CN112014754A - 一种车用锂离子电池充放电均衡性测试方法 - Google Patents

一种车用锂离子电池充放电均衡性测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种车用锂离子电池充放电均衡性测试方法，该方法包括以下步骤：S1：将电池组分割并进行开路电压测试；S2：确定每个电池单体的充放电电压变化量的平均值；S3：确定电池单体的电荷量变化值和充放电速度；S4：确定电池组的平均瞬时充放电斜率矩阵；S5：确定电池组行向斜率和电池组列向斜率；S6：确定充放电均衡性系数，得到车用锂离子电池充放电均衡性。本发明通过对车用锂离子电池组进行多维分解，在每一个分解单元上分解并整合分析充放电均衡性，测试结果准确度较高，具有美好的应用前景。

Description

一种车用锂离子电池充放电均衡性测试方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池充放电均衡性测试方法，具体涉及一种车用锂离子电池充放电均衡性测试方法。
背景技术
随着社会经济的不断发展，人民生活水平的大幅度提高，也带来了能源需求的激增，随之而来的就是越来越严峻的环境问题。电动汽车因其能源需求量低、污染小而得到广泛推广，既缓解了能源压力，也改善了环境污染问题。
电动汽车(纯电动汽车和混动汽车)采用锂离子电池作为汽车的动力源，来提供车辆行驶过程中的动力需求，但是电动汽车的电池往往会存在充放电不充分，导致行驶公里数降低，而充电桩又不普及，成为人们不愿意购买和使用电动汽车的主要原因之一。因此，锂离子电池的充放电性能成为人们研究的热点问题，尤其是充放电均衡性的研究。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种车用锂离子电池充放电均衡性测试方法，通过对车用锂离子电池组进行多维分解，在每一个分解单元上分解并整合分析充放电均衡性，测试结果准确度较高。
本发明所采用的技术方案是一种车用锂离子电池充放电均衡性测试方法，包括以下步骤：
S1：将电池组的每个电池单体分割为p×q个单元，所述电池组的电池单体的排列方式为m×n，对每个电池单元进行开路电压测试，并记录每个电池单元的开路电压为Ukt，0，k＝1，2，3…，p；t＝1，2，3…，q；
S2：对所述电池组进行定时间充电测试，并对每个电池单元进行开路电压测试，记录每个电池单元充电后的开路电压为Ukt，c，对所述电池组进行定时间放电测试，记录每个电池单元放电后的开路电压为Ukt，d，确定每个电池单体的充放电电压变化量的平均值
Figure BDA0002593123450000021
Figure BDA0002593123450000022
S3：在每个电池单体的pq个电池单元内筛选与对应充放电电压变化量的平均值相近的点s个，并确定对应电池单体的电荷量变化值Qij：
Figure BDA0002593123450000023
确定对应电池单体的充放电速率Vij：
Figure BDA0002593123450000024
式中，tc为充电时间，td为放电时间，f(.)为电压和电荷含量的关系函数；
S4：根据所述电池单体的充放电速度，获取所述电池组每一行向电池单体和每一列向电池单体的充放电均衡性曲线V＝F(i)，V＝F(j)，并获取电池组的平均瞬时充放电斜率矩阵：
Figure BDA0002593123450000031
式中，
Figure BDA0002593123450000032
为点(m，n)的电池单体的平均瞬时充放电斜率；
S5：根据电池组的平均瞬时充放电斜率矩阵，获取行向斜率平均值矩阵[K1，K2，K3，…Km]T和列向斜率平均值矩阵[K1，K2，K3，…Kn]；
其中，Km为平均瞬时充放电斜率矩阵中第m行的平均瞬时充放电斜率的平均值；Kn为平均瞬时充放电斜率矩阵中第n列的平均瞬时充放电斜率的平均值；
并根据所述行向斜率平均值矩阵和所述列向斜率平均值矩阵获取：
电池组行向斜率
Figure BDA0002593123450000033
Figure BDA0002593123450000034
