历寿命。对测试结果进行线性拟合，得到不同搁置状态的日历寿命，结合实际的使用情况，对不同状态的电池搁置情况进行拟合分析，得到电池综合使用条件下的日历寿命；拟合后的曲线可以用公式Q（t）=atz。本发明提供的估算方法综合考虑了荷电状态、温度及具体的使用过程三方面的特点，使测试结果更接近动力锂离子电池的实际使用性能。

Description

一种动力锂离子电池日历寿命测试方法
技术领域
本发明涉及动力锂离子电池制造技术领域，具体涉及一种动力锂离子电池日历寿命测试方法。
背景技术
动力锂离子电池的寿命有循环寿命和日历寿命之分。其中循环寿命是指电池在工况循环或常规循环过程中达到循环所需要的时间；日历寿命是指在某参考温度下、开路状态达到寿命终止所需要的时间，即电池在备用状态下的寿命。日历寿命在电池最低化使用的条件下评估了时间的流逝对电池性能的影响，目前已得到越来越广泛的关注，逐渐成为寿命估计的重要方面。
发明内容
本发明综合考虑电池搁置的几个常规温度分别测试日历寿命，并根据使用区域的综合温度区间变化，提供一种动力锂离子电池日历寿命测试方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种动力锂离子电池日历寿命的测试方法，包括以下步骤：
(1)将生产分容后待测试规格型号的电池取若干个进行活化处理；
(2)将若干个同一规格型号电池平分为A1％SOC、A2％SOC、A3％SOC、A4％SOC……和Ax％SOC的x大组，并且每大组下分T1℃、T2℃……和Ty℃的y小组，其中0≤A1＜A2＜A3＜A4……＜Ax≤100，T1＜T2……＜Ty＜100，x和y均是大于1的自然数；
(3)测试并记录活化处理后电池的初始容量，作为初始状态档案；
(4)将已建立初始状态档案的电池按划分的大组调节至不同SOC状态，并按各自划分的小组搁置在不同温度下；
(5)测试电池每个搁置周期后的放电容量；
(6)用单个搁置周期的放电容量，线性预测日历寿命；
(7)用每个搁置周期后测试的放电容量及步骤(6)线性预测的日历寿命，拟合出不同搁置温度下的指数公式 其中，Q1(t)、Q2(t)……Qy(t)表示T1℃、T2℃……Ty℃温度下的容量衰减率，a1、a2……ay为T1℃、T2℃……Ty℃温度下的寿命衰减系数，t为线性预测的日历寿命，z1、z2……zy为T1℃、T2℃……Ty℃温度下和电池材料结构相关的影响因子；
(8)用不同搁置温度下的指数公式综合线性拟合预测日历寿命。
本发明所述的一种动力锂离子电池日历寿命的测试方法，步骤(1)所述的活化处理为将电池用0.33C到1C的电流满充满放循环3～10周。
本发明所述的一种动力锂离子电池日历寿命的测试方法，步骤(3)和(5)所述的直流内阻和功率参数的测试采用混合脉冲测试方法。
本发明所述的一种动力锂离子电池日历寿命的测试方法，所述混合脉冲测试方法为：
测量电芯对应荷电状态下的开路电压V1，后用5C大电流放电2s，采集大电流放电终止瞬间的电压V2，则直流内阻DCR＝(V1-V2)/I5C，其中，I5C表示5C电流，放电的截止电压标定为V0，则功率P＝(V1-V0)×V0/DCR。
本发明所述的一种动力锂离子电池日历寿命的测试方法，步骤(5)、(6)和(7)所述的搁置周期为30天。
本发明所述的一种动力锂离子电池日历寿命的测试方法，步骤(6)所述的线性预测日历寿命的具体方法是：
线性预测寿命(月)＝(容量衰减底线/容量衰减率)×目前已搁置的月数，
其中，容量衰减底线为0.2，容量衰减率＝(放电容量-初始容量)/初始容量。
本发明所述的一种动力锂离子电池日历寿命的测试方法，步骤(8)所述的综合线性拟合预测日历寿命的具体方法是：
确定某个固定的使用区域，根据此区域的一年温度趋势，分别确定在T1℃、T2℃……Ty℃温度下使用的具体月数M1、M2……My，再根据不同搁置温度下的指数公式，进行综合线性拟合出Q(t)＝atz，利用此公式预测此区域的电池日历寿命；
其中，M1、M2……My为1到12的自然数且M1+M2……+My＝12，a1、a2……ay为T1℃、T2℃……Ty℃温度下的寿命衰减系数，a为综合寿命衰减系数，z1、z2……zy为T1℃、T2℃……Ty℃温度下和电池材料结构相关的影响因子，z为综合电池材料结构相关的影响因子。
本发明所述的一种动力锂离子电池日历寿命的测试方法，所述动力锂离子电池为LFP/C(即LiFePO4/C)或NCM/C(即NiCoMn/C)材料体系的电池。
