CN108732499B - 一种检测锂离子电池循环寿命的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种检测锂离子电池循环寿命的方法和系统，其包括于同等气温和大气压条件下，用不同倍率电流分别检测锂离子电池的循环寿命，绘制循环次数与锂离子电池的状态参数间的关系曲线；根据构建的不同倍率电流下电池循环寿命等效模型，用大倍率电流快速检测推演出标准检测中小倍率电流循环时锂离子电池循环寿命。本发明提供的技术方案有效缩短了锂离子电池循环寿命检测时间，提高了锂离子电池寿命预测的准确度。

Description

一种检测锂离子电池循环寿命的方法和系统

技术领域

本发明涉及储能技术领域，具体讲涉及一种检测锂离子电池循环寿命的方法和系统。

背景技术

储能技术领域的锂离子电池存在小倍率充放电、长循环次数的特点，在现有检测方法中对锂离子电池进行寿命评价的周期非常漫长，一般为2年以上，使得研究和评价过程耗时很长，全寿命周期实测数据匮乏。

现有的锂离子电池寿命的检测方法主要有：

全寿命周期法，即采用常用充放电方式对电池进行充放电循环，将电池剩余容量达到一定百分比时的电池循环次数作为此阶段的电池循环寿命，例如，当电池剩余容量为起始容量80％时，记录循环次数1000次，即该电池剩余容量为80％时的循环寿命是1000次，此种方法检测准确，但是测试周期时间长；

电池容量外推法，通过常用充放电方式对电池进行充放电循环，具有一定的数据积累后，作出电池容量与循环次数的关系曲线，通过曲线拟合外推得到电池全寿命周期内容量随循环次数的变化曲线，此种方法简单快捷，但是推算值与真实值偏差较大，而且仅适用于有限的寿命阶段的电池寿命预判。

为促进现有技术快速发展，需要提供一种新的快速检测电池循环寿命的方法。

发明内容

为满足现有技术发展的需要，本发明提供了一种锂离子电池循环寿命快速检测方法。

本发明提供的锂离子电池循环寿命检测方法，其改进之处在于，所述方法包括：于同等气温和大气压条件下，用不同倍率电流分别检测锂离子电池循环寿命，绘制循环次数与锂离子电池的状态参数间的关系曲线；根据构建的不同倍率电流下电池循环寿命等效模型，用大倍率电流快速检测推演出标准检测中小倍率电流循环时锂离子电池循环寿命。

进一步的，所述锂离子电池循环寿命的检测包括：

将电池静置一段时间，并以恒定电流为锂离子电池充电至电压V；

将电池静置同样时间后，以同样倍率恒定电流放电至电压

并记录电池的状态参数数据；对所述锂离子电池进行恒电流循环充放电测试，并在锂离子电池的容量低于初始容量的f％时，终止试验。

进一步的，所述恒定电流为小倍率电流，包括：0.2C、0.5C或1.0C；所述f％为20％。

进一步的，所述恒定电流为大倍率电流，包括2C、5C或8C；所述f％为80％。

进一步的,所述不同倍率电流下电池循环寿命等效模型的建立包括：按照循环次数递增的方向，将锂离子电池的状态参数值相等的大小两种倍率电流下的循环次数记作点(n_大,n_小)；将各点拟合成等效关系曲线：n_小＝f(n_大)；

所述等效模型包括：电池容量等效模型、累计处理能量等效模型、电池内阻等效模型。

进一步的，所述小倍率电流循环时锂离子电池循环寿命为：

用大倍率电流对锂离子电池进行快速充放电循环测试，记录锂离子电池容量衰减一定值后的循环次数，并将循环次数代入到等效模型中，预测出大倍率电流电池容量衰减量对应的小倍率电流电池容量衰减量对应的循环寿命。

进一步的，所述锂离子电池包括钛酸锂锂离子电池和磷酸锂锂离子。

本发明还提供一种检测的系统，所述系统包括：

建模单元，用于于同等气温和大气压条件下，用不同倍率电流分别检测锂离子电池循环寿命，绘制循环次数与锂离子电池的状态参数间的关系曲线；

推演单元，用于根据构建的不同倍率电流下电池循环寿命等效模型，用大倍率电流快速检测推演出标准检测中小倍率电流循环时锂离子电池循环寿命。

优选的，所述建模单元包括：

检测子单元，于同等气温和大气压条件下，用不同倍率电流分别检测锂离子电池循环寿命；所述检测子单元包括:第一检测子单元，用于用小倍率电流检测锂离子电池循环寿命；第二检测子单元，用于用大倍率电流检测锂离子电池循环寿命；

