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CN107167739B - 一种动力电池寿命预测方法 - Google Patents

一种动力电池寿命预测方法 Download PDF

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金江敏
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Qingdao Yuanhe Chelian New Energy Vehicle Service Co.,Ltd.
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Lixin Jiangsu Energy Technology Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种动力电池寿命预测方法，包括以下步骤：首先确认电池的使用温度范围，在温度范围内至少取三个温度，包含最低温度及最高温度；然后将电池在选取的温度、指定的荷电状态下，存放至少3个时间段，进行充放电实验；试验结束后，进行容量测试；最后根据公式求出Ea、lnA；根据求得的Ea及A，即可计算任何指定温度、指定容量衰减情况下电池的寿命。本发明的优点是重点考虑内部因素对电池寿命的影响，将外部使用温度作为影响因子，快速得到任何温度、时间周期下的寿命衰减情况，测试周期短，测试成本低，无需大量的充放电设备，测试难度低。

Description

一种动力电池寿命预测方法
技术领域
本发明涉及动力电池领域，尤其涉及一种动力电池寿命预测方法。
背景技术
动力电池用途与电池的实际使用寿命有很大的相关性，如何客观有效的预测动力电池的使用寿命，关系到电池的售价，客户维护等多个方面，无论是客户还是制作厂家都非常关心能否准确预测电池实际使用寿命。影响电池的寿命长短的因素很多，从内部原因讲主要有材料，包括正极材料、负极材料、隔膜、电池零部件、制作过程控制、Pack结构设计等，外部因素包括使用的环境，充放电电流程序、定期维护情况等，如何有效地评估电池寿命成为棘手的问题。
现有的寿命预测大多采用充放电循环的方式，主要的电池寿命预测的方法主要为实际测试电池的寿命,电池按照设定的程序进行充电-静置-放电-静置等，这样为一个循环，如果按照C1电流进行测试，每天进行8个循环，测试500次需要62.5天，典型的预测曲线见附图1，每个温度都要进行重复测试。这种方法具有以下缺点：1、测试成本高，需要大量的充放电设备；2、测试时间周期长，1C循环500次需要两个月的时间；3、无法考虑温度对寿命的量化影响。
发明内容
发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种电池寿命预测方法，解决现有电池寿命预测方法需要大量充放电设备，测试时间周期长的问题，同时能量化温度对电池寿命的影响。
技术方案：
一种动力电池寿命预测方法，包括以下步骤:
步骤一、根据电池出厂参数确认电池的使用温度范围，在温度范围内至少选取三个温度，包含最低温度及最高温度；
步骤二、将电池在指定的荷电状态、步骤一中选取的温度下，存放至少3个时间段，进行充放电实验；
步骤三、步骤二中的充放电实验试验结束后，进行容量测试，测试电池实验结束后的荷电量；
步骤四、根据公式1，每个温度能得出一个对应的速度常数，得出不同温度下对应的至少三个速度常数；
其中，C1为指定的荷电状态，C2为步骤三中试验结束后测得的荷电量，k为速度常数，t为存放时间段；
步骤五、根据步骤四中求得的速度常数以及公式2，得出Ea、A；
其中，k为速度常数，A为常数，Ea为活化能，T为标准温度。
步骤六、将步骤五中算得的Ea及A，代入公式2，结合公式1即可计算任何指定温度、指定容量衰减情况下电池的寿命。
其中，步骤二中还包括确认电池的使用最高荷电状态，指定的荷电状态C1选取电池的使用最高荷电状态。
其中，步骤二中指定的荷电状态C1下，每个时间段的平行试验样品至少3个，先计算每个温度下，每个时间段的容量衰减根据最后数据的离散程度对平行试验样品的数值进行取舍。
其中，将步骤五中算得的Ea及A，代入公式2，结合公式1还可以计算任何温度、时间周期下电池寿命的衰减情况。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是重点考虑内部因素对寿命的影响，将外部使用温度作为影响因子，快速得到任何温度、时间周期下的寿命衰减情况，测试周期短，测试周期最短可以缩短至100天以内，测试成本低，无需大量的充放电设备，测试难度降低。
附图说明
图1为现有的寿命预测方法荷电保持率与循环次数对比图；
图2为本发明步骤四中使用温度为25℃时，关于t0.5的线性直线；
图3为本发明中lnk关于的线性直线；
图4为本发明预计使用年限关于使用温度的线性直线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
一种动力电池寿命预测方法，包括以下步骤:
步骤一、根据电池出厂参数确认电池的使用温度范围为0-60℃，在该温度范围内取四个温度0℃、10℃、25℃、60℃，包含最低温度0℃及最高温度60℃；
步骤二、确认电池的使用最高荷电状态为100％，指定的荷电状态C1选取电池的使用最高荷电状态；
电池的起始状态保持最高荷电100％状态下，使用温度分别为0℃、10℃、25℃、60℃，分别存放4个时间段34天、85天、180天、365天，每个时间段的平行试验样品4个，进行充放电实验；
步骤三、试验结束后，进行容量测试，测得实验结束后电池的荷电量C2；
步骤四、将C1、C2、t0.5分别代入公式1中，先计算25℃时，每个时间段的容量衰减
其中，C1为指定的荷电状态，通常选取电池的使用最高荷电状态，C2为步骤三中试验结束后测得的荷电量，k为速度常数，t为存放时间段。
25℃电池进行充放电的实验数据如表1所示，以t0.5为X轴，为Y轴，作直线如图2所示，从图2中得出直线的斜率，进一步得出k1。
表1
再分别得出0℃、10℃、60℃时，关于t0.5的线性直线，分别得出直线的斜率，进一步得出k2、k3、k4。
步骤五、根据步骤四中得出的4个温度对应的k1、k2、k3、k4，分别求得lnk；
其中，k为速度常数，A为常数，Ea为活化能，T为标准温度。
首先对公式2等式两边同时取自然对数得：
以为X轴，lnk为Y轴作直线如图3所示，从图3中得出直线的斜率为Y轴的截距为lnA，求得Ea，具体数值如表2所示：
表2
步骤六、将步骤五中算得的Ea及A代入公式2中，容量衰减按照80％计算，结合公式1即可计算任何指定温度、指定容量衰减情况下电池的寿命，具体数值如表3所示，指定容量衰减随温度的变化趋势如图4所示。
表3
使用温度(℃) 预计使用年限
60 0.45
45 1.37
25 7.25
10 29.56
0 82.17
采用背景技术中的现有的电池寿命预测方法，使用温度为45℃时，预测电池寿命为1.37年，与使用本发明的寿命预测方法预计的45℃电池预测寿命完全一致。采用本发明预测方法预测电池寿命准确，步骤简单，不需要大量的充放电设备，测试成本低，测试周期短，适用范围广，同时可以考虑温度对电池寿命的量化影响，不仅可以准确预测处于不同使用温度的电池寿命，而且可以快速得到任何温度、时间周期下的寿命衰减情况。

