[发明专利]一种电动汽车用锂离子电池全气候日历寿命预测方法

权利要求书

1.一种电动汽车用锂离子电池全气候日历寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、建立包含有正负极副反应子模型的锂离子电池热-电化学耦合仿真模型；

S2、对锂离子电池进行不同条件下的搁置实验，将条件参数输入到S1中建立的仿真模型中；

S3、测量步骤S2中进行搁置实验的电池性能，根据电池性能对模型参数进行调整和优化；

S4、确定副反应的温度相关性，将锂离子电池所在环境的气候参数输入到经验证的计算机模型中；

S5、运行计算机仿真模型，得到电池不同寿命阶段的充放电性能、功率性能、内阻数值、使用过程中的温度变化特性和日历寿命；

所述步骤S1中，负极副反应子模型为电解液溶剂分子在锂离子电池负极上发生还原反应，反应方程式为：

Li_xC₆+yS＝Li_x-yC₆+yLiS

其中，Li_xC₆和Li_x-yC₆代表嵌锂态碳，S代表溶剂分子，LiS代表溶剂分子的还原产物；

当没有外电流时，子模型激活；

所述步骤S1中，正极副反应子模型为电解液溶剂分子在锂离子电池正极表面发生氧化反应，反应方程式为：

x(Li⁺+S)+Li_yMO＝Li_y+xMO+xS⁺

其中，Li⁺代表锂离子，S代表溶剂分子，Li_yMO和Li_y+xMO代表正极材料，S⁺代表氧化后的溶剂；

当没有外电流时，子模型激活；

所述步骤S2中，针对搁置实验的每一测试条件，将正负极活性物质的嵌锂状态参数,输入到步骤S1中所建立的锂离子电池仿真模型中，使得仿真模型对应电池相应的SOC状态，将计算机仿真模型中的温度设置为相应测试条件的温度；

所述步骤S3的具体方法如下：

调整负极副反应子模型和正极副反应子模型的反应速率常数数值，运行步骤S1中建立的仿真模型，使得仿真模型的预测结果与电池的实际测试结果相完好匹配，其中仿真模型预测的在该SOC状态的嵌锂状态作为随后测试的输入参数；

所述步骤S3中，对模型参数进行调整和优化时：

将相同SOC状态、不同温度的测试条件下得到的交换电流密度的数值利用阿仑尼乌斯公式进行回归，分别得到在正极上和负极上副反应的活化能；

将负极副反应子模型和正极副反应子模型的反应速率常数修改为随温度变化的函数，反应速率常数数值与温度的关系符合阿仑尼乌斯关系式；

所述步骤S4中，将某一地区全年温度分布作为参数输入到步骤S1中所建立的仿真模型中，运行计算机仿真模型，得到全年气候条件下电池经过不同时间后的充电性能、放电性能、功率性能、内阻数值、电池在使用过程中的温度变化，根据设定的电池寿命终止条件，确定电池的实际日历寿命。

2.根据权利要求1所述的电动汽车用锂离子电池全气候日历寿命预测方法，其特征在于：负极副反应子模型中需要改变负极活性物理的嵌锂状态，具体方法如下：

将负极活性物质上的溶剂还原的反应速率在时间上的积分，得到相应的副反应物质的量，按照电池设计的负极材料的用量、负极材料的理论摩尔质量，将副反应物质的量转换为电池存储过程嵌锂状态的变化值△x,其中△x＝副反应物质的量/(负极材料的质量/负极材料的理论摩尔质量)，此时负极材料的嵌锂状态＝-△x，负极中嵌锂状态的减少，决定了电池在存储过程容量的衰减。

3.根据权利要求1所述的电动汽车用锂离子电池全气候日历寿命预测方法，其特征在于：正极副反应子模型中需要改变正极活性物理的嵌锂状态，具体方法如下：

将正极极活性物质上的溶剂氧化的反应速率在时间上的积分，得到相应的副反应物质的量，按照电池设计的正极极材料的用量、正极极材料的理论摩尔质量，将副反应物质的量转换为电池存储过程嵌锂状态的变化值△y,其中△y＝副反应物质的量/(正极材料的质量/正极极材料的摩尔质量)，此时正极极材料的嵌锂状态＝+△y，正极中嵌锂状态的增加，对应电池存储后经过充电容量恢复的部分。

4.根据权利要求1所述的电动汽车用锂离子电池全气候日历寿命预测方法，其特征在于：所述步骤S2中，锂离子电池搁置实验具体方法如下：

S201、选取同批次化成后的若干支电池作为待测试电池，然后将待测试电池分为A₁％SOC、A₂％SOC、A₃％SOC、……、A_n％SOC的n个大组，其中在低SOC组的电池数量要多一些；将每组电池分配到T₁℃、T₂℃、T₃℃、……、T_m℃的m个小组中；

S202、每支待测试电池在25±2℃恒温箱中，以1C的电流进行容量标定测试，取每支待测试电池的多次放电容量的平均值作为每支待测试电池的实际容量值；调整每支电池的SOC至测试计划规定目标值A_i％，确定在此状态的正负极嵌锂状态

S203、把每支待测试电池在开路状态下放在恒温箱，恒温箱的温度对应于测试计划中设定的温度值T，进行恒温存储；

S204、按照测试计划，每间隔一定的时间，将电池从存储恒温箱中取出，放置在25±2℃的恒温箱中搁置，直至温度平衡；

S205、以1C的电流对电池进行放电，确定电池的容量保持率；

S206、重复步骤S201-S205，直至已经得到足够多的数据或者步骤S205测试的容量值为第一次容量标定式容量值的80％，结束实验。