一种电池循环寿命预测方法

技术领域

本发明涉及电池寿命预测技术领域，具体涉及一种电池循环寿命预测方法。

背景技术

二次电池循环寿命是电池性能的重要指标之一，循环寿命预测可以用于判断电池未来的工作性能，现有的二次电池循环寿命评估方法测试周期漫长，有的需要几个月，有的甚至需要几年，这导致二次电池循环寿命评估工作需要大量的时间成本和场地成本，进而使得二次电池全循环寿命周期的测试数据严重匮乏，这严重阻碍了二次电池的发展与应用。

常见的二次电池全循环寿命测试采用的方法如下所述：采用常规的充放电协议对二次电池进行充放电循环，记录电池循环第一圈时的容量，将电池容量衰减至80％时所经历的循环圈数记作该电池的循环寿命。

专利CN114062955A公开了一种利用锂离子电池循环寿命的快速预测方法，其通过锂离子电池负极极片在短期循环过程中厚度变化与电池容量保持率的关系，预测二次电池未来的长循环中的容量衰减情况的方法。

专利CN106324524A公开了一种锂离子电池循环寿命的快速预测方法，其通过短期循环过程中电解液的保有量与电池容量的保持率之间的关系预测电池长期循环的循环寿命进行预测。

目前所报道的用于二次电池寿命预测的方法主要存在以下问题：1、这些方法都是通过前期的电池数据预测电池的长期循环寿命，而电池在长期循环过程中后的容量衰减速率与前期相差较大，因此仅用短期数据预测电池长期循环数据偏差较大。2、这些方法仅考虑电池中单一组成对电池循环寿命的影响，如负极极片、电解液等对电池循环寿命的影响。然而电池的容量衰减不是单一组分的作用，这导致预测准确率不高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种电池循环寿命预测方法，本发明的方法适用于不同型号的二次电池的循环寿命预测，经过高温加速老化可以快速预测电池常温下的循环寿命，极大程度地降低了循环寿命测试的时间成本。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种电池循环寿命预测方法，包括以下步骤：

(1)将同一型号的二次电池分为两组，分别为第一测试组和第二测试组；

(2)将第一测试组在45～65℃下进行循环测试，循环至容量保持率为0.8，记录容量保持率和循环圈数；

(3)根据第一测试组的容量保持率和循环圈数，确认在45～65℃下容量保持率和循环圈数的多项式函数的N值；

(4)将第二测试组在15～30℃下进行循环300～500圈，记录容量保持率和循环圈数；

(5)根据第一测试组在45～65℃下容量保持率和循环圈数的多项式函数关系和第二测试组在15～30℃下的容量保持率和循环圈数，确认容量保持率和循环圈数之间的多项式函数；

(6)根据步骤(5)的容量保持率和循环圈数之间的多项式函数关系，计算容量保持率为0.8时，电池的循环圈数，得到电池循环寿命。

本发明的方法适用于不同型号的二次电池的循环寿命预测，经过高温加速老化可以快速预测电池常温下的循环寿命，极大程度地降低了循环寿命测试的时间成本。

本发明利用高温加速二次电池老化，对电池进行高温的全生命周期循环，确认该款电池高温下循环圈数与容量保持率之间存在的多项式函数关系，再利用高温下的多项式函数关系与少量常温下的循环数据确认该款电池常温下循环圈数与容量保持率之间存在的多项式函数关系，进而预测电池常温下的循环寿命，本发明大大缩短了常温下电池常规循环寿命测试所需的时间，且预测结果与常规测试实验结果相近，表明本发明的预测方法准确率高。

作为本发明的优选实施方案，第一测试组和第二测试组的二次电池数量均大于等于3。

作为本发明的优选实施方案，所述第一测试组在45～65℃下进行循环测试时，电流为0.1～1C；

所述第二测试组在15～30℃下进行循环300～500圈时，电流为0.1～1C。

作为本发明的优选实施方案，所述步骤(3)具体为：根据第一测试组的容量保持率和循环圈数，进行N+1项多项式函数拟合，N为正整数，N的取值从1逐步增加，直至拟合度大于等于0.999，确定N的值。

作为本发明的优选实施方案，所述步骤(5)具体为：根据第一测试组在45～65℃下容量保持率和循环圈数的多项式函数关系确定的N值，确认容量保持率和循环圈数之间的多项式函数的系数为N+1，根据第二测试组在15～30℃下的容量保持率和循环圈数，确定容量保持率和循环圈数之间的多项式函数。

