CN110658463B - 预测锂离子电池循环寿命的方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种预测锂离子电池循环寿命的方法。该方法包括：对多个第一样品电芯在第一温度下进行循环性能测试，获取第一循环性能数据，根据第一循环性能数据拟合确定第一循环性能公式；对多个第二样品电芯在第二温度下进行循环性能测试，获取第二循环性能数据，根据第二循环性能数据拟合确定第二循环性能公式；根据第一循环性能公式和第二循环性能公式确定样品电芯的第三循环性能公式；对待测电芯在第二温度下进行循环性能测试，获取第三循环性能数据，根据第三循环性能数据和第三循环性能公式确定待测电芯在第一温度下的循环寿命。实现对锂离子电池循环寿命的快速测量，降低设备成本。

Description

预测锂离子电池循环寿命的方法

技术领域

本发明实施例涉及预测锂离子电池寿命技术，尤其涉及预测锂离子电池循环寿命的方法

背景技术

开发出各项性能更加优异的锂离子电池，一直是相关企业的核心之一，而在锂离子电池的诸多性能中，关乎电池使用年限的循环寿命对锂离子电池至关重要。

现有技术中评测电池循环寿命耗时较长，占用了大量的时间和设备成本。以0.5C室温(25℃±2℃)循环为例，充放电循环一次需要4h，一年能循环2000多次，若电池的寿命4000～5000次，循环结束需要2年多的时间。虽然室温循环基于一定数量的实验数据，可以发现锂离子电池在循环过程中会近似以某一速率进行衰减，但由于在室温条件下，锂离子电池在最初的0～200次循环中，放电容量呈现出先上升后下降的趋势，仍需较多的循环次数才能发现这一规律的衰减速率值，给预测磷酸铁锂锂离子电池循环寿命的工作带来了不便。

发明内容

本发明实施例提供了一种预测锂离子电池循环寿命的方法，实现对锂离子电池循环寿命的快速测量，降低了设备成本，为开发出性能更加优异的锂离子电池提供了有力的保障。

第一方面，本发明实施例提供了一种预测锂离子电池循环寿命的方法，包括：

对多个第一样品电芯在第一温度下进行循环性能测试，获取多个第一样品电芯的第一循环性能数据，根据第一循环性能数据拟合确定第一循环性能公式；

对多个第二样品电芯在第二温度下进行循环性能测试，获取多个第二样品电芯的第二循环性能数据，根据第二循环性能数据拟合确定第二循环性能公式；其中，所述第一样品电芯与第二样品电芯为同种型号的电芯，第二温度高于所述第一温度；

根据第一循环性能公式和第二循环性能公式确定样品电芯的第三循环性能公式；

对待测电芯在第二温度下进行循环性能测试，获取待测电芯的第三循环性能数据，根据第三循环性能数据和第三循环性能公式确定待测电芯在第一温度下的循环寿命。

可选的，第一温度为室温，第二温度的取值范围为大于或等于40度，且小于或等于60度。

可选的，对多个第一样品电芯在第一温度下进行循环性能测试，包括：

在第一温度下，测试第一样品电芯的电池容量由满容量降到满容量的第一设定比例时的循环次数；

对多个第二样品电芯在第二温度下进行循环性能测试，包括：

在第二温度下，测试第二样品电芯的电池容量由满容量降到满容量的第二设定比例时的循环次数。

可选的，第一设定比例和第二设定比例均小于或等于80％。

可选的，所述第一循环性能公式为y＝ax+b；

所述第二循环性能公式为y＝cx+d；

所述第三循环性能公式为y＝cAx+d+B；

其中，x表示循环次数，y表示容量保持率，a、b、c、d为拟合常量，A＝a/c，B＝b-d。

可选的，根据第三循环性能数据和第三循环性能公式确定待测电芯在第一温度下的循环寿命，包括：

根据第三循环性能数据确定待测电芯的第四循环性能公式y＝c1x+d1，其中，c1和d1为常量；

根据第三循环性能公式和第四循环性能公式确定待测电芯在第一温度下的循环寿命。

可选的，循环性能测试包括：

相邻两次充电和放电之间间隔设定时间。

可选的，设定时间大于或等于10min。

可选的，所述循环性能测试的测试条件包括：充电截止电压为3.65V，充电电流范围为0.2～1C，截止电流为0.05C；放电截止电压为2.5V，放电电流范围为0.2～1C。

