本發(fā)明涉及鋰離子電池壽命預測技術領域，具體是一種鋰離子電池的存儲壽命預測方法。

背景技術：

能源危機、環(huán)境污染以及能源安全等諸多因素再一次將電動汽車推上歷史舞臺，已成為全世界關注的焦點。車載動力電池作為電動汽車的關鍵部件，其性能對整車的動力性、經濟性和安全性至關重要，是制約電動汽車規(guī)模發(fā)展的關鍵因素。

鋰離子電池因具有電壓高、能量密度大、循環(huán)性能好、自放電小且無記憶效應等突出優(yōu)點，作為動力源廣泛應用在電動汽車和混合電動汽車中。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％。

電池的壽命包含存儲壽命與循環(huán)壽命。關于存儲壽命的研究并不多。中國發(fā)明專利申請(申請?zhí)?01510373029.9)提出了一種鋰離子電池滿電荷存儲壽命評價方法，考慮了溫度對存儲壽命的影響，建立了容量衰減的老化模型。但該老化模型沒考慮SOC對存儲壽命的影響，不具有普適性。

對電池壽命模型的研究還處于初步階段，沒有系統(tǒng)的理論支持，也未產生具有普遍價值的通用電池壽命模型。因此，如何精確地估計鋰離子電池的壽命，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。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種鋰離子電池的存儲壽命預測方法，以解決上述技術問題。

本發(fā)明的技術方案為：

一種鋰離子電池的存儲壽命預測方法，該方法包括以下步驟：

(1)建立容量衰減模型：

其中，Q_loss表示容量損失率，T表示存儲溫度，SOC表示存儲SOC，t表示存儲時間，T₀表示存儲參考溫度，SOC₀表示存儲參考SOC，z為常數(shù)，α、β_T、β_SOC均為待求解的模型參數(shù)；

(2)確定所述容量衰減模型中各模型參數(shù)的值：

(21)確定實驗條件：根據(jù)待預測鋰離子電池的最低存儲溫度和電解液分解溫度確定存儲溫度范圍，在所述存儲溫度范圍內選取多個存儲溫度，在每個存儲溫度下選取多個存儲SOC，并設定存儲周期；

(22)進行實驗：挑選初始狀態(tài)基本一致的電池作為實驗電池，對實驗電池進行定容測試，之后通過補電將實驗電池調節(jié)到對其實驗設定的存儲SOC，然后將實驗電池放入對其實驗設定的恒溫箱中，經歷一個存儲周期后，將實驗電池從恒溫箱中取出，在室溫下靜置一段時間，待實驗電池恢復至室溫后，再次對其進行定容測試，并記錄實驗數(shù)據(jù)，之后再通過補電將實驗電池調節(jié)到對其設定的存儲SOC，然后再次將實驗電池放入指定的恒溫箱中經歷一個存儲周期，如此循環(huán)，直至實驗電池壽命的終點即實驗電池的容量為其初始容量的80％；

(23)處理實驗數(shù)據(jù)，求出模型參數(shù)α、β_T、β_SOC的值，得到容量衰減模型；

(3)利用步驟(23)得到的容量衰減模型，對某個存儲溫度某個存儲SOC狀態(tài)下的同類待預測鋰離子電池的存儲壽命進行預測。

所述的鋰離子電池的存儲壽命預測方法，步驟(22)中，所述初始狀態(tài)基本一致的電池為初始電壓、內阻均基本相同的電池。

所述的鋰離子電池的存儲壽命預測方法，步驟(23)中，所述處理實驗數(shù)據(jù)，求出模型參數(shù)α、β_T、β_SOC的值，具體包括以下步驟：

(231)對所述實驗數(shù)據(jù)進行預處理，剔除異常數(shù)據(jù)；

(232)選定z、T₀、SOC₀的值；

(233)初步確定模型參數(shù)α、β_T、β_SOC的值：

對各個存儲溫度、各個存儲SOC狀態(tài)下存儲的實驗電池的實驗數(shù)據(jù)按照以下公式進行擬合處理，求出對應的各個a的值：

其中，Q_i表示第i個存儲周期后實驗電池通過定容確定的容量，Q₀表示實驗電池的初始容量，t₀表示存儲周期，i取自然數(shù)，此處的Q_loss即為第i個存儲周期后實驗電池的容量損失率；

