CN115640706A - 锂电池的可靠性测试方法、设备及计算机可读存储介质 - Google Patents

锂电池的可靠性测试方法、设备及计算机可读存储介质 Download PDF

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CN115640706A CN202211654042.8A CN202211654042A CN115640706A CN 115640706 A CN115640706 A CN 115640706A CN 202211654042 A CN202211654042 A CN 202211654042A CN 115640706 A CN115640706 A CN 115640706A
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Abstract

本发明公开了一种锂电池的可靠性测试方法、设备及计算机可读存储介质，涉及锂电池测试技术领域。本发明提供的锂电池的可靠性测试方法，基于寿命加速试验来测试锂电池的可靠性，可以缩短测试时间和测试成本，并且依据容量保持率与循环圈数之间的模型得到锂电池的可靠度，能够获得更加精准的数据，为锂电池的质保和更换备用件提供有效依据。

Description

锂电池的可靠性测试方法、设备及计算机可读存储介质
技术领域
本发明涉及锂电池测试技术领域，特别是涉及一种锂电池的可靠性测试方法、设备及计算机可读存储介质。
背景技术
锂电池是新能源汽车上的关键零部件，其在使用过程中寿命会发生衰减，因此需要对锂电池的寿命可靠性进行测量，以为锂电池的质保和更换备用件提供依据。在对锂电池进行寿命可靠性测试时，需要同时考虑影响电池寿命衰减的多方面因素，如充放电倍率、充放电截止电压、荷电状态以及环境温度等，实际测试中这一过程需要用到大量的测试样品，使得时间成本和经济成本均较高。
发明内容
为解决上述背景技术提出的问题，本发明提供了一种锂电池的可靠性测试方法、设备及计算机可读存储介质。
本发明提供了如下方案：
第一方面，提供一种锂电池的可靠性测试方法，包括：
依据影响待测锂电池寿命的至少一个影响因子和所述影响因子对应的取值区间确定h组测试工况，所述影响因子包括所述待测锂电池的测试温度上限、充电截止电压和放电倍率；
利用所述h组测试工况对h组待测锂电池进行加速寿命试验并获取循环数据集和存储数据集，所述循环数据集是所述待测锂电池的循环圈数与所述影响因子的数据集，所述存储数据集是所述待测锂电池的放电容量与所述影响因子的数据集；
依据所述循环数据集和所述存储数据集建立在所述测试温度上限影响下所述待测锂电池的容量保持率与循环圈数之间的第一子模型；
依据所述循环数据集和所述存储数据集建立在所述充电截止电压影响下所述待测锂电池的容量保持率与循环圈数之间的第二子模型；
依据所述循环数据集和所述存储数据集建立在所述放电倍率影响下所述待测锂电池的容量保持率与循环圈数之间的第三子模型；
拟合所述第一子模型、所述第二子模型和所述第三子模型得到在所有影响因子影响下所述待测锂电池的容量保持率与循环圈数之间的试验关系模型；
根据所述试验关系模型预测所有所述待测锂电池在对应测试条件下的测试循环寿命；
根据加速系数将所有所述待测锂电池在对应测试条件下的测试循环寿命转换为在同一目标使用条件下的实际循环寿命；
依据所述实际循环寿命的序列确定所述待测锂电池的循环寿命服从的威布尔分布曲线并使用极大似然估计和区间估计得到所述待测锂电池的循环寿命服从的威布尔分布曲线的尺度参数α和形状参数β；
根据所述尺度参数α和形状参数β，确定所述待测锂电池在所述目标使用条件以及指定的实际循环寿命下的可靠度；
其中，所述第一子模型为：
Figure 32223DEST_PATH_IMAGE001
其中，A是衰减系数，Ea是激活能，N是循环圈数，R是理想气体常数，取值为8.314，T是测试温度，
Figure 949363DEST_PATH_IMAGE002
是锂离子电池循环圈数为N时的容量保持率，
Figure 43615DEST_PATH_IMAGE003
是第1圈循环时测试得到的电池放电容量，a是系数，b是斜率；
所述第二子模型为：
Figure 438824DEST_PATH_IMAGE004
其中，
Figure 253196DEST_PATH_IMAGE005
是充电截止电压，c是系数，d是斜率，e是二次线系数；
所述第三子模型为：
Figure 75659DEST_PATH_IMAGE006
其中，
Figure 405009DEST_PATH_IMAGE007
是放电倍率，f和h均是系数，g和i均是斜率。
可选地，所述待测锂电池循环寿命服从的威布尔分布曲线的函数为：
Figure 603909DEST_PATH_IMAGE008
所述待测锂电池的可靠度计算公式为：
Figure 272788DEST_PATH_IMAGE009
其中，N是电池循环圈数，R（t）是可靠度，t是指定的实际循环寿命，α是尺度参数，β是形状参数，α、β的值均大于零。
可选地，所述依据所述实际循环寿命的序列确定所述待测锂电池的循环寿命服从的威布尔分布曲线包括：
将所述实际循环寿命进行排序获得实际循环寿命序列；
根据所述序列统计在达到所述实际循环寿命时锂电池的累计失效数，依据所述累计失效数计算累计失效概率，并依据所述累计失效概率和所述实际循环寿命绘制威布尔分布曲线。
可选地，所述累计失效概率的计算公式为：
Figure 79201DEST_PATH_IMAGE010
其中，
Figure 833530DEST_PATH_IMAGE011
是累计失效概率，
Figure 570542DEST_PATH_IMAGE012
是测试过程中累计的电池样本数量，
Figure 156244DEST_PATH_IMAGE013
是第
Figure 586089DEST_PATH_IMAGE014
个电池失效时所有失效电池的个数，其中
Figure 827714DEST_PATH_IMAGE015
。
