一、锂离子电池加速退化试验及数据采集
锂离子电池在电动汽车行业应用较为广泛。由于锂离子电池的可靠性较高,且使用寿命较长,传统的可靠性试验难以直接用于评估其寿命。加速寿命试验逐步成为评估锂离子电池的寿命是否满足要求的重要手段。通过锂离子电池的失效模式分析可知,影响其日历老化的主要因素包括温度、SOC(充电状态);影响其循环寿命的主要因素包括温度、DOD(深度放电)。这里以锂离子电池单体(cell)为试验对象,分别选择环境温度(10°C、45°C、60°C)和SOC(充电状态)(C/5、C/40,1C=3.36A)作为加速应力,进行加速退化试验。
试验过程中测试不同样本、不同循环下的充电容量(Charge Capacity)、放电容量(Discharge Capacity)。将这些数据采集后,录入到PosWeibull软件中。
二、加速试验数据预分析
将采集的锂离子电池加速退化试验数据,使用PosWeibull的交互式绘图方式进行分析。从分析结果可知,45°C和60°C下一些样本容易出现拐点。另外,还有一些样本数据在400循环后出现异常。
三、加速退化试验数据分析
将锂离子电池的加速退化试验数据录入后,选择PosWeibull的加速退化分析模块,进行加速退化分析。分别选择线性模型、自然对数模型等进行退化曲线拟合分析,找到拟合度较高的模型进行退化曲线拟合分析。通过分析可知,可选择线性模型、自然对数模型进行该锂离子电池的加速退化试验数据分析。
确定了加速退化试验数据拟合模型后,选择伪寿命预测功能,推算出各样本(锂离子电池)的伪寿命值。
四、加速参数估计及寿命计算
通过加速退化曲线拟合及伪寿命预测之后,使用PosWeibull的加速参数与寿命分析功能,进行加速参数估计及寿命计算。
得到的伪寿命数据需要进行异常值检验、分布检验。通过异常值检验确定是否存在异常点。同时,通过分布检验确定锂离子电池的寿命服从的分布类型。
确定了分布类型之后,选择极大似然法或者RRX/RRY方法进行加速参数的计算。由于锂离子电池的加速退化试验使用的加速应力为温度、放电速率,这里选择广义艾琳(寿命-温度与电流)的双应力加速模型进行计算。置信度选择0.95。通过计算可得到温度系数Ea/K=1513.96557,从而可以得到激活能为0.128Ev。威布尔分布的形状参数β为3.39。
可通过概率图,查看不同应力下的寿命特征,以及综合得到的正常应力下的寿命特征曲线,分析不同应力对于寿命的影响。
最后,使用寿命计算功能,计算锂离子电池的平均寿命、特征寿命、可靠度、失效率等结果。
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