CN111323708A - 一种用于动力电池***的动力电池寿命衰减的分析方法 - Google Patents

一种用于动力电池***的动力电池寿命衰减的分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于动力电池***的动力电池寿命衰减的分析方法，涉及动力电池技术领域。分析方法包括所述电池管理***记录每一个所述单体电池放电至所述预设容量时的放电容量、将所述动力电池静置预设时间后获取每一个所述单体电池的电压值、根据每一个所述单体电池的电压值查找容量－开路电压曲线，以获得每一个所述单体电池的剩余容量、根据每一个所述单体电池的剩余容量和所述放电容量计算每一个所述单体电池的总容量、根据所述每一个所述单体电池的总容量计算每一个所述单体电池的健康度。本发明的方案能够有效提高动力电池寿命衰减测试的准确性。

Description

一种用于动力电池***的动力电池寿命衰减的分析方法
技术领域
本发明涉及动力电池领域，特别是涉及一种用于动力电池***的动力电池寿命衰减的分析方法。
背景技术
动力电池是新能源汽车的关键部件，是纯电动车的关键成本构成。动力电池的寿命直接影响着用户的使用成本和整车的性能。磷酸铁锂电池由于其高安全性、长循环寿命和低成本被广泛应用到新能源车中。
动力电池***是由成百上千个动力电池单体通过串并联的形式组成，单体电池在生产过程中的材料一致性，加工过程一致性以及后期使用过程中的电池管理一致性和环境一致性都会造成动力电池在实际使用过程中表现出来容量不一致性的情况，因此需要运行一段里程或者时间后，对动力电池***进行维护并识别出容量衰减过快的动力电池单体。
动力电池***在使用过程中表现出来的容量衰减一部分是因为单体容量衰减造成，还有一部分是由于单体本身的自放电造成，并非真实的容量衰减。
由于动力电池的容量衰减后和新电池的荷电状态-开路电压(SOC-OCV)曲线会发生变化，所以采用此曲线对动力电池剩余容量进行标定并不准确。
目前市场上常用的动力电池剩余容量测试方式通常有以下几种：方法一是先将动力电池充满电，然后进行放电，通过总的放电电量与初始容量的比值来确定电池衰减的比例，但是这种方式是融合了衰减和自放电两部分的不一致的综合结果，并不能表征出电池真实的容量损失。方法二是先将动力电池充满电或者放空电，然后采用小电流的方式，对每个电芯的容量进一步充满或者放空，消除自放电因素对电池***总容量的影响，然后对电池进行满放或者满充进行容量标定。这种方式虽说可以剔除掉自放电因素的影响，但是所需的测试时间太长。方法三是采用方法二的充电方式先将电池充满电，然后放电到30％以下，通过SOC-OCV曲线去标定电池剩余SOC，通过剩余SOC和放出的SOC评估电池的健康度(SOH)。此种方法虽说比方法二所需时间短，但是新旧电池的SOC-OCV曲线会发生变化，所以标定出来的结果会存在比较大的误差。
发明内容
本发明的一个目的是要提供一种标定结果准确的动力电池寿命衰减的分析方法。
本发明的一个进一步的目的是提供一种用时减少的动力电池寿命衰减的分析方法。
特别地，本发明提供一种用于动力电池***的动力电池寿命衰减的分析方法，所述动力电池***包括电池管理***及由多个单体电池组成的动力电池，所述分析方法包括：
所述电池管理***记录每一个所述单体电池放电至预设容量时的放电容量；
将所述动力电池静置预设时间后获取每一个所述单体电池的电压值；
根据每一个所述单体电池的电压值查找容量－开路电压曲线，以获得每一个所述单体电池的剩余容量；
根据每一个所述单体电池的剩余容量和所述放电容量计算每一个所述单体电池的总容量；
根据所述每一个所述单体电池的总容量计算每一个所述单体电池的健康度；
其中，所述容量－开路电压曲线根据以下步骤获得：
对试验用动力电池单体进行放电，并按照以下步骤记录电压：
在所述试验用动力电池单体的满电状态到第一预设容量之间，以及第二预设容量和完全放电状态之间，每放出第三预设容量的电量后将所述试验用动力电池单体静置预设时间，记录所述试验用动力电池单体端的电压；
在所述试验用动力电池单体的第二预设容量和所述第一预设容量之间，每放出第四预设容量的电量后，将所述试验用动力电池单体静置所述预设时间后记录所述试验用动力电池单体端的电压；