a為中間變量，

將各個a與對應的T、SOC按照上式進行擬合處理，即初步得到α、β_T、β_SOC的值；

(234)利用初步確定的容量衰減模型對實驗電池的實驗數(shù)據(jù)進行擬合，并與真實的實驗數(shù)據(jù)進行對比，進而微調各模型參數(shù)的取值，使每只實驗電池的擬合曲線與真實的實驗數(shù)據(jù)曲線的吻合度差值在一定閾值范圍內，最終確定容量衰減模型中各個模型參數(shù)的值。

所述的鋰離子電池的存儲壽命預測方法，步驟(232)中，z取0.6，T₀取298K，SOC₀取100％。

本發(fā)明的有益效果為：

由上述技術方案可知，本發(fā)明所提出的容量衰減模型考慮了存儲溫度及存儲SOC的影響，具有一定的普適性；該容量衰減模型中各參數(shù)的含義明確，從該容量衰減模型中容易得到各參數(shù)對容量衰減的影響程度；利用該容量衰減模型可預測同類電池在某存儲溫度及存儲SOC下的存儲壽命，為電池到達壽命終點時的更換提供技術支持與理論依據(jù)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的方法流程圖；

圖2是本發(fā)明實施例中存儲溫度為298K時不同存儲SOC狀態(tài)下利用容量衰減模型擬合得到的曲線與真實的實驗數(shù)據(jù)曲線的對比圖；

圖3是本發(fā)明實施例中存儲溫度為318K時不同存儲SOC狀態(tài)下利用容量衰減模型擬合得到的曲線與真實的實驗數(shù)據(jù)曲線的對比圖；

圖4是本發(fā)明實施例中存儲溫度為333K時不同存儲SOC狀態(tài)下利用容量衰減模型擬合得到的曲線與真實的實驗數(shù)據(jù)曲線的對比圖；

圖5是本發(fā)明實施例中的存儲壽命預測圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例進一步說明本發(fā)明。

如圖1所示，一種鋰離子電池的存儲壽命預測方法，包括以下步驟：

S1、建立容量衰減模型，如公式(1)所示：

公式(1)中，Q_loss表示容量損失率，T表示存儲溫度，SOC表示存儲SOC，t表示存儲時間，T₀表示存儲參考溫度，SOC₀表示存儲參考SOC，z為常數(shù)，α、β_T、β_SOC均為待求解的模型參數(shù)。

S2、確定容量衰減模型中各模型參數(shù)的值：

S21、確定實驗條件：根據(jù)待預測鋰離子電池的最低存儲溫度和電解液分解溫度確定存儲溫度范圍，在所述存儲溫度范圍內選取多個存儲溫度值T，在每個存儲溫度下選取多個存儲SOC值，并設定存儲周期。

S22、進行實驗：挑選初始狀態(tài)基本一致的電池作為實驗電池，對實驗電池進行定容測試，之后通過補電將實驗電池調節(jié)到對其實驗設定的存儲SOC值，然后將實驗電池放入對其實驗設定的恒溫箱中，經歷一個存儲周期后，將實驗電池從恒溫箱中取出，在室溫下靜置一段時間，待實驗電池恢復至室溫后，再次對其進行定容測試，并記錄實驗數(shù)據(jù)，之后再通過補電將實驗電池調節(jié)到對其設定的存儲SOC值，然后再次將實驗電池放入指定的恒溫箱中經歷一個存儲周期，如此循環(huán)，直至實驗電池壽命的終點即實驗電池的容量為其初始容量的80％。

S23、處理實驗數(shù)據(jù)，求出模型參數(shù)α、β_T、β_SOC的值，得到容量衰減模型，具體包括以下步驟：

首先對實驗數(shù)據(jù)進行預處理，剔除波動較大的數(shù)據(jù)，然后確定z、T₀及SOC₀的取值，其中z為由電池設計與材料等決定的常數(shù)，取值范圍為0～1，一般取0.5左右，此處取0.6，存儲參考溫度T₀取298K，存儲參考SOC_O取1，即100％。

