预测电池循环寿命的方法及系统与流程

本发明涉及电池技术领域，具体涉及电池寿命检测领域，尤其涉及一种预测电池循环寿命的方法以及基于该方法的系统。

背景技术：

导致电池寿命衰减的因素包括正极材料与电解液之间的反应、电解液与负极材料之间的反应以及电解液箔材之间的反应等，即电池内部活性物质结构发生变化和脱落，造成其寿命下降。因此，生产厂商需要对于电池循环寿命进行预测，以确保电池能够满足一定的循环寿命。但是，当前预测电池循环寿命一般需要3个月左右，预测周期较长。由于预测周期长，一方面现有技术对于电池性能评估缺乏时效性，需要等待较长时间才能知道电池的充放电循环是否合格，另一方面，每一电池的预测都会长时间占用预测通道，导致资源利用率较低。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供一种预测电池循环寿命的方法及系统，能够有效缩短电池循环寿命的预测周期，保证电池性能评估的时效性，提高资源利用率。

本发明一实施例的预测电池循环寿命的方法，包括：a对电池充电，并在充电电压达到预设充电截止电压时进行放电；b对电池放电，并在放电电压到达预设放电电压时进行充电；c重复执行步骤a和b，直至电池的容量保持率低于预设阈值；d记录电池的容量保持率不低于预设阈值时对电池执行充电和放电的循环次数。

可选地，所述电池包括锂离子电池。

可选地，所述预设充电截止电压包括4.2V。

可选地，所述预设放电电压包括2.0V。

可选地，所述电池包括单个电池以及由多个电池组成的电池组。

本发明一实施例的预测电池循环寿命的系统，包括：充电电路，用于对电池充电；放电电路，用于对电池放电；控制电路，用于在充电电压达到预设充电截止电压时控制放电电路进行放电，且在放电电压到达预设放电电压时进行充电；所述控制电路进一步用于控制充电电路和放电电路对电池重复进行所述充电和所述放电，直至电池的容量保持率低于预设阈值，并记录电池的容量保持率不低于所述预设阈值时对电池执行所述充电和放电的循环次数。

可选地，所述电池包括锂离子电池。

可选地，所述预设充电截止电压包括4.2V。

可选地，所述预设放电电压包括2.0V。

可选地，所述电池包括单个电池以及由多个电池组成的电池组。

本发明实施例的预测电池循环寿命的方法及系统，通过对电池的过放电循环，使得电池中的SEI膜(Solid Electrolyte Interface,固体电解质界面膜)不断分解和修复，从而加速电解液的消耗，缩短电池循环寿命的预测周期，保证电池性能评估的时效性，提高资源利用率。

附图说明

图1是本发明一实施例的预测电池循环寿命的方法的流程示意图；

图2是本发明以预设充电截止电压为4.2V且预设放电电压为3.0V进行充电和放电时的容量保持率与循环次数的关系曲线图；

图3是本发明以预设充电截止电压为4.2V且预设放电电压为1.5V进行充电和放电时的容量保持率与循环次数的关系曲线图；

图4是本发明以预设充电截止电压为4.2V且预设放电电压为1.0V进行充电和放电时的容量保持率与循环次数的关系曲线图；

图5是本发明一实施例的预测电池循环寿命的系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明所提供的各个示例性的实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅图1，为本发明一实施例的预测电池循环寿命的方法。所述预测电池循环寿命的方法可以包括步骤a～d。

a：对电池充电，并在充电电压达到预设充电截止电压时进行放电。

b：对电池放电，并在放电电压到达预设放电电压时进行充电。

c：重复执行步骤a和b，直至电池的容量保持率低于预设阈值。

d：记录电池的容量保持率不低于预设阈值时对电池执行充电和放电的循环次数。

本实施例相当于对电池进行过放电循环，即，将电池充电到充电截止电压后，再放电到电压不高于预设放电电压，而后重复对电池进行该充电和放电过程，直至电池的容量保持率不低于预设阈值。在此过程中，所记录到的充电和放电的循环次数可视为电池的循环寿命。所谓循环寿命是相对于预设阈值而言，预设阈值作为电池是否合格的一个评判标准，其具体数值可自定义设置，且其取值不同，电池的循环寿命也不同，例如预设阈值越小，则测试到的所述循环次数越多。

