电池系统寿命性能评估方法与流程

本技术涉及电池，特别是涉及一种电池系统寿命性能评估方法。

背景技术：

1、锂离子等电池具有能量密度高、功率密度高、循环使用次数多、存储时间长等优点，在电动汽车上面已普遍应用，如何准确评估电池的寿命性能已经成为亟待解决的问题。

2、目前尚没有成熟的方法标定电池系统的寿命，只能对电池系统进行实际测试，以获得寿命性能。随着电池技术逐渐成熟，电池系统的寿命不断延长，可以使用十年以上，循环次数最高达到一万次以上。在这种情况下，实测标定法评估电池系统寿命性能的方法耗时较长，且成本高昂。

技术实现思路

1、本技术的目的在于解决目前电池系统评估寿命性能成本高耗时长的问题。

2、本技术提供了一种电池系统寿命性能评估方法，包括：

3、获取电池系统的额定性能参数、电池系统的第一循环寿命、电池系统的循环衰减与总衰减的转换系数、电池系统的平均容量百分比；

4、根据额定性能参数、循环寿命、转换系数、平均容量百分比，评估电池系统在不同服役场景下的寿命性能。

5、该实施例的电池系统寿命性能评估方法，充分考虑电池系统不同服役场景下的老化循环占比不同，在全生命周期内所能提供的寿命性能也不同，例如，循环占比高的电池系统更多的老化归因于循环，因此电池系统全生命周期提供的寿命性能就大于存储占比高的电池系统。由于电池系统应用的不同产品类型具备特有的服役工况，因此分产品类型评估电池系统的寿命性能e更加准确客观。而且，综合考虑了电池系统的额定性能参数、第一循环寿命、转换系数、平均容量百分比，可更加准确方便地评估出电池系统在不同服役场景下的寿命性能e。

6、在一些实施例中，在额定性能参数为额定能量的情况下，寿命性能e为电池系统在第一循环寿命内所能提供的总能量；或者

7、在额定性能参数为额定容量的情况下，寿命性能为电池系统在第一循环寿命内所能提供的总容量。

8、该实施例通过电池系统在第一循环寿命内所能提供的总能量或总容量来表征寿命性能，为评估电池系统在第一循环寿命或者全生命周期内的整体寿命性能提供了具体且可量化的指标。

9、在一些实施例中，寿命性能采用如下公式计算：

10、e＝renergy*ccount*k*acc；

11、其中，e—寿命性能；

12、renergy—额定性能参数；

13、ccount—第一循环寿命；

14、k—转换系数；

15、acc—平均容量百分比。

16、该实施例给出了根据电池系统的额定性能参数、第一循环寿命、转换系数、平均容量百分比计算寿命性能的方式，可据此公式准确方便地计算出寿命性能。

17、在一些实施例中，总衰减包括循环衰减与存储衰减的和。

18、该实施例将电池系统在循环和存储状态下健康状态的衰减作为总衰减，充分考虑了电池系统在工作和非工作状态下带来的衰减，可更准确地得到转换系数。

19、在一些实施例中，循环衰减根据电池系统在预设周期内的存储时间占比、循环活化能、电池系统在预设工况下的循环平均温度和电池系统的累积循环时间得出；和/或存储衰减根据电池系统在预设周期内的存储时间占比、存储活化能、电池系统在预设工况下的存储平均温度和电池系统的累积存储时间得出。

20、该实施例根据电池系统在预设周期内的循环时间占比、循环活化能、和在预设工况下的循环平均温度计算循环衰减，综合考虑了循环工况的时间占比、温度的影响，充分考虑了电池系统应用的不同产品类型具备特有的服役工况，能够方便准确地计算出循环衰减。和/或该实施例根据电池系统在预设周期内的存储时间占比、存储活化能、和在预设工况下的存储平均温度计算存储衰减，综合考虑了存储工况的时间占比、温度的影响，充分考虑了电池系统应用的不同产品类型具备特有的服役工况，能够方便准确地计算出存储衰减。由此，可更准确地计算得出转换系数。

21、在一些实施例中，循环衰减通过如下三部分的乘积得出：电池系统在预设周期内的循环时间占比、e的循环活化能与电池系统在预设工况下的循环平均温度的乘积次幂、以及电池系统的累积循环时间的第一常数次方；和/或存储衰减通过如下三部分的乘积得出：电池系统在预设周期内的存储时间占比、e的存储活化能与电池系统在预设工况下的存储平均温度的乘积次幂、以及电池系统的累积存储时间的第二常数次方。