根据不同容量对应的不同电压绘制所述容量－开路电压曲线；
其中，所述第一预设容量大于所述第二预设容量，所述第四预设容量大于所述第三预设容量。
可选地，在所述电池管理***记录每一个所述单体电池放电至所述预设容量时的放电容量之前，还包括：
在预设温度下对所述动力电池进行充电至所述电池管理***指示已充满；
将所述动力电池进行放电到预设容量。
可选地，在所述试验用动力电池进行放电之前，还包括：
在预设温度下对所述试验用动力电池充电至所述电池管理***指示已充满。
可选地，将所述动力电池进行放电到预设容量之前，还包括：
采用第一预设电流对每一个所述单体电池进行充电，以使每一个所述单体电池都充满电。
可选地，所述根据每一个所述单体电池的剩余容量和所述放电容量计算每一个所述单体电池的总容量，包括：
每一个所述单体电池的总容量等于每一个所述单体电池的剩余容量加上所述放电容量。
可选地，所述根据所述每一个所述单体电池的总容量计算每一个所述单体电池的健康度，包括：
以每一个所述单体电池的总容量与每一个所述单体电池的初始容量的商作为每一个所述单体电池的健康度。
可选地，所述动力电池为磷酸铁锂电池。
可选地，所述第一预设容量为初始容量的90％-100％；或
所述第二预设容量为所述初始容量的0％-40％；或
所述第三预设容量为所述初始容量的0.05％-2％；或
所述第四预设容量为所述初始容量的3％-10％。
可选地，所述预设容量为所述单体电池满电状态的总电量的30％-40％。
可选地，所述预设时间为2-6h。
根据本发明的方案，因动力电池的固有特性，新旧动力电池的容量－开路电压曲线不会像现有技术中SOC－OCV曲线发生变化，因而本发明选用容量－开路电压曲线来确定相对应的剩余容量。在进行动力电池健康度检测时，先将动力电池充满电，再放电至预设容量，然后利用动力电池的端电压查找在容量－开路电压曲线中相对应的剩余容量，以此来计算动力电池的健康度(寿命衰减度)。本发明提供的方案因容量－开路电压曲线在新旧动力电池中不会发生变化，因此使得计算的动力电池健康度(寿命衰减度)准确度高。
进一步地，本发明提供的方案只需要将动力电池放电至预设容量即可进行检测，不需要将动力电池中的全部电量都放完，因而，节省了测试时间，提高了测试人员的工作效率。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是根据本发明的一个实施例的用于动力电池***的动力电池寿命衰减的分析方法的流程框图；
图2是本发明一个实施例中所使用的容量－开路电压曲线图；
图3根据本发明的另一个实施例的用于动力电池***的动力电池寿命衰减的分析方法的流程框图。
具体实施方式
图1是根据本发明的一个实施例的用于动力电池***的动力电池寿命衰减的分析方法的流程框图。如图1所示，本发明提供一种用于动力电池***的动力电池寿命衰减的分析方法，动力电池***包括电池管理***及由多个单体电池组成的动力电池，分析方法包括：
S10：电池管理***记录每一个单体电池放电至预设容量时的放电容量。
S20：将动力电池静置预设时间后获取每一个单体电池的电压值。
S30：根据每一个单体电池的电压值查找容量－开路电压曲线，以获得每一个单体电池的剩余容量。
S40：根据每一个单体电池的剩余容量和放电容量计算每一个单体电池的总容量。
S50：根据每一个单体电池的总容量计算每一个单体电池的健康度。
根据本实施例的方法，因动力电池的固有特性，新旧动力电池的容量－开路电压曲线不会像现有技术中SOC－OCV曲线发生变化，因而本实施例选用容量－开路电压曲线来确定相对应的剩余容量。在进行动力电池健康度检测时，先将动力电池充满电，再放电至预设容量，然后利用动力电池的端电压查找在容量－开路电压曲线中相对应的剩余容量，以此来计算动力电池的健康度(寿命衰减度)。本实施例提供的方案因容量－开路电压曲线在新旧动力电池中不会发生变化，因此保证了计算的动力电池健康度准确度高。
进一步地，本实施例提供的方案只需要将动力电池放电至预设容量即可进行检测，不需要将动力电池中的全部电量都放完，因而，节省了测试时间，提高了测试人员的工作效率。