电池组列向斜率
Figure BDA0002593123450000035
Figure BDA0002593123450000036
S6：根据所述电池组行向斜率和电池组列向斜率确定电池组充放电均衡性斜率K，并根据所述电池组充放电均衡性斜率K确定充放电均衡性系数A：
A＝2-eK；
根据所述充放电均衡性系数A得到车用锂离子电池充放电均衡性。
优选地，根据所述充放电均衡性系数A得到车用锂离子电池充放电均衡性，具体为：
当A≥0.95时，所述电池组的充放电均衡性为优秀；
当0.8≤A＜0.95时，所述电池组的充放电均衡性为良好；
当0.7≤A＜0.8时，所述电池组的充放电均衡性为及格；
当A＜0.7时，所述电池组的充放电均衡性为不及格，不能使用。
优选地，在所述S4中，所述电池组每一行向电池单体和每一列向电池单体的充放电均衡性曲线为：
F(i)＝F(1)，F(4)，F(3)，…F(m)；
F(j)＝F(1)，F(4)，F(3)，…F(n)。
优选地，在所述S4中，所述电池组的平均瞬时充放电斜率矩阵的获取包括：
获取每一行向电池单体的充放电均衡性曲线上每个电池单体的瞬时充放电斜率，获取电池组的行向瞬时充放电斜率矩阵：
Figure BDA0002593123450000041
Kmn为第m行的充放电均衡性曲线中的点(m，n)的电池单体的瞬时充放电斜率；
获取每一列向电池单体充放电均衡性曲线上每个电池单体的瞬时充放电斜率，获取电池组的列向瞬时充放电斜率矩阵：
Figure BDA0002593123450000051
Knm为第n列的充放电均衡性曲线中的点(m，n)的电池单体的瞬时充放电斜率；
根据所述行向瞬时充放电斜率矩阵和列向瞬时充放电斜率矩阵获取电池组的平均瞬时充放电斜率矩阵：
Figure BDA0002593123450000052
其中，
Figure BDA0002593123450000053
式中，
Figure BDA0002593123450000054
为电池组中点(m，n)的电池单体的平均瞬时充放电斜率。
优选地，在所述S4中，
所述电池组每一行向电池单体的充放电均衡性曲线以对应行上的列数为自变量，及其对应的充放电速率为因变量；
所述电池组每一列向电池单体的充放电均衡性曲线以对应列上的行数为自变量，及其对应的充放电速率为因变量。
优选地，在所述S5中：
Figure BDA0002593123450000061
Figure BDA0002593123450000062
优选地，在所述S6中，所述电池组充放电均衡性斜率K的确定包括模糊控制器：
将电池组行向斜率
Figure BDA0002593123450000063
和电池组列向斜率
Figure BDA0002593123450000064
输入模糊控制器，所述模糊控制器中电池组行向斜率
Figure BDA0002593123450000065
和电池组列向斜率
Figure BDA0002593123450000066
分为7个等级；
模糊控制器输出电池组充放电均衡性斜率K，输出分为7个等级；
所述电池组行向斜率
Figure BDA0002593123450000067
的模糊论域为[-1,1]，其量化因子为1；所述电池组列向斜率
Figure BDA0002593123450000068
的模糊论域为[-1,1]，定量化因子为1；输出电池组充放电均衡性斜率K的模糊论域为[-1,1]，定量化因子为1；
输入和输出的模糊集为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}。
优选地，在所述S3中，所述电荷含量和电压的关系函数的确定包括：
选取多个已知电荷含量的电池单体进行开路电压测试，并以开路电压为因变量，电荷含量为自变量进行拟合，获取为电压和电荷含量的关系函数f(.)。
优选地，所述电压和电荷含量的关系函数f(.)为：
U＝f(Q)＝3.4067e0.2138Q；
式中，U为电压，Q为电荷含量，e为自然对数的底数。
优选地，在所述S3中，s＝0.8pq。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供一种车用锂离子电池充放电均衡性测试方法，能够对车用锂离子电池组进行多维分解，在每一个分解单元上分解并整合分析充放电均衡性，测试结果准确度较高。