作为本发明的优选实施方案，所述二次电池为LFP/石墨的软包电池。

作为本发明的优选实施方案，所述第一测试组在55℃下进行循环测试时，电流为0.5C；

所述第二测试组在25℃下进行循环300圈时，电流为0.5C。

作为本发明的优选实施方案，所述多项式函数的N值为7。

作为本发明的优选实施方案，所述在55℃下容量保持率和循环圈数的多项式函数为：

n＝A0+A1×Qh(n)+A2×(Qh(n))

+A6×(Qh(n))

其中，n为循环圈数，Qh(n)为容量保持率；

A0＝4433042998.93835；A1＝-34317718725.4218；A2＝113715459352.395；A3＝-209083786512.475；A4＝230385979400.617；A5＝-152138078475.672；A6＝55751082599.4513；A7＝-8745980637.83287。

作为本发明的优选实施方案，所述容量保持率和循环圈数之间的多项式函数为：

m＝B0+B1×Ql(m)+B2×(Ql(m))

+B6×(Ql(m))

其中，m为循环圈数，Qh(m)为容量保持率；

B0＝8188926310.90512；B1＝-63334877213.7133；B2＝209667894134.731；B3＝-385132323513.048；B4＝423948508612.896；B5＝-279675047535.343；B6＝102381177881.001；B7＝-16044258677.4288。

本发明的有益效果在于：(1)本发明利用高温加速二次电池老化，对电池进行高温的全生命周期循环，确认该款电池高温下循环圈数与容量保持率之间存在的多项式函数关系，再利用高温下的多项式函数关系与少量常温下的循环数据确认该款电池常温下循环圈数与容量保持率之间存在的多项式函数关系，进而预测电池常温下的循环寿命，本发明大大缩短了常温下电池常规循环寿命测试所需的时间，且预测结果与常规测试实验结果相近，表明本发明的预测方法准确率高。

附图说明

图1为本发明的循环圈数与容量保持率的关系与实际的实验数据之间的数值。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中，以开放式描述的技术特征中，包括所列举特征组成的封闭式技术方案，也包括包含所列举特征的开放式技术方案。

本申请中，涉及到数值区间，如无特别说明，上述数值区间内视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

实施例1

一种电池循环寿命预测方法，包括以下步骤：

(1)将20个6.5Ah的LFP/石墨的软包电池分为第一测试组和第二测试组，每组分别是10个电池。

(2)将第一测试组的10个待测试电池在55℃高温环境，以0.5C的电流，2.5～3.65V的充放电电压下进行循环测试，循环至容量保持率为0.8，并记录电池循环过程中的放电容量并计算10个电池的放电容量的平均值，利用电池放电容量的平均值计算循环过程中电池容量保持率，将该容量保持率记作Qh(n)，其中n为循环圈数，如表1所示；

表1

(3)将第一测试组电池的循环圈数n与容量保持率Qh(n)进行N+1阶多项式拟合，N为正整数，N的取值从1逐步增加，当N＝7时，拟合度R2＝0.99965，因此确认N的具体数值为7，认为该款电池循环圈数与容量保持率存在着8阶多项式函数关系。n与Qh(n)的关系式为：

n＝A0+A1×Qh(n)+A2×(Qh(n))

+A6×(Qh(n))

其中，n为循环圈数，Qh(n)为容量保持率；

A0＝4433042998.93835；A1＝-34317718725.4218；A2＝113715459352.395；A3＝-209083786512.475；A4＝230385979400.617；A5＝-152138078475.672；A6＝55751082599.4513；A7＝-8745980637.83287。

(4)将第二测试组电池在25℃下，以0.5C的电流，2.5～3.65V的充放电电压进行常规循环300圈，并记录电池循环过程中的放电容量并计算放电容量的平均值，利用电池放电容量计算循环过程中电池容量保持率，将该容量保持率记作Ql(m)，其中m为循环圈数，如表2所示；

表2

(5)根据步骤S3，认为该款电池循环圈数与容量保持率存在着8阶多项式函数关系。因此将B组电池的循环圈数m与容量保持率Ql(m)进行8阶多项式拟合，得到m与Ql(m)的关系式：

m＝B0+B1×Ql(m)+B2×(Ql(m))

+B6×(Ql(m))

其中，m为循环圈数，Qh(m)为容量保持率；

B0＝8188926310.90512；B1＝-63334877213.7133；B2＝209667894134.731；B3＝-385132323513.048；B4＝423948508612.896；B5＝-279675047535.343；B6＝102381177881.001；B7＝-16044258677.4288。

利用本发明的预测函数，确定电池的循环圈数与容量保持率的关系与实际的实验数据之间的数值如图1所示，表明，本发明的预测方法准确度高。

(6)计算当Ql(m)为0.8时，m的取值为3276.99，然后对m取整得到电池此时的循环圈数为3277，即该款6.5Ah的LFP/石墨的软包电池的循环寿命为3277圈。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。