CN102759713B - 一种电池能量效率测试装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电池能量效率测试装置及其测试方法，包括以恒定电流对电池进行充放电，测定SOC值下的充电能量和放电能量，计算出电池的能量效率，与现有技术相比省去了对电池开路电压的测量，在电动车和储能电站运行的过程中也能够进行测试。

Description

一种电池能量效率测试装置及其测试方法

技术领域

本发明涉及一种电池能量效率测试装置及其测试方法。

背景技术

电池组是储能电站与电动汽车的关键组成部分，如何合理使用电池，提高电池的能量效率是储能电站和电动汽车进一步发展所必须解决的问题。

电池在进行能量效率的测定时，需要进行大电流的充放电，传统的电池能量测定方法采用开路电压测定法，此方法需要测定电池的开路电压，但电池需要长时间静置才能获取开路电压，储能电站和电动汽车经常在运行过程中，无法长时间静置，因此该方法不能满足实际使用要求。

发明内容

针对目前电动汽车和储能电站在运行过程中无法获取开路电压，进而无法检测电池能量效率的情况，本发明提供一种可以在电动汽车和储能电站运行过程中测试电池能量效率的装置及其测试方法。

一种电池能量效率测试装置，包括恒流模块、采集模块和控制模块，所述恒流模块和采集模块分别与电池电连接，所述控制模块分别与采集模块和恒流模块电连接，所述恒流模块用于根据控制模块的命令控制以恒定的电流对电池进行充放电，所述采集模块用于测量电池在充放电过程中的实时电压值以及当前SOC值并发送给所述控制模块，所述控制模块用于根据采集模块发送的实时电压值计算充放电过程中的充电能量Ecn、放电能量Edn以及当前SOC值下的能量效率η_n，其中，

进一步地，所述恒流模块用于根据控制模块的命令以恒定的电流I在时间Tn内对电池进行充放电，所述控制模块用于根据充放电过程中的实时电压Ucn和Udn，利用公式计算充电能量，利用公式计算放电能量。

一种电池能量效率测试方法，所述电池能量效率测试方法包括：

步骤A、在初始SOC值下，以恒定电流I在时间Tn内对电池进行充电或放电；

步骤B、测定当前SOC值；

步骤C、测定步骤A所述的充电过程中的充电能量Ecn或放电过程中的放电能量Edn；

步骤D、再以恒定电流I在相同的时间Tn内对电池进行放电或充电；

步骤E、测定步骤D所述的放电过程中的放电能量Edn或充电过程中的充电能量Ecn；

步骤F、利用式1计算电池在当前SOC值下充放电的能量效率η_n：

${\mathrm{\η}}_n=\frac{\mathrm{Edn}}{\mathrm{Ecn}}\×100\%$    式1。

进一步地，所述测定电池充电能量Ecn的方法包括：

步骤a、测量电池在充电过程中的实时电压Ucn；

步骤b、利用式2计算充电能量Ecn：

$\mathrm{Ecn}={\∫}_0^{T_n}\mathrm{UcnIdt}$    式2。

进一步地，所述测定电池放电能量Edn的方法包括：

步骤(1)、测量电池在放电过程中的实时电压Udn；

步骤(2)、利用式3计算放电能量Edn：

$\mathrm{Edn}={\∫}_0^{T_n}\mathrm{UdnIdt}$    式3。

进一步地，所述测试在温度为13℃—38℃环境下进行。

进一步地，所述SOC值在0％—30％区间以电量Q1对电池进行充放电，其中Q1＝5％×标称容量，在30％—70％区间以电量Q2对电池进行充放电，其中Q2＝40％×标称容量，在70％—100％区间以电量Q3进行充放电，其中，Q3＝5％×标称容量。