附图说明
图1为本发明提供的一种车用锂离子电池充放电均衡性测试方法的流程图；
图2为本发明提供的一种车用锂离子电池充放电均衡性测试方法中电池组行向斜率
Figure BDA0002593123450000071
的隶属函数；
图3为本发明提供的一种车用锂离子电池充放电均衡性测试方法中电池组列向斜率
Figure BDA0002593123450000072
的隶属函数；
图4为本发明提供的一种车用锂离子电池充放电均衡性测试方法中电池组充放电均衡性斜率的隶属函数。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，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。
本发明提供一种混动汽车用锂离子电池故障工作健康状态检测方法，如图1所示，包括如下步骤：
S1：将电池组的每个电池单体分割为p×q个单元，所述电池组的电池单体的排列方式为m×n，对每个电池单元进行开路电压测试，并记录每个电池单元的开路电压为Ukt，0，k＝1，2，3…，p；t＝1，2，3…，q；
S2：对所述的电池组进行定时间充电测试，并对每个电池单元进行开路电压测试，记录每个电池单元充电后的开路电压为Ukt，c，对所述电池组进行定时间放电测试，记录每个电池单元放电后的开路电压为Ukt，d，确定每个电池单体的充放电电压变化量的平均值：
Figure BDA0002593123450000081
S3：在每个电池单体的pq个电池单元内筛选与对应充放电电压变化量的平均值相近的点s个，并确定对应电池单体的电荷量变化值：
Figure BDA0002593123450000082
确定对应电池单体的充放电速度：
Figure BDA0002593123450000083
式中，tc为充电时间，td为放电时间，f(.)为电压和电荷含量的关系函数；
所述的电荷含量和电压的关系函数的确定包括：
选取多个已知电荷含量的电池单体进行开路电压测试，并以开路电压为因变量，电荷含量为自变量进行拟合，获取为电压和电荷含量的关系函数f(.)。
S4：根据所述电池单体的充放电速度，获取所述电池组每一行向电池单体和每一列向电池单体的充放电均衡性曲线V＝F(i)，V＝F(j)；
所述的电池组每一行向电池单体和每一列向电池单体的充放电均衡性曲线为：
F(i)＝F(1)，F(4)，F(3)，…F(m)；
F(j)＝F(1)，F(4)，F(3)，…F(n)。
其中，电池组每一行向电池单体的充放电均衡性曲线以对应行上的列数为自变量，及其对应的充放电速率为因变量；
电池组每一列向电池单体的充放电均衡性曲线以对应列上的行数为自变量，及其对应的充放电速率为因变量。
根据电池组每一行向电池单体和每一列向电池单体的充放电均衡性曲线，获取电池组的平均瞬时充放电斜率矩阵，具体包括：
获取每一行向电池单体的充放电均衡性曲线上每个电池单体的瞬时充放电斜率，获取电池组的行向瞬时充放电斜率矩阵：
Figure BDA0002593123450000091
Kmn为第m行的充放电均衡性曲线中的点(m，n)的电池单体的瞬时充放电斜率；
获取每一列向电池单体充放电均衡性曲线上每个电池单体的瞬时充放电斜率，获取电池组的列向瞬时充放电斜率矩阵：
Figure BDA0002593123450000101
Knm为第n列的充放电均衡性曲线中的点(m，n)的电池单体的瞬时充放电斜率；
根据行向瞬时充放电斜率矩阵和列向瞬时充放电斜率矩阵获取电池组的平均瞬时充放电斜率矩阵：
Figure BDA0002593123450000102
其中，
Figure BDA0002593123450000103
式中，
Figure BDA0002593123450000104
为电池组中点(m，n)的电池单体的平均瞬时充放电斜率。
S5：根据电池组的平均瞬时充放电斜率矩阵，获取行向斜率平均值矩阵[K1，K2，K3，…Km]T和列向斜率平均值矩阵[K1，K2，K3，…Kn]；