22、该实施例进一步具体给出计算循环衰减和/或存储衰减的方式，综合考虑了存储工况的时间占比、温度的影响，充分考虑了电池系统应用的不同产品类型具备特有的服役工况，能够方便准确地计算出循环衰减和存储衰减。由此，可更准确地计算得出转换系数k。

23、在一些实施例中，转换系数通过如下公式计算：

24、

25、其中，s—电池系统在预设周期内的存储时间占比；

26、b—存储活化能；

27、a—循环活化能；

28、tc—电池系统在预设工况下的循环平均温度；

29、ts—电池系统在预设工况下的存储平均温度；

30、t1—电池系统的累积循环时间；

31、t2—电池系统的累积存储时间；

32、z1—第一常数，z2—第二常数。

33、该实施例给出了根据电池系统在预设周期内的存储时间占比、循环活化能、存储活化能、在预设工况下的循环平均温度和在预设工况下的存储平均温度计算转换系数的方式，综合考虑了循环与存储工况、温度的影响，能够方便准确地计算出转换系数。由于电池系统应用的不同产品类型具备特有的服役工况，因此通过该公式可结合电池系统的实际工作场景准确地计算出转换系数。

34、在一些实施例中，所述循环活化能和所述第一常数通过如下步骤得到：预先对两个所述电池系统分别在不同温度下循环测试第一预设时间，并拟合出两条循环衰减曲线，所述第一预设时间小于所述第一循环寿命；并根据所述两条循环衰减曲线得出所述循环活化能和所述第一常数；和/或

35、所述存储活化能和所述第二常数通过如下步骤得到：预先对两个所述电池系统分别在不同温度下存储测试第二预设时间，并拟合出两条存储衰减曲线，所述第二预设时间小于所述第一循环寿命；并根据所述两条存储衰减曲线得出所述存储活化能和所述第二常数。

36、该实施例通过上述模型拟合试验数据获得循环活化能和存储活化能，该模型表征了温度对老化速率的影响程度，可基于静态老化和动态老化两种情况，独立拟合出循环活化能和存储活化能，区分了不同的老化机制。而且，每个模型仅需要活化能和时间指数两个参数，减少了数据拟合的复杂程度，在实验时可分别控制平均温度和时间变量，即可获得活化能参数。

37、在一些实施例中，电池系统的转换系数通过查询电池系统的服役场景与转换系数的映射关系表得到，映射关系表预先通过试验或经验获得。

38、该实施例通过给出电池系统应用的不同产品与转换系数的对应关系，无需通过试验获得一些参数，即可根据表格获取转换系数，更加方便，以便更快捷地评估电池系统的寿命性能。

39、在一些实施例中，获得第一循环寿命的步骤包括：

40、提供待测的电池系统；

41、从待测的电池系统中选择部分电池单体作为测试样本，并通过测试得出测试样本的第二循环寿命；

42、通过第二循环寿命评估第一循环寿命。

43、该实施例将电池系统中的部分电池单体作为样本进行测试，并基于电池单体的测试数据推导电池系统的第一循环寿命，既能以试验为基础提高电池系统的第一循环寿命评估的准确性，又能简单方便地依据测试结果评估第一循环寿命，可降低成本，并通过较短的试验时间方便地获得第一循环寿命，对于寿命较长的电池系统效果尤为明显。

44、在一些实施例中，通过测试得出测试样本的第二循环寿命的步骤包括：

45、在第一预设环境温度下，将测试样本循环到预设健康状态，得出测试样本中的表征循环圈数。

46、该实施例通过将测试样本中的至少部分电池单体循环到预设健康状态，以根据测试情况客观准确地反映出测试样本中的表征循环圈数，该表征循环圈数是用测试样本中特定电池单体的循环圈数、或对测试样本中多个电池单体的循环圈数进行数据筛选或平均，以得出能够准确或安全地反映出测试样本循环圈数。

47、在一些实施例中，表征循环圈数为测试样本中各个电池单体对应循环圈数的最小值。

48、该实施例通过将多个电池单体中循环圈数最小的值作为表征循环圈数，据此得出的电池系统的第一循环寿命也相对较小，评估结果较为保守，可为电池系统在实际工作中留出余量。