图2是本发明一个实施例中所使用的容量－开路电压曲线图，容量－开路电压曲线根据以下步骤获得：
对试验用动力电池单体进行放电，并按照以下步骤记录电压：
在试验用动力电池单体的满电状态到第一预设容量之间，以及第二预设容量和完全放电状态之间，每放出第三预设容量的电量后将试验用动力电池单体静置预设时间，记录试验用动力电池单体端的电压；
在试验用动力电池单体的第二预设容量和第一预设容量之间，每放出第四预设容量的电量后，将试验用动力电池单体静置预设时间后记录试验用动力电池单体端的电压；
根据不同容量对应的不同电压绘制容量－开路电压曲线。
其中，第一预设容量大于第二预设容量，第四预设容量大于第三预设容量。
优选地，可以采用外接放电设备对动力电池进行放电。
图3根据本发明的另一个实施例的用于动力电池***的动力电池寿命衰减的分析方法的流程框图。如图3所示，在电池管理***记录每一个单体电池放电至预设容量时的放电容量之前，还包括：
S01：在预设温度下对动力电池进行充电至电池管理***指示已充满。
S02：将动力电池进行放电到预设容量。
可选地，在试验用动力电池进行放电之前，还包括：
在预设温度下对试验用动力电池单体充电至电池管理***指示已充满。在一个优选地实施例中，在电池管理***显示已充满后继续采用第一预设电流对每一个单体电池进行补电，以确保每一个单体电池都达到满电状态。优选地，第一预设电流为0.1C的小电流。
优选地，在一个实施例中，上述预设温度为-15℃-55℃。
可选地，将动力电池进行放电到预设容量之前，还包括：
采用第一预设电流对每一个单体电池进行充电，以使每一个单体电池都充满电。在一个优选地实施例中，第一预设电流为0.1C的小电流。
可选地，根据每一个单体电池的剩余容量和放电容量计算每一个单体电池的总容量，包括：
每一个单体电池的总容量等于每一个单体电池的剩余容量加上放电容量。在动力电池放电过程中，电池管理***记录每一个单体电池的放电容量。
可选地，根据每一个单体电池的总容量计算每一个单体电池的健康度，包括：
以每一个单体电池的总容量与每一个单体电池的初始容量的商作为每一个单体电池的健康度。
可选地，动力电池为磷酸铁锂电池。
可选地，第一预设容量为初始容量的90％-100％。在一些实施例中，第一预设容量为初始容量的90％或95％或100％，在一个优选地实施例中，第一预设容量为初始容量的90％。
第二预设容量为初始容量的0％-40％。在一些实施例中，第二预设容量为初始容量的0％或30％或35％，在一个优选地实施例中，第二预设容量为初始容量的40％。
第三预设容量为初始容量的0.05％-2％。在一些实施例中，第三预设容量为初始容量的0.05％或1.5％或2％，在一个优选地实施例中，第三预设容量为初始容量的1％。
第四预设容量为初始容量的3％-10％。在一些实施例中，第四预设容量为初始容量的3％或6％或10％，在一个优选地实施例中，第四预设容量为初始容量的5％。
可选地，预设容量为单体电池满电状态的总电量的30％-40％。在一些实施例中，预设容量为单体电池满电状态的总电量的30％或40％，在一个优选地实施例中，预设容量为单体电池满电状态的总电量的35％。
需要特别说明的是，初始容量为动力电池未经使用且未经自放电时的容量。
可选地，预设时间为2-6h。在一些实施例中，预设时间为2h或4h或6h，在一个优选地实施例中，预设时间为3h。
下面采用本发明提供的方法来检测一款90Ah的磷酸铁锂电池的寿命衰减程度：
1.将动力电池满充电后，采用0.1C小电流对每一个单体电池进行补电到3.65V，确保每个单体电池都处于满电状态。
2.动力电池进行放电，可以采用充放电柜进行放电也可采用实车运行进行放电，放电到电池管理***指示剩余容量在35％以下，同时电池管理***记录动力电池的放电容量为58.5Ah。
3.将动力电池静置3个小时后，读取所有单体电池的电压，下表1是所有单体电池中的最高最低电压，如表1所示：
表1
最高电压 最低电压
3.282V 3.249V
4.根据单体电池的电压分别查找容量－开路电压曲线得到相应电压下对应的单体电池的剩余容量，表2是通过查找容量－开路电压曲线得到的相应的电压对应的剩余容量，如表2所示：
表2
电压 容量
3.282V 27.2Ah
