一种时变循环工况下的锂离子电池老化测试方法技术

本发明专利技术涉及一种时变循环工况下的锂离子电池老化测试方法，采用时变循环工况进行电池的老化试验，并依据试验数据，进行电池的全寿命仿真，分析电池在时变循环工况下的老化机理及性能衰减规律，并根据不同类型的充放电循环工况，研究同体系不同型号电池在不同循环工况下的老化过程，能够进行同体系不同型号电池在不同循环工况下的老化规律研究，为电动汽车更好的使用电池提供理论支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种时变循环工况下的锂离子电池老化测试方法
本专利技术涉及汽车动力电池
，尤其涉及一种时变循环工况下的锂离子电池老化测试方法。
技术介绍
动力电池系统作为新能源汽车主要的动力源，其性能的好坏，直接影响整车的动力性、经济性，以及成本和寿命，同时，电池系统也是新能源汽车上成本最高的零部件，几乎占整车成本的40％以上。目前，锂离子电池由于在比能量、比功率、安全性能、循环性能等方面的诸多优势，成为了电动汽车中动力电池的首选，然而锂离子电池在化成后便开始经历老化过程，主要表现为容量衰减和内阻增加，对整车而言，其表现则主要为续驶里程和动力性能的下降，当电池性能衰减到一定程度后，整车表现将严重下降，无法满足正常驾驶需求，甚至引发热失控等安全问题，并且按照国家相关规定，当电池容量衰减到80％后，就不适于应用在电动汽车上，意味着车用寿命终止。因此，了解锂离子电池的老化行为，准确地估计和预测电池的老化状态，有助于更好地确定电池的安全边界和更合理地使用电池。目前，对于锂离子电池老化行为的研究，多是选用锂离子电池单体作为研究对象，从温度、放电倍率、SOC等几个因素，来分析单个因素或多个耦合因素对于电池单体老化的影响，基本都是采用不同倍率的恒流放电方式来进行试验，然后通过外特性分析的方法，如增量容量法(ICA)、微分电压法(DVA)、电化学阻抗谱法(EIS)等方法，进行定量的推理分析。以上研究方法多采用恒流工况进行充放电，而整车行驶中动力电池实际使用的工况是实时变化的，汽车行驶中电池在动态放电，而制动的过程中会有能量回馈，对电池进行充电，并且在实际汽车行驶中，电池的放电、充电工况切换很快且频繁，然而电池的老化受工况影响非常大，因此，单纯的恒流放电工况下锂离子电池的老化行为与电动汽车上实际的老化路径会有很大偏差。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术提出一种时变循环工况下的锂离子电池老化测试方法，采用时变循环工况进行电池的老化试验，并依据试验数据，进行电池的全寿命仿真，分析电池在时变循环工况下的老化机理及性能衰减规律，并根据不同类型的充放电循环工况，研究同体系不同型号电池在不同循环工况下的老化过程。为实现以上目的，本专利技术所采用的技术方案包括：一种时变循环工况下的锂离子电池老化测试方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、选取试验用锂离子电池单体集合；所述试验用锂离子电池单体集合包括若干个同体系的锂离子电池单体；S2、针对所选取的试验用锂离子电池单体集合中各试验用锂离子电池单体进行选定时变循环工况下的老化试验，并在老化试验过程中采集锂离子电池单体的电池电压、电流和温度数据，同时进行容量测试，根据容量衰减比例将老化试验进行分段，得到老化锂离子电池单体集合以及对应集合中各老化锂离子电池单体的老化试验数据；所述老化锂离子电池单体集合中包括具有不同锂离子电池容量衰减比例的老化锂离子电池单体；S3、使用外特性分析法对老化锂离子电池单体集合电池衰减机理进行定量对比分析；S4、基于锂离子电池的电化学模型，耦合锂离子电池老化方程与锂离子电池热模型，建立试验用锂离子电池单体电化学-热-机械耦合老化机理模型，并依据老化试验数据完成模型的参数识别与标定；S5、通过建立的电化学-热-机械耦合老化机理模型，进行锂离子电池单体电池的全寿命仿真，验证模型对锂离子电池单体电池老化过程中性能参数模拟的准确性，获取锂离子电池单体电池在时变循环工况下的老化机理及性能衰减规律。进一步地，在所述步骤S5中是使用步骤S4建立的锂离子电池单体电化学-热-机械耦合老化机理模型模拟研究与试验用锂离子电池单体同体系但不同型号的锂离子电池单体在步骤S2中选定时变循环工况下的老化试验过程，或，使用步骤S4建立的锂离子电池单体电化学-热-机械耦合老化机理模型模拟研究与试验用锂离子电池单体同体系且同型号的锂离子电池单体在不同于步骤S2中选定时变循环工况的其他时变循环工况下的老化试验过程。