本发明的有益效果在于：
本发明提供的估算方法综合考虑了荷电状态、温度及具体的使用过程三方面的特点，使测试结果更接近动力锂离子电池的实际使用性能。
具体实施方式
为更好理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步描述，以下实施例仅是对本发明进行说明而非对其加以限定。
取300只IFP20100140，标称容量为30Ah的单体电芯，记录电池的原始编码，在领取时，电池的编码是由小到大连续的编号，分别是IFPHB0300001-IFPHB0300300，按照本发明内容进行：
1、用15A电流对300只电池进行满充满放循环5周活化处理后，满电态截止备用；
2、第五周的放电容量，标记为初始容量，分别对应电池的原始出厂编码，记录为C0至C300备用；
3、上述电池用HIKIOBT5330内阻仪测试交流内阻、用JZC-15TSE测试重量、拍摄外观照片，分别对应原始电池编码标记，建立原始状态档案；
4、上述三百只电池按照电池的编号依此平分成五大组：IFPHB0300001到IFPHB0300060为第一组，依此类推，分别编入0％SOC、30％SOC、50％SOC、80％SOC、100％SOC五大组；
5、上述分组后的电池，用30A电池分别放电60min、42min、30min、12min、0min调整至对应的荷电状态；
6、上述五大组电池分别按照编号大小顺序在大组内平分成三小组，FPHB0300001到IFPHB0300020为第一组，依此类推；
7、上述分组后的电池分别放置在10℃、25℃、45℃保温箱内搁置30d；
8、搁置30d后，取出常温下搁置5h，使电池的温度回升至常温，25℃温度条件下搁置的电池可以直接进行下一循环的测试；
9、上述电池进行放电容量、交流内阻、重量等测试，图片记入日历寿命档案；
10、上述测试后的电池，重复7、8、9步；
11、经过10个周期的测试，整理出以下表1～3不同温度、不同SOC荷电状态电池的容量衰减率数据，每2个周期取一个数据，其中△C1到△C5分别表示第2、4、6、8、10周期的平均容量衰减率：
表1：10℃条件下搁置不同SOC状态的容量衰减率
SOC％ △C1 △C2 △C3 △C4 △C5
0 -0.0313 -0.0183 -0.0113 -0.0113 -0.0147
30 -0.0062 0.0000 -0.0187 -0.0028 -0.0077
50 -0.0223 -0.0077 -0.0160 -0.0016 -0.0065
80 -0.0078 0.0102 0.0239 0.0166 0.017
100 -0.0066 0.0174 0.0126 0.0141 0.0126
表2：25℃条件下搁置不同SOC状态的容量衰减率
SOC％ △C1 △C2 △C3 △C4 △C5
0 -0.00407 -0.0113 -0.0184 -0.0135 -0.0054
30 0 -0.0027 -0.2089 -0.0054 0.0081
50 -0.0223 -0.0017 -0.0009 -0.0037 0.0083
80 -0.0078 -0.0165 -0.0140 0.0198 0.0373
100 0.0139 0.0141 0.0138 0.0162 0.0381
表3：45℃条件下搁置不同SOC状态的容量衰减率
SOC％ △C1 △C2 △C3 △C4 △C5
0 -0.02329 0.0088 0.0069 0.0143 0.0171
30 -0.01286 0.019 0.0246 0.0406 0.0151
50 -0.1295 0.0191 0.035 0.0524 0.0452
80 0.0073 0.0437 0.049 0.063 0.0914
100 0.0035 0.0379 0.053 0.0671 0.0973
12、根据第10周期的数据(△C5)，利用公式：线性预测日历寿命＝【容量衰减底线(20％)/容量衰减率】*目前已搁置月数，分别进行计算，得到表4结果：
表4：不同温度和SOC荷电状态下电池的线性预测日历寿命
SOC％ 10℃预测日历寿命/月 25℃预测日历寿命/月 45℃预测日历寿命/月
0 / / 116.96
30 / 246.91 132.45
50 / 240.96 44.24
80 117.65 53.62 21.88
