一种锂离子电池满电荷存储寿命评价方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及锂离子电池的存储寿命评估技术，具体涉及一种利用高温加速的锂离 子电池满电荷存储寿命评价方法。
【背景技术】
[0002] 随着社会的发展和科技的进步，锂离子电池作为新一代能源系统得到了广泛的应 用。锂离子电池作为动力电源，相比传统油类动力电源具有高安全性，无污染等优点，使得 锂电池极具车用电源应用前景，目前国内外已成功生产基于锂电池的纯电动汽车并已广泛 销售。
[0003] 然而，锂离子电池的寿命是限制其广泛应用的最大制约因素之一。通常，电池的寿 命终点定义为其初始容量的80%。按国外提出锂离子电池作为电动汽车的动力电源要求， 其使用寿命目标为使用15年，电池循环45000次以上后其容量仍保持在80%以上，并提出 在1~2年内通过测试检测分析出电池的寿命，目前动力电池仍难以达到这一寿命水平。
[0004] 通过高温加速的方法快速评价电池的寿命，对推动长寿命电池的研究具有极其关 键的作用。针对电池在不同荷电状态下存储要求，目前国内外常用的电池存储寿命加速老 化评价方法一般为经验法。经验法则建立在经验的基础上，提出在满足一定条件的基础上， 电池的存储温度升高l〇°C，电池的容量衰减速率增加约一倍，这种方法可以简单的估计锂 离子电池满电荷存储寿命，但是数据的可信度不高，存在精确度不高、评价时间长等缺点。 因此，如何精确地估计锂离子电池满电荷存储寿命，已经成为锂离子电池被广泛推广应用 时所急需解决的关键技术问题之一。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是：针对现有技术的上述问题，提供一种寿命评价原理 充分、高数据可信度和高精度、简单易行、易于实现、评价时间短、应用范围广，能够对锂离 子电池的存储寿命的改善提供可靠的技术支撑的锂离子电池满电荷存储寿命评价方法。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
[0007] -种锂离子电池满电荷存储寿命评价方法，步骤包括：
[0008] 1)根据待评价锂离子电池的存储最低温度和电解液分解温度确定存储温度范围， 在存储温度范围内根据预设的温度间隔选取多个存储温度值T，将评价锂离子电池满电荷 状态的电池样品在多个存储温度值T下存储指定的取样时间t，每一个存储温度值T下的每 一种取样时间t作为一个取样点，每一个取样点对应至少一个电池样品，获取每一个取样 点下电池样品的容量损失率Q生成实验数据；
[0009] 2)建立式（1)所示容量衰减老化模型，在所述实验数据的基础上考虑实验误差， 并利用式（1)所示容量衰减老化模型确定模型参数P的值；在确定模型参数P的值的基 础上，利用origin软件的非线性曲线功能对式（1)所示容量衰减老化模型进行拟合，得到 每一个存储温度值T下的模拟曲线和模型参数a的值； CN 105116337 A 兄明十ι 2/10 页
[0011] 式（I)中，Q表示电池样品的容量损失率，T表示存储温度值，t表示取样时间，a、 P、A、B均为待求解的模型参数；
[0012] 3)基于每一个存储温度值T下的模型参数a是否满足阿伦尼乌斯公式来判断存储 温度范围的选择合理性，如果合理则确定实验数据中容量损失率Q、存储温度值T、取样时 间t的误差范围并跳转执行步骤4);如果不合理，则从实验数据舍去最高的一个存储温度 值T的取样点数据，跳转执行步骤2);
[0013] 4)将实验数据中容量损失率Q、存储温度值T、取样时间t以及模型参数P的值 代入式（2)所示方程式得到模型参数A、B的值，并利用Monte Carlo方法基于所述实验数 据中容量损失率Q、存储温度值T、取样时间t的误差范围得出η组模型参数A、B的值，对η 组模型参数A、B的值进行统计得出模型参数A、B的均值和标准差；
[0014] X = (RtR) 1RtQ (2)
[0015] 式⑵中，Rg示矩阵R的转置矩阵，矩阵Q的表达式如式⑶所示，矩阵R的表 达式如式（4)所示，矩阵X的表达式如式（5)所示；
[0017] 式（3)中，Q11表示第一个存储温度值T η下第一个取样时间t η对应的容量损失 率，Qnn表示第m个存储温度值T ""下第η个取样时间t ""对应的容量损失率；
[0019] 式（4)中，T11表示第一个存储温度值，Tnin表示第m个存储温度值，t η表示第一个 存储温度值T11下的第一个取样时间t n，tm表示第m个存储温度值T m下的第η个取样时 间；