可选地，所述试验关系模型为：
Figure 102838DEST_PATH_IMAGE016
其中，N是电池循环圈数，
Figure 57893DEST_PATH_IMAGE017
是锂离子电池容量保持率，
Figure 393059DEST_PATH_IMAGE018
是第1圈循环时测试得到的电池放电容量，
Figure 121981DEST_PATH_IMAGE019
是充电截止电压，
Figure 263112DEST_PATH_IMAGE020
是放电倍率，
Figure 761090DEST_PATH_IMAGE021
为考虑测试温度T和放电倍率的协同作用的计算方法，
Figure 345786DEST_PATH_IMAGE022
为温度的权重，
Figure 296424DEST_PATH_IMAGE023
为放电倍率的权重，j、b、m、k、i、n’、l、p均为系数。
可选地，所述加速系数的计算公式为：
Figure 178930DEST_PATH_IMAGE024
Figure 593731DEST_PATH_IMAGE025
其中，
Figure 536279DEST_PATH_IMAGE026
是加速系数，Ni是测试条件下的循环圈数，Nj是使用条件下的循环圈数，z、s、u和y均是常数。
第二方面，提供一种锂电池的可靠性测试设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，当所述计算机程序被所述处理器执行时，实现所述的锂电池的可靠性测试方法。
第三方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被执行时，实现所述锂电池的可靠性测试方法。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的锂电池的可靠性测试方法，基于寿命加速试验来测试锂电池的可靠性，可以缩短测试时间和测试成本，并且依据容量保持率与循环圈数之间的模型得到锂电池的可靠度，能够获得更加精准的数据，为锂电池的质保和更换备用件提供有效依据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例提供的锂电池的可靠性测试方法的流程框图；
图2是使用本申请一个示例获得的试验关系模型对30℃、4.3V、0.66C条件和45℃、4.3V、1.45C条件下的电池容量寿命进行仿真的仿真图；
图3是本发明一个示例中根据“循环寿命”和“
Figure 974213DEST_PATH_IMAGE027
”绘制的威布尔图；
图4是本发明一个实施例提供的锂电池的可靠性测试设备的架构图。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面对本发明实施例提供的具体实现方案进行详细介绍。
本发明提供一种基于加速寿命试验的锂电池的可靠性测试及预测方法，可以通过相对短周期的寿命测试预测出锂电池的寿命可靠性。
实施例一
针对上述背景技术提出的技术问题，本申请提供了一种锂电池的可靠性测试方法。如图1所示，所述可靠性测试方法一般性地包括：
S10：依据影响待测锂电池寿命的至少一个影响因子和所述影响因子对应的取值区间确定h组测试工况，所述影响因子包括所述待测锂电池的测试温度上限、充电截止电压和放电倍率；
在所述S10之前，所述可靠性测试方法还可以包括：根据待测锂电池的设计规格书获取影响所述待测锂电池的寿命的影响因子及其取值区间。示例性地，根据待测锂电池的设计规格书获取的影响因子至少包括电池测试温度上限
Figure 709345DEST_PATH_IMAGE028
、电池充电截止电压（
Figure 181914DEST_PATH_IMAGE029
）、电池放电倍率(
Figure 295364DEST_PATH_IMAGE030
)等因子及其取值区间，并可以示例性地将待测锂电池的电池容量保持率（
Figure 282911DEST_PATH_IMAGE031
）衰减至80%时的循环圈数作为寿命评价指标。
其中，所述待测锂电池的电池容量保持率的计算公式可以为：
Figure 507219DEST_PATH_IMAGE032
公式（1）中的
Figure 568716DEST_PATH_IMAGE033
是第1圈循环时测试得到的电池放电容量，
Figure 666116DEST_PATH_IMAGE034
是第N圈循环时测试得到的电池放电容量，
Figure 78643DEST_PATH_IMAGE035
是电池容量保持率。
S20：利用所述h组测试工况对h组待测锂电池进行加速寿命试验并获取循环数据集和存储数据集，所述循环数据集是所述待测锂电池的循环圈数与所述影响因子的数据集，所述存储数据集是所述待测锂电池的放电容量与所述影响因子的数据集；
其中，在进行加速寿命试验之前可以先设计试验表，以影响因子为电池测试温度上限
Figure 106642DEST_PATH_IMAGE036
、电池充电截止电压
Figure 288225DEST_PATH_IMAGE037
、电池放电倍率
Figure 477898DEST_PATH_IMAGE038
为例，在一个示例中，试验表如下表1。
表1
Figure 377720DEST_PATH_IMAGE039
上述表1中，
Figure 6148DEST_PATH_IMAGE040
和
Figure 307816DEST_PATH_IMAGE041
为两个温度点，其取值小于T；
Figure 668390DEST_PATH_IMAGE042
和
Figure 367094DEST_PATH_IMAGE043
为两个充电截止电压，其取值可根据电芯的设计确定，其值可大于也可小于
Figure 736895DEST_PATH_IMAGE044
；
Figure 689808DEST_PATH_IMAGE045
和
Figure 486863DEST_PATH_IMAGE046
为两个充电截止电压，其取值可根据电芯的设计确定，其值可大于也可小于
