1.本發(fā)明涉及一種預(yù)測(cè)動(dòng)力電池循環(huán)壽命及健康狀態(tài)的方法，屬于動(dòng)力電池技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

2.隨著電動(dòng)汽車(chē)及儲(chǔ)能電池的應(yīng)用推廣，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)電池剩余壽命是鋰離子電池領(lǐng)域的核心研究方向之一，也是bms健康管理公認(rèn)的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。目前關(guān)于循環(huán)壽命預(yù)測(cè)的方法是被研究最廣泛的，主要分為三大類(lèi)：基于物理失效模型的方法，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法和基于融合技術(shù)的方法
1.。三類(lèi)方法是相關(guān)聯(lián)的，物理模型與電池的內(nèi)在機(jī)理相關(guān)，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)是外在表現(xiàn)形式，融合技術(shù)是對(duì)二者的有效結(jié)合?，F(xiàn)有的方法往往能夠預(yù)測(cè)健康狀態(tài)(soh)或者剩余使用壽命(rul)，但是對(duì)容量突降的跳水電池往往沒(méi)有足夠的預(yù)測(cè)能力或者反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行補(bǔ)救，而且復(fù)雜的檢測(cè)或計(jì)算方法用于在線監(jiān)測(cè)電池的健康也是不切實(shí)際的。
3.近幾年，庫(kù)侖效率這一重要研究參數(shù)映入研究者視野，被廣泛用于衡量動(dòng)力電池的循環(huán)壽命，并用來(lái)分析電池容量的衰減。但是庫(kù)倫效率普遍存在噪音大、精度低的缺點(diǎn)，對(duì)設(shè)備提出很高的要求。為解決該參數(shù)的普遍應(yīng)用性，在專(zhuān)利文獻(xiàn)cn112819196a中已提出等效庫(kù)倫效率的概念，根據(jù)等效庫(kù)倫效率，計(jì)算動(dòng)力電池循環(huán)過(guò)程中的容量保持率，以此預(yù)測(cè)電池的循環(huán)壽命。在專(zhuān)利文獻(xiàn)cn112819196a中，根據(jù)已測(cè)試的各周的等效效率的乘積(即累積等效效率)，直接預(yù)測(cè)第n周的容量保持率，c
n
＝η
n
β
n
×
η
n
?1β
n
?1×
η
n
?2β
n
?2×……×
η1β1，該方法測(cè)試周數(shù)越多，對(duì)后期預(yù)測(cè)效果越理想，但是對(duì)跳水電池的預(yù)測(cè)效果則不太理想。
4.針對(duì)預(yù)測(cè)模型的通用性，尤其針對(duì)跳水或者突發(fā)失效的電池，我們?cè)诖藢?zhuān)利文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上做了進(jìn)一步補(bǔ)充和改進(jìn)，基于等效效率建立循環(huán)過(guò)程中電池的容量衰減預(yù)測(cè)模型，提出一種能夠更準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)電池循環(huán)性能的方法，并進(jìn)一步提出了一種可用于電池管理系統(tǒng)(bms)中壽命預(yù)測(cè)的數(shù)學(xué)模型。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

5.本發(fā)明的目的在于提供一種預(yù)測(cè)動(dòng)力電池循環(huán)壽命及健康狀態(tài)的方法，采用該方法能夠更準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)電池循環(huán)性能，可以對(duì)有跳水跡象的電池進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)，可用于電池管理系統(tǒng)中壽命預(yù)測(cè)。
6.為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
7.一種預(yù)測(cè)動(dòng)力電池循環(huán)壽命及健康狀態(tài)的方法，包括以下步驟：
8.(1)在待測(cè)動(dòng)力電池工作溫度范圍內(nèi)的某一溫度下，對(duì)待測(cè)動(dòng)力電池進(jìn)行充、放電循環(huán)測(cè)試；
9.(2)將第n周循環(huán)時(shí)對(duì)應(yīng)的充電電量記為q
cn
，第n周循環(huán)時(shí)對(duì)應(yīng)的放電電量記為q
dn
，計(jì)算第n周的庫(kù)倫效率(columbic efficiency，ce)為ce＝q
dn
/q
cn
；
10.(3)計(jì)算第n周的等效庫(kù)倫效率(equivalent columbic efficiency，ece)ece＝ce
×
β
n
＝q
dn
/q
cn
×
q
cn
/q
dn
?1＝q
dn
/q
dn
?1，其中β
n
＝q
cn
/q
dn
?1，為修正系數(shù)；
11.(4)采用前n周的等效庫(kù)倫效率的平均值預(yù)測(cè)循環(huán)m周的容量保持率，其中，ece循環(huán)m周的容量保持率為m≥2n，依據(jù)該容量保持率預(yù)測(cè)動(dòng)力電池的循環(huán)壽命。
12.進(jìn)一步地，所述待測(cè)動(dòng)力電池的工作溫度范圍為
?