绘图子单元，用于绘制循环次数与锂离子电池的状态参数间的关系曲线。

与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

1、本发明提供的技术方案采用容量、累计处理能量、内阻为主要参数，通过恒电流充放电循环测试方法，建立不同倍率充放电时常规充放电和大电流充放电的等效模型，通过大电流测试来推导和预测常规小电流循环的电池寿命，以大电流充放电模式加速锂离子电池循环寿命检测，有效缩短了锂离子电池循环寿命检测时间，为建立锂离子电池快速检测和评价标准奠定基础。

2、本发明提供的技术方案通过建立不同倍率充放电时常规充放电和大电流充放电的等效模型，再通过大电流充放电测试循环寿命，提高了锂离子电池寿命预测的准确度。

附图说明

图1为本发明提供的方法流程图；

图2为本发明提供的不同倍率充放电循环次数变化曲线；

图3为本发明提供的大电流2C和小电流0.2C充放电循环次数间的等效关系示意图；

图4为本发明提供的由大电流推演预测小电流示意图。

具体实施方式

以下将结合说明书附图，以具体实施例的方式详细介绍本发明提供的技术方案。为使本发明实施例的目的、技术方案和有点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的技术方案流程图如图1所示，具体包括：

(一)小倍率电流下的锂离子电池循环寿命检测

本发明提供的技术方案中对10Ah、20Ah、50Ah和80Ah的钛酸锂、磷酸锂等锂离子电池分别在0.2C、0.5C、1C等不同小倍率电流下进行恒电流充放电循环测试，C在数值上与电池容量相等，实验在温度为20℃±2℃，大气压力为86kPa～105kPa的环境中进行。

以容量为10Ah的钛酸锂电池，在0.2C电流下进行恒电流充放电循环测试为例，测试标准循环寿命的过程如下：

(1)将电池静置5分钟后，以0.2C倍率电流充电至2.8V电压；

(2)充电完成后静置5分钟，以0.2C倍率电流放电至1.4V，并记录电池的容量C_0.2C1、累计处理能量E_0.2C1和电池内阻R_0.2C1；

(3)以同样倍率的电流对电池进行充放电循环操作，并记录电池的容量组C：C＝(C_0.2C1，C_0.2C2，…,C_0.2Cn)；累计处理能量E：E＝(E_0.2C1,E_0.2C2,…,E_0.2Cn)；电池内阻R：R＝(R_0.2C1,R_0.2C2,…,R_0.2Cn)；

(4)若电池容量低于初始容量的20％，则终止实验。

以同样的方法测量0.5C、1.0C倍率电流下不同容量规格的锂离子电池的容量、累计处理能量和电池内阻。

(二)大倍率电流下的锂离子电池循环寿命检测

对不不同容量规格的钛酸锂、磷酸锂等锂离子电池分别在2C、5C、8C等倍率下进行恒电流充放电循环测试，实验温度为20℃±2℃，大气压力为86kPa～105kPa。

以容量为10Ah的钛酸锂电池在2C倍率电流下进行恒电流充放电循环测试，测试过程如下所示：

(1)将电池静置5分钟后，以2C充电至2.8V电压；

(2)将充电完成的电池静置5分钟后，以2C放电至1.4V电压，记录电池的容量C_2C1、累计处理能量E_2C1和电池内阻R_2C1；

(3)以同样倍率的电流对电池进行充放电循环操作，并记录电池的容量组C：C＝(E_2C1，C_2C2，…,C_2Cn)；累计处理能量E：E＝(E_2C1,E_2C2,…,E_2Cn)；电池内阻R：R＝(R_2C1,R_2C2,…,R_2Cn)；

(4)若锂离子电池容量低于初始容量的80％，则终止实验。

以同样的方法测量5C、8C倍率电流下不同容量规格的锂离子电池的容量、累计处理能量和电池内阻。

(三)建立不同倍率电流的锂离子电池循环寿命等效关系

建立不同倍率电流下的锂离子电池循环寿命等效关系是锂离子电池寿命预测的基础，是本发明提供的快速检测电池循环寿命的核心。

可分别根据电池容量C、累计处理能量E和电池内阻R建立等效关系模型，三个模型既相互联系，又可相互独立的推导、预测电池的循环寿命。

以电池容量做主要参数，以0.2C做常规测试，2C做快速检测为例，说明电池容量等效模型建立方法：

根据循环充放电过程中记录的电池容量数据组与电池循环次数建立0.2C和2C倍率电流的关系曲线C_0.2Cn＝f(n)和C_2Cn＝f(n)，曲线如图1所示。从图2可看出，大电流2C循环600周时的电池容量与小电流0.2C循环1200周时的电池容量相等，记作点(600，1200)；大电流2C循环1000周时的电池容量与小电流0.2C循环2000周时的电池容量相等，记作点(1000,2000)，依次类推，大电流2C循环n_2C周时的电池容量与小电流0.2C循环n_0.2C周时的电池容量相等，记作点(n_2C，n_0.2C)，由此可得出基于电池容量的2C和0.2C充放电循环时电池循环次数之间等效关系曲线：n_0.2C＝f(n_2C)，如图3所示。