Figure 95698DEST_PATH_IMAGE047
；n为每个条件下电池测试的样本数量，其取值可根据电芯和测试成本进行确定，优选n取值为3。
其中，加速寿命试验可以根据GB/T18287-2000中的电池循环寿命测试方法进行。示例性地，电池循环寿命测试过程中获取循环前300圈循环数据作为循环数据集。
S30：依据所述循环数据集和所述存储数据集建立在所述测试温度上限影响下所述待测锂电池的容量保持率与循环圈数之间的第一子模型；
具体地，获取循环数据集中相同充电截止电压和放电倍率、不同温度条件下的待测锂电池的容量保持率与循环圈数的数据，以每个温度条件中的多个锂电池的第N圈的电池容量保持率的平均值
Figure 82240DEST_PATH_IMAGE048
作为每个温度下待测锂电池第N圈的容量保持率。待测锂电池第N圈的容量保持率的平均值
Figure 92921DEST_PATH_IMAGE049
计算公式如下：
Figure 123194DEST_PATH_IMAGE050
公式（2）中，
Figure 219326DEST_PATH_IMAGE051
为某个温度条件下第i个电池在第N圈时的电池容量保持率。
待测锂离子的电池容量保持率
Figure 930930DEST_PATH_IMAGE052
与测试温度(T)和循环圈数满足如下公式（3）：
Figure 110632DEST_PATH_IMAGE053
公式（3）中，A是衰减系数，Ea是激活能，N是循环圈数，R是理想气体常数，取值为8.314，T是测试温度，
Figure 249490DEST_PATH_IMAGE054
是锂离子电池循环圈数为N时的容量保持率，
Figure 895235DEST_PATH_IMAGE055
是第1圈循环时测试得到的电池放电容量。
将测试得到的
Figure 144950DEST_PATH_IMAGE056
代入上式（2）即可求得待确定的衰减系数（A）、激活能（
Figure 130224DEST_PATH_IMAGE057
）和幂律因子（z）。
而后，将温度
Figure 439983DEST_PATH_IMAGE058
、
Figure 510707DEST_PATH_IMAGE040
、
Figure 377163DEST_PATH_IMAGE059
的电池容量保持率的平均值
Figure 216943DEST_PATH_IMAGE060
分别代入上式（3），即可求得z、
Figure 697603DEST_PATH_IMAGE061
、
Figure 990044DEST_PATH_IMAGE062
，通过拟合T、
Figure 909458DEST_PATH_IMAGE040
、
Figure 603745DEST_PATH_IMAGE059
和z、
Figure 255306DEST_PATH_IMAGE061
、
Figure 612207DEST_PATH_IMAGE062
即可得到幂律因子z随温度的变化关系，如下公式（4）：
Figure 7416DEST_PATH_IMAGE063
其中，a是系数，b是斜率。
由于温度变化不会影响衰减系数（A）、激活能（
Figure 556209DEST_PATH_IMAGE057
），因此，在特定温度条件下衰减系数（A）、激活能（
Figure 706568DEST_PATH_IMAGE057
）为常量。
综合上述公式（3）和公式（4）可以得到所述第一子模型，如下：
Figure 973601DEST_PATH_IMAGE064
其中，A是衰减系数，
Figure 985550DEST_PATH_IMAGE057
是激活能，N是循环圈数，R是理想气体常数，取值为8.314，T是测试温度，
Figure 388850DEST_PATH_IMAGE065
是锂离子电池循环圈数为N时的容量保持率，
Figure 647793DEST_PATH_IMAGE066
是第1圈循环时测试得到的电池放电容量，a是系数，b是斜率。
S40：依据所述循环数据集和所述存储数据集建立在所述充电截止电压影响下所述待测锂电池的容量保持率与循环圈数之间的第二子模型；
具体地，获取循环数据集中相同温度和放电倍率、不同充电截止电压下的待测锂电池的容量保持率与循环圈数的数据。以每个充电截止电压中的多个锂电池的第N圈的电池容量保持率的平均值
Figure 464439DEST_PATH_IMAGE067
作为每个充电截止电压下第N圈的电池容量的保持率。电池容量保持率的平均值
Figure 201451DEST_PATH_IMAGE067
计算公式如上公式（2），区别在于，在这里，公式（2）中的
Figure 724836DEST_PATH_IMAGE068
为某个充电截止电压条件下第i个电池在第N圈时的电池容量保持率。
锂离子电池容量保持率
Figure 154681DEST_PATH_IMAGE067
与充电截止电压
Figure 433522DEST_PATH_IMAGE069
和循环圈数(N)满足如下公式（6）：
Figure 974225DEST_PATH_IMAGE070
公式（6）中，B为衰减系数，z’值为常量（当测试温度相同时）。
将充电截止电压
Figure 617696DEST_PATH_IMAGE071
、
Figure 952862DEST_PATH_IMAGE072
、
Figure 681784DEST_PATH_IMAGE073
的电池容量保持率的平均值
Figure 822915DEST_PATH_IMAGE074
分别代入上式（6），即可求得B、
Figure 320893DEST_PATH_IMAGE075
、
Figure 826960DEST_PATH_IMAGE076
，通过拟合
Figure 43178DEST_PATH_IMAGE077
、
Figure 925683DEST_PATH_IMAGE078
、
Figure 278167DEST_PATH_IMAGE079
和B、
Figure 33765DEST_PATH_IMAGE075
