CN115267543A - 变温工况下锂电池容量损失推算方法、***及存储介质 - Google Patents

变温工况下锂电池容量损失推算方法、***及存储介质 Download PDF

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CN115267543A CN202210507815.3A CN202210507815A CN115267543A CN 115267543 A CN115267543 A CN 115267543A CN 202210507815 A CN202210507815 A CN 202210507815A CN 115267543 A CN115267543 A CN 115267543A
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李欣
杨冬梅
王智
杨肖
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Abstract

本发明公开了一种变温工况下锂电池容量损失方法、***及存储介质，其中方法包括如下步骤：S1：记录锂电池充电过程中的温度变化曲线；S2：根据阿伦尼乌斯公式计算各单位充电时间在标准工作温度下的等效充电时间；S3：将锂电池充电过程中各单位充电时间对应的等效充电时间进行累加，获得变温工况下锂电池在标准工作温度下的等效充电总时间；S4：将等效充电总时间带入到标准工作温度下的电池容量损失经典方程中，计算变温工况下锂电池的容量损失。上述方法，将各单位充电时间转化为在标准工作温度下的等效充电时间，从而可以利用标准工作温度下实验获得的容量损失计算方程推算变温工况下的锂电池容量损失。

Description

变温工况下锂电池容量损失推算方法、***及存储介质
技术领域
本发明属于电池管理技术领域，特别涉及一种变温工况下锂电池容量损失推算方法、***及存储介质。
背景技术
准确的电池老化轨迹预测对于储能***的可靠运行与优化管理至关重要。电池的老化对温度十分敏感，即在对电池的容量损失进行计算时，温度会对计算结果产生强烈的影响。但目前对于电池损失的计算仅限于固定温度条件下，无法满足温度昼夜变化的实际储能应用场景，这给电池容量损失的预测及应用带来了困难。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提出一种变温工况下锂电池容量损失推算方法，根据各单位充电时间段的实际工作温度，将各单位充电时间转化为在标准工作温度下的等效充电时间，从而可以利用标准工作温度下实验获得的容量损失计算方程推算变温工况下的锂电池容量损失。
本发明的另一目的是提出一种可以实施上述推算方法的变温工况下锂电池容量损失推算***，以及存储有该推算方法实例化的计算机程序的存储介质。
技术方案：本发明所述的变温工况下锂电池容量损失推算方法，包括如下步骤：
S1：记录锂电池充电过程中的温度变化曲线；
S2：根据阿伦尼乌斯公式计算各单位充电时间在标准工作温度下的等效充电时间；
S3：将锂电池充电过程中各单位充电时间对应的等效充电时间进行累加，获得变温工况下锂电池在标准工作温度下的等效充电总时间；
S4：将等效充电总时间带入到标准工作温度下的电池容量损失经典方程中，计算变温工况下锂电池的容量损失。
进一步的，所述步骤S4中，将等效充电总时间带入到标准工作温度下的电池容量损失经典方程中获得的变温工况下锂电池容量损失推算方程为：
Figure BDA0003638092550000021
式中，Closs,k为累积至第k个单位充电时间的锂电池容量损失，
Figure BDA0003638092550000022
为累积至第k个单位充电时间的等效充电总时间，
Figure BDA0003638092550000023
Ea,SEI为溶剂在SEI膜中扩散的活化能，R为气体常数，Tstd为标准工作温度，Tk为第k个单位充电时间的实际工作温度，Δtchg,k为单位充电时间的长度，kSEI为SEI膜的生成反应系数，Closs,0为锂电池出厂前化成过程所造成的电池容量损失。
进一步的，所述标准工作温度Tstd＝303K。
本发明所述的变温工况下锂电池容量损失推算***，包括：温度监控模块，用于监控并记录锂电池工作过程中的温度变化；等效充电时间转换模块，用于根据阿伦尼乌斯公式计算和单位充电时间段的实际工作温度，将各单位充电时间对应转化为在标准工作温度下的等效充电时间；锂电池容量损失推算模块，用于将各单位充电时间对应的等效充电时间累加获得等效充电总时间，并将等效充电总时间带入到标准工作温度下的电池容量损失经典方程中，计算变温工况下锂电池的容量损失。
本发明所述的存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被设置为运行时实现上述变温工况下锂电池容量损失推算方法。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：可以实现对温度昼夜变化的实际储能应用场景下的锂电池容量损失的计算，适用于不同的环境温度和不同老化程度的电池，计算量小且易于实施。