49、在一些实施例中，得出测试样本中的表征循环圈数的步骤包括：

50、将测试样本从初始健康状态均循环到预设寿命终点；

51、从循环到预设寿命终点的测试样本中，得出测试样本中循环圈数的最小值。

52、该实施例将测试样本中从初始健康状态均循环到预设寿命终点，能够更准确客观地依据测试结果得出循环圈数的最小值，并获知测试样本中不同电池单体性能的差异。

53、在一些实施例中，得出测试样本中的表征循环圈数的步骤包括：

54、将测试样本均从初始健康状态循环到预设中间健康状态；

55、选择测试样本的老化曲线中性能指标最低的老化曲线，将最低的老化曲线进行拟合延伸或通过测试继续循环到预设寿命终点，得出的循环圈数作为测试样本中循环圈数的最小值；

56、其中，中间健康状态位于初始健康状态于预设寿命终点之间。

57、该实施例先将测试样本中从初始健康状态均循环到中间健康状态，筛选出测试样本中循环寿命最短的电池单体，接着再对该电池单体有针对性的进一步测试到预设寿命终点，或直接对曲线进行拟合，以获得该电池单体的循环圈数，以此作为表征循环圈数。此种方法可在依据测试结果评估电池系统的第一循环寿命，在保证准确性的基础上尽量减少测试样本的测试时间，并降低成本。

58、在一些实施例中，通过第二循环寿命评估第一循环寿命的步骤包括：

59、获得待评估的电池系统在预设周期内的平均温度；

60、根据测试样本的表征循环圈数、以及平均温度与第一预设环境温度的偏差对表征循环圈数的影响，得出待评估的电池系统的第一循环寿命。

61、该实施例考虑到待评估的电池系统工作的温度情况与测试样本在测试时所处的温度具有差异，在评估时充分考虑温度差异对第一循环寿命的影响，并据此对通过测试样本得到的表征循环圈数进行修正，以便更准确地得到待评估的电池系统的第一循环寿命。

62、在一些实施例中，获得所述第一循环寿命的步骤还包括：

63、在第二预设温度下，选择另一组测试样本循环到预设健康状态，得出另一组测试样本的表征循环圈数；

64、根据第一预设温度、第二预设温度、两组测试样本各自的表征循环圈数，得出表征循环圈数相对于温度的修正系数。

65、该实施例通过将两组测试样本分别在第一预设温度和第二预设温度进行测试，可分别得出两组测试样本在不同温度下的表征循环圈数，可得出表征循环圈数相对于温度的修正系数，以便通过修正系数补偿待评估电池系统的平均温度与第一预设环境温度的偏差对表征循环圈数的影响，从而更准确地评估出电池系统的第一循环寿命。

66、在一些实施例中，根据测试样本的表征循环圈数、以及平均温度与第一预设环境温度的偏差对表征循环圈数的影响，得出待评估的电池系统的第一循环寿命的步骤包括：

67、根据测试样本的表征循环圈数、修正系数以及平均温度与第一预设环境温度的偏差，得出待评估的电池系统的第一循环寿命。

68、该实施例可通过表征循环圈数相对于温度的修正系数以及平均温度与第一预设环境温度的偏差，可方便定量地衡量温度偏差对测试样本的表征循环圈数的影响，从而更准确地评估出电池系统的第一循环寿命。

69、在一些实施例中，表征循环圈数为测试样本中各个电池单体对应循环圈数的最小值，待评估的电池系统的第一循环寿命通过如下两部分的乘积得出：测试样本中各个电池单体对应循环圈数的最小值，以及e的平均温度与第一预设环境温度的偏差和修正系数的乘积次幂。

70、该实施例在表征循环圈数为测试样本中各个电池单体对应循环圈数的最小值的情况下，据此得出的电池系统的第一循环寿命也相对较小，评估结果较为保守，可为电池系统在实际工作中留出余量。同时也考虑了温度偏差对表征循环圈数的影响，能够方便、定量、准确地计算出待评估的电池系统的第一循环寿命。

71、在一些实施例中，表征循环圈数为测试样本中各个电池单体对应循环圈数的平均值，待评估的电池系统的第一循环寿命通过如下两部分的乘积得出：测试样本中各个电池单体对应循环圈数的平均值除以折算系数，以及e的平均温度与第一预设环境温度的偏差和修正系数的乘积次幂。

72、该实施例在表征循环圈数为测试样本中各个电池单体对应循环圈数的平均值的情况下，据此得出的电池系统的第一循环寿命与利用min(a)得出的结果相比偏大，为了使评估结果较为保守，通过试验利用测试样本中各个电池单体对应循环圈数的平均值除以折算系数进行计算，也可为电池系统在实际工作中留出余量。同时也考虑了温度偏差对表征循环圈数的影响，能够方便、定量、准确地计算出待评估的电池系统的第一循环寿命。