CN110320474A - 一种锂离子电池老化模型的寿命预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锂离子电池老化模型的寿命预测方法，包括以下步骤：（1）测试50%SOC状态下的锂电池在不同温度下存储搁置后的容量保持率和电池直流内阻随存储时间变化的值；（2）将在不同电压状态下的电池在相同温度下存储相同的时间，并进行交流阻抗测试和直流内阻测试；（3）对日历寿命容量衰减、交流内阻和直流内阻变化与温度和电压的相关性进行分析，通过拟合函数描述实验老化数据随时间的变化过程；（4）根据拟合的数据对模型进行分析，拟合实测的实效数据，对未来的电池日历寿命和电池内阻参数进行有效预测。本发明可以从加速老化试验中推断出真实的寿命状态，测试方法比较简单，不需要高端的设备和复杂的运算，大大缩短了测试的周期。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池寿命预测技术领域，具体涉及一种锂离子电池老化模型的寿命预测方法。
背景技术
锂离子电池在真实运行条件下的寿命预测是电池可靠集成的关键问题，不仅是在汽车上，而且在静止应用和保修问题上都是如此。由于实际运行条件下的老化试验时间长、费用高，加速老化试验被认为是一种有效的方法。为了将加速老化试验得到的数据外推到真实的生活条件，老化模型是必需的。到目前为止，纯理论文章中已经报道了预测寿命的简单模型方法，但这些方法通常缺乏对未使用的条件进行推断的能力。这些模型已用于参数研究，有助于了解正在进行的过程。然而，它们不适用于快速的寿命预测，因为它们很难参数化和只描述单一的机制。因此在实际使用过程中建立合适的模型来评价电池使用寿命是一个亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂离子电池老化模型的寿命预测方法，可以从加速老化试验中推断出真实的寿命状态，测试方法比较简单，不需要高端的设备和复杂的运算，大大缩短了测试的周期。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种锂离子电池老化模型的寿命预测方法，包括以下步骤：
(1)测试50％SOC状态下的锂电池在不同温度下存储搁置后的容量保持率和电池直流内阻随存储时间变化的值；
(2)将在不同电压状态下的电池在相同温度下存储相同的时间，并进行交流阻抗测试和直流内阻测试；
(3)对日历寿命容量衰减、交流内阻和直流内阻变化与温度和电压的相关性进行分析，通过拟合函数描述实验老化数据随时间的变化过程；
(4)根据拟合的数据对模型进行分析，拟合实测的实效数据，对未来的电池日历寿命和电池内阻参数进行有效预测。
进一步的，所述容量保持率通过以下公式计算得到：
存储容量保持率＝存储后电池剩余容量/初始定容容量的一半。
上述方案中，所述电池剩余容量通过测量电池静态电压对比SOC-OCV曲线估算得到，具体步骤如下：
(a)将锂电池在不同设定温度下搁置一段时间，并进行充放电，将平均放电容量定义为初始容量Ca；
(b)将蓄电池以Ca/5h(A)的电流充电,充电至设定的上限电压时转恒压充电,直至充电电流降至0.05C时停止充电；
(c)将蓄电池以Ca/5h(A)电流放电,放电至设定的放电终止电压,静置时间不小于1h后测量静态电压。
上述方案中，所述电池直流内阻测试，具体包括以下步骤：
(A)将蓄电池在测试温度下静止一段时间；
(B)将静置后的蓄电池以5Ca电流脉冲进行放电，记录放电结束后的电压；
(C)根据蓄电池的初始电压、额定电流及放电结束后的电压值，计算得到电池直流内阻测试值。
由上述技术方案可知，本发明所述的锂离子电池老化模型的寿命预测方法，本发明方法简单可靠，具有一定的理论依据作为基础，测试方法比较简单，不需要高端的设备和复杂的运算。
本发明属于半经验型数学模型建立，对实验数据进行拟合分析，建立的数学模型基本适用于同一类型的电池日历寿命预测，具有普遍适用性，同时相比于常规的日历寿命节省很多时间，大大缩短了测试的周期。
附图说明
图1是本发明的直流内阻测试过程中电压变化图；
图2是本发明的交流阻抗模型图；
图3是本发明50％SOC状态下不同温度日历寿命容量保持率图；
图4是本发明直流内阻增长率随时间变化关系图；
图5是本发明50℃下不同存储电压状态-与容量保持率拟合函数曲线图；
图6是本发明50％SOC存储状态下温度-与容量保持率拟合函数曲线图；
图7是本发明365℃/50％SO下电池在老化过程中全电池的阻抗谱的变化图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
本实施例的锂离子电池老化模型的寿命预测方法，包括以下步骤：
S1：测试50％SOC状态下的锂电池在不同温度下存储搁置后的容量保持率和电池直流内阻随存储时间变化的值，具体包括以下步骤：
S11：将电池以1C充放电3周，以放电容量作为初始容量；
S12：通过1C放电调整电池SOC状态为50％SOC；