[0021] 式（5)中，X表示式⑵中的矩阵，P、A、B均为待求解的模型参数；
[0022] 5)将模型参数P的值以及模型参数Α、Β的均值代入式⑴所示容量衰减老化模 型，并利用origin曲线拟合进行曲线拟合，判断拟合得到曲线的可决系数R2是否大于预设 的阈值，如果大于预设的阈值则判定拟合优度满足要求，跳转执行步骤6);否则判定拟合 优度不满足要求，调整容量损失率Q、存储温度值T、取样时间t的误差范围，跳转执行步骤 4)；
[0023] 6)根据所述模型参数A、B的均值及标准差确定模型参数A、B的取值区间，在所述 取值区间内，将模型参数A、B的取值根据已知的标准差求解在预设的置信度下均值的置信 区间方式进行随机取值，得到多组模型参数A、B的取值；通过Monte Carlo的方法将模型参 数P的值以及所述多组模型参数A、B的取值代入式（1)所示容量衰减老化模型对待评价 锂离子电池在常温下的寿命进行预测，得到待评价锂离子电池的寿命分布图。
[0024] 优选地，所述步骤1)后还包括修订取样时间t的步骤，具体步骤包括：判断实验数 据中各个存储温度值T下电池样品的容量损失率Q是否超过预设的损失率阈值，如果某一 个存储温度值T下电池样品的容量损失率Q超过损失率阈值，则将该存储温度值T下的取 样时间t进行修订得到新的取样点，并基于新的取样点放置存储满电荷状态的电池样品， 获取新的取样点下电池样品的容量损失率Q ;
[0025] 优选地，所述步骤1)中容量损失率Q的计算表达式如式（6)所示；
[0026] Q = l-Q/Qo (6)
[0027] 式（6)中，Q为某一个取样点下电池样品的容量损失率，Q。表示满电荷电池样品的 容量，Q1表示电池样品在取样点时的容量。
[0028] 优选地，所述步骤1)中每一个取样点对应三个电池样品，且生成实验数据后还包 括数据剔除和补测的步骤，详细步骤包括：针对每一个取样点的三个电池样品的三个容量 损失率Q，首先获取其中的最大值、最小值和中间值，然后将中间值分别和最大值、最小值进 行比较，若中间值与最高值的误差、中间值与和最小值的误差都在预设阈值内，则将该取样 点的容量损失率Q取值为最大值、最小值、中间值三者的均值；若最大值、最小值中仅最大 值和中间值的误差超过预设阈值，则剔除最大值，将该取样点的容量损失率Q取值为中间 值与和最小值的均值；若最大值、最小值中仅最小值和中间值的误差超过预设阈值，则剔除 最小值，将该取样点的容量损失率Q取值为中间值与和最大值的均值；若最大值、最小值两 者和中间值的误差均超过预设阈值，则针对该取样点重新放置电池样品并补测容量损失率 Q0
[0029] 优选地，所述步骤3)的详细步骤如下：
[0030] 3. 1)针对实验数据中每一个存储温度值T下的变量a的值，利用origin线性曲线 拟合用Ina值对1/T作图拟合曲线；
[0031] 3. 2)根据拟合得到曲线的可决系数R2判断拟合得到曲线是否是直线，如果拟合 得到曲线是直线，则判定每一个存储温度值T下模型参数a满足阿伦尼乌斯公式，存储温度 范围的选择合理，确定实验数据中容量损失率Q、存储温度值T、取样时间t的误差范围并跳 转执行步骤4);如果拟合得到曲线不是直线，判定每一个存储温度值T下模型参数a不满 足阿伦尼乌斯公式，存储温度范围的选择不合理，从实验数据舍去最高的一个存储温度值T 的取样点数据，跳转执行步骤2)。
[0032] 优选地，所述步骤4)中η组模型参数A、B的值中的η值大于1000。
[0033] 优选地，所述步骤4)中对η组模型参数Α、Β的值进行统计得出模型参数Α、Β的均 值时采用的函数表达式具体如式（7)所示；
[0035] 式（7)中，尤表示计算得到的均值，X1表示η组模型参数A或B中的第i个值，η 表示模型参数A或B的数量。
[0036] 优选地，所述步骤4)中对η组模型参数Α、Β的值进行统计得出模型参数Α、Β的标 准差时采用的函数表达式具体如式（8)所示；
[0038] 式⑶中，S表示计算得到的标准差，X1表示η组模型参数A或B中的第i个值， η表示模型参数A或B的数量，.Y表示η组模型参数A或B的均值。
[0039] 优选地，所述步骤6)中将模型参数Α、Β的取值根据已知的标准差求解在预设的置 信度下均值的置信区间方式进行随机取值时，随机取值的置信区间具体如式（9)所示；
[0041 ] 式（9)中，.Z表示η组模型参数A或B的