CN113820614B - 锂离子电池循环寿命的预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电池寿命预测领域，公开了一种锂离子电池循环寿命的预测方法，包括以下步骤：建立循环寿命预测模型，将待评测电池进行循环寿命测试，循环n次，测试过程中统计循环周数和每周对应的放电容量，选取循环寿命测试中第m次到第n次的放电容量数据进行拟合分析，求出模型参数值，得到循环寿命预测模型；根据电池规定的循环寿命终止条件，以对待评测电池的循环寿命进行预测。本发明预测模型较为简单且可靠，不需要依靠高端检测设备和复杂理论计算，仅仅通过短期的循环寿命数据结合软件进行拟合，即可求出模型参数值，进而预测循环寿命，缩短了寿命测评周期，节省了时间成本，避免了对测试资源的浪费。
Description
技术领域
本发明涉及电池寿命预测领域，尤其涉及一种锂离子电池循环寿命的预测方法。
背景技术
现有的锂离子电池寿命预测的方法主要分为两大类：一种是基于模型驱动的锂离子电池寿命预测法，另一种是基于数据驱动的锂离子电池寿命预测方法。基于模型驱动的锂离子电池寿命预测可分为经验退化模型和退化机理模型两种。退化机理模型能够深层次地精确描述不同电池的内部衰退过程，但在复杂的外部环境下，这些模型很难体现出电池的动态衰退过程。与电池退化机理模型对比，锂离子电池的经验退化模型更容易得到，避免了复杂内部化学反应的限制，更容易被广泛应用，但它对复杂的环境条件适应性较差，很难具有普遍适用性。
发明名称为一种锂离子电池的循环寿命预测方法，专利号为201611138130.7的发明专利申请，包括建立容量衰减模型：确定实验条件，进行实验，初步确定各模型参数的值，微调各模型参数的值，确定各模型参数的值，预测循环寿命，其可根据衰减模型预测同类电池在某循环温度及充放电倍率下的循环寿命，但容量衰减模型相对较复杂，且实验时需要记录到在实验电池到截止寿命后终止实验(如初始容量或额定容量的80％、70％、60％等)，寿命测评周期长，如果寿命在数千次，则需要记录数千条记录，经济成本和时间成本均较高。
发明内容
本发明针对现有技术中模型复杂、寿命评测周期长的缺点，提供了一种锂离子电池循环寿命的预测方法，寿命评测周期相对较短，且模型较为简单。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
锂离子电池循环寿命的预测方法，包括以下步骤：
S1.建立循环寿命预测模型：
其中：a、b、c为待求解的模型参数，Q为电池规定的循环寿命终止时的放电容量，Qm为第m次的放电容量，m为正整数，t为循环周数，tm为第m循环周数；
S2.将待评测电池进行循环寿命测试，循环n次，测试过程中统计循环周数和每周对应的放电容量，选取循环寿命测试中第m次到第n次的放电容量数据进行拟合分析，求出模型参数a、b、c的值，得到循环寿命预测模型；
S3.根据电池规定的循环寿命终止条件，将电池寿命终止时的放电容量代入模型中Q，得出循环周数t值，以对待评测电池的循环寿命进行预测。
进一步地，步骤S2.中的待评测电池的循环寿命测试步骤具体如下：
S21.将待评测电池静置10-300min；
S22.恒流恒压充电：将待评测电池恒流充电至充电限制电压3.65V后转恒压充电，直至充电电流小于或等于0.05C；
S23.静置：将充满电的待评测电池静置10-300min；
S24.恒流放电：将静置结束的待评测电池恒流放电至终止电压2.5V；
S25.静置：将放空电的待评测电池静置10-300min；
S26.对待评测电池进行步骤S22.-S25.的充放电循环，循环n次终止。
进一步地，其中n＞m，n为正整数。
进一步地，n＞200。
进一步地，步骤S2.中待评测电池循环寿命测试时环境温度在-10℃～60℃之间。
进一步地，步骤S22.中，充电倍率选取1C或2C或3C。
进一步地，步骤S24.中，放电倍率选取1C或2C或3C。
本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：
