CN110286326A - 快速评估锂离子动力电池脉冲功率充放电能力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种快速评估锂离子动力电池脉冲功率充放电能力的方法，步骤如下：在测试温度下标定电池容量并将电池放电至指定荷电状态；根据电池基本设计，在电池可承受的功率范围内分别以6个不同功率做功率充/放电，记录电池电压随时间的变化；基于测试数据，取不同功率下电池充/放电的截止电压，以功率为横坐标、截止电压为纵坐标做不同脉冲时间的V‑P图；对所得曲线进行拟合，建立充/放电功率与截止电压的关系，得一元二次模型V＝aP²+bP+c。有益效果：本发明可以大大缩短电池测试时间、节约测试资源，快速、可靠、全面地评估电池脉冲功率性能，为电池管理***提供有效的参考数据。

Description

快速评估锂离子动力电池脉冲功率充放电能力的方法

技术领域

本发明属于电化学领域，尤其涉及一种快速评估锂离子动力电池脉冲功率充放电能力的方法。

背景技术

国际能源署(IEA)预测，2030年90％以上乘用车配有发动机，2050 年仍有超过58％的乘用车配有发动机，但其中85％为混合动力汽车。相比纯电动汽车存在的里程焦虑和充电难等问题，插电式混合动力车(PHEV) 结合了传统动力和电力驱动消费者更容易接受。

PHEV对电池功率密度要求高，低荷电状态下能大功率放电，高荷电状态下能大功率充电，为便于电池管理***(BMS)对PHEV搭载的锂离子电池的管理。车企在购买锂离子电池时，都需要电池厂家提供电池在不同温度、不同荷电状态下、不同充/放电时间脉冲功率性能。目前电池厂均采用逐点测试各种状态下功率性能的方法，然而一一测试需耗费大量时间和测试资源，尚缺乏有效的测试方法评估电池在各种状态下脉冲充/放电能力的方法。且不同车企在考察电池脉冲功率性能时，测试要求往往不同，使得电池厂为满足测试需求，需要进行大量测试，其测试任务呈指数型增长。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种快速评估锂离子动力电池脉冲功率充放电能力的方法，一方面可以评估电池在不同温度、荷电状态下，以不同功率充/放电时的截止电压；一方面还可以评估电池在指定温度、荷电状态下，其最大脉冲充/放电功率。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种快速评估锂离子动力电池脉冲功率充放电能力的方法，其特征是：测试指定荷电状态的电池在特定功率下电池脉冲充放电数据，建立电池在该荷电状态下最大峰值充放电功率以及不同脉冲功率充放电后的截止电压的评估模型；具体步骤如下：

1)以1C作为电池标称容量，在测试温度T₁下标定电池容量为C_T1并将电池放电至待测试荷电状态；

2)根据电池基本设计，在电池可承受的功率范围内分别以6个不同功率P₁、P₂、P₃、P₄、P₅和P₆做t秒功率充/放电，并记录电池电压随时间变化的测试数据；t为脉冲时间，单位s；

3)基于测试数据，取不同功率P₁、P₂、P₃、P₄、P₅和P₆下电池充/放电t秒时的截止电压，以功率P为横坐标、截止电压V为纵坐标做出不同脉冲时间的V-P图；

4)对所得曲线进行拟合，建立充/放电功率与截止电压的关系，得一元二次模型V＝aP²+bP+c；其中：a为二次项系数，b为一次项系数，c 为常数项；

5)改变测试温度或电池荷电状态，重复步骤1)-步骤4)，建立电池在不同温度、不同荷电状态下脉冲功率充/放电模型。

所述步骤2)电池可承受功率范围的确定是根据电池最大充/放电倍率 nC，标称电压V₀，确定P_max＝1.5·nC·V₀，在0～P_max范围内等间隔取6个不同功率P₁、P₂、P₃、P₄、P₅和P₆。

有益效果：本发明提出的评估方法以满足不同车企、车型建立电池管理***时对电池功率性能参数的需求，通过有限次的测试建立一元二次模型，可全面评估电池的功率性能。同时，可通过比较模型中a，b，c系数的变化评估电池SOH(电池健康状态)，而且对BMS的管理具有重要的指导意义。本发明方法尤其适用快速评估PHEV方型锂离子动力电池，具有快速、高效、准确性高的优点，无需占用大量测试资源和时间，能够大大节省测试成本和提高效率，可大规模推广和应用。

附图说明

图1是本发明的评估方法的流程图；

图2是电池脉冲功率放电2s时截止电压V相对脉冲放电功率P的曲线；

图3是电池脉冲功率放电10s时截止电压V相对脉冲放电功率P的曲线；

图4是电池脉冲功率放电18s时截止电压V相对脉冲放电功率P的曲线；

图5是电池脉冲功率放电30s时截止电压V相对脉冲放电功率P的曲线。

具体实施方式

下面结合较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。

详见附图，本实施例提供了一种快速评估锂离子动力电池脉冲功率充放电能力的方法，测试指定荷电状态的电池在特定功率下电池脉冲充放电数据，建立电池在该荷电状态下最大峰值充放电功率以及不同脉冲功率充放电后的截止电压的评估模型；具体步骤如下：

