CN107064806A - 一种锂电池容量衰减率计算方法 - Google Patents

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徐庆庆
丁绍玉
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Abstract

本发明公开了一种锂电池容量衰减率计算方法，属于动力电池技术领域，包括：在恒温环境条件下，设置循环工步对实验锂离子电池进行循环测试，并定期测量其交流内阻，得到实验锂离子电池的容量衰减率和内阻增加率；根据实验锂离子电池的容量衰减率和内阻增加率，建立容量衰减率‑内阻增加率模型；根据待检锂离子电池的内阻增加率，利用所述的容量衰减率‑内阻增加率模型计算待检锂离子电池的容量衰减率。通过建立锂离子电池的容量衰减率‑内阻增加率模型，根据锂离子电池的内阻增加率，即可得到锂离子电池的容量衰减率，适用于任何锂离子电池，普适性强且实用性较高。

Description

一种锂电池容量衰减率计算方法
技术领域
本发明涉及动力电池技术领域，特别涉及一种锂离子电池容量衰减率计算方法。
背景技术
随着新能源汽车的快速发展，作为锂离子电池重要性能的指标之一的电池寿命正日益受到人们的关注。在动力电池领域中，在电池容量下降到额定容量的80％后，锂离子电池将不能再用在电动汽车上。因此，需要对锂离子电池的使用寿命进行预测，以在电池容量下降到80％时及时停止使用该电池。
电池的寿命包括存储寿命和循环寿命，目前对锂离子电池使用寿命进行预测的方法大致分为基于模型的预测方法和数据驱动法。另外，申请号为201510373029.9的专利中提出了一种锂电子电池满电荷存储寿命评价方法，申请号为201310683449.8的专利提出了一种电池寿命周期预测方法。
但是上述现行的这几种预测方法均存在不同的缺陷：基于模型的预测方法是利用锂离子电池进行测试，测试得到的数据比较直观，但是由于电池之间的差异性，会导致测试的结果不具有代表性。数据驱动法数据处理的工作量巨大。申请号为201510373029.9的专利提出的方法仅是在满电荷情况下，考虑温度对电池存储寿命的影响，建立电池容量衰减的老化模型，使用局限性较大。申请号为201310683449.8的专利建立了电池容量衰减率Qloss与电池放电次数N间的函数模型：但是模型中的系数A和B的含义不明确，而且每一个电池都要建立一个对应的模型来计算容量衰减率，因此该模型不具备普适性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新能源汽车动力锂离子电池劣化程度估算方法，以提供一种具有普适性的电池容量衰减率计算方法。
为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：提供一种锂离子电池容量衰减率计算方法，该方法包括：
在恒温环境条件下，设置循环工步对实验锂离子电池进行循环测试，并定期测量其交流内阻，得到实验锂离子电池的容量衰减率和内阻增加率；
根据实验锂离子电池的容量衰减率和内阻增加率，建立容量衰减率-内阻增加率模型；
根据待检锂离子电池的内阻增加率，利用所述的容量衰减率-内阻增加率模型计算待检锂离子电池的容量衰减率。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：本发明从锂离子电池退化的宏观表现即容量衰减与内阻增加的角度出发，建立了锂离子电池的容量衰减率-内阻增加率模型，该模型中仅有一个自变量即内阻增加率，只要计算出锂离子电池的内阻增加率，即可得到锂离子电池的容量衰减率，适用于任何锂离子电池，普适性强且实用性较高。另外，根据锂离子电池当前的容量衰减率，可对锂离子电池剩余的使用寿命进行预估，以便于在锂离子电池到达寿命终点时进行及时的更换。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的一种锂离子电池容量衰减率计算方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合图1所示，对本发明做进一步详细叙述。
如图1所示，本实施例公开了一种锂离子电池容量衰减率计算方法，包括如下步骤S1至S3：
S1、在恒温环境条件下，设置循环工步对实验锂离子电池进行循环测试，并定期测量其交流内阻，得到实验锂离子电池的容量衰减率和内阻增加率；
S2、根据实验锂离子电池的容量衰减率和内阻增加率，建立容量衰减率-内阻增加率模型；
S3、根据待检锂离子电池的内阻增加率，利用所述的容量衰减率-内阻增加率模型计算待检锂离子电池的容量衰减率。
进一步地，步骤S2中，所述的容量衰减率-内阻增加率模型具体为：
Qloss＝α·Rinc z，
其中，Qloss为电池容量衰减率，Rinc为电池内阻增加率，α、z为利用同一循环次数的容量衰减率和内阻增加率拟合得到的拟合常数。