进一步地，所述以电量Q1对电池进行充放电的时间T1＝Q1/I，以电量Q2对电池进行充放电的时间T2＝Q2/I，以电量Q3对电池进行充放电的时间T3＝Q3/I。

进一步地，所述电池能量效率测试方法还包括步骤G：以SOC值为横坐标，能量效率值为纵坐标建立SOC与能量效率的对应关系曲线。

本发明以恒定电流对电池进行充放电，检测充放电过程中的充电能量和放电能量，计算电池的能量效率，省去了对电池开路电压的测量，在电动车和储能电站运行的过程中也能够对电池能量效率进行测试。

附图说明

附图1是本发明电池能量效率测试装置的示意图。

附图2是本发明电池能量效率测试方法的流程图。

附图3是本发明电池能量效率测试方法提供的一种实施例的SOC与能量效率的对应关系曲线图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如附图1所示，本发明提供一种电池能量效率测试装置，包括恒流模块1、采集模块2和控制模块3，所述恒流模块1和采集模块2分别与电池电连接，所述控制模块3分别与采集模块2和恒流模块1电连接，，所述恒流模块1用于根据控制模块3的命令控制以恒定的电流对电池进行充放电，所述采集模块2用于测量电池在充放电过程中的实时电压值以及当前SOC值并发送给所述控制模块3，所述控制模块3用于根据采集模块2发送的实时电压值计算充放电过程中的充电能量Ecn、放电能量Edn以及当前SOC值下的能量效率η_n，其中， ${\mathrm{\η}}_n=\frac{\mathrm{Edn}}{\mathrm{Ecn}}\×100\%.$

恒流模块1用于根据控制模块3的命令以恒定的电流I在时间Tn内对电池进行充放电，所述控制模块3用于根据充放电过程中的实时电压Ucn和Udn，利用公式计算充电能量，利用公式计算放电能量。

如附图2所示，本发明还提供一种电池能量效率测试方法，所述电池能量效率测试方法包括：

步骤A、在初始SOC值下，以恒定电流I在时间Tn内对电池进行充电或放电；

步骤B、测定当前SOC值；

步骤C、测定步骤A所述的充电过程中的充电能量Ecn或放电过程中的放电能量Edn；

步骤D、再以恒定电流I在相同的时间Tn内对电池进行放电或充电；

步骤E、测定步骤D所述的放电过程中的放电能量Edn或充电过程中的充电能量Ecn；

步骤F、利用式1计算电池在当前SOC值下充放电的能量效率ηn：

${\mathrm{\η}}_n=\frac{\mathrm{Edn}}{\mathrm{Ecn}}\×100\%$    式1。

本发明提供的一种实施例中，以恒定的电流I对电池进行充放电，电流I的值由电池的标称容量和设定的整个充放电过程完毕所需的时间来确定，电池的标称容量为电池的容量，标称容量(Ah)＝电流(A)×时间(h)，这为本领域技术人员公知，例如，标称容量为50Ah的电池，设定在1小时内充放电完毕，则充放电电流为50A，即恒定的电流I为50A。

在SOC为0％—30％区间，以电量Q1对电池进行充电，其中Q1＝5％×标称容量，充电时间T1＝Q1/I，在这个范围内电池的极化电阻变化不大，采用5％的标称容量的电量对电池进行充电可以使测试出来的能量误差较小。以恒定电流I对初始SOC值为零的电池进行充电，每经过一段时间T1，电池的SOC值就增加5％，测定每一个5％区间内的充电能量Ecn，直到电池SOC达到30％，测定在SOC在每一个5％区间内充电能量Ecn(n＝1、2、3、4、5、6)的方法包括：

步骤a、测量电池在充电过程中实时电压Ucn(n＝1、2、3、4、5、6)；

步骤b、利用式2计算充电电量Ecn：

$\mathrm{Ecn}={\∫}_0^{T_n}\mathrm{UcnIdt}$   (n＝1、2、3、4、5、6)   式2。

在SOC为30％—70％区间内，以电量Q2对电池进行充电，其中Q2＝40％×标称容量，充电时间T2＝Q2/I，经过时间T2，电池SOC由初始值为30％增加至70％，测定电池在此SOC区间内的充电能量Ec7的方法包括：

