电 源 学 报 第 期 年 月 锂离子电池寿命预测国外研究现状综述 罗伟林张立强吕超王立欣 哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院黑龙江哈尔滨 摘要寿命预测是锂离子电池健康管理的重要方面 分类综述了国外近十年来的电池寿命预测方法并对其中 基于性能的方法进行了重点分析指出充分利用电池机理模型和老化机理分析挖掘更多电池深层次寿命特征是 未来电池寿命预测的发展方向 关键词综述电池寿命预测 中图分类号 文献标志码 文章编号 引言 电池健康管理包含两个基本问题 荷电状态 的估计问题 电池在一次充 放电的短期使用过程中当前还剩多少电量 准确估计电池当前的荷电状态 或是给出电池放电终止点 要求 简记 锂离子电池是最新一代绿色高能充电电池 具 无 各 有电压高能量密度大循环性能好自放电小 记忆效应等突出优点近年来得到了飞速发展 简记 的估计 种手持设备和笔记本电脑等电子产品大量使用锂 离子电池混合动力车及电动车大量使用锂离子动 力电池飞机上作为备用能源的蓄电池也正逐步开 始采用锂离子电池卫星远距离行星探测器等航 天器上也已经开始应用锂离子电池作为储能核心 部件 健康状态 的估计和寿命预测问题 电 池在长期使用过程中伴随着缓变故障 电池老化 突发故障的发生电池的寿命在不断消耗其健康 状态 简记 随电池使用情况的 根据当前监测所掌握的规律 变化规律是怎样的 电池按照前面使用中的典型任务模式继续使用 何时电池会失效预测电池寿命终止点 到 随着锂离子电池应用的日益广泛由其寿命引 发的一系列问题开始显露出来 寿命问题指影响其 简记 或者给出电池的剩余使用寿命 简记 本文就国外对锂离子电池健康状态估计和寿 命预测问题的研究进行了概述 总结近十年来出现 的寿命预测方法可以分为两类基于经验的方法和 基于性能的方法 重点对电池的各种性能模型和基 放电能力的正负极活性材料的物化结构性质粘结 剂对涂层的粘结强度隔膜的质量等在循环充放电 过程中的逐渐劣化 意外的电池寿命终结往往导致 系统整体功能失效从应用的角度对电池健康状况 进行科学的估计和预测进一步指导电池运行和维 护 构建电池的状态监测和健康管理系统防止电 池过充过放估计电池性能状态预测电池状态演 也是实现电池长时间可靠工作的重要方面 于系统任务决策防止灾难性事故的发生具有重要 意义 于电池性能的寿命预测方法进行了总结分析 变 对 基于经验的方法 此类方法也可以叫做基于统计规律的方法 括以下三种 包 收稿日期 基金项目国家自然科学基金项目 循环周期数法这种方法对电池的循环周期进 作者简介罗伟林 男博士研究生主要研究方向为设备故 障诊断预测和健康管理技术 第 期 罗伟林 等 锂离子电池寿命预测国外研究现状综述 行计数当电池使用次数达到一定的范围则认为电 池到达使用寿命 为了使结果更加准确考虑不同 合的方式得到电池行为的数学公式描述不是从内 部机理分析推导出来的而是从表面现象观察得到 的 状况下的循环对寿命消耗的影响也会有区别不同 循环状况对应的等效循环周期数可能不同依据经 人工神经网络模型利用大量的实验数据通过 训练神经网络来获得电池相关参量之间关系规律 的模型也是一种从表面现象观察得到的模型 这些模型通过参数辨识或实验数据拟合训练 后能够描述电池当前的行为但存在的一个问题是 当电池老化过程开始影响电池性能时模型就开始 验制定一些标准 也有类似的方法规定电池的使用 时间或者利用使用年限和循环周期数二者共同决 定电池寿命 安时法与加权安时法认为一个电池从新到老 充电放电整个过程中能够处理电量的总安时数应 该是一个定值累积安时电量达到一定的程度则认 出现一些偏差 原因在于随老化过程不断进行 模 为电池到寿 不同状况下放出相同的电量对寿命损伤的程度有 轻有重 所以要给放出的电量乘以一个加权系数 作为该方法的改进加权安时法考虑 型中某些参数发生了变化 寿命预测需要在性能模 型的基础上增加对电池自身老化过程和使用过程 中外界应力因素的考虑 加权之后的累积安时数达到某个值