进一步地，所述步骤S1中选取试验用锂离子电池单体集合包括针对试验用锂离子电池单体进行电池容量、开路电压和/或内阻的测量，并筛选出相对高一致性的试验用锂离子电池单体组成试验用锂离子电池单体集合。进一步地，所述步骤S2中时变循环工况老化试验包括采用动力电池循环寿命测试相关国家标准GB/T31484的纯电动乘用车用能量型电池主放电工况、动态应力工况的老化试验，或采用新欧洲测试循环、美国联邦汽车测试标准程序、全球轻型汽车测试循环、日本机动车测试工况或中国工况转换而来的电池等效测试工况的老化试验。进一步地，所述步骤S2中时变循环工况老化试验在选定恒温条件状态下进行，所述选定恒温条件为0℃、25℃和/或45℃。进一步地，所述步骤S2中根据容量衰减比例将电池老化过程分为五个阶段：新电池、衰减5％、衰减10％、衰减15％和衰减20％。进一步地，所述步骤S4中建立试验用锂离子电池单体电化学-热-机械耦合老化机理模型还包括耦合锂离子电池活性材料损伤模型和/或电化学副反应模型。进一步地，所述电化学模型为基于多孔电极与浓溶液理论的经典准二维电化学模型，所述经典准二维电化学模型包括固相扩散方程、液相扩散及迁移方程、固相电势分布、液相电势分布以及电极反应动力学方程；和/或，所述锂离子电池热模型为基于Bernardi生热模型的热模型，所述锂离子电池热模型的模型边界条件根据步骤S2中选定时变循环工况确定；和/或，所述锂离子电池活性材料损伤模型为电池正极活性材料损失模型；所述电化学副反应模型包括SEI生长模型与析锂副反应模型。进一步地，在所述步骤S4中，还包括将步骤S2得到的老化试验数据作为依据对步骤S4得到的试验用锂离子电池单体电化学-热-机械耦合老化机理模型进行关键参数标定并依据步骤S2中选定时变循环工况老化试验数据对所述试验用锂离子电池单体电化学-热-机械耦合老化机理模型进行修正。进一步地，所述步骤S4中依据步骤S2中选定时变循环工况老化试验数据对所述试验用锂离子电池单体电化学-热-机械耦合老化机理模型进行修正包括以下分步骤：S421、将步骤S2中选定时变循环工况的放电曲线与实践数据作为模型负载导入试验用锂离子电池单体电化学-热-机械耦合老化机理模型；S422、在分步骤S421所述模型负载下进行锂离子电池的全寿命仿真，得到与步骤S2相同工况下的老化试验数据仿真值；S423、比对步骤S2得到的老化试验数据与分步骤S422得到的老化试验数据仿真值，对试验用锂离子电池单体老化机理模型进行修正；S424、对经过修正的试验用锂离子电池单体老化机理模型重复进行分步骤S421至S423，直至修正后的试验用锂离子电池单体老化机理模型所得到的老化试验数据仿真值与步骤S2得到的老化试验数据之间误差值小于预设阈值。本专利技术的有益效果为：采用本专利技术所述时变循环工况下的锂离子电池老化测试方法，采用时变循环工况进行老化试验和建模分析，单个循环中电池的放电电流或功率随时间动态变化，并且本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种时变循环工况下的锂离子电池老化测试方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、选取试验用锂离子电池单体集合；所述试验用锂离子电池单体集合包括若干个同体系的锂离子电池单体；/nS2、针对所选取的试验用锂离子电池单体集合中各试验用锂离子电池单体进行选定时变循环工况下的老化试验，并在老化试验过程中采集锂离子电池单体的电池电压、电流和温度数据，同时进行容量测试，根据容量衰减比例将老化试验进行分段，得到老化锂离子电池单体集合以及对应集合中各老化锂离子电池单体的老化试验数据；所述老化锂离子电池单体集合中包括具有不同锂离子电池容量衰减比例的老化锂离子电池单体；/nS3、使用外特性分析法对老化锂离子电池单体集合电池衰减机理进行定量对比分析；/nS4、基于锂离子电池的电化学模型，耦合锂离子电池老化方程与锂离子电池热模型，建立试验用锂离子电池单体电化学-热-机械耦合老化机理模型，并依据老化试验数据完成模型的参数识别与标定；/nS5、通过建立的电化学-热-机械耦合老化机理模型，进行锂离子电池单体电池的全寿命仿真，验证模型对锂离子电池单体电池老化过程中性能参数模拟的准确性，获取锂离子电池单体电池在时变循环工况下的老化机理及性能衰减规律。/n...