S13：将放电后的电池在35℃、50℃、65℃条件下存储60周；
S14：通过测量电池静态电压对比SOC-OCV曲线估算电池剩余容量；
其中，存储容量保持率＝存储后电池剩余容量/初始(1C充电，1C放电)
容量的一半。
本实施例的SOC-OCV曲线测试方法如下：
a、将蓄电池分别在测试温度35℃、50℃、65℃下搁置10h，以0.2C/0.2C 充放3周，该3周平均放电容量定义为初始容量Ca；
b、将蓄电池以Ca/5h(A)电流充电，充电至设定的上限电压时转恒压充电，直至充电电流降至0.05C时停止充电，然后静置1h(或不小于1h)；
c、将蓄电池以Ca/5h(A)电流放电，放电至设定的放电终止电压，放电时间3.6min(即2％SOC一个梯度),静置1h(或不小于1h)，然后测量静态电压；
d、重复c步骤50次。
直流内阻测试：将蓄电池在测试温度下，先静止30min；然后以5Ca电流脉冲放电10秒，得到放电结束后的电压值，相应的电压变化如图1所示：
通过以下公式计算得到直流内阻值：
RDCH＝(U1-U2)/IDCH
其中：RDCH表示直流内阻测试值，U1表示初始电压，U2表示放电结束后的电压U2，I表示额定电流。
S2：将在不同电压状态下的电池在相同温度下存储相同的时间，并进行交流阻抗测试和直流内阻测试；
S21：将电池1C充放电3周，以放电容量作为初始容量；
S22：通过1C放电调整电池SOC状态为50％SOC；
S23：将电池在65℃环境下分别存储0、6、12、18、24、30、36、42周，在23℃环境下使用恒流模式用5kHz到10mHz的频率进行扫描，本实施例采用经典的交流阻抗模型如图2所示，公式如下：
其中，ZZARC表示交流阻抗大小，R表示直流内阻的大小，A表示内阻系数。
S3：对日历寿命容量衰减、交流内阻和直流内阻变化与温度和电压的相关性进行分析，通过拟合函数描述实验老化数据随时间的变化过程；
如图3所示，图3为本实施例的50％SOC状态下不同温度日历寿命容量保持率；
如图4所示，图4为本实施例的直流内阻增长率随时间变化关系：
直流内阻增长率(Rdch/Rdch,initial)＝储存后的直流内阻/初始状态的直流内阻；
如图5所示，图5为50℃下不同存储电压状态-与容量保持率拟合函数曲线；
x轴为电压，y轴为
图6为50％SOC存储状态下温度-与容量保持率拟合函数曲线。
x轴为(1/T)*1000,y轴为
S4：根据拟合的数据对模型进行分析，拟合实测的实效数据，对未来的电池日历寿命和电池内阻参数进行有效预测。
由图5、6中的拟合函数曲线可以判断容量衰减与存储的电压状态和存储温度是呈指数函数关系，指数函数拟合的数值误差可以认为是实验的误差造成，是可以接受的误差范围。
以上所述的实施例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作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (4)
1.一种锂离子电池老化模型的寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）测试50%SOC状态下的锂电池在不同温度下存储搁置后的容量保持率和电池直流内阻随存储时间变化的值；
（2）将在不同电压状态下的电池在相同温度下存储相同的时间，并进行交流阻抗测试和直流内阻测试；
（3）对日历寿命容量衰减、交流内阻和直流内阻变化与温度和电压的相关性进行分析，通过拟合函数描述实验老化数据随时间的变化过程；
（4）根据拟合的数据对模型进行分析，拟合实测的实效数据，对未来的电池日历寿命和电池内阻参数进行有效预测。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池老化模型的寿命预测方法，其特征在于：所述容量保持率通过以下公式计算得到：
存储容量保持率=存储后电池剩余容量/初始定容容量的一半。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池老化模型的寿命预测方法，其特征在于：所述电池剩余容量通过测量电池静态电压对比SOC-OCV曲线估算得到，具体步骤如下：
（a）将锂电池在不同设定温度下搁置一段时间，并进行充放电，将平均放电容量定义为初始容量Ca；
（b）将蓄电池以Ca/5h(A)的电流充电,充电至设定的上限电压时转恒压充电,直至充电电流降至0.05C时停止充电；
（c）将蓄电池以Ca/5h(A)电流放电,放电至设定的放电终止电压,静置时间不小于1h后测量静态电压。
4.根据权利要求3所述的锂离子电池老化模型的寿命预测方法，其特征在于：所述电池直流内阻测试，具体包括以下步骤：
（A）将蓄电池在测试温度下静止到设定时间；
（B）将静置后的蓄电池以5Ca电流脉冲进行放电，记录放电结束后的电压；
（C）根据蓄电池的初始电压、额定电流及放电结束后的电压值，计算得到电池直流内阻测试值。
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