Claims (4)

1.一种动力电池寿命预测方法，其特征在于包括以下步骤:
步骤一、确认电池的使用温度范围，在温度范围内至少选取三个温度，包含最低温度及最高温度；
步骤二、将电池在指定的荷电状态、步骤一中选取的温度下，存放至少3个时间段，进行充放电实验；
步骤三、试验结束后，进行容量测试；
步骤四、根据公式1得出不同温度下，至少三个速度常数；
其中，C1为指定的荷电状态，C2为步骤三中试验结束后测得的荷电量，k为速度常数，t为存放时间段；
步骤五、根据步骤四中求得的速度常数以及公式2，得出Ea、A；
其中，k为速度常数，A为常数，Ea为活化能，T为标准温度；
步骤六、将步骤五中算得的Ea及A，代入公式2，结合公式1即可计算任何指定温度、指定容量衰减情况下电池的寿命。
2.根据权利要求1所述的一种动力电池寿命预测方法，其特征在于：步骤二中还包括确认电池的使用最高荷电状态，指定的荷电状态选取电池的使用最高荷电状态。
3.根据权利要求1所述的一种动力电池寿命预测方法，其特征在于：步骤二中指定的荷电状态下，每个时间段的平行试验样品至少3个。
4.根据权利要求1所述的一种动力电池寿命预测方法，其特征在于：将步骤五中算得的Ea及A，代入公式2，结合公式1还可以计算任何温度、时间周期下电池寿命的衰减情况。
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