[發明專利]一次性鋰電池容量加速退化試驗“倒掛”數據評估方法

有效

• 申請號: 201510067455.X
• 申請日: 2015-02-09
• 公開（公告）號: CN104678312B
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發明（設計）人: 馬小兵;習文;劉秀亭
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01R31/36
• 分類號: G01R31/36
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司11232
• 代理人: 王順榮,唐愛華

技術領域

本發明屬于一次性鋰電池的貯存期評估技術領域，具體涉及WR411400鋰電池容量數據在容量加速退化試驗中出現“倒掛”現象時的分析處理方法。

背景技術

一次性鋰電池(Primary Lithium Battery)，是一種高能化學原電池，俗稱鋰電池，用于給電子設備提供連續電能，也可以是間歇電能。不同于可以多次充放電的鋰離子電池，鋰電池一旦電能耗盡便不能再用，但由于其具有比能量高、壽命長、耐漏液等優點，廣泛應用于照相機等耗電量較低的電子產品中。另外，一次性鋰電池也常應用于像水雷、導彈、地雷等長期貯存的武器裝備中，使用方需了解鋰電池在長期非放電部署或貯存后，鋰電池能否提供足夠電能使得產品可以完成相應任務，因此需要對鋰電池進行試驗確定其貯存期。

電池容量是決定一次性鋰電池在長期貯存后能否提供足夠電能的關鍵參數。生活常識與大量觀測數據都表明，隨著非放電貯存時間的增長，電池容量會發生緩慢的下降，因此可以對鋰電池進行容量退化試驗，從而獲取信息對貯存期進行評估。鑒于正常貯存環境下鋰電池容量的變化非常緩慢，且大量工程實際表明溫度是影響產品退化的敏感應力，故可采用恒定高溫容量加速退化試驗技術對正常貯存環境下鋰電池的貯存期進行評估。

由于原材料的不純以及工藝過程的不穩定，導致鋰電池的初始出廠容量分散性比較大，再加上對于處在設計初期或者由于試驗經費所限的鋰電池，其試驗樣本量小，還有對一次性電池進行容量測試需對電池完全放電，即測試容量后無法繼續進行試驗，屬于破壞性測量，所以在對鋰電池進行容量加速退化試驗時，常常會出現不同程度的數據“倒掛”的現象，不符合電池常見的貯存失效情況：隨著貯存時間的推移，電池的容量會逐漸的下降。此時，使用傳統的加速退化分析技術對試驗數據進行處理會產生較大的誤差，甚至出現錯誤結論。為此，本發明給出了一種一次性鋰電池在容量加速退化試驗中出現“倒掛”數據時的貯存期評估方法。

發明內容

(1)本發明的目的：針對一次性鋰電池在進行恒定高溫容量加速退化試驗時常常出現數據“倒掛”現象的問題，提供一種解決該問題的數據分析處理方法。為了從“倒掛”數據中提取可靠性信息，使數據融合電池容量會逐漸下降的物理知識，從中挖掘電池容量的變化趨勢，從而實現通過恒定應力容量加速退化試驗對鋰電池貯存期進行評估。

(2)技術方案：

本發明提出的基本假設如下：

假設1鋰電池容量具有可退化性，且服從正態分布。

假設2鋰電池的退化過程具有規律性，且滿足線性退化模型。

假設3鋰電池在高溫下容量下降的機理與在常溫貯存時候的機理一致。

同時，鋰電池在p個加速應力下進行了容量加速退化試驗，其中第i個加速應力試驗中進行了q_i個試驗階段，第j個試驗階段(結束時間記為t_ij)后隨機選取q_ij個電池進行破壞性容量測試，測量得到的第k個電池容量記為y_ijk，i＝1,2,...,p，j＝1,2,...,q_i，k＝1,2,...,q_ij。將電池初始容量數據記為y_i0k，即j＝0。

本發明提出的方法主要包括對數據進行初步整理、使用PAVA算法讓“倒掛”均值成為均值下降約束下的保序回歸值、使用變異系數保持不變的條件來修正各個測量點容量數據的標準差、使用百分位值進行退化建模并得到加速壽命、使用加速模型外推正常應力下的貯存期。

基于上述假設與思路，本發明一種一次性鋰電池容量加速退化試驗“倒掛”數據評估方法，具體步驟如下：

步驟一：對電池容量試驗數據進行預處理

對電池初始容量數據和各個加速應力及測試時刻的電池容量數據分別使用如下公式計算，得到電池容量均值和方差的無偏估計：

其中，和分別表示第i個加速應力試驗中第j個試驗階段后電池容量的均值與方差的無偏估計，q_ij為第i個加速應力試驗中第j個試驗階段后測量電池的個數，y_ijk表示測量得到的第k個電池的容量，i＝1,2,...,p，j＝0,1,2,...,q_i，k＝1,2,...,q_ij，當j＝0時是初始容量數據。當一個測試時刻只有一個樣本時，為使得結果更加保守，以初始容量數據方差代替其方差；

步驟二：電池容量數據保序回歸處理