本实施例通过对第一样品电芯在第一温度下进行第一循环性能测试，测得反应第一温度放电特性的第一循环性能公式，对第二样品电芯在第二温度下进行第二循环性能测试，测得反应第二温度放电特性的第二循环性能公式，结合第一循环性能公式和第二循环性能公式得到反应该型号电芯的综合放电性能的第三循环性能公式，在对任意同种型号的待测电芯进行循环性能测试时，只需测试其在第二温度下的第三循环性能数据，结合第三循环性能数据和第三循环性能公式接口确定待测电芯在第一温度下的循环寿命，其测试时间短，实现了对锂离子电池循环寿命的快速测量，降低了设备成本，为开发出性能更加优异的锂离子电池提供了有力的保障。且第三循环性能数据能够反应待测电芯的放电特性，使得根据第三循环性能数据和第三循环性能公式测确定的待测电芯在第一温度下的循环寿命更能反应待测电芯的真实循环寿命，实现了对锂离子电池循环寿命的精确测量。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种预测锂离子电池循环寿命的方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

基于现有技术中在室温条件下评测电池循环寿命耗时较长，占用了大量的时间和设备成本的问题，本实施例提供了一种预测锂离子电池循环寿命的方法，示例性地，参考图1，图1是本发明实施例提供的一种预测锂离子电池循环寿命的方法流程示意图，该方法可以包括：S1、对多个第一样品电芯在第一温度下进行循环性能测试，获取多个第一样品电芯的第一循环性能数据，根据第一循环性能数据拟合确定第一循环性能公式；S2、对多个第二样品电芯在第二温度下进行循环性能测试，获取多个第二样品电芯的第二循环性能数据，根据第二循环性能数据拟合确定第二循环性能公式；其中，所述第一样品电芯与第二样品电芯为同种型号的电芯，第二温度高于所述第一温度；S3、根据第一循环性能公式和第二循环性能公式确定样品电芯的第三循环性能公式；S4、对待测电芯在第二温度下进行循环性能测试，获取待测电芯的第三循环性能数据；S5、根据第三循环性能数据和第三循环性能公式确定待测电芯在第一温度下的循环寿命。

其中，S1与S2可以先进行S1，可以先进行S2，也可以同步进行。待测电芯与第一样品电芯和第二样品电芯为同种型号的电芯。第一温度为样品电芯工作的常规温度，可以为10℃、15℃、20℃、30℃；第二温度可以为大于第一温度设定温度阈值的任意温度，其中，第二温度可以根据测试需要确定，只要保证在第二温度下电芯的放电规律一致即可，示例性的，第二温度可以为40℃、50℃等。循环性能测试指测试样品电芯不同循环次数后所对应的容量数据，循环性能数据为记录的循环次数和容量数据。第一循环性能公式为第一样品电芯在第一温度下根据循环次数和容量数据拟合的能够反映循环次数和容量数据关系的公式。第二循环性能公式为第二样品电芯在第二温度下根据循环次数和容量数据拟合的能够反映循环次数和容量数据关系的公式。第三循环性能公式为自定义公式，根据第一循环性能公式和第二循环性能公式确定样品电芯的第三循环性能公式。