Figure BDA0002593123450000105
Figure BDA0002593123450000106
其中，Km为平均瞬时充放电斜率矩阵中第m行的平均瞬时充放电斜率的平均值；Kn为平均瞬时充放电斜率矩阵中第n列的平均瞬时充放电斜率的平均值；
并根据行向斜率平均值矩阵[K1，K2，K3，…Km]T和列向斜率平均值矩阵[K1，K2，K3，…Kn]获取：
电池组行向斜率
Figure BDA0002593123450000111
Figure BDA0002593123450000112
电池组列向斜率
Figure BDA0002593123450000113
Figure BDA0002593123450000114
S6：根据电池组行向斜率
Figure BDA0002593123450000115
和电池组列向斜率
Figure BDA0002593123450000116
确定电池组充放电均衡性斜率K，并根据电池组充放电均衡性斜率K确定充放电均衡性系数A：
A＝2-eK；
根据所述充放电均衡性系数A得到车用锂离子电池充放电均衡性。
其中，根据所述充放电均衡性系数A得到车用锂离子电池充放电均衡性，具体为：
当A≥0.95时，电池组的充放电均衡性为优秀；
当0.8≤A＜0.95时，电池组的充放电均衡性为良好；
当0.7≤A＜0.8时，电池组的充放电均衡性为及格；
当A＜0.7时，电池组的充放电均衡性为不及格，不能使用。
根据电池组行向斜率
Figure BDA0002593123450000121
和电池组列向斜率
Figure BDA0002593123450000122
确定电池组充放电均衡性斜率K包括模糊控制器：
将电池组行向斜率
Figure BDA0002593123450000123
和电池组列向斜率
Figure BDA0002593123450000124
以及电池组充放电均衡性斜率K进行模糊处理；在无控制时，电池组行向斜率
Figure BDA0002593123450000125
的模糊论域为[-1,1]，其量化因子为1；电池组列向斜率
Figure BDA0002593123450000126
的模糊论域为[-1,1]，定量化因子为1；输出电池组充放电均衡性斜率K的模糊论域为[-1,1]，定量化因子为1。
为了保证控制的精度，实现更好的控制，反复进行实验，确定了最佳的输入和输出等级，其中，电池组行向斜率
Figure BDA0002593123450000127
和电池组列向斜率
Figure BDA0002593123450000128
分为7个等级；输出电池组充放电均衡性斜率K，输出分为7个等级；输入和输出的模糊集均为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}，输入和输出的隶属度函数均采用三角形隶属函，详见图2、3和4。其中所述模糊控制器的模糊控制规则为：
(1)电池组行向斜率
Figure BDA0002593123450000129
一定，电池组列向斜率
Figure BDA00025931234500001210
增大，需要增大电池组充放电均衡性斜率K；
(2)电池组列向斜率
Figure BDA00025931234500001211
一定，电池组行向斜率
Figure BDA00025931234500001212
增大，需要增大电池组充放电均衡性斜率K；
模糊控制的具体控制规则详见表1。
表1电池组充放电均衡性斜率K的模糊控制表
Figure BDA0002593123450000131
模糊控制器的输入电池组行向斜率
Figure BDA0002593123450000132
和电池组列向斜率
Figure BDA0002593123450000133
用模糊控制规则表1得出模糊控制器的输出电池组充放电均衡性斜率K，电池组充放电均衡性斜率K利用重心法解模糊化。
在S3中，优选s＝0.8pq。
电压和电荷含量的关系函数f(.)为：
U＝f(Q)＝3.4067e0.2138Q；
式中，U为电压，Q为电荷含量，e为自然对数的底数。