、
Figure 471700DEST_PATH_IMAGE076
即可得到衰减系数(B)随温度的变化关系，也即如下公式（7）：
Figure 892317DEST_PATH_IMAGE080
公式（7）中，c为系数，d为斜率，e为二次项系数。
综合上述公式（6）和公式（7）可得所述第二子模型，如下：
Figure 364886DEST_PATH_IMAGE081
其中，
Figure 212757DEST_PATH_IMAGE082
是充电截止电压，N是循环圈数，
Figure 200304DEST_PATH_IMAGE083
是锂离子电池容量保持率，
Figure 424612DEST_PATH_IMAGE084
是第1圈循环时测试得到的电池放电容量，c是系数，d是斜率，e是二次线系数。
S50：依据所述循环数据集和所述存储数据集建立在所述放电倍率影响下所述待测锂电池的容量保持率与循环圈数之间的第三子模型；
具体地，获取循环数据集中相同温度和充电截止电压、不同放电倍率下的锂电池容量保持率与循环圈数的数据。以每个放电倍率中的多个锂电池的电池容量保持率的平均值
Figure 751688DEST_PATH_IMAGE085
作为每个放电倍率下电池容量的保持率。电池容量保持率的平均值
Figure 36039DEST_PATH_IMAGE086
计算公式如上述公式（2），区别在于，在这里，公式（2）中的
Figure 448566DEST_PATH_IMAGE087
为某个放电倍率条件下第i个电池在第N圈时的电池容量保持率。
锂离子电池在以放电倍率进行循环时，电池容量保持率与循环圈数之间满足逆密律模型，也即：
Figure 522570DEST_PATH_IMAGE088
上述公式（9）中的C为衰减系数。
将放电倍率
Figure 704153DEST_PATH_IMAGE089
、
Figure 159405DEST_PATH_IMAGE090
、
Figure 59228DEST_PATH_IMAGE091
的电池容量保持率的平均值
Figure 625338DEST_PATH_IMAGE092
分别代入上式，即可求得C、
Figure 723744DEST_PATH_IMAGE093
、
Figure 349898DEST_PATH_IMAGE094
以及z、
Figure 737016DEST_PATH_IMAGE095
、
Figure 841239DEST_PATH_IMAGE096
，通过拟合
Figure 997414DEST_PATH_IMAGE089
、
Figure 607518DEST_PATH_IMAGE090
、
Figure 216353DEST_PATH_IMAGE091
和C、
Figure 452163DEST_PATH_IMAGE093
、
Figure 462844DEST_PATH_IMAGE094
以及z、
Figure 430800DEST_PATH_IMAGE095
、
Figure 841446DEST_PATH_IMAGE096
即可得到衰减系数(C)以及幂律因子(z)随放电倍率的变化关系如下公式（10）和公式（11）：
Figure 287471DEST_PATH_IMAGE097
综合上述公式（9）~（11）可得所述第三子模型：
Figure 418238DEST_PATH_IMAGE099
其中，
Figure 619412DEST_PATH_IMAGE100
是放电倍率，f和h均是系数，N是循环圈数，
Figure 202840DEST_PATH_IMAGE101
是锂离子电池容量保持率，
Figure 452556DEST_PATH_IMAGE102
是第1圈循环时测试得到的电池放电容量，g和i均是斜率。
S60：拟合所述第一子模型、所述第二子模型和所述第三子模型得到在所有影响因子影响下所述待测锂电池的容量保持率与循环圈数之间的试验关系模型；
由于锂电池在工作过程中，锂离子电池的循环寿命受到多个因子的共同影响。因此，需要考虑多个因子共同作用下锂离子电池的循环寿命，也即将所有子模型拟合后得到所述试验关系模型。
具体地，在建立充电截止电压因子影响下锂电池容量保持率和循环圈数之间的单因子模型过程中，截止电压在某一固定温度下，其幂律因子保持不变，其衰减系数(B)随着截止电压而变化，但衰减系数(B)中包含了在固定温度下温度带来影响，其充电截止电压条件下的衰减系数(B)计算公式为：
Figure 437830DEST_PATH_IMAGE103
上述公式中，A是在测试温度上限影响下的衰减系数，
Figure 560638DEST_PATH_IMAGE104
是激活能，R是理想气体常数，T是测试温度。
通过上述公式并综合B、
Figure 631362DEST_PATH_IMAGE105
、
Figure 684768DEST_PATH_IMAGE106
即可求得充电截止电压和温度共同作用下的衰减系数(D)的计算公式为：
Figure 524548DEST_PATH_IMAGE107
上述公式（13）中，j为系数，k为一次项系数，l为二次项系数。
另外，放电倍率不同会影响激活能
Figure 67525DEST_PATH_IMAGE108
，在相同测试温度和充电截止电压、不同放电倍率下拟合得到C、
Figure 359966DEST_PATH_IMAGE109
、
Figure 217064DEST_PATH_IMAGE110
并结合上述公式（13）即可获得激活能
Figure 911350DEST_PATH_IMAGE108
与放电倍率的关系如下：
Figure 562912DEST_PATH_IMAGE111
上述公式（14）中，m和n均是常数，通过拟合计算获得。
综合上述公式（13）和公式（14）可得充电截止电压、放电倍率和温度共同作用下的衰减系数(E)的计算公式为：
Figure 919813DEST_PATH_IMAGE112
而由于放电倍率和测试温度共同作用时会影响幂律因子z，因此，幂律因子的z的计算公式为：