30～55℃，優(yōu)選為
?
10～45℃。
13.進(jìn)一步地，所述n的取值為n≥2。
14.本發(fā)明的有益效果：
15.(1)本發(fā)明的預(yù)測(cè)方法可以準(zhǔn)確用于車(chē)用動(dòng)力電池/儲(chǔ)能電池的剩余循環(huán)壽命預(yù)測(cè)和健康狀態(tài)管理，從線下測(cè)試層面考慮，解除了庫(kù)倫效率必須使用超高精度庫(kù)侖計(jì)乃至更高測(cè)試環(huán)境的要求限制，該預(yù)測(cè)方法的準(zhǔn)確性也得到了顯著的提升；
16.(2)本發(fā)明不僅測(cè)試簡(jiǎn)單可行，而且可以對(duì)有跳水跡象的電池進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)，也給bms的健康管理預(yù)留了足夠的時(shí)間。
附圖說(shuō)明
17.圖1為實(shí)施例1中鋰離子電池的階段容量保持率和壽命預(yù)測(cè)結(jié)果示意圖。
具體實(shí)施方式
18.為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
19.以下實(shí)施例中測(cè)試充、放電的設(shè)備為lanhe充放電測(cè)試系統(tǒng)，其精度為電壓精度為0.1％fs+0.1％rd，電流精度為0.1％fs+0.1％rd。
20.采用lanhe動(dòng)力電池充放電系統(tǒng)測(cè)得實(shí)際容量保持率。
21.實(shí)施例1
22.本實(shí)施例提供一種利用平均等效庫(kù)倫效率預(yù)測(cè)容量保持率的方法，包括以下步驟：
23.步驟一，選擇在25℃
±
2℃溫度下進(jìn)行循環(huán)壽命測(cè)試，以下步驟均在此溫度條件下進(jìn)行；
24.步驟二，將待測(cè)鋰離子電池以1.0c恒流充電至電壓為4.2v，然后以4.2v恒壓充電至電流為1/20c，靜置30min之后，將電池以1c恒流放電至電壓為2.8v，以此進(jìn)行850次循環(huán)充放電測(cè)試，將第n(n＝1，2，3，
……
，850)周循環(huán)時(shí)對(duì)應(yīng)的充電電量記為q
cn
，第n周循環(huán)時(shí)對(duì)應(yīng)的放電電量記為q
dn
；
25.步驟三，計(jì)算第n周的庫(kù)倫效率為ce＝q
dn
/q
cn
；計(jì)算第n周的等效庫(kù)倫效率ece(n)＝ce
×
β
n
＝q
dn
/q
cn
×
q
cn
/q
dn
?1＝q
dn
/q
dn
?1，其中β
n
＝q
cn
/q
dn
?1，為修正系數(shù)；
26.步驟四，計(jì)算前n周的等效庫(kù)倫效率的平均值：采用該平均值預(yù)測(cè)循環(huán)
2n周的容量保持率：再利用2n周的容量保持率，預(yù)測(cè)4n周的循環(huán)壽命(容量保持率)，依次類(lèi)推，來(lái)預(yù)測(cè)動(dòng)力電池的循環(huán)壽命。
27.作為對(duì)比，采用專(zhuān)利文獻(xiàn)cn112819196a中記載的方法，按照公式計(jì)算累積等效庫(kù)倫效率(前n周各周的等效效率的乘積)，以此來(lái)預(yù)測(cè)動(dòng)力電池的循環(huán)壽命。
28.本實(shí)施例中鋰離子電池的階段容量保持率和壽命預(yù)測(cè)結(jié)果如圖1所示，從圖中可以看出，利用前n周的平均等效庫(kù)倫效率預(yù)測(cè)2n周的容量保持率，可與實(shí)際測(cè)試結(jié)果對(duì)比，達(dá)到6％以?xún)?nèi)的相對(duì)偏差。而采用累積等效庫(kù)倫效率預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際測(cè)試結(jié)果相比，在跳水前相對(duì)偏差為可以控制在6％以?xún)?nèi)，而在跳水后，在700周～750周之間，采用累積等效庫(kù)倫效率預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際測(cè)試結(jié)果相比，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差約為15％～45％，因此對(duì)電池跳水后的預(yù)測(cè)效果不理想。
