CN109557480B - 一种化学电源循环使用寿命的估算方法及系统 - Google Patents

一种化学电源循环使用寿命的估算方法及系统 Download PDF

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Abstract

一种化学电源循环使用寿命的估算方法，所述估算方法包括：在预先构建的测试环境下检测被测电源的热势能状态和充放电性能，得到所述被测电源的热能数据和充放电性能数据；将所述充放电性能数据和所述热能数据带入预先构建的不可逆转能量与被测电源循环使用寿命的模型，得到所述被测电源的循环使用寿命；其中，所述不可逆转能量与被测电源循环使用寿命的模型包括：基于在所述测试环境中得到的热能数据、性能数据和循环使用寿命的关系构建的循环使用寿命函数；解决各种由电化学体系构成的二次化学电源，进行出厂前循环使用寿命100％预估检测，筛除循环使用寿命性能不合格的产品。

Description

一种化学电源循环使用寿命的估算方法及系统
技术领域
本发明涉及对由电化学体系构成的二次化学电源估算其循环使用寿命的方法及系统，具体涉及一种化学电源循环使用寿命的估算方法及系统。
背景技术
随着锂电池应用领域的越来越广泛，其设计容量逐渐加大，而电池单体的不一致以及运行工况的不同，使得电池的使用寿命差异较大，电池性能衰减的因素较多，电池内部化学反应机理较为复杂，使得电池寿命估算较难实现。
目前测算二次化学电源循环使用寿命的方法为实际测试，以批次中的个样数据代表批次产品或相同体系、配方等具有部分相同特性的产品的性能。
其缺点在于：1、测试后的样品不能重复使用，不再具有使用价值，造成了一定资源的浪费；2、其数据的代表性较差，无法排除产品一致性的影响，造成了数据偏差太大；3、测试不具有普遍性，无法在售前发现循环使用寿命不达标的产品。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种化学电源循环使用寿命的估算方法及系统。
本发明提供的技术方案是：一种化学电源循环使用寿命的估算方法，所述估算方法包括：
在预先构建的测试环境下检测被测电源的热势能状态和充放电性能，得到所述被测电源的热能数据和充放电性能数据；
将所述充放电性能数据和所述热能数据带入预先构建的不可逆转能量与被测电源循环使用寿命的模型，得到所述被测电源的循环使用寿命；
其中，所述不可逆转能量与被测电源循环使用寿命的模型包括：基于在所述测试环境中得到的热能数据、性能数据和循环使用寿命的关系构建的循环使用寿命函数。
优选的，所述测试环境的构建，包括：
将绝热或等温容器与温度控制器连接；
将能量控制器分别与所述温度控制器、充放电仪和温度传感器连接；
所述绝热或等温容器用于安置被测电源；
所述温度传感器与被测电源连接，用于测量所述被测电源的表面温度；
所述充放电仪与被测电源连接，用于基于所述能量控制器对被测电源进行充放电测试；
所述温度控制器用于加热所述绝热或等温容器内的温度，使得被测电源在充放电结束后的热势能状态恢复至充放电开始前的初始热势能状态；所述能量控制器用于控制所述温度控制器、所述温度传感器和所述充放电仪，计算被测电源在测试过程中的热能数据、充放电性能数据和循环使用寿命与充放电能量差。
优选的，所述不可逆转能量与被测电源循环使用寿命的模型的构建包括：
基于所述测试环境，对预设数量的被测电源进行循环充放电；
在充放电过程中，计算得到所述被测电源在充放电过程中产生的热能；
在充放电结束后，计算得到所述被测电源散热的热能和所述被测电源的循环使用寿命与充放电能量差，并得到被测电源的循环使用寿命与充放电能量差和充放电循环次数；
并基于初始热势能状态、初始容量值、寿命终止系数和充放电循环次数制定循环使用寿命函数计算式；
其中，所述被测电源在充放电过程中产生的热能和所述被测电源散热的热能为所述被测电源的热能数据，所述循环使用寿命与充放电能量差为所述充放电性能数据。优选的，所述循环使用寿命函数计算式如下：
式中，N为被测电源的循环使用寿命；f为(ΔWe-(Q1+Q2))、T0、k和C0之间的对应的关系；ΔWe为循环使用寿命与充放电能量差；T0为初始热势能状态；C0为初始容量值；Q1为被测电源在充放电过程中产生的热能；Q2为被测电源散热的热能；k为寿命终止系数，其为0～100％的数值；n为充放电循环次数。
优选的，所述将所述充放电性能数据和所述热能数据带入预先构建的不可逆转能量与被测电源循环使用寿命的模型，得到所述被测电源的循环使用寿命，包括：