【技术特征摘要】
1.一种时变循环工况下的锂离子电池老化测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、选取试验用锂离子电池单体集合；所述试验用锂离子电池单体集合包括若干个同体系的锂离子电池单体；
S2、针对所选取的试验用锂离子电池单体集合中各试验用锂离子电池单体进行选定时变循环工况下的老化试验，并在老化试验过程中采集锂离子电池单体的电池电压、电流和温度数据，同时进行容量测试，根据容量衰减比例将老化试验进行分段，得到老化锂离子电池单体集合以及对应集合中各老化锂离子电池单体的老化试验数据；所述老化锂离子电池单体集合中包括具有不同锂离子电池容量衰减比例的老化锂离子电池单体；
S3、使用外特性分析法对老化锂离子电池单体集合电池衰减机理进行定量对比分析；
S4、基于锂离子电池的电化学模型，耦合锂离子电池老化方程与锂离子电池热模型，建立试验用锂离子电池单体电化学-热-机械耦合老化机理模型，并依据老化试验数据完成模型的参数识别与标定；
S5、通过建立的电化学-热-机械耦合老化机理模型，进行锂离子电池单体电池的全寿命仿真，验证模型对锂离子电池单体电池老化过程中性能参数模拟的准确性，获取锂离子电池单体电池在时变循环工况下的老化机理及性能衰减规律。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S5中是使用步骤S4建立的锂离子电池单体电化学-热-机械耦合老化机理模型模拟研究与试验用锂离子电池单体同体系但不同型号的锂离子电池单体在步骤S2中选定时变循环工况下的老化试验过程，或，使用步骤S4建立的锂离子电池单体电化学-热-机械耦合老化机理模型模拟研究与试验用锂离子电池单体同体系且同型号的锂离子电池单体在不同于步骤S2中选定时变循环工况的其他时变循环工况下的老化试验过程。


3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中选取试验用锂离子电池单体集合包括针对试验用锂离子电池单体进行电池容量、开路电压和/或内阻的测量，并筛选出相对高一致性的试验用锂离子电池单体组成试验用锂离子电池单体集合。


4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中时变循环工况老化试验包括采用动力电池循环寿命测试相关国家标准GB/T31484的纯电动乘用车用能量型电池主放电工况、动态应力工况的老化试验，或采用新欧洲测试循环、美国联邦汽车测试标准程序、全球轻型汽车测试循环、日本机动车测试工况或中国工况转换而来的电池等效测试工况的老化试验。


5.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨世春，郭斌，何瑢，刘新华，闫啸宇，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11