本发明选取10组已知充放电均衡性能的电池组，并采用本发明提供的车用锂离子电池充放电均衡性测试方法确定充放电均衡性系数，具体结果如表2所示。
表2结果对比
序号 已知充放电均衡性能 充放电均衡性系数
1 优秀 0.96
2 良好 0.93
3 良好 0.91
4 相对良好 0.86
5 及格 0.74
6 及格 0.78
7 不及格 0.65
8 优秀 0.95
9 不及格 0.53
10 良好 0.88
从表2的数据可知，本发明确定的电池组的充放电均衡性系数与已知充放电均衡性能基本相对应，说明本发明提供的车用锂离子电池充放电均衡性测试方法是具有可靠性的。
本发明设计开发的车用锂离子电池充放电均衡性测试方法，能够对车用锂离子电池组进行多维分解，在每一个分解单元上分解并整合分析充放电均衡性，测试结果准确度较高。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域；同时任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准，在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和具体的实施例。

Claims (10)

1.一种车用锂离子电池充放电均衡性测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将电池组的每个电池单体分割为p×q个单元，所述电池组的电池单体的排列方式为m×n，对每个电池单元进行开路电压测试，并记录每个电池单元的开路电压为Ukt,0，k＝1,2,3…,p；t＝1,2,3…,q；
S2：对所述电池组进行定时间充电测试，并对每个电池单元进行开路电压测试，记录每个电池单元充电后的开路电压为Ukt,c，对所述电池组进行定时间放电测试，记录每个电池单元放电后的开路电压为Ukt,d，确定每个电池单体的充放电电压变化量的平均值
Figure FDA0002593123440000011
Figure FDA0002593123440000012
S3：在每个电池单体的pq个电池单元内筛选与对应充放电电压变化量的平均值相近的点s个，并确定对应电池单体的电荷量变化值Qij：
Figure FDA0002593123440000013
确定对应电池单体的充放电速率Vtj：
Figure FDA0002593123440000014
式中，tc为充电时间，td为放电时间，f(.)为电压和电荷含量的关系函数；
S4：根据所述电池单体的充放电速度，获取所述电池组每一行向电池单体和每一列向电池单体的充放电均衡性曲线V＝F(i),V＝F(j)，并获取电池组的平均瞬时充放电斜率矩阵：
Figure FDA0002593123440000021
式中，
Figure FDA0002593123440000022
为点(m,n)的电池单体的平均瞬时充放电斜率；
S5：根据电池组的平均瞬时充放电斜率矩阵，获取行向斜率平均值矩阵[K1,K2,K3,…Km]T和列向斜率平均值矩阵[K1,K2,K3,…Kn]；
其中，Km为平均瞬时充放电斜率矩阵中第m行的平均瞬时充放电斜率的平均值；Kn为平均瞬时充放电斜率矩阵中第n列的平均瞬时充放电斜率的平均值；
并根据所述行向斜率平均值矩阵和所述列向斜率平均值矩阵获取：
电池组行向斜率
Figure FDA0002593123440000023
Figure FDA0002593123440000024
电池组列向斜率
Figure FDA0002593123440000025
Figure FDA0002593123440000026
S6：根据所述电池组行向斜率和电池组列向斜率确定电池组充放电均衡性斜率K，并根据所述电池组充放电均衡性斜率K确定充放电均衡性系数A：
A＝2-eK；
根据所述充放电均衡性系数A得到车用锂离子电池充放电均衡性。
2.根据权利要求1所述的一种车用锂离子电池充放电均衡性测试方法，其特征在于，根据所述充放电均衡性系数A得到车用锂离子电池充放电均衡性，具体为：
当A≥0.95时，所述电池组的充放电均衡性为优秀；
当0.8≤A<0.95时，所述电池组的充放电均衡性为良好；