附图说明
图1为本发明实施例的变温工况下锂电池容量损失推算方法的流程图；
图2为本发明实施例的推算方法的预测效果曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
参照图1，根据本发明实施例的变温工况下锂电池容量损失推算***，包括如下步骤：
S1：记录锂电池充电过程中的温度变化曲线；
S2：根据阿伦尼乌斯公式计算各单位充电时间在标准工作温度下的等效充电时间；
S3：将锂电池充电过程中各单位充电时间对应的等效充电时间进行累加，获得变温工况下锂电池在标准工作温度下的等效充电总时间；
S4：将等效充电总时间带入到标准工作温度下的电池容量损失经典方程中，计算变温工况下锂电池的容量损失。
在电池的常规使用阶段，容量损失主要由负极表现固态电解质膜(SEI膜)在生成与增厚过程中所引起的电池内部可循环锂的消耗所造成。经典的基于活性锂损失构建的电池容量损失经典方程如下所示：
Figure BDA0003638092550000031
式中，Closs为电池的容量损失(Ah)，LLIa为电池在老化过程中的活性锂容量损失(Ah)，LLI0为电池出厂化成后的初始活性锂容量损失(Ah)，tchg为充电时间，Ea,SEI为溶剂在SEI膜中扩散的活化能(J/mol)，R为气体常数，R＝8.314J/(mol·K)，kSEI为SEI膜生成反应相关系数。通过多次在标准工作温度下的充电实验数据对上述模型进行拟合，可以获得kSEI、Ea,SEI和LLI0的值，获得拟合后的电池容量损失方程，实现对标准工作温度下的电池容量损失的预测计算。但在部分应用场景下，电池实际工作中温度是变化的，而电池老化又对温度较为敏感，所以上述方程无法应用于变温工况下整个生命周期中电池的容量损失推算。
在标准工作温度下，电池的充电时间可以作为损失过程的核心物理量—SEI膜厚度的等价特征参量，且电池充电过程中的电化学反应速度和反应温度的关系符合阿伦尼乌斯经验公式，所以本发明实施例的电池容量推算方法，通过将充电过程微分为若干个单位充电时间，单位充电时间较短，所以单位充电时间内的温度变化可以忽略不计，可以视为端点温度值或者中位数等。根据各单位充电时间的实际工作温度、标准工作温度和阿伦尼乌斯经验公式，即可将各单位充电时间转化为在标准工作温度下的等效充电时间。通过将不同温度下的各单位充电时间对应的等效充电时间累加，即可获得变温工况下的电池在恒定标准工作温度下的等效充电总时间，将等效充电总时间带入到式(1)中即可实现对变温工况下的电池容量损失的计算。上述方法将不同温度下电池的充电时间在标准条件下的等效充电时间作为传递量，扩展了标准条件下获得的电池容量损失方程的应用范围，从而实现了对变温工况下锂电池容量损失的预测计算。并且本方法基于电池容量损失经典方程，无需额外建立复杂的数学模型，计算量小，易于实施。
根据上述方法，最终获得的变温工况下锂电池容量损失的推算方程如下：
Figure BDA0003638092550000041
其中，
Figure BDA0003638092550000042
为直至第k个单位充电时间，各单位充电时间对应的等效充电时间累加获得的等效充电总时间。
Figure BDA0003638092550000043
式中，Tstd为标准工作温度，Tk为第k个单位充电时间的实际工作温度，Δtchg,k为单位充电时间的长度。标准工作温度Tstd常取Tstd＝303K。
式(2)也可以写为下式：
Figure BDA0003638092550000044
在本实施例中，通过在标准工作温度Tstd＝303K实验，获得获得kSEI、Ea,SEI和LLI0的值，构建如式(4)所示的变温工况下锂电池容量损失的推算方程，用于1C电流充放电倍率循环，每100次循环切换一次温度，切换方式为298K和318K交替进行的变温工况下的电池容量损失推算，可以获得如图2所示的电池容量损失预测曲线。由图2可以看出，预测值与测量值基本拟合，上述方法可以较为精准地实现变温工况下的锂电池容量损耗的预测。
根据本发明实施例的变温工况下锂电池容量损失推算***，可以实施上述推算方法，包括温度监测模块、等效充电时间转换模块和锂电池容量损失推算模块。其中温度监控模块用于监控并记录锂电池工作过程中的温度变化；等效充电时间转换模块用于根据阿伦尼乌斯公式计算和单位充电时间段的实际工作温度，将各单位充电时间对应转化为在标准工作温度下的等效充电时间；锂电池容量损失推算模块用于将各单位充电时间对应的等效充电时间累加获得等效充电总时间，并将等效充电总时间带入到标准工作温度下的电池容量损失经典方程中，计算变温工况下锂电池的容量损失。根据本发明实施例的存储介质，存储有上述变温工况下锂电池容量损失推算方法实例化的计算机程序。