循环寿命预测模型较为简单且可靠，不需要依靠高端检测设备和复杂理论计算，仅仅通过短期的循环寿命数据(通常是几百条数据)结合minitab软件进行拟合，即可利用短期的循环寿命数据得出长寿命锂离子电池循环寿命预测模型的参数，代入Q的值后，即可求出t，预测出循环寿命，可大大缩短寿命测评周期，节省了锂离子电池寿命评测的时间成本，避免了对测试资源的浪费，降低测试成本：具体为将待评测电池在一定的测试条件下进行短期循环测试，选取部分循环测试数据，利用minitab软件进行拟合，所得出的锂离子电池循环寿命预测模型基于实测数据，温度和充放电倍率在实测数据中会体现出来，得到的结果已包含了温度和倍率的影响因素，其结果可靠，且大幅度缩减循环寿命测试周期，简单高效。因循环寿命预测模型参数的获得是基于实际的循环测试数据进行拟合，与纯理论寿命模型和经验寿命模型相比，预测准确度高，且简单易行，具有更强的普遍适用性。
附图说明
图1为本发明实施例1用minitab软件按照循环寿命预测模型进行拟合的情况；
图2为本发明实施例1实际循环寿命曲线图；
图3为本发明实施例2用minitab软件按照循环寿命预测模型进行拟合的情况；
图4为本发明实施例2实际循环寿命曲线图；
图5为本发明实施例3用minitab软件按照循环寿命预测模型进行拟合的情况；
图6为本发明实施例3实际循环寿命曲线图；
图7为本发明实施例4用minitab软件按照循环寿命预测模型进行拟合的情况；
图8为本发明实施例4实际循环寿命曲线图。
具体实施方式
以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，借此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
本发明提供一种锂离子电池循环寿命的预测方法，包括以下步骤：
S1.建立循环寿命预测模型：
其中：a、b、c为待求解的模型参数，Q为电池规定的循环寿命终止时的放电容量，Qm为第m次的放电容量，m为正整数，t为循环周数，tm为第m循环周数；
S2.在-10℃～60℃的环境下，将待评测电池按照如下的测试步骤进行循环寿命测试：
S21.将待评测电池静置10-300min；
S22.恒流恒压充电：将待评测电池恒流充电至充电限制电压3.65V后转恒压充电，直至充电电流小于或等于0.05C；
S23.静置：将充满电的待评测电池静置10-300min；
S24.恒流放电：将静置结束的待评测电池恒流放电至终止电压2.5V；
S25.静置：将放空电的待评测电池静置10-300min；
S26.对待评测电池进行步骤S22.-S25.的充放电循环，循环n次终止，其中n＞m，且1000＞n＞200，n为正整数。
步骤S22.中，充电倍率选取1C或2C或3C，步骤S24.中，放电倍率选取1C或2C或3C。
测试过程中统计循环过程中的循环周数和每周对应的放电容量，选取循环寿命测试中第m次到第n次的放电容量数据用minitab软件进行拟合分析，求出模型参数a、b、c的值，得到循环寿命预测模型；
S3.根据电池规定的循环寿命终止条件，定义电池寿命终止时的放电容量为80％额定容量，将其代入模型中Q，得出循环周数t值，以对待评测电池的循环寿命进行预测。
待评测电池为磷酸铁锂锂离子电池。
初期的测试循环较为不稳定，后期容量(一般是指超过六七百次以后)衰减相对稳定，因此可通过短期循环测试得到的模型预测出锂离子电池的循环寿命。因是基于循环初期的数据进行预测，更具有针对性，循环寿命预测模型会更为简单。
实施例1
锂离子电池循环寿命的预测方法，待评测电池为磷酸铁锂锂离子电池，包括以下步骤：
S1.建立循环寿命预测模型：
其中：a、b、c为待求解的模型参数，Q为电池规定的循环寿命终止时的放电容量，Qm为第m次的放电容量，m为正整数，t为循环周数；
S2.在环境温度为25℃±2℃下，选取待评测40Ah电池一只按照如下的测试步骤进行循环寿命测试：
S21.将待评测电池静置30min；
