CN116298981A - 一种电芯寿命快速预测的测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电芯寿命快速预测的测试方法，所述方法包括：采用标准充放电流程对目标电芯进行初次标定，得到目标电芯的第一标定容量A；采用倍率充放电流程对目标电芯进行循环充放电测试；采用标准充放电流程对循环充放电后的电芯进行二次标定，得到目标电芯的第二标定容量AEnd；根据第一标定容量A和第二标定容量AEnd计算电芯的容量保持率P。本发明在倍率充放电流程II中设计了阶梯直充方式，将倍率充放电流程II与标准充放电流程I结合，快速估算电池的容量保持率，可以在保证测试安全性的同时，提高测试效率。

Description

一种电芯寿命快速预测的测试方法
技术领域
本发明属于电池寿命评估技术领域，具体涉及一种电芯寿命快速预测的测试方法。
背景技术
新能源汽车的续航能力和电池寿命是新能源汽车研发的核心命题，新能源汽车上使用的动力电池等电池产品往往在项目初期就需要快速评估电芯循环寿命，以满足客户使用要求。
现有的电芯循环寿命评估方法一般需要建立复杂的数学模型，数学模型的建立需要较多的参数，如果要获取准确的模型参数，往往需要通过一系列电芯测试数据进行拟合。比如公开号为CN110764009A的发明专利公开了一种电动汽车的电池组循环容量的估算方法，其建立了电池组容量衰减数学模型，并在离线状态下，利用多个车辆历史运行状态和对应的电池组容量衰减量、电池组温度、充放电倍率、充放电过程SOC使用区间、日历寿命时间进行数学拟合该数学模型，该过程计算难度较大、周期长，不利于项目前期快速评估。而常规的通过标准充放电测试来测定容量保持率的方式往往需要将电池在一定温度条件下储存一段时间，同样耗费时间较长。
因此，有必要提供一种电芯寿命快速预测的测试方法，以在项目前期快速评估电芯寿命。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种电芯寿命快速预测的测试方法，用于解决现有的电芯寿命估算方式耗费时间过长的问题。
本发明提出一种电芯寿命快速预测的测试方法，所述方法包括：
采用标准充放电流程对目标电芯进行初次标定，得到目标电芯的第一标定容量A；
采用倍率充放电流程对目标电芯进行循环充放电测试；
采用标准充放电流程对循环充放电后的电芯进行二次标定，得到目标电芯的第二标定容量AEnd；
根据第一标定容量A和第二标定容量AEnd计算电芯的容量保持率P，
Figure BDA0004136876550000021
在以上技术方案的基础上，优选的，所述标准充放电流程中，充放电倍率为1C；所述倍率充放电流程中，平均充放电倍率为K，K>1C。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述采用倍率充放电流程对目标电芯进行循环充放电测试具体包括：
定义充放电SOC范围，采用倍率充放电流程对目标电芯进行一轮充放电测试，记录一轮充放电测试所需时间T；
设定目标循环圈数n，采用倍率充放电流程对目标电芯进行循环充放电，循环充放电以时间Tn＝n*T为截止时间。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述倍率充放电流程采用不同倍率的阶梯直充方式进行，平均倍率K为：
K＝Ka×ta+Kb×tb+Kc×tc+…+Kz×tz
其中，Ka,Kb,…,Kz为不同阶梯的充放电倍率，ta,tb,…,tz为不同阶梯的倍率时长，单位为小时。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述阶梯直充方式中，不同阶梯的充放电倍率Ka,Kb,…,Kz和对应的倍率长ta,tb,…,tz是根据目标电芯实际的温升和过流能力测试得到。
本发明相对于现有技术具有以下有益效果：
1)本发明采用标准充放电流程对目标电芯进行初次标定，采用倍率充放电流程对目标电芯进行循环充放电测试然后对循环充放电后的电芯进行二次标定，根据两次标定结果快速计算容量保持率，从而加速测试，不需要复杂的模型仿真即可准确估算电芯寿命，从而快速验证电芯设计是否满足客户要求，实验表明本发明最多可以缩短超过30％的测试时间；
2)采用本发明的测试方法，可以针对某种特定的化学体系设定不同阶梯直充方式进行快速验证，从而选择最准确的倍率充放电流程、实现最佳的温升曲线，避免以恒定倍率持续直充导致温度过高带来安全隐患，在保证安全性的同时，快速估算电芯寿命；对于其余相同的化学体系可直接选择最优的快速验证方案，从而对项目进行快速且准确的摸底。
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，下面将对实施例或现有技术描述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为本发明的电芯寿命快速预测的测试方法流程图；
图2为标准充放电流程I、倍率充放电流程II和以2.5C持续直充的温升曲线对比。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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他实施方式，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提出一种电芯寿命快速预测的测试方法，所述方法包括：
S1、采用标准充放电流程对目标电芯进行初次标定，得到目标电芯的第一标定容量A。
首先定义充放电SOC范围：x％～y％，推荐定位在10％～80％区间，此区间可以避免过充和过放，以及此区间的充放电压降快，能够保证测试效率。
标准充放电流程I的充放电倍率为1C，采用1C的充放电倍率进行充电和放电测试，通过测试柜得到目标电芯的标定容量A以及标定电量E。