对电池进行过放电循环可使得电池中的SEI膜不断分解和修复，从而加速电解液的消耗。当电解液被消耗到一定程度，电池的容量保持率即可达到预设阈值，而后继续消耗，则电池的容量保持率即会低于该预设阈值。基于此，本发明实施例能够有效缩短电池循环寿命的预测周期，保证电池性能评估的时效性，提高资源利用率。

在本实施例中，预设充电截止电压需要大于电池的电解液在负极形成SEI膜所需的电压，预设放电电压需要小于分解SEI膜所需的电压，且该预设放电电压小于电池的放电截止电压。该预设充电截止电压和预设放电电压的取值与电池的类型相关。以锂离子电池为例，预设充电截止电压可取值为4.2V，预设放电电压可取值为2.0V。具体而言：

锂离子电池包含(锂离子)电芯和保护板，电芯包括正极、负极、隔膜和电解液。负极的活性物质为石墨，且在石墨颗粒的表面有一层SEI膜。该SEI膜是由电解液在负极表面还原所形成的一层很薄的膜，能够有效地阻止电解液中的溶剂分子通过，但允许Li+经过该钝化层自由地嵌入和脱出。电芯的放电截止电压一般为3.0V，当其放电到2.0V以下时，负极电位升高，SEI膜会被分解，此时电芯再次充电，负极电位降低，达到成膜电位，电解液又会在负极表面还原生成SEI膜。因此，随着该过放电循环，SEI膜会不断分解和修复，从而加速电解液的消耗。当电芯内的电解液量被消耗殆尽时，电芯的寿命也就彻底终止。

请参阅图2，在电芯以预设充电截止电压为4.2V且预设放电电压为3.0V进行充电和放电时，容量保持率达到90％时所对应的循环次数在300次。请参阅图3，在电芯以预设充电截止电压为4.2V且预设放电电压为1.5V进行充电和放电时，容量保持率达到90％时所对应的循环次数在100次。请参阅图4，在电芯以预设充电截止电压为4.2V且预设放电电压为1.0V进行充电和放电时，容量保持率达到90％时所对应的循环次数在60次。基于此可知，当电芯以1.5V的预设放电电压进行循环时，其循环速率是以3.0V的预设放电电压进行循环的循环速率的3倍；当以1.0V的预设放电电压进行循环时，其循环速率是以3.0V的预设放电电压进行循环的循环速率的5倍。可见，采用过放循环可以显著加速电芯的循环测试，且预设放电电压越低，循环速率越高，预测电池循环寿命的周期越短。

需要说明的是，本实施例的电池并不局限于锂离子电池，例如所述电池可以是单个电池，或者由多个电池组成的电池组，只要负极具有所述SEI膜的电池均可采用上述方法进行循环寿命的预测。

请参阅图5，为本发明一实施例的预测电池循环寿命的系统。所述预测电池循环寿命的系统50包括充电电路51、放电电路52以及控制电路53。其中，充电电路51用于对电池充电。放电电路52用于对电池放电。控制电路53用于在充电电压达到预设充电截止电压时控制放电电路进行放电，且在放电电压到达预设放电电压时进行充电。所述控制电路53进一步用于控制充电电路51和放电电路52对电池重复进行所述充电和所述放电，直至电池的容量保持率低于预设阈值，并记录电池的容量保持率不低于所述预设阈值时对电池执行所述充电和放电的循环次数，该循环次数可视为电池的循环寿命。

其中，预设充电截止电压需要大于电池的电解液在负极形成SEI膜所需的电压，预设放电电压需要小于分解SEI膜所需的电压，且该预设放电电压小于电池的放电截止电压。该预设充电截止电压和预设放电电压的取值与电池的类型相关。以电池为锂离子电池为例，预设充电截止电压可取值为4.2V，预设放电电压可取值为2.0V。

本发明实施例的预测电池循环寿命的系统50的上述元件对应执行上述各个实施例的方法，具有与其相同的技术效果。

应理解，以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。