将所述循环使用寿命与充放电能量差、所述被测电源在充放电过程中产生的热能和所述被测电源散热的热能带入所述循环使用寿命函数计算式进行计算，得到所述被测电源的循环使用寿命。
基于同一发明目的，本发明还提供一种化学电源循环使用寿命的估算系统，其特征在于，包括：
检测模块，用于在预先构建的测试环境下检测被测电源的热势能状态和充放电性能，得到所述被测电源的热能数据和充放电性能数据；
计算模块，用于将所述充放电性能数据和所述热能数据带入预先构建的不可逆转能量与被测电源循环使用寿命的模型，得到所述被测电源的循环使用寿命；
其中，所述不可逆转能量与被测电源循环使用寿命的模型包括：基于在所述测试环境中得到的热能数据、性能数据和循环使用寿命的关系构建的循环使用寿命函数。
优选的，还包括：构建模块，用于构建不可逆转能量与被测电源循环使用寿命的模型。
优选的，所述构建模块包括：
第一构建模块，用于基于所述测试环境，对预设数量的被测电源进行循环充放电；
第二构建模块，用于在充放电过程中，计算得到所述被测电源在充放电过程中产生的热能；
第三构建模块，用于在充放电结束后，计算得到所述被测电源散热的热能和所述被测电源的循环使用寿命与充放电能量差，并得到被测电源的循环使用寿命与充放电能量差和充放电循环次数。
优选的，所述计算模块包括：
计算子模块，用于将所述循环使用寿命与充放电能量差、所述被测电源在充放电过程中产生的热能和所述被测电源散热的热能带入所述循环使用寿命函数计算式进行计算，得到所述被测电源的循环使用寿命。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
(1)本发明提供一种化学电源循环使用寿命的估算方法，所述估算方法包括：在预先构建的测试环境下检测被测电源的热势能状态和充放电性能，得到所述被测电源的热能数据和充放电性能数据；将所述充放电性能数据和所述热能数据带入预先构建的不可逆转能量与被测电源循环使用寿命的模型，得到所述被测电源的循环使用寿命；其中，所述不可逆转能量与被测电源循环使用寿命的模型包括：基于在所述测试环境中得到的热能数据、性能数据和循环使用寿命的关系构建的循环使用寿命函数；解决各种由电化学体系构成的二次化学电源，进行出厂前循环使用寿命100％预估检测，筛除循环使用寿命性能不合格的产品。
附图说明
图1为本发明的估算方法示意图；
图2为本发明的估算系统示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图对本发明的技术方案做进一步详细说明。
如图1所示，本实施例提供的一种化学电源循环使用寿命的估算方法，所述估算方法包括：
在预先构建的测试环境下检测被测电源的热势能状态和充放电性能，得到所述被测电源的热能数据和充放电性能数据；
将所述充放电性能数据和所述热能数据带入预先构建的不可逆转能量与被测电源循环使用寿命的模型，得到所述被测电源的循环使用寿命；
其中，所述不可逆转能量与被测电源循环使用寿命的模型包括：基于在所述测试环境中得到的热能数据、性能数据和循环使用寿命的关系构建的循环使用寿命函数。
所述测试环境的构建，包括：
将绝热或等温容器与温度控制器连接；
将能量控制器分别与所述温度控制器、充放电仪和温度传感器连接；
所述绝热或等温容器用于安置被测电源；
所述温度传感器与被测电源连接，用于测量所述被测电源的表面温度；
所述充放电仪与被测电源连接，用于基于所述能量控制器对被测电源进行充放电测试；
所述温度控制器用于加热所述绝热或等温容器内的温度，使得被测电源在充放电结束后的热势能状态恢复至充放电开始前的初始热势能状态；所述能量控制器用于控制所述温度控制器、所述温度传感器和所述充放电仪，计算被测电源在测试过程中的热能数据、充放电性能数据和循环使用寿命与充放电能量差。
所述不可逆转能量与被测电源循环使用寿命的模型的构建包括：
基于所述测试环境，对预设数量的被测电源进行循环充放电；
在充放电过程中，计算得到所述被测电源在充放电过程中产生的热能；
在充放电结束后，计算得到所述被测电源散热的热能和所述被测电源的循环使用寿命与充放电能量差，并得到被测电源的循环使用寿命与充放电能量差和充放电循环次数；
并基于初始热势能状态、初始容量值、寿命终止系数和充放电循环次数制定循环使用寿命函数计算式；
其中，所述被测电源在充放电过程中产生的热能和所述被测电源散热的热能为所述被测电源的热能数据，所述循环使用寿命与充放电能量差为所述充放电性能数据。所述循环使用寿命函数计算式如下：