同样的方法可以建立基于电池容量C的其他小电流和大电流的电池循环次数(电池寿命)等效关系曲线。同理，可以建立基于电池累计处理能量E和电池内阻R的电池循环次数(电池寿命)等效关系曲线。

(四)小电流下的锂离子电池循环寿命推导预测

建立等效曲线后，实质上也就是建立了电池寿命快速评价的等效换算关系。将传统小电流检测方法与大电流加速检测方法之间的电池循环次数(寿命)数学关系作为寿命预测的换算依据。如图4所示。例如根据2C电流充放电循环快速测试，当循环3000周时，电池容量衰减50％，那么根据等效曲线，0.2C电流循环次数为f(3000_2C)时，电池容量衰减50％。实现了通过大电流快速检测，推演出标准检测中小电流循环时的电池寿命，达到快速准确的目的。

本发明还提供一种检测的系统，所述系统包括：

建模单元，用于于同等气温和大气压条件下，用不同倍率电流分别检测锂离子电池循环寿命，绘制循环次数与锂离子电池的状态参数间的关系曲线；

推演单元，用于根据构建的不同倍率电流下电池循环寿命等效模型，用大倍率电流快速检测推演出标准检测中小倍率电流循环时锂离子电池循环寿命。

优选的，所述建模单元包括：

检测子单元，于同等气温和大气压条件下，用不同倍率电流分别检测锂离子电池循环寿命；所述检测子单元包括:第一检测子单元，用于用小倍率电流检测锂离子电池循环寿命；第二检测子单元，用于用大倍率电流检测锂离子电池循环寿命；

绘图子单元，用于绘制循环次数与锂离子电池的状态参数间的关系曲线。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种检测锂离子电池循环寿命的方法，其特征在于，所述方法包括：于同等气温和大气压条件下，用不同倍率电流分别检测锂离子电池循环寿命，绘制循环次数与锂离子电池的状态参数间的关系曲线；根据构建的不同倍率电流下电池循环寿命等效模型，用大倍率电流快速检测推演出标准检测中小倍率电流循环时锂离子电池循环寿命；

所述不同倍率电流下电池循环寿命等效模型的建立包括：按照循环次数递增的方向，将锂离子电池的状态参数值相等的大小两种倍率电流下的循环次数记作点(n_大,n_小)；将各点拟合成等效关系曲线：n_小＝f(n_大)；

所述等效模型包括：电池容量等效模型、累计处理能量等效模型、电池内阻等效模型；

所述小倍率电流循环时锂离子电池循环寿命为：

用大倍率电流对锂离子电池进行快速充放电循环测试，记录锂离子电池容量衰减一定值后的循环次数，并将循环次数代入到等效模型中，得到大倍率电流电池容量衰减量对应的小倍率电流电池容量衰减量所对应的循环寿命；

所述锂离子电池包括钛酸锂锂离子电池和磷酸锂锂离子。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述锂离子电池循环寿命的检测包括：

将电池静置一段时间，并以恒定电流为锂离子电池充电至电压V；

将电池静置同样时间后，以同样倍率恒定电流放电至电压

并记录电池的状态参数数据；对所述锂离子电池进行恒电流循环充放电测试，并在锂离子电池的容量低于初始容量的f％时，终止试验。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述恒定电流为小倍率电流，包括：0.2C、0.5C或1.0C；所述f％为20％。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述恒定电流为大倍率电流，包括2C、5C或8C；所述f％为80％。

5.一种用于如权利要求1-4任一项所述检测锂离子电池循环寿命的方法的系统，其特征在于，包括：

建模单元，用于于同等气温和大气压条件下，用不同倍率电流分别检测锂离子电池循环寿命，绘制循环次数与锂离子电池的状态参数间的关系曲线；

推演单元，用于根据构建的不同倍率电流下电池循环寿命等效模型，用大倍率电流快速检测推演出标准检测中小倍率电流循环时锂离子电池循环寿命。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述建模单元包括：

检测子单元，于同等气温和大气压条件下，用不同倍率电流分别检测锂离子电池循环寿命；所述检测子单元包括:第一检测子单元，用于用小倍率电流检测锂离子电池循环寿命；第二检测子单元，用于用大倍率电流检测锂离子电池循环寿命；

绘图子单元，用于绘制循环次数与锂离子电池的状态参数间的关系曲线。

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