S22.恒流恒压充电：将待评测电池以1C充电倍率恒流充电至充电限制电压3.65V后转恒压充电，直至充电电流小于或等于0.05C；
S23.静置：将充满电的待评测电池静置30min；
S24.恒流放电：将静置结束的待评测电池以1C放电倍率恒流放电至终止电压2.5V；
S25.静置：将放空电的待评测电池静置30min；
S26.对待评测电池进行步骤S22.-S25.的充放电循环，循环500次终止。
测试过程中统计循环过程中的循环周数和每周对应的放电容量，选取循环寿命测试中第200次到第500次的放电容量数据用minitab软件进行拟合分析，如图1所示，其中Q200＝39.76，拟合后得到a＝0.2，b＝-50204，c＝-0.69，得到循环寿命预测模型：
S3.根据电池规定的循环寿命终止条件，Q＝40*80％＝32，代入循环寿命预测模型，取整得到所预测的循环周数t为1134周；之后持续充放电循环，获得待评测电池的实际循环寿命为1064周，与上述预测值接近，具体循环寿命曲线详见图2所示。
实施例2
锂离子电池循环寿命的预测方法，待评测电池为磷酸铁锂锂离子电池，包括以下步骤：
S1.建立循环寿命预测模型：
其中：a、b、c为待求解的模型参数，Q为电池寿命终止时的放电容量，Qm为第m次的放电容量，m为正整数，t为循环周数；
S2.在环境温度为30℃±2℃下，选取待评测30Ah电池一只按照如下的测试步骤进行循环寿命测试：
S21.将待评测电池静置4h；
S22.恒流恒压充电：将待评测电池以1C充电倍率恒流充电至充电限制电压3.65V后转恒压充电，直至充电电流小于或等于0.05C；
S23.静置：将充满电的待评测电池静置45min；
S24.恒流放电：将静置结束的待评测电池以1C放电倍率恒流放电至终止电压2.5V；
S25.静置：将放空电的待评测电池静置45min；
S26.对待评测电池进行步骤S22.-S25.的充放电循环，循环400次终止。
测试过程中统计循环过程中的循环周数和每周对应的放电容量，选取循环寿命测试中第100次到第400次的放电容量数据用minitab软件进行拟合分析，如图3所示，其中Q100＝30.77，拟合后得到a＝0.19，b＝-55694，c＝-0.7，得到循环寿命预测模型：
S3.根据电池规定的循环寿命终止条件，Q＝30*80％＝24，代入循环寿命预测模型，取整得到所预测的循环周数t为2726周；之后持续充放电循环，获得待评测电池的实际循环寿命为2711周，与上述预测值接近，具体循环寿命曲线详见图4所示。
实施例3
锂离子电池循环寿命的预测方法，待评测电池为磷酸铁锂锂离子电池，包括以下步骤：
S1.建立循环寿命预测模型：
其中：a、b、c为待求解的模型参数，Q为电池寿命终止时的放电容量，Qm为第m次的放电容量，m为正整数，t为循环周数；
S2.在环境温度为35℃±2℃下，选取待评测33Ah电池一只按照如下的测试步骤进行循环寿命测试：
S21.将待评测电池静置5h；
S22.恒流恒压充电：将待评测电池以1C充电倍率恒流充电至充电限制电压3.65V后转恒压充电，直至充电电流小于或等于0.05C；
S23.静置：将充满电的待评测电池静置30min；
S24.恒流放电：将静置结束的待评测电池以1C放电倍率恒流放电至终止电压2.5V；
S25.静置：将放空电的待评测电池静置30min；
S26.对待评测电池进行步骤S22.-S25.的充放电循环，循环250次终止。
测试过程中统计循环过程中的循环周数和每周对应的放电容量，选取循环寿命测试中第50次到第250次的放电容量数据用minitab软件进行拟合分析，如图5所示，其中Q50＝32.21，拟合后得到a＝0.14，b＝-55375，c＝-0.28，得到循环寿命预测模型：
S3.根据电池规定的循环寿命终止条件，Q＝33*80％＝26.4，代入循环寿命预测模型，取整得到所预测的循环周数t为593周；之后持续充放电循环，获得待评测电池的实际循环寿命为596周，与上述预测值接近，具体循环寿命曲线详见图6所示。