Claims (5)

1.一种变温工况下锂电池容量损失推算方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：记录锂电池充电过程中的温度变化曲线；
S2：根据阿伦尼乌斯公式计算各单位充电时间在标准工作温度下的等效充电时间；
S3：将锂电池充电过程中各单位充电时间对应的等效充电时间进行累加，获得变温工况下锂电池在标准工作温度下的等效充电总时间；
S4：将等效充电总时间带入到标准工作温度下的电池容量损失经典方程中，计算变温工况下锂电池的容量损失。
2.根据权利要求1所述的变温工况下锂电池容量损失推算方法，其特征在于，所述步骤S4中，将等效充电总时间带入到标准工作温度下的电池容量损失经典方程中获得的变温工况下锂电池容量损失推算方程为：
Figure FDA0003638092540000011
式中，Closs,k为累积至第k个单位充电时间的锂电池容量损失，
Figure FDA0003638092540000012
为累积至第k个单位充电时间的等效充电总时间，
Figure FDA0003638092540000013
Ea,SEI为溶剂在SEI膜中扩散的活化能，R为气体常数，Tstd为标准工作温度，Tk为第k个单位充电时间的实际工作温度，Δtchg,k为单位充电时间的长度，kSEI为SEI膜的生成反应系数，Closs,0为锂电池出厂前化成过程所造成的电池容量损失。
3.根据权利要求2所述的变温工况下锂电池容量损失推算方法，其特征在于，所述标准工作温度Tstd＝303K。
4.一种变温工况下锂电池容量损失推算***，其特征在于，包括：
温度监控模块，用于监控并记录锂电池工作过程中的温度变化；
等效充电时间转换模块，用于根据阿伦尼乌斯公式计算和单位充电时间段的实际工作温度，将各单位充电时间对应转化为在标准工作温度下的等效充电时间；
锂电池容量损失推算模块，用于将各单位充电时间对应的等效充电时间累加获得等效充电总时间，并将等效充电总时间带入到标准工作温度下的电池容量损失经典方程中，计算变温工况下锂电池的容量损失。
5.一种存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被设置为运行时实现根据权利要求1至3任一项所述的变温工况下锂电池容量损失推算方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115792642A (zh) * 2023-02-02 2023-03-14 中创新航科技股份有限公司 一种动力电池寿命的估算方法及装置

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