一種鋰離子電池滿(mǎn)電荷存儲(chǔ)壽命評(píng)價(jià)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋰離子電池的存儲(chǔ)壽命評(píng)估技術(shù)，具體涉及一種利用高溫加速的鋰離 子電池滿(mǎn)電荷存儲(chǔ)壽命評(píng)價(jià)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，鋰離子電池作為新一代能源系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng) 用。鋰離子電池作為動(dòng)力電源，相比傳統(tǒng)油類(lèi)動(dòng)力電源具有高安全性，無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，使得 鋰電池極具車(chē)用電源應(yīng)用前景，目前國(guó)內(nèi)外已成功生產(chǎn)基于鋰電池的純電動(dòng)汽車(chē)并已廣泛 銷(xiāo)售。
[0003] 然而，鋰離子電池的壽命是限制其廣泛應(yīng)用的最大制約因素之一。通常，電池的壽 命終點(diǎn)定義為其初始容量的80%。按國(guó)外提出鋰離子電池作為電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力電源要求， 其使用壽命目標(biāo)為使用15年，電池循環(huán)45000次以上后其容量仍保持在80%以上，并提出 在1~2年內(nèi)通過(guò)測(cè)試檢測(cè)分析出電池的壽命，目前動(dòng)力電池仍難以達(dá)到這一壽命水平。
[0004] 通過(guò)高溫加速的方法快速評(píng)價(jià)電池的壽命，對(duì)推動(dòng)長(zhǎng)壽命電池的研究具有極其關(guān) 鍵的作用。針對(duì)電池在不同荷電狀態(tài)下存儲(chǔ)要求，目前國(guó)內(nèi)外常用的電池存儲(chǔ)壽命加速老 化評(píng)價(jià)方法一般為經(jīng)驗(yàn)法。經(jīng)驗(yàn)法則建立在經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出在滿(mǎn)足一定條件的基礎(chǔ)上， 電池的存儲(chǔ)溫度升高l〇°C，電池的容量衰減速率增加約一倍，這種方法可以簡(jiǎn)單的估計(jì)鋰 離子電池滿(mǎn)電荷存儲(chǔ)壽命，但是數(shù)據(jù)的可信度不高，存在精確度不高、評(píng)價(jià)時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)。 因此，如何精確地估計(jì)鋰離子電池滿(mǎn)電荷存儲(chǔ)壽命，已經(jīng)成為鋰離子電池被廣泛推廣應(yīng)用 時(shí)所急需解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述問(wèn)題，提供一種壽命評(píng)價(jià)原理 充分、高數(shù)據(jù)可信度和高精度、簡(jiǎn)單易行、易于實(shí)現(xiàn)、評(píng)價(jià)時(shí)間短、應(yīng)用范圍廣，能夠?qū)︿囯x 子電池的存儲(chǔ)壽命的改善提供可靠的技術(shù)支撐的鋰離子電池滿(mǎn)電荷存儲(chǔ)壽命評(píng)價(jià)方法。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0007] -種鋰離子電池滿(mǎn)電荷存儲(chǔ)壽命評(píng)價(jià)方法，步驟包括：
[0008] 1)根據(jù)待評(píng)價(jià)鋰離子電池的存儲(chǔ)最低溫度和電解液分解溫度確定存儲(chǔ)溫度范圍， 在存儲(chǔ)溫度范圍內(nèi)根據(jù)預(yù)設(shè)的溫度間隔選取多個(gè)存儲(chǔ)溫度值T，將評(píng)價(jià)鋰離子電池滿(mǎn)電荷 狀態(tài)的電池樣品在多個(gè)存儲(chǔ)溫度值T下存儲(chǔ)指定的取樣時(shí)間t，每一個(gè)存儲(chǔ)溫度值T下的每 一種取樣時(shí)間t作為一個(gè)取樣點(diǎn)，每一個(gè)取樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)至少一個(gè)電池樣品，獲取每一個(gè)取樣 點(diǎn)下電池樣品的容量損失率Q生成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；
[0009] 2)建立式（1)所示容量衰減老化模型，在所述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上考慮實(shí)驗(yàn)誤差， 并利用式（1)所示容量衰減老化模型確定模型參數(shù)P的值；在確定模型參數(shù)P的值的基 礎(chǔ)上，利用origin軟件的非線性曲線功能對(duì)式（1)所示容量衰減老化模型進(jìn)行擬合，得到 每一個(gè)存儲(chǔ)溫度值T下的模擬曲線和模型參數(shù)a的值； CN 105116337 A 兄明十ι 2/10 頁(yè)