Figure 315022DEST_PATH_IMAGE113
上述公式（16）中，q为系数，i为
Figure 863815DEST_PATH_IMAGE114
的斜率，
Figure 951856DEST_PATH_IMAGE115
为考虑测试温度T和放电倍率的协同作用的计算方法，
Figure 218890DEST_PATH_IMAGE116
为温度的权重，
Figure 214528DEST_PATH_IMAGE117
为放电倍率的权重。
然后，根据不同温度、相同截止电压、不同放电倍率的
Figure 883406DEST_PATH_IMAGE118
的测试数据，使用最小二乘法拟合得到q，b，i，p，
Figure 142349DEST_PATH_IMAGE116
和
Figure 631100DEST_PATH_IMAGE117
。
综上所述，所述试验关系模型为：
Figure 633691DEST_PATH_IMAGE119
其中，N是循环圈数，
Figure 970125DEST_PATH_IMAGE120
是锂离子电池容量保持率，
Figure 134390DEST_PATH_IMAGE121
是第1圈循环时测试得到的电池放电容量，
Figure 376016DEST_PATH_IMAGE122
是充电截止电压，
Figure 916718DEST_PATH_IMAGE123
是放电倍率，
Figure 356927DEST_PATH_IMAGE124
为考虑测试温度T和放电倍率的协同作用的计算方法，
Figure 957673DEST_PATH_IMAGE116
为温度的权重，
Figure 421015DEST_PATH_IMAGE117
为放电倍率的权重。
通过该试验关系模型即可预测与测试电池同一体系同一批次的电芯在不同使用条件的循环圈数(N)。
S70：根据所述试验关系模型预测所有所述待测锂电池在对应测试条件下的测试循环寿命；
示例性地，通过所述试验关系模型即可预测所有待测锂电池的循环寿命为
Figure 765409DEST_PATH_IMAGE125
，其中n为一个测试条件下的测试样本数，h为测试条件数。
S80：根据加速系数将所有所述待测锂电池在对应测试条件下的测试循环寿命转换为在同一目标使用条件下的实际循环寿命；
通过加速系数即可将不同测试条件
Figure 263386DEST_PATH_IMAGE126
下电池的循环圈数
Figure 83968DEST_PATH_IMAGE127
换算至需要预估电池可靠度的使用条件下
Figure 300186DEST_PATH_IMAGE128
的电池的循环圈数
Figure 182691DEST_PATH_IMAGE129
。示例性地，加速系数的换算公式如下：
Figure 597492DEST_PATH_IMAGE130
Figure 274461DEST_PATH_IMAGE131
Figure 525445DEST_PATH_IMAGE132
其中，τ为加速系数，Ni是测试条件下的循环圈数，Nj是使用条件下的循环圈数，z、s、u和y均是常数，通过拟合计算得到。
通过上述公式（19）即可将预测得到的电池循环寿命换算至需要预估电池可靠度的使用条件下的电池循环寿命
Figure 211641DEST_PATH_IMAGE133
。
S90：依据所述实际循环寿命的序列确定所述待测锂电池的循环寿命服从的威布尔分布曲线并使用极大似然估计和区间估计得到所述待测锂电池的循环寿命服从的威布尔分布曲线的尺度参数α和形状参数β；
示例性地，所述依据所述实际循环寿命的序列确定所述待测锂电池的循环寿命服从的威布尔分布曲线包括：
将所述实际循环寿命进行排序获得实际循环寿命序列；
根据所述序列统计在达到所述实际循环寿命时锂电池的累计失效数，依据所述累计失效数计算累计失效概率，并依据所述累计失效概率和所述实际循环寿命绘制威布尔分布曲线。
上述步骤可以对所述实际循环寿命进行按照升序进行排序，得到实际循环寿命序列为
Figure 418631DEST_PATH_IMAGE134
，填写如下表2进行统计。
表2
Figure 594398DEST_PATH_IMAGE135
其中，F(S_i)计算方式如下：
Figure 519629DEST_PATH_IMAGE136
公式（22）中，
Figure 55521DEST_PATH_IMAGE137
为测试过程中累计的电池样本数量
Figure 382597DEST_PATH_IMAGE138
为第i个电池失效时所有失效电池的个数，其中
Figure 666948DEST_PATH_IMAGE139
。
示例性地，所述待测锂电池循环寿命服从的威布尔分布曲线的函数为：
Figure 610633DEST_PATH_IMAGE140
其中，N是电池循环圈数，α是尺度参数，β是形状参数，α、β的值均大于零。
S100：根据所述尺度参数α和形状参数β，确定所述待测锂电池在所述目标使用条件以及指定的实际循环寿命下的可靠度。
示例性地，所述待测锂电池的可靠度计算公式为：
Figure 638632DEST_PATH_IMAGE141
其中，
Figure 820215DEST_PATH_IMAGE142
是可靠度，t是指定的实际循环寿命。
实施例二
为了使本领域技术人员更加清楚地理解本申请，本实施例二以一个特定的三元电池为待测电池，对其可靠性进行测试。
第一步，根据规格书确定该三元电池的使用温度上限为(T)为60℃、电池充电截止电压
Figure 354095DEST_PATH_IMAGE143
为4.3V、电池放电倍率
Figure 253918DEST_PATH_IMAGE144
为1C。
第二步，依据第一步中确定的使用温度上限(T)、电池充电截止电压
Figure 882346DEST_PATH_IMAGE143
、电池放电倍率
Figure 918435DEST_PATH_IMAGE144
设计试验表，如下表3。
表 3
Figure 544588DEST_PATH_IMAGE145