1)以1C作为电池标称容量，在测试温度T₁下标定电池容量为C_T1并将电池放电至待测试荷电状态；

2)根据电池基本设计，在电池可承受的功率范围内分别以6个不同功率P₁、P₂、P₃、P₄、P₅和P₆做t秒功率充/放电，并记录电池电压随时间变化的测试数据；t为脉冲时间，单位s；

3)基于测试数据，取不同功率P₁、P₂、P₃、P₄、P₅和P₆下电池充/放电t秒时的截止电压，以功率P为横坐标、截止电压V为纵坐标做出不同脉冲时间的V-P图；

4)对所得曲线进行拟合，建立充/放电功率与截止电压的关系，得一元二次模型V＝aP²+bP+c；其中：a为二次项系数，b为一次项系数，c 为常数项；

5)改变测试温度或电池荷电状态，重复步骤1)-步骤4)，建立电池在不同温度、不同荷电状态下脉冲功率充/放电模型。

所述步骤2)电池可承受功率范围的确定是根据电池最大充/放电倍率 nC，标称电压V₀，确定P_max＝1.5·nC·V₀，在0～P_max范围内等间隔取6个不同功率P₁、P₂、P₃、P₄、P₅和P₆。

实施例：

详见附图2～5，针对PHEV方型锂离子动力电池，需要对电池实施图1中5个步骤以评估其脉冲功率充/放电性能。

具体的实施方案如下：

步骤1)在25℃下，以1C(1C＝51Ah)对电池进行恒压充电至4.2V，截止0.05C，静置后1C放电至2.8V，放出的容量为C_25℃＝51.6Ah；将电池容量标定至40％；

步骤2)电池最大放电倍率为6C，电压平台V₀＝3.65V，则：

P_max＝1.5·nC_T1·V₀＝1.5·6·51·3.65＝1675.35W

在0～1675.35W中取200W，400W，600W，800W，1000W，1200W 做2s，10s，18s，30s脉冲功率放电，记录电压随时间的变化；

步骤3)基于测试数据，取不同功率200W，400W，600W，800W， 1000W，1200W下电池放电2s，10s，18s，30s时的截止电压，以功率P 为横坐标、截止电压V为纵坐标做不同脉冲时间的V-P图，如图2～5；

步骤4)对所得曲线进行拟合，建立放电功率与截止电压的关系，得一元二次模型如下：

2s：V＝-8.3464.E-09P²-0.000258P+3.646655

10s：V＝-1.3887.E-08P²-0.000314P+3.645897

18s：V＝-2.5040.E-08P²-0.000344P+3.644012

30s：V＝-6.6774.E-08P²-0.000342P+3.634921

基于上述模型，给定脉冲放电功率，即可得到其放电终止时的截止电压，如P＝800W，脉冲放电2s，根据模型计算的其截止电压3.435V，与实测值偏差仅0.002％。电池放电截止电压为2.8V，带入上述模型即可得到不同脉冲功率放电时间对应的最大功率，计算得2s，10s，18s，30s依次为2990W，2432W，2126W，1805W

上述参照实施例对该一种快速评估锂离子动力电池脉冲功率充放电能力的方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种快速评估锂离子动力电池脉冲功率充放电能力的方法，其特征是：测试指定荷电状态的电池在特定功率下电池脉冲充放电数据，建立电池在该荷电状态下最大峰值充放电功率以及不同脉冲功率充放电后的截止电压的评估模型；具体步骤如下：

1)以1C作为电池标称容量，在测试温度T₁下标定电池容量为C_T1并将电池放电至待测试荷电状态；

2)根据电池基本设计，在电池可承受的功率范围内分别以6个不同功率P₁、P₂、P₃、P₄、P₅和P₆做t秒功率充/放电，并记录电池电压随时间变化的测试数据；t为脉冲时间，单位s；

3)基于测试数据，取不同功率P₁、P₂、P₃、P₄、P₅和P₆下电池充/放电t秒时的截止电压，以功率P为横坐标、截止电压V为纵坐标做出不同脉冲时间的V-P图；

4)对所得曲线进行拟合，建立充/放电功率与截止电压的关系，得一元二次模型V＝aP²+bP+c；其中：a为二次项系数，b为一次项系数，c为常数项；

5)改变测试温度或电池荷电状态，重复步骤1)-步骤4)，建立电池在不同温度、不同荷电状态下脉冲功率充/放电模型。

2.根据权利要求1所述快速评估锂离子动力电池脉冲功率充放电能力的方法，其特征是：所述步骤2)电池可承受功率范围的确定是根据电池最大充/放电倍率nC，标称电压V₀，确定P_max＝1.5·nC·V₀，在0～P_max范围内等间隔取6个不同功率P₁、P₂、P₃、P₄、P₅和P₆。