S2、采用倍率充放电流程对目标电芯进行循环充放电测试。
同样定义SOC充放电范围在x％～y％之间，采用倍率充放电流程II对目标电芯进行一轮充放电测试，通过测试柜得到目标电芯的电量由x％增长到y％的时间t1以及电量由y％降到x％的时间t2，则一轮充放电测试所需时间T＝t1+t2。
采用倍率充放电流程II对目标电芯进行充放电测试并不是以倍率K持续直充，而实根据电芯实际的温升和过流能力，设计不同倍率的阶梯直充方式，保证平均充放电倍率为K，K>1C。因为电芯极柱处升温与散热是一个复杂的模型，往往不能达到平衡，而不同化学体系的温升、不同结构件的温升各不相同，若以恒定倍率持续直充容易导致温度过高，带来安全隐患，所以本发明设计了阶梯直充，以实现最佳的温升曲线。
本发明的倍率充放电流程的阶梯直充方式的平均倍率K为：
K＝Ka×ta+Kb×tb+Kc×tc+…+Kz×tz
其中，Ka,Kb,…,Kz为不同阶梯的充放电倍率，ta,tb,…,tz为不同阶梯的倍率时长，单位为小时。
不同阶梯的充放电倍率Ka,Kb,…,Kz和对应的倍率时长ta,tb,…,tz是根据目标电芯实际的温升和过流能力测试得到。具体的，可以在结构件打样后，设计不同的倍率充放电流程II进行充放电测试，在测试过程中持续监测化学体系的温升和结构件温升，在保证电池安全和测试效率的前提下，验证出来的一个最佳阶梯直充方案。表1和表2为两个以平均倍率K＝2.5C的阶梯充电流程示例。
表1 K＝2.5C充电流程示例1
Figure BDA0004136876550000051
表2 K＝2.5C充电流程示例2
Figure BDA0004136876550000052
Figure BDA0004136876550000061
对测试柜进行编程，并设定目标循环圈数n，循环充放电以时间Tn＝n*T为截止时间，在该时间内采用倍率充放电流程II对目标电芯进行循环充放电。
S3、采用标准充放电流程对循环充放电后的电芯进行二次标定，得到目标电芯的第二标定容量AEnd。
采用步骤S1的标准充放电流程对步骤S2循环充放电后的电芯进行二次标定，通过测试柜得到目标电芯的第二标定容量AEnd。
S4、根据第一标定容量A和第二标定容量AEnd计算电芯的容量保持率P。
目标循环圈数为n时的容量保持率为：
Figure BDA0004136876550000062
采用本发明的测试方法进行充放电测试，并与标准充放电流程进行比较，结果如下：
表3不同测试流程的测试结果对比
Figure BDA0004136876550000063
Figure BDA0004136876550000071
表3中，倍率充放电流程中的充放电倍率为本发明阶梯直充策略的平均充放电倍率K，可以看到采用倍率充放电流程对于500圈的循环模拟结果，容量保持率的误差最大不超过1.4％，且评估时间最多的时候节省了25天。
图2为标准充放电流程I、倍率充放电流程II(阶梯充)和以2.5C持续直充的温升曲线对比，比较可知，以2.5C持续直充的温度升高明显，若持续下去可能因为温度过高带来安全隐患，而本发明设计的倍率充放电流程II的温升与标准充放电流程I的温升差别不大。再结合表1可知，相较于完全使用标准充放电流程I的测试方式，采用本发明的倍率充放电流程II的测试方式可以大大缩短测试所耗时间，因此本发明的测试方式可以在保证测试安全性的同时，提高测试效率。
由于不同电芯的结构、化学体系可能不同，采用本发明的测试方法，一方面可以针对某种特定的化学体系设定不同阶梯直充方式进行快速验证，从而选择最准确的倍率充放电流程、实现最佳的温升曲线，避免恒定倍率持续直充导致温度过高带来安全隐患；另一方面，基于快速验证得到的阶梯直充方式，将倍率充放电流程II与标准充放电流程I结合，即可快速估算电池的容量保持率。对于其余相同的化学体系可直接选择最优的快速验证方案，从而在项目初期即可对电池寿命进行快速且准确的估算，判断是否满足客户需求。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电芯寿命快速预测的测试方法，其特征在于，所述方法包括：
采用标准充放电流程对目标电芯进行初次标定，得到目标电芯的第一标定容量A；
采用倍率充放电流程对目标电芯进行循环充放电测试；
采用标准充放电流程对循环充放电后的电芯进行二次标定，得到目标电芯的第二标定容量AEnd；
根据第一标定容量A和第二标定容量AEnd计算电芯的容量保持率P，
Figure FDA0004136876520000011
2.根据权利要求1所述的电芯寿命快速预测的测试方法，其特征在于，所述标准充放电流程中，充放电倍率为1C；所述倍率充放电流程中，平均充放电倍率为K，K>1C。
3.根据权利要求2所述的电芯寿命快速预测的测试方法，其特征在于，所述采用倍率充放电流程对目标电芯进行循环充放电测试具体包括：
定义充放电SOC范围，采用倍率充放电流程对目标电芯进行一轮充放电测试，记录一轮充放电测试所需时间T；
设定目标循环圈数n，采用倍率充放电流程对目标电芯进行循环充放电，循环充放电以时间Tn＝n*T为截止时间。
4.根据权利要求2所述的电芯寿命快速预测的测试方法，其特征在于，所述倍率充放电流程采用不同倍率的阶梯直充方式进行，平均倍率K为：
K＝Ka×ta+Kb×tb+Kc×tc+…+Kz×tz其中，Ka,Kb,…,Kz为不同阶梯的充放电倍率，ta,tb,…,tz为不同阶梯的倍率时长，单位为小时。
5.根据权利要求4所述的电芯寿命快速预测的测试方法，其特征在于，所述阶梯直充方式中，不同阶梯的充放电倍率Ka,Kb,…,Kz和对应的倍率时长ta,tb,…,tz是根据目标电芯实际的温升和过流能力测试得到。
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