锂离子电池老化分析及寿命预测方法、系统、设备及介质技术方案

本申请提供一种锂离子电池老化分析及寿命预测方法、系统、设备及介质，锂离子电池老化分析方法包括构建电池老化数学模型，所述电池老化数学模型基于电化学反应、机械应力与材料疲劳效应进行老化分析；基于所述电池老化数学模型计算经任意充放电循环次数后的电池剩余容量；所述电池剩余容量用于反映锂离子电池的老化程度。本申请综合考虑化学因素与机械因素，从第一性原理出发，通过电芯内部的固体电解质界面膜的生成与增长过程，以及机械应力带来的疲劳效应导致电极活性材料断裂，以数值建模的方式构建电池老化数学模型，进行有效的电池老化分析，并进而预测电池循环寿命。并进而预测电池循环寿命。并进而预测电池循环寿命。

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池老化分析及寿命预测方法、系统、设备及介质


[0001]本申请属于锂离子电池领域，涉及一种老化分析方法，特别是涉及一种锂离子电池老化分析及寿命预测方法、系统、设备及介质。

技术介绍

[0002]随着锂离子电池的广泛应用，如何准确预测电池的使用寿命也成为了热门研究课题。锂离子电池的老化现象限制着其储能和输出能力，同时也提高了电池的运维成本。例如在新能源汽车行业中，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。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。但是，锂离子电池在充放电循环过程中将会出现容量衰减、功率衰减等老化现象，其老化现象带来的续航焦虑一直是行业痛点。对整车而言，锂离子电池老化会造成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。但是，现有技术中缺少一种能够有效分析锂离子电池老化程度，并进行寿命预测的方法。