具体的，在较低的温度下，电芯在最初的循环性能测试中，放电容量会呈现出先上升后下降的趋势，需要较多的循环次数才能拟合出循环性能公式，耗时较长，占用了大量的时间和设备成本；在较高的温度下，电芯在循环性能测试中，电容量不会呈现出先上升后下降的趋势，电池的放电规律一致，只需较少的循环次数即可测出循环性能。本实施例通过对第一样品电芯在第一温度下进行第一循环性能测试，测得反应第一温度放电特性的第一循环性能公式，对第二样品电芯在第二温度下进行第二循环性能测试，测得反应第二温度放电特性的第二循环性能公式，结合第一循环性能公式和第二循环性能公式得到反应该型号电芯的综合放电性能的第三循环性能公式，在对任意同种型号的待测电芯进行循环性能测试时，只需测试其在第二温度下的第三循环性能数据，结合第三循环性能数据和第三循环性能公式接口确定待测电芯在第一温度下的循环寿命，其测试时间短，实现了对锂离子电池循环寿命的快速测量，降低了设备成本，为开发出性能更加优异的锂离子电池提供了有力的保障。且第三循环性能数据能够反应待测电芯的放电特性，使得根据第三循环性能数据和第三循环性能公式测确定的待测电芯在第一温度下的循环寿命更能反应待测电芯的真实循环寿命，实现了对锂离子电池循环寿命的精确测量。

可选的，循环性能测试的测试条件包括：充电截止电压为3.65V，充电电流范围为0.2～1C，截止电流为0.05C；放电截止电压为2.5V，放电电流范围为0.2～1C。

可选的，第一温度为室温，第二温度的取值范围为大于或等于40摄氏度，且小于或等于60摄氏度；

其中，室温为大多数电芯的常规工作温度，通过设置第一温度为室温可以满足对多数电芯循环寿命的测试。第二温度在大于或等于40摄氏度时满足样品电芯在进行第二次循环性能测试时不出现放电容量先上升后下降的趋势；第二温度小于或等于60摄氏度，避免温度过高样品电芯寿命和容量会受到破坏。

进一步地，对多个第一样品电芯在第一温度下进行循环性能测试，包括：

在第一温度下，测试第一样品电芯的电池容量由满容量降到满容量的第一设定比例时的循环次数；

对多个第二样品电芯在第二温度下进行循环性能测试，包括：

在第二温度下，测试第二样品电芯的电池容量由满容量降到满容量的第二设定比例时的循环次数。

具体的，电池容量由满容量降到满容量的设定比例后，电池的放电性能会发生较大变化，通过测量样品电芯的电池容量由满容量降到满容量的设定比例时的循环次数可以较好的反应样品电芯的循环性能。其中，第一设定比例和第二设定比例可以相同也可以不同。此外第一样品电芯为多个，第二样品电芯为多个，避免单个电芯出现性能偏差，从而得到精确的第一循环性能公式和第二循环性能公式。

可选的，第一设定比例和第二设定比例均小于或等于80％；

具体的，电池容量衰减至小于或等于80％以后，容量衰减加快，其循环特性与容量大于80％时的循环特性存在较大差异，通过设置第一设定比例和第二设定比例均小于或等于80％保证测得的第一循环性能数据和第二循环性能数据能够较好的反应电芯的放电特性。

进一步地，第一循环性能公式为y＝ax+b (1)

第二循环性能公式为y＝cx+d (2)

第三循环性能公式为y＝cAx+d+B (3)

其中，x表示循环次数，y表示容量保持率，a、b、c、d为拟合常量，A＝a/c，B＝b-d；

示例性地，在室温25℃环境条件下对多个磷酸铁锂锂离子电池进行循环性能测试，记录循环次数、容量数据，直至电芯寿命终止(容量降为满容量的80％),根据循环次数和容量数据，拟合出循环次数和容量保持率的关系，即第一循环性能公式y＝ax+b。在40～60℃的高温环境条件下对多个磷酸铁锂锂离子电池进行循环性能测试，循环100～200次，记录循环次数和容量数据，根据记录数据，拟合出循环次数和容量保持率的关系，即第二循环性能公式为y＝cx+d。