步骤a、测量电池在充电过程中实时电压Uc7；

步骤b、利用式3计算充电电量Ec7：

$\mathrm{Ec}7={\∫}_0^{T2}\mathrm{Uc}7\mathrm{Idt}$    式3。

在SOC为70％—100％区间，以电量Q3对电池进行充电，其中Q3＝5％×标称容量，充电时间T3＝Q3/I，每经过一段时间T3，电池的SOC值就增加5％，测定每一个5％区间内的充电能量Ecn，直到电池SOC达到100％，测定在SOC在每一个5％区间内充电能量Ecn(n＝8、9、10、11、12、13)的方法包括：

步骤a、测量电池在充电过程中实时电压Ucn(n＝8、9、10、11、12、13)；

步骤b、利用式4计算充电电量Ecn：

$\mathrm{Ecn}={\∫}_0^{T3}\mathrm{UcnIdt}$   (n＝8、9、10、11、12、13)   式4。

充电完成之后再以恒定的电流I对电池进行放电，在电池电量为70％—100％区间，以电量Q3对电池进行放电，放电时间为T3，以恒定定电流I对初始SOC值为100％的电池进行放电，每经过一段时间T3，电池的SOC值就下降5％，测定每一个5％区间内的放电能量Edn，直到电池SOC达到70％，测定在SOC在每一个5％区间内放电能量Edn(n＝8、9、10、11、12、13)的方法包括：

步骤a、测量电池在放电过程中实时电压Udn(n＝8、9、10、11、12、13)；

步骤b、利用式5计算充电电量Edn：

$\mathrm{Edn}={\∫}_0^{T_3}\mathrm{UdnIdt}$   (n＝8、9、10、11、12、13)   式5。

在SOC为30％—70％区间，以电量Q2对电池进行放电，放电时间为T2，经过时间T2，电池SOC由初始值为70％下降至30％，测定电池在此SOC区间内放电能量Ed7的方法包括：

步骤a、测量电池在放电过程中实时电压Ud7；

步骤b、利用式6计算充电电量Ed7：

$\mathrm{Ed}7={\∫}_0^{T2}\mathrm{Ud}7\mathrm{Idt}$    式6。

在SOC为0％—30％区间，以电量Q1对电池进行放电，放电时间为T1，每经过一段时间T1，电池的SOC值就下降5％，测定每一个5％区间内的放电能量Edn，直到电池SOC达到0％，测定在SOC在每一个5％区间内放电能量Edn(n＝1、2、3、4、5、6)的方法包括：

步骤a、测量电池在放电过程中实时电压Udn(n＝1、2、3、4、5、6)；

步骤b、利用式7计算充电电量Edn：

$\mathrm{Edn}={\∫}_0^{T_1}\mathrm{UdnIdt}$    式6。

计算出电池在各个SOC区间充放电能量，利用式1计算当前SOC值下的电池能量效率：

$\mathrm{\ηn}=\frac{\mathrm{Edn}}{\mathrm{Ecn}}\×100\%$   (n＝1、2、3、......13)。

本实施例中电池SOC的区间取值为0—30％，30％—70％，70％—100％，充放电电量设为5％的标称容量和40％的标称容量，只是作为一个优选方案，在实际测试过程中可以选择其他的区间值，也可以根据实际需要设定充放电电量，例如，可以选择0％—20％，20％—80％，80％—100％区间，充放电电量在0％—20％和80％—100％区间采用2％×标称容量的电量进行充放电，在20％—80％区间采用30％×标称容量的电量进行充放电。