式中，N为被测电源的循环使用寿命；f为(ΔWe-(Q1+Q2))、T0、k和C0之间的对应的关系；ΔWe为循环使用寿命与充放电能量差；T0为初始热势能状态；C0为初始容量值；Q1为被测电源在充放电过程中产生的热能；Q2为被测电源散热的热能；k为寿命终止系数，其为0～100％的数值；n为充放电循环次数。
所述将所述充放电性能数据和所述热能数据带入预先构建的不可逆转能量与被测电源循环使用寿命的模型，得到所述被测电源的循环使用寿命，包括：
将所述循环使用寿命与充放电能量差、所述被测电源在充放电过程中产生的热能和所述被测电源散热的热能带入所述循环使用寿命函数计算式进行计算，得到所述被测电源的循环使用寿命。
基于同一发明构思，本发明的另一发明目的在于还提供一种化学电源循环使用寿命的估算系统，其特征在于，包括：
检测模块，用于在预先构建的测试环境下检测被测电源的热势能状态和充放电性能，得到所述被测电源的热能数据和充放电性能数据；
计算模块，用于将所述充放电性能数据和所述热能数据带入预先构建的不可逆转能量与被测电源循环使用寿命的模型，得到所述被测电源的循环使用寿命；
其中，所述不可逆转能量与被测电源循环使用寿命的模型包括：基于在所述测试环境中得到的热能数据、性能数据和循环使用寿命的关系构建的循环使用寿命函数。
还包括：构建模块，用于构建不可逆转能量与被测电源循环使用寿命的模型。
所述构建模块包括：
第一构建模块，用于基于所述测试环境，对预设数量的被测电源进行循环充放电；
第二构建模块，用于在充放电过程中，计算得到所述被测电源在充放电过程中产生的热能；
第三构建模块，用于在充放电结束后，计算得到所述被测电源散热的热能和所述被测电源的循环使用寿命与充放电能量差，并得到被测电源的循环使用寿命与充放电能量差和充放电循环次数。
所述计算模块包括：
计算子模块，用于将所述循环使用寿命与充放电能量差、所述被测电源在充放电过程中产生的热能和所述被测电源散热的热能带入所述循环使用寿命函数计算式进行计算，得到所述被测电源的循环使用寿命。
具体讲，如图2所示的能量控制器、充放电仪、温度控制器、绝热或等温容器、一个或多个温度传感器(组)以及被测电源，使某电化学体系的被测电源置于绝热或等温容器中，其正极连接充放电仪的正极，负极连接充放电仪的负极，再将充放电仪与能量控制器连接；在被测电源表面设置一个或多个温度传感器(组)，并与能量控制器连接；温度控制器与绝热或等温容器中的温度控制元件连接，再与能量控制器连接。
能量控制器通过控制温度控制器使绝热或等温容器和被测电源出于设定的热势能状态T0。
能量控制器控制充放电仪对被测电源进行充放电，并计算充放电能量差ΔWe和充放电循环次数n。
充放电过程中，能量控制器控制温度控制器对绝热或等温容器为被测电源提供绝热或等温的测试环境，并计算由被测电源充放电产生的热能Q1以及初始容量值C0。
充放电结束后，能量控制器通过一个或多个温度传感器(组)采集被测电源表面温度，通过温度控制器控制被测电源热势能状态恢复至充放电开始前的状态T0，并计算被测电源散热的热能Q2。
根据全寿命周期充放电循环测试数据，归纳得出循环使用寿命与充放电能量差ΔWe，充放电产生的热能Q1+Q2，初始热势能状态T0，初始容量值C0以及寿命终止系数k之间的函数关系：
式中，N为被测电源的循环使用寿命，f为常数，ΔWe为循环使用寿命与充放电能量差，Q1+Q2为充放电产生的热能，T0为初始热势能状态，C0为初始容量值，k为寿命终止系数。
通过对其余被测电源少量充放电循环，将方程参数带入，估算其循环使用寿命。
本发明不影响批量测试后电源的使用价值；其数据代表了每一只被测电源的性能，可以排除电源一致性的影响；测试循环次数少，周期短，可实现批量操作，提供在售前发现循环使用寿命不达标产品的可能。
具体讲，基于同一发明构思，本发明还提供了一种化学电源循环使用寿命的估算系统，所述估算系统包括：能量控制器、温度控制器、温度传感器、充放电仪和绝热或等温容器；
所述能量控制器通过所述温度控制器与所述绝热或等温容器连接，用于预先设定测试环境；
所述绝热或等温容器用于放置被测电源；
所述能量控制器通过所述充放电仪与所述被测电源连接，用于对被测电源进行充放电性能测试，并得到充放电性能数据；
所述温度传感器设于所述被测电源外表面，所述能量控制器与所述温度传感器连接，用于采集所述被测电源在预先设定的测试环境下的热势能状态，得到所述被测电源的热能数据。
所述温度传感器的数量至少为一个。
