[發(fā)明專利]一種基于聲學測量的鋰離子電池循環(huán)壽命預測方法

有效

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• 申請日: 2020-04-04
• 公開（公告）號: CN111505519B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發(fā)明（設計）人: 沈越;鄧哲;黃震宇;黃云輝
• 申請（專利權）人: 江蘇集萃華科智能裝備科技有限公司
• 主分類號: G01R31/392
• 分類號: G01R31/392;G01R31/367;G01N29/46;G01N29/265;G01N29/06;H01M10/44
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務所(普通合伙) 42224
• 代理人: 周磊

本發(fā)明公開了一種基于聲學測量的鋰離子電池循環(huán)壽命預測方法，其包括以下步驟：(1)對鋰離子電池進行充放電循環(huán)，在鋰離子電池充電或放電的同時，或在充、放電的間歇期，對鋰離子電池進行超聲掃描獲取超聲透射率并制作超聲透射掃描圖像；(2)將超聲透射掃描圖像上的超聲透射率≤K且面積≥A的區(qū)域所對應的循環(huán)圈數(shù)定義為聲穩(wěn)定壽命；(3)待測的鋰離子電池的預測循環(huán)壽命＝待測的鋰離子電池的聲穩(wěn)定壽命×壽命倍率Sc，壽命倍率Sc為與待測的鋰離子電池同體系的鋰離子電池的真實循環(huán)壽命除以該鋰離子電池的聲穩(wěn)定壽命。本發(fā)明利用聲穩(wěn)定壽命與鋰離子電池的循環(huán)壽命的倍率關系，可以大大縮短鋰離子電池循環(huán)壽命預測所需時間。

技術領域

本發(fā)明屬于鋰離子電池領域，更具體地，涉及一種鋰離子電池循環(huán)壽命預測方法。

背景技術

鋰離子電池作為一種新型能源，因其工作電壓高、比能量大、充放電效率高、自放電率低、無記憶效應等優(yōu)點，近幾年在生活中的應用越來越多，除了應用在手機、平板、筆記本等日常設備之外，鋰離子電池還被廣泛應用于航天飛行器、衛(wèi)星、電動汽車、無人機等重要領域。鋰離子在長期使用過程中，內(nèi)部會發(fā)生一系列的電化學反應和物理變化，嚴重影響鋰離子電池的壽命和安全性，甚至造成財產(chǎn)損失和人員傷亡。對鋰離子電池的壽命進行預測可以有助于新型鋰離子電池研發(fā)，及時調(diào)整鋰離子電池工藝參數(shù)，在較短時間內(nèi)有效判斷其未來工作能力，及時發(fā)現(xiàn)問題，避免不必要的麻煩和損失。

鋰離子電池的循環(huán)壽命，業(yè)內(nèi)通常定義為：其容量衰減至初始容量的80％時，所對應的循環(huán)圈數(shù)。目前，對于鋰離子電池的剩余壽命的預測方法主要分為三類：常規(guī)的循環(huán)測試方法、基于物理模型的剩余壽命預測方法和基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的剩余壽命預測方法。

常規(guī)的循環(huán)充放電測試方法是在一定工況下進行循環(huán)測試，將容量保持率降至80％時的循環(huán)圈數(shù)作為鋰離子電池的循環(huán)壽命。這種方法耗時長，完整的測試過程可達數(shù)年，占用設備和能源資源較多，不利于產(chǎn)品的研發(fā)和鋰離子電池的篩選。

基于模型的剩余壽命預測方法依托于對鋰離子電池材料屬性、負載條件和失效機制等信息建立鋰離子電池性能退化模型，實現(xiàn)剩余壽命預測。根據(jù)描述鋰離子電池老化行為的角度，此類方法可進一步分為基于退化機理模型和基于經(jīng)驗退化模型兩種方法：1)基于退化機理模型的預測方法從電化學機理的角度分析鋰離子電池使用過程中的性能變化規(guī)律，綜合考慮各個老化因素對鋰離子電池狀態(tài)變量(如電壓、電流、荷電狀態(tài)和電解液濃度等)的影響，建立鋰離子電池老化模型，并將其應用于剩余壽命預測。但由于鋰離子電池材料、使用環(huán)境、使用條件等因素的多變，電化學模型難以實時模擬動態(tài)的條件變化，準確度受到了一定的限制，且模型相關的參數(shù)較多，測試流程復雜且耗時，實時在線應用很難實現(xiàn)。2)基于經(jīng)驗退化模型的預測方法主要是通過建立一個能夠精確反映鋰離子電池性能狀態(tài)參數(shù)(如容量、內(nèi)阻、輸出電壓等)隨時間的變化趨勢，或鋰離子電池前后兩個時刻狀態(tài)變量之間的遞推關系的經(jīng)驗模型，從而實現(xiàn)鋰離子電池的剩余壽命預測。鋰離子電池的容量受負載、溫度、外力等因素的影響，而該模型難以跟蹤負載的動態(tài)特性，其動態(tài)精度、魯棒性及適應性較差，因此很難建立一個準確的容量衰退模型，且建模所需鋰離子電池容量衰退數(shù)據(jù)量較大。