实施例4
锂离子电池循环寿命的预测方法，待评测电池为磷酸铁锂锂离子电池，包括以下步骤：
S1.建立循环寿命预测模型：
其中：a、b、c为待求解的模型参数，Q为电池寿命终止时的放电容量，Qm为第m次的放电容量，m为正整数，t为循环周数；
S2.在环境温度为20℃±2℃下，选取待评测30Ah电池一只按照如下的测试步骤进行循环寿命测试：
S21.将待评测电池静置30min；
S22.恒流恒压充电：将待评测电池以2C充电倍率恒流充电至充电限制电压3.65V后转恒压充电，直至充电电流小于或等于0.05C；
S23.静置：将充满电的待评测电池静置30min；
S24.恒流放电：将静置结束的待评测电池以3C放电倍率恒流放电至终止电压2.5V；
S25.静置：将放空电的待评测电池静置30min；
S26.对待评测电池进行步骤S22.-S25.的充放电循环，循环400次终止。
测试过程中统计循环过程中的循环周数和每周对应的放电容量，选取循环寿命测试中第100次到第400次的放电容量数据用minitab软件进行拟合分析，如图7所示，其中Q100＝29.62，拟合后得到a＝0.12，b＝-121712，c＝-0.49，得到循环寿命预测模型：
S3.根据电池规定的循环寿命终止条件，Q＝30*80％＝24，代入循环寿命预测模型，取整得到所预测的循环周数t为1871周；之后持续充放电循环，获得待评测电池的实际循环寿命为1787周，与上述预测值接近，具体循环寿命曲线详见图8所示。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (6)
1.锂离子电池循环寿命的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.建立循环寿命预测模型：
其中：a、b、c为待求解的模型参数，Q为电池寿命终止时的放电容量，Qm为第m次的放电容量，m为正整数，t为循环周数，tm为第m循环周数；
S2.将待评测电池进行循环寿命测试，循环n次，测试过程中统计循环周数和每周对应的放电容量，选取循环寿命测试中第m次到第n次的放电容量数据进行拟合分析，求出模型参数a、b、c的值，得到循环寿命预测模型；
S3.根据电池规定的循环寿命终止条件，将电池寿命终止时的放电容量代入模型中Q，得出循环周数t值，以对待评测电池的循环寿命进行预测。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池循环寿命的预测方法，其特征在于，步骤S2.中的待评测电池的循环寿命测试步骤具体如下：
S21.将待评测电池静置10-300min；
S22.恒流恒压充电：将待评测电池恒流充电至充电限制电压3.65V后转恒压充电，直至充电电流小于或等于0.05C；
S23.静置：将充满电的待评测电池静置10-30min；
S24.恒流放电：将静置结束的待评测电池恒流放电至终止电压2.5V；
S25.静置：将放空电的待评测电池静置10-30min；
S26.对待评测电池进行步骤S22.-S25.的充放电循环，循环n次终止。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池循环寿命的预测方法，其特征在于，其中n＞m，n为正整数。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池循环寿命的预测方法，其特征在于，n＞200。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池循环寿命的预测方法，其特征在于，步骤S2.中待评测电池循环寿命测试时环境温度在-10℃～60℃之间。
6.根据权利要求2所述的锂离子电池循环寿命的预测方法，其特征在于，步骤S22.中，充电倍率选取1C或2C或3C，步骤S24.中，放电倍率选取1C或2C或3C。
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