一種鋰離子電池滿電荷存儲壽命評價方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及鋰離子電池的存儲壽命評估技術，具體涉及一種利用高溫加速的鋰離 子電池滿電荷存儲壽命評價方法。
【背景技術】
[0002] 隨著社會的發展和科技的進步，鋰離子電池作為新一代能源系統得到了廣泛的應 用。鋰離子電池作為動力電源，相比傳統油類動力電源具有高安全性，無污染等優點，使得 鋰電池極具車用電源應用前景，目前國內外已成功生產基于鋰電池的純電動汽車并已廣泛 銷售。
[0003] 然而，鋰離子電池的壽命是限制其廣泛應用的最大制約因素之一。通常，電池的壽 命終點定義為其初始容量的80%。按國外提出鋰離子電池作為電動汽車的動力電源要求， 其使用壽命目標為使用15年，電池循環45000次以上后其容量仍保持在80%以上，并提出 在1~2年內通過測試檢測分析出電池的壽命，目前動力電池仍難以達到這一壽命水平。
[0004] 通過高溫加速的方法快速評價電池的壽命，對推動長壽命電池的研究具有極其關 鍵的作用。針對電池在不同荷電狀態下存儲要求，目前國內外常用的電池存儲壽命加速老 化評價方法一般為經驗法。經驗法則建立在經驗的基礎上，提出在滿足一定條件的基礎上， 電池的存儲溫度升高l〇°C，電池的容量衰減速率增加約一倍，這種方法可以簡單的估計鋰 離子電池滿電荷存儲壽命，但是數據的可信度不高，存在精確度不高、評價時間長等缺點。 因此，如何精確地估計鋰離子電池滿電荷存儲壽命，已經成為鋰離子電池被廣泛推廣應用 時所急需解決的關鍵技術問題之一。
【發明內容】
[0005] 本發明要解決的技術問題是：針對現有技術的上述問題，提供一種壽命評價原理 充分、高數據可信度和高精度、簡單易行、易于實現、評價時間短、應用范圍廣，能夠對鋰離 子電池的存儲壽命的改善提供可靠的技術支撐的鋰離子電池滿電荷存儲壽命評價方法。
[0006] 為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：
[0007] -種鋰離子電池滿電荷存儲壽命評價方法，步驟包括：
[0008] 1)根據待評價鋰離子電池的存儲最低溫度和電解液分解溫度確定存儲溫度范圍， 在存儲溫度范圍內根據預設的溫度間隔選取多個存儲溫度值T，將評價鋰離子電池滿電荷 狀態的電池樣品在多個存儲溫度值T下存儲指定的取樣時間t，每一個存儲溫度值T下的每 一種取樣時間t作為一個取樣點，每一個取樣點對應至少一個電池樣品，獲取每一個取樣 點下電池樣品的容量損失率Q生成實驗數據；
[0009] 2)建立式（1)所示容量衰減老化模型，在所述實驗數據的基礎上考慮實驗誤差， 并利用式（1)所示容量衰減老化模型確定模型參數P的值；在確定模型參數P的值的基 礎上，利用origin軟件的非線性曲線功能對式（1)所示容量衰減老化模型進行擬合，得到 每一個存儲溫度值T下的模擬曲線和模型參數a的值； CN 105116337 A 兄明十ι 2/10 頁
[0011] 式（I)中，Q表示電池樣品的容量損失率，T表示存儲溫度值，t表示取樣時間，a、 P、A、B均為待求解的模型參數；
[0012] 3)基于每一個存儲溫度值T下的模型參數a是否滿足阿倫尼烏斯公式來判斷存儲 溫度范圍的選擇合理性，如果合理則確定實驗數據中容量損失率Q、存儲溫度值T、取樣時 間t的誤差范圍并跳轉執行步驟4);如果不合理，則從實驗數據舍去最高的一個存儲溫度 值T的取樣點數據，跳轉執行步驟2);
[0013] 4)將實驗數據中容量損失率Q、存儲溫度值T、取樣時間t以及模型參數P的值 代入式（2)所示方程式得到模型參數A、B的值，并利用Monte Carlo方法基于所述實驗數 據中容量損失率Q、存儲溫度值T、取樣時間t的誤差范圍得出η組模型參數A、B的值，對η 組模型參數A、B的值進行統計得出模型參數A、B的均值和標準差；
[0014] X = (RtR) 1RtQ (2)
[0015] 式⑵中，Rg示矩陣R的轉置矩陣，矩陣Q的表達式如式⑶所示，矩陣R的表 達式如式（4)所示，矩陣X的表達式如式（5)所示；
[0017] 式（3)中，Q11表示第一個存儲溫度值T η下第一個取樣時間t η對應的容量損失 率，Qnn表示第m個存儲溫度值T ""下第η個取樣時間t ""對應的容量損失率；
[0019] 式（4)中，T11表示第一個存儲溫度值，Tnin表示第m個存儲溫度值，t η表示第一個 存儲溫度值T11下的第一個取樣時間t n，tm表示第m個存儲溫度值T m下的第η個取樣時 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；