3.249V 18Ah
5.将单体的剩余容量与电池管理***记录的已放出容量相加即得到每个单体的总容量，健康度＝总容量/初始容量。表3是最高电压和最低电压对应的单体电池的健康度，如表3所示：
表3
电压 总容量 SOH
3.282V 85.7Ah 95.2％
3.249V 76.5Ah 85％
如表3所示，动力电池中最高电压对应的单体电池的健康度(SOH)为95.2％，动力电池中最低电压对应的单体电池的SOH为85％。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种用于动力电池***的动力电池寿命衰减的分析方法，所述动力电池***包括电池管理***及由多个单体电池组成的动力电池，其特征在于，包括：
所述电池管理***记录每一个所述单体电池放电至预设容量时的放电容量；
将所述动力电池静置预设时间后获取每一个所述单体电池的电压值；
根据每一个所述单体电池的电压值查找容量－开路电压曲线，以获得每一个所述单体电池的剩余容量；
根据每一个所述单体电池的剩余容量和所述放电容量计算每一个所述单体电池的总容量；
根据所述每一个所述单体电池的总容量计算每一个所述单体电池的健康度。
2.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述容量－开路电压曲线根据以下步骤获得：
在预设温度下对所述试验用动力电池单体充电至所述电池管理***指示已充满；
对试验用动力电池单体进行放电，并按照以下步骤记录电压：
在所述试验用动力电池单体的满电状态到第一预设容量之间，以及第二预设容量和完全放电状态之间，每放出第三预设容量的电量后将所述试验用动力电池单体静置预设时间，记录所述试验用动力电池单体端的电压；
在所述试验用动力电池单体的第二预设容量和所述第一预设容量之间，每放出第四预设容量的电量后，将所述试验用动力电池单体静置所述预设时间后记录所述试验用动力电池单体端的电压；
根据不同容量对应的不同电压绘制所述容量－开路电压曲线；
其中，所述第一预设容量大于所述第二预设容量，所述第四预设容量大于所述第三预设容量。
3.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，在所述电池管理***记录每一个所述单体电池放电至所述预设容量时的放电容量之前，还包括：
在预设温度下对所述动力电池进行充电至所述电池管理***指示已充满；
将所述动力电池进行放电到预设容量。
4.根据权利要求3所述的分析方法，其特征在于，在预设温度下对所述动力电池进行充电至所述电池管理***指示已充满之后，还包括：
采用第一预设电流对每一个所述单体电池进行充电，以使每一个所述单体电池都充满电。
5.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述根据每一个所述单体电池的剩余容量和所述放电容量计算每一个所述单体电池的总容量，包括：
每一个所述单体电池的总容量等于每一个所述单体电池的剩余容量加上所述放电容量。
6.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，根据所述每一个所述单体电池的总容量计算每一个所述单体电池的健康度，包括：
以每一个所述单体电池的总容量与每一个所述单体电池的初始容量的商作为每一个所述单体电池的健康度。
7.根据权利要求1-6任一项所述的分析方法，其特征在于，所述动力电池为磷酸铁锂电池。
8.根据权利要求7所述的分析方法，其特征在于，
所述第一预设容量为初始容量的90％-100％；或
所述第二预设容量为所述初始容量的0％-40％；或
所述第三预设容量为所述初始容量的0.05％-2％；或
所述第四预设容量为所述初始容量的3％-10％。
9.根据权利要求8所述的分析方法，其特征在于，所述预设容量为所述单体电池满电状态的总电量的30％-40％。
10.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述预设时间为2-6h。
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