第三步，根据GB/T18287-2000中的电池循环寿命和存储寿命测试方法完成该三元电池的加速寿命测试，其中电池循环寿命测试过程中获取循环前300圈循环数据作为循环数据集。
第四步，建立试验关系模型。
第4.1步，建立在测试温度因子影响下锂电池容量保持率和循环圈数之间的第一子模型。
具体地，获取循环数据集中相同充电截止电压（4.3V）和放电倍率（1C）、不同温度条件(60℃、45℃、30℃)下的锂电池容量保持率与循环圈数的数据。以每个温度环境中的多个锂电池的电池容量保持率的平均值
Figure 980642DEST_PATH_IMAGE146
作为每个温度下电池容量的保持率。以30℃条件下的3块电池在200圈时的电池容量保持率为例，计算电池容量保持率的平均值
Figure 350444DEST_PATH_IMAGE147
：
Figure 568935DEST_PATH_IMAGE148
然后，将温度60℃、45℃、30℃的电池容量保持率的平均值
Figure 365990DEST_PATH_IMAGE146
分别代入实施例一中的公式（3），即可求得
Figure 974826DEST_PATH_IMAGE149
，
Figure 430209DEST_PATH_IMAGE150
，同时求得温度60℃、45℃、30℃下幂律因子z分为0.7573、0.6046、0.452。
通过最小二乘法拟合温度60℃、45℃、30℃和幂律因子0.7573、0.6046、0.452即可得到幂律因子z随温度的变化关系为：
Figure 440890DEST_PATH_IMAGE151
综上可以得到第一子模型为：
Figure 408846DEST_PATH_IMAGE153
第4.2步，建立在充电截止电压影响下锂电池容量保持率和循环圈数之间的第二子模型。
具体地，获取循环数据集中相同温度(30℃)和放电倍率(1C)、不同充电截止电压（4.3V、4.2V、4.1V）下的锂电池容量保持率与循环圈数的数据。以每个充电截止电压中的多个锂电池的第N圈的电池容量保持率的平均值(
Figure 832875DEST_PATH_IMAGE154
)作为每个充电截止电压下电池容量的保持率。以4.1V条件下电池容量保持率的平均值(
Figure 544479DEST_PATH_IMAGE154
)为例，其200圈时的电池容量保持率
Figure 986830DEST_PATH_IMAGE147
为：
Figure 125687DEST_PATH_IMAGE155
将充电截止电压4.3V、4.2V、4.1V的电池容量保持率的平均值(
Figure 443536DEST_PATH_IMAGE154
)分别代入实施例一中的公式（6），同时在同一温度条件下，z值为常量，由于建模使用的温度为60℃，z为0.7573，可求得充电截止电压4.3V、4.2V、4.1V对应的衰减系数B分别为
Figure 755569DEST_PATH_IMAGE156
、
Figure 740843DEST_PATH_IMAGE157
、
Figure 129230DEST_PATH_IMAGE158
。
通过最小二乘法拟合充电截止电压4.3V、4.2V、4.1V和衰减系数B为
Figure 934375DEST_PATH_IMAGE156
、
Figure 987781DEST_PATH_IMAGE157
、
Figure 624299DEST_PATH_IMAGE158
得到衰减系数B和充电截止电压之间的关系为：
Figure 104959DEST_PATH_IMAGE159
综上可得，第二子模型为：
Figure 662979DEST_PATH_IMAGE160
第4.3步，建立在放电倍率影响下锂电池容量保持率和循环圈数之间的第三子模型。
具体地，获取循环数据集中相同温度（30℃）、充电截止电压（4.3V）、不同放电倍率下（0.67C、1C、1.45C）的锂电池容量保持率与循环圈数的数据。以每个放电倍率中的多个锂电池的第N圈的电池容量保持率的平均值
Figure 846310DEST_PATH_IMAGE161
作为每个放电倍率下第N圈的电池容量的保持率。以1.45C条件下电池容量保持率为例，其200圈时的电池容量保持率
Figure 806175DEST_PATH_IMAGE162
计算公式如下：
Figure 520054DEST_PATH_IMAGE163
将放电倍率0.67C、1C、1.45C的电池容量保持率的平均值
Figure 847261DEST_PATH_IMAGE161
分别代入实施例一中的公式（9），可求得放电倍率0.67C、1C、1.45C对应的幂律因子z分别为0.601、0.55、0.5，对应的衰减系数C分别为-9.502、-8.768、-7.903。
通过对放电倍率0.67C、1C、1.45C与幂律因子0.601、0.55、0.5和衰减系数-9.502、-8.768、-7.903分别进行最小二乘法拟合得到幂律因子z和衰减系数C与放电倍率
Figure 242470DEST_PATH_IMAGE164
的关系分别为：
Figure 384738DEST_PATH_IMAGE165
综上可得，第三子模型为：
Figure 207201DEST_PATH_IMAGE166
第4.4步，建立试验关系模型。
具体地，在建立第二子模型过程中，截止电压在某一固定温度下，其幂律因子保持不变，其衰减系数(B)随着截止电压而变化，但衰减系数(B)中包含了在固定温度下温度带来影响。通过实施例一中的公式
Figure 474234DEST_PATH_IMAGE167
即可求得充电截止电压和温度共同作用下的衰减系数(D)的计算公式为：
Figure 719140DEST_PATH_IMAGE168
根据不同温度(45℃、60℃)、相同截止电压(4.3V)、不同放电倍率(1C、1.45C)的
Figure 388018DEST_PATH_IMAGE169
的测试数据，使用最小二乘法拟合得到实施例一中的公式（16）对应的：q=0.346，b=0.0101，i=0.1093，p=0.06248，