將公式(1)改為公式(2)和(3)：

Q_loss＝a*t^z (2)

其中，公式(1)中的Q_loss、t由公式(4)確定：

Q_i表示第i個存儲周期后實驗電池通過定容確定的容量，Q₀表示實驗電池的初始容量，t₀表示存儲周期，i取自然數(shù)，此處的Q_loss即為第i個存儲周期后實驗電池的容量損失率。

將各個存儲溫度、各個存儲SOC狀態(tài)下存儲的實驗數(shù)據(jù)，利用公式(2)進行擬合處理，得到各個存儲溫度、各個存儲SOC狀態(tài)下a的值。然后利用公式(4)進行擬合處理，此時問題變?yōu)槎嘧宰兞慷鄥?shù)的擬合問題，其中自變量為T、SOC，因變量為a，將所有的實驗數(shù)據(jù)，按照三列(T、SOC、a)接連放在一起，按照公式(4)借助軟件進行擬合求解，同時得到參數(shù)α、β_T、β_SOC的值。

至此，容量衰減模型公式(1)中各個參數(shù)的取值均已初步確定。然后利用公式(1)對實驗電池的實驗數(shù)據(jù)進行擬合，并與真實的實驗數(shù)據(jù)進行對比，進而微調各參數(shù)的取值，使每只實驗電池的擬合曲線與真實的實驗數(shù)據(jù)曲線的吻合度都很高，最終確定容量衰減模型公式(1)中各個參數(shù)的取值，即容量衰減模型公式(1)具體確定下來。

S3、預測存儲壽命：利用步驟S23得到的容量衰減模型預測某個存儲溫度某個存儲SOC狀態(tài)下同類電池的存儲壽命。

下面以國內某廠家1865140電池作為實施例，對本發(fā)明的具體實施方式做進一步的描述。

鋰離子電池一般在室溫下存儲，鋰離子電池電解液的分解溫度一般在353K左右，故最低存儲溫度設計為298K，最高存儲溫度設計為333K，在此溫度范圍內，選取298K、318K、333K為存儲溫度T的值。選取30％、50％、80％、100％為存儲SOC的值。設定存儲周期為30天。實驗方案如表1所示。

表1

用內阻儀測量待預測鋰離子電池的電壓與內阻，選取電壓、內阻均接近的電池作為實驗電池。對實驗電池進行定容測試，確定實驗電池的初始容量，即公式(3)中的Q₀，之后通過補電(恒流恒壓充電)將實驗電池調節(jié)到對其實驗設定的SOC值，然后將實驗電池放入對其實驗設定的恒溫箱中存儲一個周期。一個存儲周期后，將實驗電池從恒溫箱中取出，置于室溫下靜止5小時以上，待實驗電池恢復至室溫后，再次進行定容測試，之后再通過補電(恒流恒壓充電)將實驗電池調節(jié)到對其設定的SOC值，然后再次放入指定的恒溫箱中存儲一個周期。如此進行下去，直至實驗電池壽命的終點。此處，工步的設置中，根據(jù)實驗電池的材料設置充電電壓上限值與放電電壓下限值，用1C的電流進行恒流恒壓充電，截止電壓3.65V，截止電流0.05C，1C的電流進行恒流放電，截止電壓2.0V。實驗結果如表2所示。

表2

然后按照上述步驟S23中的具體步驟與方法求出公式(1)中各參數(shù)的取值，結果如表3所示。

表3

利用公式(1)對實驗電池的實驗數(shù)據(jù)進行擬合，并與真實的實驗數(shù)據(jù)進行對比，如圖2～圖4所示。由圖2、圖3、圖4可見，后期擬合吻合度較高，前期不高。而本發(fā)明的目的是預測電池壽命，所以后期擬合度高很關鍵，前期擬合度對壽命預測的影響可忽略。因此，采用容量衰減模型公式(1)整體上是合適的。

利用容量衰減模型公式(1)預測實驗電池的存儲壽命，預測結果如表4及圖5所示。

表4

以上所述實施方式僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發(fā)明的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本發(fā)明的權利要求書確定的保護范圍內。