对比两条拟合数据方程，取A＝a/c，B＝b-d，则第一循环性能公式可表示成y＝cAx+d+B，即第三循环性能公式。

进一步地，根据第三循环性能数据和第三循环性能公式确定待测电芯在第一温度下的循环寿命，包括：

根据所述第三循环性能数据确定所述待测电芯的第四循环性能公式y＝c1x+d1，其中，c1和d1为常量；

根据所述第三循环性能公式和所述第四循环性能公式确定所述待测电芯在第一温度下的循环寿命。

具体的，将拟合出待测电芯的第四循环性能公式中c1和d1的数值分别替换到第三循环性能公式y＝cAx+d+B中的c和d即可得到待测电芯在第一温度下的循环寿命。

示例性地，按照拟合数据方程，对于任意同款待测磷酸铁锂锂离子电池，只需在40～60℃的高温环境下测试100～200次循环，拟合出第四循环性能公式y＝c1x+d1，拟合出待测电芯的第四循环性能公式中c1和d1的数值分别带入到第三循环性能公式y＝cAx+d+B中的c和d，得到关系式y＝c1a/cx+d+b-d1，进行化简即可得到常温环境下循环次数和容量保持率的关系，进而预测出某一容量保持率下的循环次数。

进一步地，两次充电和放电之间间隔设定时间；设定时间间隔用于平衡和消除极化。

可选的，设定时间大于或等于10min，可以较好的起到平衡和消除极化的作用，精确的测得循环性能数据。

注意，上述仅为本发明实施例的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (7)

1.一种预测锂离子电池循环寿命的方法，其特征在于，包括：

对多个第一样品电芯在第一温度下进行循环性能测试，获取所述多个第一样品电芯的第一循环性能数据，根据所述第一循环性能数据拟合确定第一循环性能公式；

对多个第二样品电芯在第二温度下进行循环性能测试，获取多个所述第二样品电芯的第二循环性能数据，根据所述第二循环性能数据拟合确定第二循环性能公式；其中，所述第一样品电芯与所述第二样品电芯为同种型号的电芯，所述第二温度高于所述第一温度；

根据所述第一循环性能公式和所述第二循环性能公式确定样品电芯的第三循环性能公式；

对待测电芯在第二温度下进行循环性能测试，获取所述待测电芯的第三循环性能数据，根据所述第三循环性能数据和所述第三循环性能公式确定所述待测电芯在第一温度下的循环寿命；

所述第一循环性能公式为y＝ax+b；

所述第二循环性能公式为y＝cx+d；

所述第三循环性能公式为y＝cAx+d+B；

其中，x表示循环次数，y表示容量保持率，a、b、c、d为拟合常量，A＝a/c，B＝b-d；

根据所述第三循环性能数据和所述第三循环性能公式确定所述待测电芯在第一温度下的循环寿命，包括：

根据所述第三循环性能数据确定所述待测电芯的第四循环性能公式y＝c1x+d1，其中，c1和d1为常量；

根据所述第三循环性能公式和所述第四循环性能公式确定所述待测电芯在第一温度下的循环寿命

其中，所述第一样品电芯和所述第二样品电芯均包括磷酸铁锂锂离子电池，所述第二温度的取值范围为大于或等于40度，且小于或等于60度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述第一温度为室温。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

对多个第一样品电芯在第一温度下进行循环性能测试，包括：

在第一温度下，测试所述第一样品电芯的电池容量由满容量降到满容量的第一设定比例时的循环次数；

对多个第二样品电芯在第二温度下进行循环性能测试，包括：

在第二温度下，测试所述第二样品电芯的电池容量由满容量降到满容量的第二设定比例时的循环次数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：

所述第一设定比例和所述第二设定比例均小于或等于80％。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述循环性能测试包括：

相邻两次充电和放电之间间隔设定时间。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：

所述设定时间大于或等于10min。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述循环性能测试的测试条件包括：充电截止电压为3.65V，充电电流范围为0.2～1C，截止电流为0.05C；放电截止电压为2.5V，放电电流范围为0.2～1C。

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