Figure 381382DEST_PATH_IMAGE170
=0.6292，
Figure 135711DEST_PATH_IMAGE171
=0.3708。
从而可以得到试验关系模型为：
Figure 138303DEST_PATH_IMAGE172
使用上述试验关系模型对30℃、4.3V、0.66C条件和45℃、4.3V、1.45C条件下的电池容量寿命进行仿真，仿真结果如图2所示。通过图2可以看出，仿真结果和测试数据具有较高的拟合度，说明试验关系模型具有较高的准确度，对寿命的预测结果具有一定可信性。
然后，通过该试验关系模型即可预测与测试电池同一体系同一批次的电芯在不同使用条件的循环圈数(N)。以60℃、4.3V、1.45C测试条件下的预测寿命换算至25℃、4.3V、0.33C使用条件下的寿命为例，通过综合模型预测得到60℃、4.3V、1.45C测试条件下的循环圈数为993.56，由于实际使用中循环圈数无小数，所以最终的使用圈数为993圈。
通过实施例一中的公式（19）可求得加速系数τ=1.5393，通过实施例一中的公式（18）即可求得60℃、4.3V、1.45C测试条件下的电池在25℃、4.3V、0.33C使用条件下的寿命为1528.5249圈，由于实际使用中，循环圈数无小数，所以最终的使用圈数为1528圈，如此可以获得所有测试电池在25℃、4.3V、0.33C使用条件下的寿命，将其升序排列后，得到下表4：
表 4
Figure 661688DEST_PATH_IMAGE173
接着，根据“循环寿命”和“
Figure 888270DEST_PATH_IMAGE174
”绘制威布尔图，如图3，通过图3可知，该循环寿命服从威布尔分布。
对表4中的有序的循环寿命序列为
Figure 129895DEST_PATH_IMAGE175
使用极大似然估计，得到锂电池循环寿命服从的威布尔分布的尺度参数α和形状参数β分别为1858.038、4.081，即可得到如下的威布尔分布：
Figure 749227DEST_PATH_IMAGE176
从而可以得到该批次电池的循环寿命可靠度的计算公式为：
Figure 127118DEST_PATH_IMAGE177
以循环至第1500圈为例，该批次电池的可靠度为：
Figure 727864DEST_PATH_IMAGE178
。
实施例三
对应上述方法，本发明还提供了一种锂电池的可靠性测试设备，包括：
处理器和存储器，存储器上存储有可在处理器上运行的计算机程序，当计算机程序被处理器执行时，执行上述任意一个实施例提供的锂电池的可靠性测试方法。
其中，图4示例性的展示出了锂电池的可靠性测试设备，包括计算机系统1500，计算机系统1500具体可以包括处理器1510，视频显示适配器1511，磁盘驱动器1512，输入/输出接口1513，网络接口1514，以及存储器1520。上述处理器1510、视频显示适配器1511、磁盘驱动器1512、输入/输出接口1513、网络接口1514，与存储器1520之间可以通过通信总线1530进行通信连接。
其中，处理器1510可以采用通用的CPU（Central Processing Unit，中央处理器）、微处理器、应用专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）、或者一个或多个集成电路等方式实现，用于执行相关程序，以实现本发明所提供的技术方案。
存储器1520可以采用ROM（Read Only Memory，只读存储器）、RAM（Random AccessMemory，随机存取存储器）、静态存储设备，动态存储设备等形式实现。存储器1520可以存储用于控制电子设备运行的操作系统1521，用于控制电子设备的低级别操作的基本输入输出系统(BIOS)。另外，还可以存储网页浏览器1523，数据存储管理系统1524，以及图标字体处理系统1525等等。上述图标字体处理系统1525就可以是本发明实施例中具体实现前述各步骤操作的应用程序。总之，在通过软件或者固件来实现本发明所提供的技术方案时，相关的程序代码保存在存储器1520中，并由处理器1510来调用执行。
输入/输出接口1513用于连接输入/输出模块，以实现信息输入及输出。输入输出/模块可以作为组件配置在设备中（图中未示出），也可以外接于设备以提供相应功能。其中输入设备可以包括键盘、鼠标、触摸屏、麦克风、各类传感器等，输出设备可以包括显示器、扬声器、振动器、指示灯等。
网络接口1514用于连接通信模块（图中未示出），以实现本设备与其他设备的通信交互。其中通信模块可以通过有线方式（例如USB、网线等）实现通信，也可以通过无线方式（例如移动网络、WIFI、蓝牙等）实现通信。
总线包括一通路，在设备的各个组件（例如处理器1510、视频显示适配器1511、磁盘驱动器1512、输入/输出接口1513、网络接口1514，与存储器1520）之间传输信息。
另外，该电子设备还可以从虚拟资源对象领取条件信息数据库中获得具体领取条件的信息，以用于进行条件判断，等等。
需要说明的是，尽管上述设备仅示出了处理器1510、视频显示适配器1511、磁盘驱动器1512、输入/输出接口1513、网络接口1514，存储器1520，总线等，但是在具体实施过程中，该设备还可以包括实现正常运行所必需的其他组件。此外，本领域的技术人员可以理解的是，上述设备中也可以仅包含实现本发明方案所必需的组件，而不必包含图中所示的全部组件。
实施例四
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质内存储有计算机程序，计算机程序被执行时，实现上述任意一个实施例提供的锂电池的可靠性测试方法。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上对本发明所提供的技术方案，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种锂电池的可靠性测试方法，其特征在于，包括：