进一步地，步骤S1具体包括如下步骤：
对至少三个初始状态一致的实验锂离子电池进行定容测试，得到实验锂离子电池循环倍率1C实际的电流值；
在恒温条件下，设置循环工步进行循环测试，并定期测量其内流内阻；
根据实验锂离子电池放电容量和交流内阻，得到锂离子电池容量衰减模型。
对本发明的具体实施方式进行做进一步的描述如下：
确定实验锂离子电池进行测试的条件为：循环温度25℃，循环倍率1C，测量交流内阻时的荷电态为满电态或空电态；
具体的测试过程为：
(1)挑选3只以上初始状态基本一致的电池作为实验锂离子电池，这里的一致性是指电池的初始电压与内阻基本相同。利用内阻仪测量待评价锂离子电池的电压与内阻，选取电压与内阻均接近的电池做为实验电池。
(2)对选好的实验锂离子电池进行定容测试，以确定电池1C实际电流值。
(3)把实验锂离子电池放入25℃恒温箱中，设置工步进行循环测试，定期查看数据并用内阻仪测量电池的交流内阻，待容量衰减20％后终止实验。
具体地，在测量内阻时，记录循环测试的循环次数，测量充电结束搁置20分钟后的内阻或放电结束搁置20分钟后的内阻。工步的设置如下：
a、实验锂离子电池以1C电流放电至电压为2.0V时停止放电；b、搁置30分钟；c、实验锂离子电池以1C电流充电至电压为3.65V时转恒压充电，至充电电流降至0.05C时停止充电；d、搁置30分钟；e、实验锂离子电池以1C电流放电至电压为2.0V时停止放电；f、搁置30分钟；g、循环执行工步c～f，循环次数10000。
需要说明的是，设置循环工步时，根据电池的材料设置充电电压上限值与放电电压下限值。充电与放电工步之间至少搁置30分钟，以减小内阻的测量误差。
进一步地，所述的根据实验锂离子电池放电容量和交流内阻，得到锂离子电池容量衰减模型，具体包括：
根据如下公式计算实验锂离子电池的容量衰减率：
Qiloss＝1-Qi/Q0，
其中，Qiloss为循环第i周后实验锂离子电池的容量损失率，Qi为循环第i周后实验锂离子电池的放电容量，Q0为实验锂离子电池的初始容量，即循环测试前通过定容确定的容量；
根据如下公式计算测试电池的内阻增加率：
RiInc＝Ri/R0-1
其中，RiInc为循环第i周后实验锂离子电池的内阻增加率，Ri为循环第i周后实验锂离子电池的内阻，R0为实验锂离子电池的初始内阻，即循环测试前通过内阻仪测量的内阻；
根据建立的容量衰减率-内阻增加率模型对实验锂离子电池的容量衰减率和内阻增加率进行拟合，确定模型中的参数α、z，从而确定容量衰减率-内阻增加率模型的具体形式。
进一步地，本实施例公开的方法还包括：
对所述实验锂离子电池的容量衰减率和内阻增加率进行筛选，利用所述的容量衰减率-内阻增加率模型对筛选得到的容量衰减率和内阻增加率进行拟合。
需要说明的是，本实施例中对实验锂离子电池的容量衰减率和内阻增加率进行筛选的过程具体是：剔除容量衰减率和内阻增加率中波动较大的数据，以重新得到一组浮动范围较小的数据，保证了建立的容量衰减率-内阻增加率模型的准确性。
还需要说明的是，在实际应用过程中，在锂离子电池的容量衰减率达到20％，则立即停止使用该锂离子电池，对该锂离子电池进行及时的更换，以保证锂离子电池使用的安全性和可靠性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种锂离子电池容量衰减率计算方法，其特征在于，包括：
S1、在恒温环境条件下，设置循环工步对实验锂离子电池进行循环测试，并定期测量其交流内阻，得到实验锂离子电池的容量衰减率和内阻增加率；
S2、根据实验锂离子电池的容量衰减率和内阻增加率，建立容量衰减率-内阻增加率模型；
S3、根据待检锂离子电池的内阻增加率，利用所述的容量衰减率-内阻增加率模型计算待检锂离子电池的容量衰减率。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，所述的容量衰减率-内阻增加率模型具体为：
Qloss＝α·Rinc z，
其中，Qloss为电池容量衰减率，Rinc为电池内阻增加率，α、z为利用同一循环次数的容量衰减率和内阻增加率拟合得到的拟合常数。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的步骤S1具体包括：
对至少三个初始状态一致的实验锂离子电池进行定容测试，得到实验锂离子电池循环倍率1C实际的电流值；
在恒温条件下，设置循环工步进行循环测试，并定期测量其交流内阻；
根据实验锂离子电池多个循环次数下的放电容量和交流内阻，得到锂离子电池容量衰减模型。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：
对所述实验锂离子电池的容量衰减率和内阻增加率进行筛选，利用所述的容量衰减率-内阻增加率模型对筛选得到的容量衰减率和内阻增加率进行拟合。
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