100 158.73 52.49 20.55
13、根据表1～3的容量衰减率数据和表4的线性预测日历寿命数据，利用Q(t)＝atz公式分别在不同温度下进行拟合，得到表5结果：
表5：不同温度下电池的预测日历寿命指数公式
温度 a z Q(t)
10℃ 0.010792 0.12982 0.010792×t0.12982
25℃ 0.009662 2.61208 0.009662×t2.61208
45℃ 0.006531 3.5426 0.006531×t3.5426
14、假设合肥地区的全年温度分布为：平均温度10℃2个月，25℃8个月，45℃2个月，则 综合拟合后的寿命公式为：Q(t)＝0.009328×t2.3535。
以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种动力锂离子电池日历寿命的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将生产分容后待测试规格型号的电池取若干个进行活化处理；
(2)将若干个同一规格型号电池平分为A1％SOC、A2％SOC、A3％SOC、A4％SOC……和Ax％SOC的x大组，并且每大组下分T1℃、T2℃……和Ty℃的y小组，其中0≤A1＜A2＜A3＜A4……＜Ax≤100，T1＜T2……＜Ty＜100，x和y均是大于1的自然数；
(3)测试并记录活化处理后电池的初始容量，作为初始状态档案；
(4)将已建立初始状态档案的电池按划分的大组调节至不同SOC状态，并按各自划分的小组搁置在不同温度下；
(5)测试电池每个搁置周期后的放电容量；
(6)用单个搁置周期的放电容量，线性预测日历寿命；
(7)用每个搁置周期后测试的放电容量及步骤(6)线性预测的日历寿命，拟合出不同搁置温度下的指数公式 其中，Q1(t)、Q2(t)……Qy(t)表示T1℃、T2℃……Ty℃温度下的容量衰减率，a1、a2……ay为T1℃、T2℃……Ty℃温度下的寿命衰减系数，t为线性预测的日历寿命，z1、z2……zy为T1℃、T2℃……Ty℃温度下和电池材料结构相关的影响因子；
(8)用不同搁置温度下的指数公式综合线性拟合预测日历寿命。
2.根据权利要求1所述的一种动力锂离子电池日历寿命的测试方法，其特征在于：步骤(1)所述的活化处理为将电池用0.33C到1C的电流满充满放循环3～10周。
3.根据权利要求1所述的一种动力锂离子电池日历寿命的测试方法，其特征在于：步骤(3)和(5)所述的直流内阻和功率参数的测试采用混合脉冲测试方法。
4.根据权利要求3所述的一种动力锂离子电池日历寿命的测试方法，其特征在于，所述混合脉冲测试方法为：
测量电芯对应荷电状态下的开路电压V1，后用5C大电流放电2s，采集大电流放电终止瞬间的电压V2，则直流内阻DCR＝(V1-V2)/I5C，其中，I5C表示5C电流，放电的截止电压标定为V0，则功率P＝(V1-V0)×V0/DCR。
5.根据权利要求1所述的一种动力锂离子电池日历寿命的测试方法，其特征在于：步骤(5)、(6)和(7)所述的搁置周期为30天。
6.根据权利要求1所述的一种动力锂离子电池日历寿命的测试方法，其特征在于，步骤(6)所述的线性预测日历寿命的具体方法是：
线性预测寿命(月)＝(容量衰减底线/容量衰减率)×目前已搁置的月数，
其中，容量衰减底线为0.2，容量衰减率＝(放电容量-初始容量)/初始容量。
7.根据权利要求1所述的一种动力锂离子电池日历寿命的测试方法，其特征在于，步骤(8)所述的综合线性拟合预测日历寿命的具体方法是：
确定某个固定的使用区域，根据此区域的一年温度趋势，分别确定在T1℃、T2℃……Ty℃温度下使用的具体月数M1、M2……My，再根据不同搁置温度下的指数公式，进行综合线性拟合出Q(t)＝atz，利用此公式预测此区域的电池日历寿命；
其中，M1、M2……My为1到12的自然数且M1+M2……+My＝12，a1、a2……ay为T1℃、T2℃……Ty℃温度下的寿命衰减系数，a为综合寿命衰减系数，z1、z2……zy为T1℃、T2℃……Ty℃温度下和电池材料结构相关的影响因子，z为综合电池材料结构相关的影响因子。
8.根据权利要求1所述的一种动力锂离子电池日历寿命的测试方法，其特征在于：所述动力锂离子电池为LFP/C或NCM/C材料体系的电池。
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