依据影响待测锂电池寿命的至少一个影响因子和所述影响因子对应的取值区间确定h组测试工况，所述影响因子包括所述待测锂电池的测试温度上限、充电截止电压和放电倍率；
利用所述h组测试工况对h组待测锂电池进行加速寿命试验并获取循环数据集和存储数据集，所述循环数据集是所述待测锂电池的循环圈数与所述影响因子的数据集，所述存储数据集是所述待测锂电池的放电容量与所述影响因子的数据集；
依据所述循环数据集和所述存储数据集建立在所述测试温度上限影响下所述待测锂电池的容量保持率与循环圈数之间的第一子模型；
依据所述循环数据集和所述存储数据集建立在所述充电截止电压影响下所述待测锂电池的容量保持率与循环圈数之间的第二子模型；
依据所述循环数据集和所述存储数据集建立在所述放电倍率影响下所述待测锂电池的容量保持率与循环圈数之间的第三子模型；
拟合所述第一子模型、所述第二子模型和所述第三子模型得到在所有影响因子影响下所述待测锂电池的容量保持率与循环圈数之间的试验关系模型；
根据所述试验关系模型预测所有所述待测锂电池在对应测试条件下的测试循环寿命；
根据加速系数将所有所述待测锂电池在对应测试条件下的测试循环寿命转换为在同一目标使用条件下的实际循环寿命；
依据所述实际循环寿命的序列确定所述待测锂电池的循环寿命服从的威布尔分布曲线并使用极大似然估计和区间估计得到所述待测锂电池的循环寿命服从的威布尔分布曲线的尺度参数α和形状参数β；
根据所述尺度参数α和形状参数β，确定所述待测锂电池在所述目标使用条件以及指定的实际循环寿命下的可靠度；
其中，所述第一子模型为：
Figure 407380DEST_PATH_IMAGE001
其中，A是衰减系数，Ea是激活能，N是循环圈数，R是理想气体常数，取值为8.314，T是测试温度，
Figure 14948DEST_PATH_IMAGE002
是锂离子电池循环圈数为N时的容量保持率，
Figure 487517DEST_PATH_IMAGE003
是第1圈循环时测试得到的电池放电容量，a是系数，b是斜率；
所述第二子模型为：
Figure 600967DEST_PATH_IMAGE004
其中，
Figure 463881DEST_PATH_IMAGE005
是充电截止电压，N是循环圈数，c是系数，d是斜率，e是二次线系数；
所述第三子模型为：
Figure 688189DEST_PATH_IMAGE006
其中，
Figure 749685DEST_PATH_IMAGE007
是放电倍率，f和h均是系数，g和i均是斜率。
2.根据权利要求1所述的可靠性测试方法，其特征在于，所述待测锂电池循环寿命服从的威布尔分布曲线的函数为：
Figure 220987DEST_PATH_IMAGE008
所述待测锂电池的可靠度计算公式为：
Figure 633514DEST_PATH_IMAGE009
其中，N是电池循环圈数，R（t）是可靠度，t是指定的实际循环寿命，α是尺度参数，β是形状参数，α、β的值均大于零。
3.根据权利要求1所述的可靠性测试方法，其特征在于，所述依据所述实际循环寿命的序列确定所述待测锂电池的循环寿命服从的威布尔分布曲线包括：
将所述实际循环寿命进行排序获得实际循环寿命序列；
根据所述序列统计在达到所述实际循环寿命时锂电池的累计失效数，依据所述累计失效数计算累计失效概率，并依据所述累计失效概率和所述实际循环寿命绘制威布尔分布曲线。
4.根据权利要求3所述的可靠性测试方法，其特征在于，所述累计失效概率的计算公式为：
Figure 661513DEST_PATH_IMAGE010
其中，
Figure 843095DEST_PATH_IMAGE011
是累计失效概率，
Figure 32768DEST_PATH_IMAGE012
是测试过程中累计的电池样本数量，
Figure 870274DEST_PATH_IMAGE013
是第
Figure 436385DEST_PATH_IMAGE014
个电池失效时所有失效电池的个数，其中
Figure 738053DEST_PATH_IMAGE015
。
5.根据权利要求1所述的可靠性测试方法，其特征在于，所述试验关系模型为：
Figure 98627DEST_PATH_IMAGE016
其中，N是循环圈数，
Figure 485746DEST_PATH_IMAGE017
是锂离子电池容量保持率，
Figure 33709DEST_PATH_IMAGE018
是第1圈循环时测试得到的电池放电容量，
Figure 924305DEST_PATH_IMAGE019
是充电截止电压，
Figure 721360DEST_PATH_IMAGE020
是放电倍率，
Figure 330195DEST_PATH_IMAGE021
为考虑测试温度T和放电倍率的协同作用的计算方法，
Figure 503688DEST_PATH_IMAGE022
为温度的权重，
Figure 514369DEST_PATH_IMAGE023
为放电倍率的权重，j、b、m、k、i、n’、l、p为系数。
6.根据权利要求1所述的可靠性测试方法，其特征在于，所述加速系数的计算公式为：
Figure 420008DEST_PATH_IMAGE024
Figure 516140DEST_PATH_IMAGE025
其中，
Figure 227744DEST_PATH_IMAGE026
是加速系数，Ni是测试条件下的循环圈数，Nj是使用条件下的循环圈数，z、s、u和y均是常数。
7.一种锂电池的可靠性测试设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，当所述计算机程序被所述处理器执行时，实现权利要求1～6中任一项所述的锂电池的可靠性测试方法。
8.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被执行时，实现权利要求1～6中任一项所述的锂电池的可靠性测试方法。
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