[0011] 式（I)中，Q表示電池樣品的容量損失率，T表示存儲(chǔ)溫度值，t表示取樣時(shí)間，a、 P、A、B均為待求解的模型參數(shù)；
[0012] 3)基于每一個(gè)存儲(chǔ)溫度值T下的模型參數(shù)a是否滿(mǎn)足阿倫尼烏斯公式來(lái)判斷存儲(chǔ) 溫度范圍的選擇合理性，如果合理則確定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中容量損失率Q、存儲(chǔ)溫度值T、取樣時(shí) 間t的誤差范圍并跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟4);如果不合理，則從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)舍去最高的一個(gè)存儲(chǔ)溫度 值T的取樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟2);
[0013] 4)將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中容量損失率Q、存儲(chǔ)溫度值T、取樣時(shí)間t以及模型參數(shù)P的值 代入式（2)所示方程式得到模型參數(shù)A、B的值，并利用Monte Carlo方法基于所述實(shí)驗(yàn)數(shù) 據(jù)中容量損失率Q、存儲(chǔ)溫度值T、取樣時(shí)間t的誤差范圍得出η組模型參數(shù)A、B的值，對(duì)η 組模型參數(shù)A、B的值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得出模型參數(shù)A、B的均值和標(biāo)準(zhǔn)差；
[0014] X = (RtR) 1RtQ (2)
[0015] 式⑵中，Rg示矩陣R的轉(zhuǎn)置矩陣，矩陣Q的表達(dá)式如式⑶所示，矩陣R的表 達(dá)式如式（4)所示，矩陣X的表達(dá)式如式（5)所示；
[0017] 式（3)中，Q11表示第一個(gè)存儲(chǔ)溫度值T η下第一個(gè)取樣時(shí)間t η對(duì)應(yīng)的容量損失 率，Qnn表示第m個(gè)存儲(chǔ)溫度值T ""下第η個(gè)取樣時(shí)間t ""對(duì)應(yīng)的容量損失率；
[0019] 式（4)中，T11表示第一個(gè)存儲(chǔ)溫度值，Tnin表示第m個(gè)存儲(chǔ)溫度值，t η表示第一個(gè) 存儲(chǔ)溫度值T11下的第一個(gè)取樣時(shí)間t n，tm表示第m個(gè)存儲(chǔ)溫度值T m下的第η個(gè)取樣時(shí) 間；
[0021] 式（5)中，X表示式⑵中的矩陣，P、A、B均為待求解的模型參數(shù)；
[0022] 5)將模型參數(shù)P的值以及模型參數(shù)Α、Β的均值代入式⑴所示容量衰減老化模 型，并利用origin曲線擬合進(jìn)行曲線擬合，判斷擬合得到曲線的可決系數(shù)R2是否大于預(yù)設(shè) 的閾值，如果大于預(yù)設(shè)的閾值則判定擬合優(yōu)度滿(mǎn)足要求，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟6);否則判定擬合 優(yōu)度不滿(mǎn)足要求，調(diào)整容量損失率Q、存儲(chǔ)溫度值T、取樣時(shí)間t的誤差范圍，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟 4)；
[0023] 6)根據(jù)所述模型參數(shù)A、B的均值及標(biāo)準(zhǔn)差確定模型參數(shù)A、B的取值區(qū)間，在所述 取值區(qū)間內(nèi)，將模型參數(shù)A、B的取值根據(jù)已知的標(biāo)準(zhǔn)差求解在預(yù)設(shè)的置信度下均值的置信 區(qū)間方式進(jìn)行隨機(jī)取值，得到多組模型參數(shù)A、B的取值；通過(guò)Monte Carlo的方法將模型參 數(shù)P的值以及所述多組模型參數(shù)A、B的取值代入式（1)所示容量衰減老化模型對(duì)待評(píng)價(jià) 鋰離子電池在常溫下的壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到待評(píng)價(jià)鋰離子電池的壽命分布圖。
[0024] 優(yōu)選地，所述步驟1)后還包括修訂取樣時(shí)間t的步驟，具體步驟包括：判斷實(shí)驗(yàn)數(shù) 據(jù)中各個(gè)存儲(chǔ)溫度值T下電池樣品的容量損失率Q是否超過(guò)預(yù)設(shè)的損失率閾值，如果某一 個(gè)存儲(chǔ)溫度值T下電池樣品的容量損失率Q超過(guò)損失率閾值，則將該存儲(chǔ)溫度值T下的取 樣時(shí)間t進(jìn)行修訂得到新的取樣點(diǎn)，并基于新的取樣點(diǎn)放置存儲(chǔ)滿(mǎn)電荷狀態(tài)的電池樣品， 獲取新的取樣點(diǎn)下電池樣品的容量損失率Q ;