本实施例描述的电池能量测试方法在温度为13℃—38℃环境下进行。

如附图3所示，建立SOC—能量效率平面坐标系，以SOC为横坐标，能量效率为纵坐标，将测试出的电池能量效率η_n(n＝1、2、3、......13)的点在对应的SOC值下描绘到该平面坐标系上，再用平滑的曲线将点连接起来，即得到SOC—能量效率对应关系曲线，根据该曲线可以得出电池在每个SOC值对应的能量效率以及每个SOC区间内能量效率的变化情况，更好的了解电池性能。

通过以上实施例，以恒定电流对电池进行充放电，计算充电能量和放电能量，得出电池的能量效率，省去了对电池开路电压的测量，在电动车和储能电站运行的过程中也能够对电池能量效率进行测试。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电池能量效率测试装置，包括恒流模块、采集模块和控制模块，所述恒流模块和采集模块分别与电池电连接，所述控制模块分别与采集模块和恒流模块电连接，其特征在于，所述恒流模块用于根据控制模块的命令控制以恒定的电流对电池进行充放电，所述采集模块用于测量电池在充放电过程中的实时电压值以及当前SOC值并发送给所述控制模块，所述控制模块用于根据采集模块发送的实时电压值计算充放电过程中的充电能量Ecn、放电能量Edn以及当前SOC值下的能量效率η_n，其中，

2.根据权利要求1所述的电池能量效率测试装置，其特征在于，所述恒流模块用于根据控制模块的命令以恒定的电流I在时间Tn内对电池进行充放电，所述控制模块用于根据充放电过程中的实时电压Ucn和Udn，利用公式计算充电能量，利用公式计算放电能量。

3.一种电池能量效率测试方法，其特征在于，所述电池能量效率测试方法包括：

步骤A、在初始SOC值下，以恒定电流I在时间Tn内对电池进行充电或放电；

步骤B、测定当前SOC值；

步骤C、测定步骤A所述的充电过程中的充电能量Ecn或放电过程中的放电能量Edn；

步骤D、再以恒定电流I在相同的时间Tn内对电池进行放电或充电；

步骤E、测定步骤D所述的放电过程中的放电能量Edn或充电过程中的充电能量Ecn；

步骤F、利用式1计算电池在当前SOC值下充放电的能量效率η_n：

${\mathrm{\η}}_n=\frac{\mathrm{Edn}}{\mathrm{Ecn}}\×100\%$    式1；

其中，所述SOC值在0％—30％区间以电量Q1对电池进行充放电，其中Q1＝5％×标称容量，在30％—70％区间以电量Q2对电池进行充放电，其中Q2＝40％×标称容量，在70％—100％区间以电量Q3进行充放电，其中，Q3＝5％×标称容量。

4.根据权利要求3所述的电池能量效率测试方法，其特征在于，所述测定电池充电能量Ecn的方法包括：

步骤a、测量电池在充电过程中的实时电压Ucn；

步骤b、利用式2计算充电能量Ecn：

$\mathrm{Ecn}={\∫}_0^{T_n}\mathrm{UcnIdt}$    式2。

5.根据权利要求3所述的电池能量效率测试方法，其特征在于，所述测定电池放电能量Edn的方法包括：

步骤(1)、测量电池在放电过程中的实时电压Udn；

步骤(2)、利用式3计算放电能量Edn：

$\mathrm{Edn}={\∫}_0^{T_n}\mathrm{UdnIdt}$    式3。

6.根据权利要求3所述的电池能量效率测试方法，其特征在于，所述测试在温度为13℃—38℃环境下进行。

7.根据权利要求6所述的电池能量效率测试方法，其特征在于，所述以电量Q1对电池进行充放电的时间T1＝Q1/I，以电量Q2对电池进行充放电的时间T2＝Q2/I，以电量Q3对电池进行充放电的时间T3＝Q3/I。

8.根据权利要求3所述的电池能量效率测试方法，其特征在于，所述电池能量效率测试方法还包括步骤G：以SOC值为横坐标，能量效率值为纵坐标建立SOC与能量效率的对应关系曲线。