[發明專利]一種電動汽車用鋰離子電池全氣候日歷壽命預測方法

有效

• 申請號: 202010013719.4
• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號: CN111208431B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 靳尉仁;從長杰;王馳偉
• 申請（專利權）人: 天津市捷威動力工業有限公司
• 主分類號: G01R31/367
• 分類號: G01R31/367;G01R31/385;G01R31/392
• 代理公司: 天津濱海科緯知識產權代理有限公司 12211
• 代理人: 耿樹志

1.一種電動汽車用鋰離子電池全氣候日歷壽命預測方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、建立包含有正負極副反應子模型的鋰離子電池熱-電化學耦合仿真模型；

S2、對鋰離子電池進行不同條件下的擱置實驗，將條件參數輸入到S1中建立的仿真模型中；

S3、測量步驟S2中進行擱置實驗的電池性能，根據電池性能對模型參數進行調整和優化；

S4、確定副反應的溫度相關性，將鋰離子電池所在環境的氣候參數輸入到經驗證的計算機模型中；

S5、運行計算機仿真模型，得到電池不同壽命階段的充放電性能、功率性能、內阻數值、使用過程中的溫度變化特性和日歷壽命；

所述步驟S1中，負極副反應子模型為電解液溶劑分子在鋰離子電池負極上發生還原反應，反應方程式為：

Li_xC₆+yS＝Li_x-yC₆+yLiS

其中，Li_xC₆和Li_x-yC₆代表嵌鋰態碳，S代表溶劑分子，LiS代表溶劑分子的還原產物；

當沒有外電流時，子模型激活；

所述步驟S1中，正極副反應子模型為電解液溶劑分子在鋰離子電池正極表面發生氧化反應，反應方程式為：

x(Li⁺+S)+Li_yMO＝Li_y+xMO+xS⁺

其中，Li⁺代表鋰離子，S代表溶劑分子，Li_yMO和Li_y+xMO代表正極材料，S⁺代表氧化后的溶劑；

當沒有外電流時，子模型激活；

所述步驟S2中，針對擱置實驗的每一測試條件，將正負極活性物質的嵌鋰狀態參數,輸入到步驟S1中所建立的鋰離子電池仿真模型中，使得仿真模型對應電池相應的SOC狀態，將計算機仿真模型中的溫度設置為相應測試條件的溫度；

所述步驟S3的具體方法如下：

調整負極副反應子模型和正極副反應子模型的反應速率常數數值，運行步驟S1中建立的仿真模型，使得仿真模型的預測結果與電池的實際測試結果相完好匹配，其中仿真模型預測的在該SOC狀態的嵌鋰狀態作為隨后測試的輸入參數；

所述步驟S3中，對模型參數進行調整和優化時：

將相同SOC狀態、不同溫度的測試條件下得到的交換電流密度的數值利用阿侖尼烏斯公式進行回歸，分別得到在正極上和負極上副反應的活化能；

將負極副反應子模型和正極副反應子模型的反應速率常數修改為隨溫度變化的函數，反應速率常數數值與溫度的關系符合阿侖尼烏斯關系式；

所述步驟S4中，將某一地區全年溫度分布作為參數輸入到步驟S1中所建立的仿真模型中，運行計算機仿真模型，得到全年氣候條件下電池經過不同時間后的充電性能、放電性能、功率性能、內阻數值、電池在使用過程中的溫度變化，根據設定的電池壽命終止條件，確定電池的實際日歷壽命。

2.根據權利要求1所述的電動汽車用鋰離子電池全氣候日歷壽命預測方法，其特征在于：負極副反應子模型中需要改變負極活性物理的嵌鋰狀態，具體方法如下：

將負極活性物質上的溶劑還原的反應速率在時間上的積分，得到相應的副反應物質的量，按照電池設計的負極材料的用量、負極材料的理論摩爾質量，將副反應物質的量轉換為電池存儲過程嵌鋰狀態的變化值△x,其中△x＝副反應物質的量/(負極材料的質量/負極材料的理論摩爾質量)，此時負極材料的嵌鋰狀態＝-△x，負極中嵌鋰狀態的減少，決定了電池在存儲過程容量的衰減。

3.根據權利要求1所述的電動汽車用鋰離子電池全氣候日歷壽命預測方法，其特征在于：正極副反應子模型中需要改變正極活性物理的嵌鋰狀態，具體方法如下：

將正極極活性物質上的溶劑氧化的反應速率在時間上的積分，得到相應的副反應物質的量，按照電池設計的正極極材料的用量、正極極材料的理論摩爾質量，將副反應物質的量轉換為電池存儲過程嵌鋰狀態的變化值△y,其中△y＝副反應物質的量/(正極材料的質量/正極極材料的摩爾質量)，此時正極極材料的嵌鋰狀態＝+△y，正極中嵌鋰狀態的增加，對應電池存儲后經過充電容量恢復的部分。

4.根據權利要求1所述的電動汽車用鋰離子電池全氣候日歷壽命預測方法，其特征在于：所述步驟S2中，鋰離子電池擱置實驗具體方法如下：

S201、選取同批次化成后的若干支電池作為待測試電池，然后將待測試電池分為A₁％SOC、A₂％SOC、A₃％SOC、……、A_n％SOC的n個大組，其中在低SOC組的電池數量要多一些；將每組電池分配到T₁℃、T₂℃、T₃℃、……、T_m℃的m個小組中；

S202、每支待測試電池在25±2℃恒溫箱中，以1C的電流進行容量標定測試，取每支待測試電池的多次放電容量的平均值作為每支待測試電池的實際容量值；調整每支電池的SOC至測試計劃規定目標值A_i％，確定在此狀態的正負極嵌鋰狀態

S203、把每支待測試電池在開路狀態下放在恒溫箱，恒溫箱的溫度對應于測試計劃中設定的溫度值T，進行恒溫存儲；

S204、按照測試計劃，每間隔一定的時間，將電池從存儲恒溫箱中取出，放置在25±2℃的恒溫箱中擱置，直至溫度平衡；

S205、以1C的電流對電池進行放電，確定電池的容量保持率；

S206、重復步驟S201-S205，直至已經得到足夠多的數據或者步驟S205測試的容量值為第一次容量標定式容量值的80％，結束實驗。