[0025] 優(yōu)選地，所述步驟1)中容量損失率Q的計(jì)算表達(dá)式如式（6)所示；
[0026] Q = l-Q/Qo (6)
[0027] 式（6)中，Q為某一個(gè)取樣點(diǎn)下電池樣品的容量損失率，Q。表示滿(mǎn)電荷電池樣品的 容量，Q1表示電池樣品在取樣點(diǎn)時(shí)的容量。
[0028] 優(yōu)選地，所述步驟1)中每一個(gè)取樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)三個(gè)電池樣品，且生成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后還包 括數(shù)據(jù)剔除和補(bǔ)測(cè)的步驟，詳細(xì)步驟包括：針對(duì)每一個(gè)取樣點(diǎn)的三個(gè)電池樣品的三個(gè)容量 損失率Q，首先獲取其中的最大值、最小值和中間值，然后將中間值分別和最大值、最小值進(jìn) 行比較，若中間值與最高值的誤差、中間值與和最小值的誤差都在預(yù)設(shè)閾值內(nèi)，則將該取樣 點(diǎn)的容量損失率Q取值為最大值、最小值、中間值三者的均值；若最大值、最小值中僅最大 值和中間值的誤差超過(guò)預(yù)設(shè)閾值，則剔除最大值，將該取樣點(diǎn)的容量損失率Q取值為中間 值與和最小值的均值；若最大值、最小值中僅最小值和中間值的誤差超過(guò)預(yù)設(shè)閾值，則剔除 最小值，將該取樣點(diǎn)的容量損失率Q取值為中間值與和最大值的均值；若最大值、最小值兩 者和中間值的誤差均超過(guò)預(yù)設(shè)閾值，則針對(duì)該取樣點(diǎn)重新放置電池樣品并補(bǔ)測(cè)容量損失率 Q0
[0029] 優(yōu)選地，所述步驟3)的詳細(xì)步驟如下：
[0030] 3. 1)針對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中每一個(gè)存儲(chǔ)溫度值T下的變量a的值，利用origin線性曲線 擬合用Ina值對(duì)1/T作圖擬合曲線；
[0031] 3. 2)根據(jù)擬合得到曲線的可決系數(shù)R2判斷擬合得到曲線是否是直線，如果擬合 得到曲線是直線，則判定每一個(gè)存儲(chǔ)溫度值T下模型參數(shù)a滿(mǎn)足阿倫尼烏斯公式，存儲(chǔ)溫度 范圍的選擇合理，確定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中容量損失率Q、存儲(chǔ)溫度值T、取樣時(shí)間t的誤差范圍并跳 轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟4);如果擬合得到曲線不是直線，判定每一個(gè)存儲(chǔ)溫度值T下模型參數(shù)a不滿(mǎn) 足阿倫尼烏斯公式，存儲(chǔ)溫度范圍的選擇不合理，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)舍去最高的一個(gè)存儲(chǔ)溫度值T 的取樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟2)。
[0032] 優(yōu)選地，所述步驟4)中η組模型參數(shù)A、B的值中的η值大于1000。
[0033] 優(yōu)選地，所述步驟4)中對(duì)η組模型參數(shù)Α、Β的值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得出模型參數(shù)Α、Β的均 值時(shí)采用的函數(shù)表達(dá)式具體如式（7)所示；
[0035] 式（7)中，尤表示計(jì)算得到的均值，X1表示η組模型參數(shù)A或B中的第i個(gè)值，η 表示模型參數(shù)A或B的數(shù)量。
[0036] 優(yōu)選地，所述步驟4)中對(duì)η組模型參數(shù)Α、Β的值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得出模型參數(shù)Α、Β的標(biāo) 準(zhǔn)差時(shí)采用的函數(shù)表達(dá)式具體如式（8)所示；
[0038] 式⑶中，S表示計(jì)算得到的標(biāo)準(zhǔn)差，X1表示η組模型參數(shù)A或B中的第i個(gè)值， η表示模型參數(shù)A或B的數(shù)量，.Y表示η組模型參數(shù)A或B的均值。
[0039] 優(yōu)選地，所述步驟6)中將模型參數(shù)Α、Β的取值根據(jù)已知的標(biāo)準(zhǔn)差求解在預(yù)設(shè)的置 信度下均值的置信區(qū)間方式進(jìn)行隨機(jī)取值時(shí)，隨機(jī)取值的置信區(qū)間具體如式（9)所示；
[0041 ] 式（9)中，.Z表示η組模型參數(shù)A或B的