29.可見(jiàn)本實(shí)施例中采用平均等效庫(kù)倫效率2n值預(yù)測(cè)法的準(zhǔn)確性，有利于鋰離子電池循環(huán)壽命的快速準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。
30.實(shí)施例2
31.本實(shí)施例提供一種利用平均等效庫(kù)倫效率預(yù)測(cè)容量保持率的方法，包括以下步驟：
32.步驟一，在45℃
±
2℃溫度下，以下步驟均在此溫度條件下進(jìn)行；
33.步驟二，將待測(cè)鋰離子電池以0.5c恒流充電至電壓為4.2v，然后以4.2v恒壓充電至電流為1/20c，靜置30min之后，將電池以1c恒流放電至電壓為2.8v，以此進(jìn)行850次循環(huán)充放電測(cè)試，將第n(n＝1，2，3，
……
，850)周循環(huán)時(shí)對(duì)應(yīng)的充電電量記為q
cn
，第n周循環(huán)時(shí)對(duì)應(yīng)的放電電量記為q
dn
；
34.步驟三，計(jì)算第n周的庫(kù)倫效率為ce＝q
dn
/q
cn
；計(jì)算第n周的等效庫(kù)倫效率ece(n)＝ce
×
β
n
＝q
dn
/q
cn
×
q
cn
/q
dn
?1＝q
dn
/q
dn
?1，其中β
n
＝q
cn
/q
dn
?1，為修正系數(shù)；
35.步驟四，計(jì)算前n周的等效庫(kù)倫效率的平均值：采用該平均值預(yù)測(cè)循環(huán)2n周的容量保持率：再利用2n周的容量保持率，預(yù)測(cè)4n周的循環(huán)壽命(容量保持率)，依次類(lèi)推，來(lái)預(yù)測(cè)動(dòng)力電池的循環(huán)壽命。
36.實(shí)施例3
37.本實(shí)施例提供一種利用平均等效庫(kù)倫效率預(yù)測(cè)容量保持率的方法，包括以下步驟：
38.步驟一，在
?
10℃
±
2℃溫度下，以下步驟均在此溫度條件下進(jìn)行；
39.步驟二，將待測(cè)鋰離子電池以0.5c恒流充電至電壓為4.2v，然后以4.2v恒壓充電至電流為1/20c，靜置30min之后，將電池以1c恒流放電至電壓為2.8v，以此進(jìn)行850次循環(huán)充放電測(cè)試，將第n(n＝1，2，3，
……
，850)周循環(huán)時(shí)對(duì)應(yīng)的充電電量記為q
cn
，第n周循環(huán)時(shí)對(duì)應(yīng)的放電電量記為q
dn
；
40.步驟三，計(jì)算第n周的庫(kù)倫效率為ce＝q
dn
/q
cn
；計(jì)算第n周的等效庫(kù)倫效率ece(n)＝ce
×
β
n
＝q
dn
/q
cn
×
q
cn
/q
dn
?1＝q
dn
/q
dn
?1，其中β
n
＝q
cn
/q
dn
?1，為修正系數(shù)；
41.步驟四，計(jì)算前n周的等效庫(kù)倫效率的平均值：采用該平均值預(yù)測(cè)循環(huán)
2n周的容量保持率：再利用2n周的容量保持率，預(yù)測(cè)4n周的循環(huán)壽命(容量保持率)，依次類(lèi)推。
42.經(jīng)過(guò)實(shí)施例1
?
3的測(cè)定，該鋰離子電池在25℃、45℃以及
?
10℃的400周、750周循環(huán)的容量保持率值如表1所示。
43.表1不同實(shí)施例中實(shí)際容量保持率和采用平均等效庫(kù)倫效率預(yù)測(cè)2n周后的容量保持率結(jié)果。
[0044][0045]
通過(guò)對(duì)比三個(gè)實(shí)施例，從表1中可以看出，采用平均等效庫(kù)倫效率法預(yù)測(cè)2n周后的容量保持率，跳水前和跳水后的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際測(cè)試結(jié)果的相對(duì)偏差值均小于6％，可見(jiàn)該方法的準(zhǔn)確性，更有利于鋰離子電池循環(huán)壽命的快速準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，同時(shí)對(duì)跳水電池有更好的預(yù)判性。

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