[0022] 5)將模型參數P的值以及模型參數Α、Β的均值代入式⑴所示容量衰減老化模 型，并利用origin曲線擬合進行曲線擬合，判斷擬合得到曲線的可決系數R2是否大于預設 的閾值，如果大于預設的閾值則判定擬合優度滿足要求，跳轉執行步驟6);否則判定擬合 優度不滿足要求，調整容量損失率Q、存儲溫度值T、取樣時間t的誤差范圍，跳轉執行步驟 4)；
[0023] 6)根據所述模型參數A、B的均值及標準差確定模型參數A、B的取值區間，在所述 取值區間內，將模型參數A、B的取值根據已知的標準差求解在預設的置信度下均值的置信 區間方式進行隨機取值，得到多組模型參數A、B的取值；通過Monte Carlo的方法將模型參 數P的值以及所述多組模型參數A、B的取值代入式（1)所示容量衰減老化模型對待評價 鋰離子電池在常溫下的壽命進行預測，得到待評價鋰離子電池的壽命分布圖。
[0024] 優選地，所述步驟1)后還包括修訂取樣時間t的步驟，具體步驟包括：判斷實驗數 據中各個存儲溫度值T下電池樣品的容量損失率Q是否超過預設的損失率閾值，如果某一 個存儲溫度值T下電池樣品的容量損失率Q超過損失率閾值，則將該存儲溫度值T下的取 樣時間t進行修訂得到新的取樣點，并基于新的取樣點放置存儲滿電荷狀態的電池樣品， 獲取新的取樣點下電池樣品的容量損失率Q ;
[0025] 優選地，所述步驟1)中容量損失率Q的計算表達式如式（6)所示；
[0026] Q = l-Q/Qo (6)
[0027] 式（6)中，Q為某一個取樣點下電池樣品的容量損失率，Q。表示滿電荷電池樣品的 容量，Q1表示電池樣品在取樣點時的容量。
[0028] 優選地，所述步驟1)中每一個取樣點對應三個電池樣品，且生成實驗數據后還包 括數據剔除和補測的步驟，詳細步驟包括：針對每一個取樣點的三個電池樣品的三個容量 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 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設閾值內，則將該取樣 點的容量損失率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預設閾值，則剔除最大值，將該取樣點的容量損失率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預設閾值，則剔除 最小值，將該取樣點的容量損失率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預設閾值，則針對該取樣點重新放置電池樣品并補測容量損失率 Q0
[0029] 優選地，所述步驟3)的詳細步驟如下：
[0030] 3. 1)針對實驗數據中每一個存儲溫度值T下的變量a的值，利用origin線性曲線 擬合用Ina值對1/T作圖擬合曲線；
[0031] 3. 2)根據擬合得到曲線的可決系數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，則判定每一個存儲溫度值T下模型參數a滿足阿倫尼烏斯公式，存儲溫度 范圍的選擇合理，確定實驗數據中容量損失率Q、存儲溫度值T、取樣時間t的誤差范圍并跳 轉執行步驟4);如果擬合得到曲線不是直線，判定每一個存儲溫度值T下模型參數a不滿 足阿倫尼烏斯公式，存儲溫度范圍的選擇不合理，從實驗數據舍去最高的一個存儲溫度值T 的取樣點數據，跳轉執行步驟2)。
[0032] 優選地，所述步驟4)中η組模型參數A、B的值中的η值大于1000。
[0033] 優選地，所述步驟4)中對η組模型參數Α、Β的值進行統計得出模型參數Α、Β的均 值時采用的函數表達式具體如式（7)所示；
[0035] 式（7)中，尤表示計算得到的均值，X1表示η組模型參數A或B中的第i個值，η 表示模型參數A或B的數量。
[0036] 優選地，所述步驟4)中對η組模型參數Α、Β的值進行統計得出模型參數Α、Β的標 準差時采用的函數表達式具體如式（8)所示；
[0038] 式⑶中，S表示計算得到的標準差，X1表示η組模型參數A或B中的第i個值， η表示模型參數A或B的數量，.Y表示η組模型參數A或B的均值。
[0039] 優選地，所述步驟6)中將模型參數Α、Β的取值根據已知的標準差求解在預設的置 信度下均值的置信區間方式進行隨機取值時，隨機取值的置信區間具體如式（9)所示；
[0041 ] 式（9)中，.Z表示η組模型參數A或B的