技术实现思路

[0003]本申请提供一种锂离子电池老化分析及寿命预测方法、系统、设备及介质，用于解决现有技术无法有效分析锂离子电池老化程度并进行寿命预测的技术问题。
[0004]第一方面，本申请提供一种锂离子电池老化分析方法，包括构建电池老化数学模型，所述电池老化数学模型基于电化学反应、机械应力与材料疲劳效应进行老化分析；基于所述电池老化数学模型计算经任意充放电循环次数后的电池剩余容量；所述电池剩余容量用于反映锂离子电池的老化程度。
[0005]在第一方面的一种实现方式中，所述构建电池老化数学模型包括构建第一老化分析模型，所述第一老化分析模型用于模拟锂离子电池初始固体电解质界面膜的厚度增长过程中的锂离子电池老化，以得到第一老化分析值；构建第二老化分析模型，所述第二老化分析模型用于模拟锂离子电池二次生成固体电解质界面膜过程中的锂离子电池老化，以得到第二老化分析值；二次生成的固体电解质界面膜包括在锂离子电池裂纹表面上生成的固体电解质界面膜；构建第三老化分析模型，所述第三老化分析模型用于模拟所述二次生成的固体电解质界面膜的厚度增长过程中的锂离子电池老化，以得到第三老化分析值；基于所述第一老化分析值、所述第二老化分析值和所述第三老化分析值构建所述电池老化数学模型；其中，所述第一老化分析值、所述第二老化分析值和所述第三老化分析值与充放电循环次数以及电池剩余容量相关联。
[0006]在第一方面的一种实现方式中，所述第一老化分析模型基于在不同充放电循环次数下所述初始固体电解质界面膜的厚度增长所消耗的锂离子数量获取电池容量变化率以
作为第一老化分析值。
[0007]第一方面的一种实现方式中，所述第二老化分析模型基于在不同充放电循环次数下生成所述二次生成的固体电解质界面膜所消耗的锂离子数量获取电池容量变化率以作为第二老化分析值。
[0008]在第一方面的一种实现方式中，所述第三老化分析模型基于在不同充放电循环次数下所述二次生成的固体电解质界面膜的厚度增长所消耗的锂离子数量获取电池容量变化率以作为第三老化分析值。
[0009]在第一方面的一种实现方式中，所述构建电池老化数学模型包括将所述第一老化分析值、所述第二老化分析值和所述第三老化分析值累加。
[0010]在第一方面的一种实现方式中，所述基于所述电池老化数学模型计算经任意充放电循环次数后的电池剩余容量包括确定电池充放电循环次数；将所述电池循环次数输入所述电池老化数学模型以获得电池容量变化率；根据所述电池容量变化率得到剩余电池容量。
[0011]第二方面，本申请提供一种锂离子电池寿命预测方法，包括确定锂离子电池的失效容量比标准；所述失效容量比为失效时电池剩余容量与与初始电池容量的比值；根据权利要求1～7任意一项所述的方法对锂离子电池进行老化分析以获取任意充放电循环次数后的电池剩余容量；基于锂离子电池的失效容量比标准计算锂离子电池失效时的电池剩余容量以确定锂离子电池的失效充放电循环次数；基于所述失效充放电循环次数预测锂离子电池寿命。
[0012]第三方面，本申请提供一种锂离子电池老化分析系统，包括模型构建模块，用于构建电池老化数学模型，所述电池老化数学模型基于电化学反应、机械应力与材料疲劳效应进行老化分析；老化计算模块，用于基于所述电池老化数学模型计算经任意充放电循环次数后的电池剩余容量；所述电池剩余容量用于反映锂离子电池的老化程度。
[0013]第四方面，本申请提供一种锂离子电池寿命预测系统，包括模型构建模块，用于构建电池老化数学模型，所述电池老化数学模型基于电化学反应、机械应力与材料疲劳效应进行老化分析；老化计算模块，用于基于所述电池老化数学模型计算经任意充放电循环次数后的电池剩余容量；所述电池剩余容量用于反映锂离子电池的老化程度；失效循环次数计算模块，用于基于锂离子电池的失效容量比标准计算锂离子电池失效时电池剩余容量以确定锂离子电池的失效充放电循环次数；预测模块，用于基于所述失效充放电循环次数预测锂离子电池寿命。
[0014]第五方面，本申请提供一种电子设备，包括：存储器，被配置为存储计算机程序；以及处理器，与所述存储器通信相连，所述处理器被配置为调用所述计算机程序以执行本申请第一方面所述的锂离子电池老化分析方法或第二方面所述的锂离子电池寿命预测方法。
[0015]第六方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本申请第一方面所述的锂离子电池老化分析方法或第二方面所述的锂离子电池寿命预测方法。
[0016]如上所述，本申请所述的一种锂离子电池老化分析及寿命预测方法、系统、设备及介质，具有以下有益效果：从第一性原理出发，综合考虑化学层面电芯内部的固体电解质界面膜(SEI膜)的生成与增长过程，以及物理层面机械应力带来的疲劳效应导致电极活性材
料断裂了解锂离子电池的老化行为，将多种可能导致容量损失的因素相叠加，构建出容量
‑
循环次数的电池老化数学模型，通过模型仿真可以有效计算任意循环次数下的剩余容量，亦可参照一定的电池失效标准，准确预测电池的失效时间和使用寿命，从而准确地估计和预测电池的老化状态，并进行寿命有助于更好地确定电池的安全边界和更合理地使用电池。
附图说明
[0017]图1显示为本申请一实施例提供的一种锂离子电池老化分析方法的流程示意图。
[0018]图2显示为本申请一实施例所述的一种锂离子电池老化分析方法的流程示意图。
[0019]图3显示为本申请一实施例所述的一种锂离子电池老化分析方法的架构示意图
[0020]图4显示为本申请另一实施例所述的一种锂离子电池寿命预测方法的流程示意图。
[0021]图5显示为本申请一实施例所述的一种电池老化数学模型仿真计算的结果示意图。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池老化分析方法，其特征在于，包括：构建电池老化数学模型，所述电池老化数学模型基于电化学反应、机械应力与材料疲劳效应进行老化分析；基于所述电池老化数学模型计算经任意充放电循环次数后的电池剩余容量；所述电池剩余容量用于反映锂离子电池的老化程度。2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池老化分析方法，其特征在于，所述构建电池老化数学模型包括：构建第一老化分析模型，所述第一老化分析模型用于模拟锂离子电池初始固体电解质界面膜的厚度增长过程中的锂离子电池老化，以得到第一老化分析值；构建第二老化分析模型，所述第二老化分析模型用于模拟锂离子电池二次生成固体电解质界面膜过程中的锂离子电池老化，以得到第二老化分析值；二次生成的固体电解质界面膜包括在锂离子电池裂纹表面上生成的固体电解质界面膜；构建第三老化分析模型，所述第三老化分析模型用于模拟所述二次生成的固体电解质界面膜的厚度增长过程中的锂离子电池老化，以得到第三老化分析值；基于所述第一老化分析值、所述第二老化分析值和所述第三老化分析值构建所述电池老化数学模型；其中，所述第一老化分析值、所述第二老化分析值和所述第三老化分析值与充放电循环次数以及电池剩余容量相关联。3.根据权利要求2所述的一种锂离子电池老化分析方法，其特征在于，所述第一老化分析模型基于在不同充放电循环次数下所述初始固体电解质界面膜的厚度增长所消耗的锂离子数量获取电池容量变化率以作为第一老化分析值。4.根据权利要求2所述的一种锂离子电池老化分析方法，其特征在于，所述第二老化分析模型基于在不同充放电循环次数下生成所述二次生成的固体电解质界面膜所消耗的锂离子数量获取电池容量变化率以作为第二老化分析值。5.根据权利要求2所述的一种锂离子电池老化分析方法，其特征在于，所述第三老化分析模型基于在不同充放电循环次数下所述二次生成的固体电解质界面膜的厚度增长所消耗的锂离子数量获取电池容量变化率以作为第三老化分析值。6.根据权利要求2所述的一种锂离子电池老化分析方法，其特征在于，所述构建电池老化数学模型包括将所述第一老化分析值、所述第二老化分析值和所述第三老化分析值累加。7.根据权利要求1所述的一种锂离子电池老化分析...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈思元，魏琼，韦良长，江铭臣，李倩，顾单飞，赵恩海，严晓，
申请(专利权)人：上海玫克生储能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：