显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.一种化学电源循环使用寿命的估算方法，其特征在于，所述估算方法包括：
在预先构建的测试环境下检测被测电源的热势能状态和充放电性能，得到所述被测电源的热能数据和充放电性能数据；
将所述充放电性能数据和所述热能数据带入预先构建的不可逆转能量与被测电源循环使用寿命的模型，得到所述被测电源的循环使用寿命；
其中，所述不可逆转能量与被测电源循环使用寿命的模型包括：基于在所述测试环境中得到的热能数据、性能数据和循环使用寿命的关系构建的循环使用寿命函数；
所述测试环境的构建，包括：
将绝热或等温容器与温度控制器连接；
将能量控制器分别与所述温度控制器、充放电仪和温度传感器连接；
所述绝热或等温容器用于安置被测电源；
所述温度传感器与被测电源连接，用于测量所述被测电源的表面温度；
所述充放电仪与被测电源连接，用于基于所述能量控制器对被测电源进行充放电测试；
所述温度控制器用于加热所述绝热或等温容器内的温度，使得被测电源在充放电结束后的热势能状态恢复至充放电开始前的初始热势能状态；所述能量控制器用于控制所述温度控制器、所述温度传感器和所述充放电仪，计算被测电源在测试过程中的热能数据、充放电性能数据和循环使用寿命与充放电能量差；
所述不可逆转能量与被测电源循环使用寿命的模型的构建包括：
基于所述测试环境，对预设数量的被测电源进行循环充放电；
在充放电过程中，计算得到所述被测电源在充放电过程中产生的热能；
在充放电结束后，计算得到所述被测电源散热的热能和所述被测电源的循环使用寿命与充放电能量差，并得到被测电源的循环使用寿命与充放电能量差和充放电循环次数；
并基于初始热势能状态、初始容量值、寿命终止系数和充放电循环次数制定循环使用寿命函数计算式；
其中，所述被测电源在充放电过程中产生的热能和所述被测电源散热的热能为所述被测电源的热能数据，所述循环使用寿命与充放电能量差为所述充放电性能数据。
2.如权利要求1所述的估算方法，其特征在于，
所述循环使用寿命函数计算式如下：
式中，N为被测电源的循环使用寿命；f为(ΔWe-(Q1+Q2))、T0、k和C0之间的对应的关系；ΔWe为循环使用寿命与充放电能量差；T0为初始热势能状态；C0为初始容量值；Q1为被测电源在充放电过程中产生的热能；Q2为被测电源散热的热能；k为寿命终止系数，其为0～100％的数值；n为充放电循环次数。
3.如权利要求2所述的估算方法，其特征在于，
所述将所述充放电性能数据和所述热能数据带入预先构建的不可逆转能量与被测电源循环使用寿命的模型，得到所述被测电源的循环使用寿命，包括：
将所述循环使用寿命与充放电能量差、所述被测电源在充放电过程中产生的热能和所述被测电源散热的热能带入所述循环使用寿命函数计算式进行计算，得到所述被测电源的循环使用寿命。
4.一种化学电源循环使用寿命的估算系统，用于实现如权利要求1所述的一种化学电源循环使用寿命的估算方法，其特征在于，包括：
检测模块，用于在预先构建的测试环境下检测被测电源的热势能状态和充放电性能，得到所述被测电源的热能数据和充放电性能数据；
计算模块，用于将所述充放电性能数据和所述热能数据带入预先构建的不可逆转能量与被测电源循环使用寿命的模型，得到所述被测电源的循环使用寿命；
其中，所述不可逆转能量与被测电源循环使用寿命的模型包括：基于在所述测试环境中得到的热能数据、性能数据和循环使用寿命的关系构建的循环使用寿命函数。
5.如权利要求4所述的估算系统，其特征在于，还包括：
构建模块，用于构建不可逆转能量与被测电源循环使用寿命的模型。
6.如权利要求5所述的估算系统，其特征在于，
所述构建模块包括：
第一构建模块，用于基于所述测试环境，对预设数量的被测电源进行循环充放电；
第二构建模块，用于在充放电过程中，计算得到所述被测电源在充放电过程中产生的热能；
第三构建模块，用于在充放电结束后，计算得到所述被测电源散热的热能和所述被测电源的循环使用寿命与充放电能量差，并得到被测电源的循环使用寿命与充放电能量差和充放电循环次数。
7.如权利要求4所述的估算系统，其特征在于，
所述计算模块包括：
计算子模块，用于将所述循环使用寿命与充放电能量差、所述被测电源在充放电过程中产生的热能和所述被测电源散热的热能带入所述循环使用寿命函数计算式进行计算，得到所述被测电源的循环使用寿命。
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