当0.7≤A<0.8时，所述电池组的充放电均衡性为及格；
当A<0.7时，所述电池组的充放电均衡性为不及格，不能使用。
3.根据权利要求1所述的一种车用锂离子电池充放电均衡性测试方法，其特征在于，在所述S4中，所述电池组每一行向电池单体和每一列向电池单体的充放电均衡性曲线为：
F(i)＝F(1),F(4),F(3),…F(m)；
F(j)＝F(1),F(4),F(3),…F(n)。
4.根据权利要求3所述的一种车用锂离子电池充放电均衡性测试方法，其特征在于，在所述S4中，所述电池组的平均瞬时充放电斜率矩阵的获取包括：
获取每一行向电池单体的充放电均衡性曲线上每个电池单体的瞬时充放电斜率，获取电池组的行向瞬时充放电斜率矩阵：
Figure FDA0002593123440000031
Lmn为第m行的充放电均衡性曲线中的点(m,n)的电池单体的瞬时充放电斜率；
获取每一列向电池单体充放电均衡性曲线上每个电池单体的瞬时充放电斜率，获取电池组的列向瞬时充放电斜率矩阵：
Figure FDA0002593123440000041
Knm为第n列的充放电均衡性曲线中的点(m,n)的电池单体的瞬时充放电斜率；
根据所述行向瞬时充放电斜率矩阵和列向瞬时充放电斜率矩阵获取电池组的平均瞬时充放电斜率矩阵：
Figure FDA0002593123440000042
其中，
Figure FDA0002593123440000043
式中，
Figure FDA0002593123440000044
为电池组中点(m,n)的电池单体的平均瞬时充放电斜率。
5.根据权利要求4所述的一种车用锂离子电池充放电均衡性测试方法，其特征在于，在所述S4中，
所述电池组每一行向电池单体的充放电均衡性曲线以对应行上的列数为自变量，及其对应的充放电速率为因变量；
所述电池组每一列向电池单体的充放电均衡性曲线以对应列上的行数为自变量，及其对应的充放电速率为因变量。
6.根据权利要求1所述的一种车用锂离子电池充放电均衡性测试方法，其特征在于，在所述S5中：
Figure FDA0002593123440000045
Figure FDA0002593123440000046
7.根据权利要求1所述的一种车用锂离子电池充放电均衡性测试方法，其特征在于，在所述S6中，所述电池组充放电均衡性斜率K的确定包括模糊控制器：
将电池组行向斜率
Figure FDA0002593123440000051
和电池组列向斜率
Figure FDA0002593123440000052
输入模糊控制器，所述模糊控制器中电池组行向斜率
Figure FDA0002593123440000053
和电池组列向斜率
Figure FDA0002593123440000054
分为7个等级；
模糊控制器输出电池组充放电均衡性斜率K，输出分为7个等级；
所述电池组行向斜率
Figure FDA0002593123440000055
的模糊论域为[-1,1]，其量化因子为1；所述电池组列向斜率
Figure FDA0002593123440000056
的模糊论域为[-1,1]，定量化因子为1；输出电池组充放电均衡性斜率K的模糊论域为[-1,1]，定量化因子为1；
输入和输出的模糊集为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}。
8.根据权利要求1所述的一种车用锂离子电池充放电均衡性测试方法，其特征在于，在所述S3中，所述电荷含量和电压的关系函数的确定包括：
选取多个已知电荷含量的电池单体进行开路电压测试，并以开路电压为因变量，电荷含量为自变量进行拟合，获取为电压和电荷含量的关系函数f(.)。
9.根据权利要求8所述的一种车用锂离子电池充放电均衡性测试方法，其特征在于，所述电压和电荷含量的关系函数f(.)为：
U＝f(Q)＝3.4067e0.2138Q；
式中，U为电压，Q为电荷含量，e为自然对数的底数。
10.根据权利要求1或8所述的一种车用锂离子电池充放电均衡性测试方法，其特征在于，在所述S3中，s＝0.8pq。
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