CN112180277B - 动力电池的直流电阻的估算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种动力电池的直流电阻的估算方法，属于电池技术领域。该动力电池的直流电阻的估算方法包括步骤：S1、提供样品动力电池；S2、以第一恒定电流对样品动力电池进行循环老化，计算得到样品动力电池的放电容量保持率；S3、调节样品动力电池至预定SOC，以第二恒定电流进行放电，计算得到样品动力电池在放电容量保持率下的直流电阻保持率；S4、循环上述步骤S2和S3，得到放电容量保持率与直流电阻保持率的曲线方程；S5、以第一恒定电流对待测动力电池进行充放电，获得待测动力电池的放电容量保持率，估算得到待测动力电池的直流电阻值。上述动力电池的直流电阻的估算方法具有简单、高效和成本低廉的优点。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种动力电池的直流电阻的估算方法。
背景技术
动力锂离子电池具备能量密度高、循环寿命长、温度使用范围宽，其在新能源电动汽车、电动船舶、航天器、现代储能装备等领域取得越来越广泛的应用。动力锂离子电池的直流电阻和电池的健康状况和充放电性能有密切的关系。动力锂离子电池直流电阻增大会影响电池充放电性能的发挥，从而影响电池的寿命和功率行为。因此，测算动力锂离子电池的直流电阻对评估电池的健康状况和电池充放电能力非常重要，但传统的动力电池的直流电阻的估算方法的效率较低，成本较高。
发明内容
基于此，有必要提供一种效率较高、成本较低的动力电池的直流电阻的估算方法。
一种动力电池的直流电阻的估算方法，包括以下步骤：
S1、提供样品动力电池，并获得所述样品动力电池的初始放电容量和初始直流电阻值；
S2、以第一恒定电流对所述样品动力电池进行循环老化，然后测定所述样品动力电池的放电容量，根据所述初始放电容量计算得到所述样品动力电池的放电容量保持率；
S3、调节所述样品动力电池至预定SOC，以第二恒定电流进行放电，测定所述样品动力电池在所述放电容量保持率下的直流电阻值，根据所述初始直流电阻值计算得到所述样品动力电池在所述放电容量保持率下的直流电阻保持率；
S4、循环上述步骤S2和S3，得到所述样品动力电池在多个不同放电容量保持率下的直流电阻保持率，将所述放电容量保持率与所述直流电阻保持率进行拟合，得到所述放电容量保持率与所述直流电阻保持率的曲线方程；
S5、以所述第一恒定电流对待测动力电池进行充放电，获得所述待测动力电池的放电容量保持率，根据所述曲线方程和所述样品动力电池的初始直流电阻值估算得到所述待测动力电池的直流电阻值，其中，所述待测动力电池与所述样品动力电池的技术参数相同。
传统的动力电池的直流电阻的估算方法需要的温度平衡时间较长，延长测试时间长；同时使用高精度测试仪器，测试成本较高。而上述动力电池的直流电阻的估算方法需要将电池循环老化一定圈数后，记录电池的放电容量保持率；然后调控电池的SOC状态，测试不同放电容量保持率下的直流电阻保持率，通过拟合得到放电容量保持率和直流放电电阻增长率之间的关系曲线方程，仅需测试待测电池的放电容量保持率，就可以通过上述关系曲线方程估算待测电池的直流电阻值。因此，上述动力电池的直流电阻的估算方法无需过多的温度平衡时间及高精度的测试仪器，具有简单、高效和成本低廉的优点。
在其中一个实施例中，所述以第一恒定电流对所述样品动力电池进行循环老化的步骤中，循环的圈数为100圈～6000圈。
在其中一个实施例中，所述第一恒定电流小于所述第二恒定电流。
在其中一个实施例中，所述第一恒定电流为1C～10C。
在其中一个实施例中，所述第二恒定电流为1C～25C。
在其中一个实施例中，所述预定SOC为10％～90％。
在其中一个实施例中，所述以第一恒定电流对所述样品动力电池进行循环老化的步骤中，所述样品动力电池的环境温度为T1，所述以所述第一恒定电流对待测动力电池进行充放电的步骤中，所述待测动力电池的环境温度为T2，所述样品动力电池的环境温度T1与所述待测动力电池的环境温度T2相等。
在其中一个实施例中，所述以第一恒定电流对样品动力电池进行循环老化的步骤中，所述样品动力电池的环境温度为25℃。
在其中一个实施例中，所述以第一恒定电流对样品动力电池进行循环老化的步骤中，需要对所述样品动力电池的尺寸和温度进行实时监控，当所述样品动力电池急剧膨胀，或者表面温度升高大于45℃时，执行所述步骤S3。
在其中一个实施例中，所述样品动力电池选自锂离子电池、铅酸电池、镍铬电池及镍氢电池中的一种。
附图说明
图1为实施例1中的直流电阻保持率和放电容量保持率之间的关系曲线图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
一实施方式的动力电池的直流电阻的估算方法，包括以下步骤：
步骤S1：提供样品动力电池，并获得样品动力电池的初始放电容量和初始直流电阻值。
具体地，样品动力电池选自锂离子电池、铅酸电池、镍铬电池及镍氢电池中的一种。更具体地，样品动力电池为锂离子电池。
步骤S2：以第一恒定电流对样品动力电池进行循环老化，然后测定样品动力电池的放电容量，根据初始放电容量计算得到样品动力电池的放电容量保持率。
其中，以第一恒定电流对样品动力电池进行循环老化的步骤具体为：将样品动力电池放电至2.8V，第一恒定电流、恒压充电至4.2V，然后将样品动力电池置于2.8V～4.2V之间进行充放电循环老化。其中，在2.8V～4.2V之间可以使样品动力电池获得较好的循环寿命。进一步地，样品动力电池在满充和满放后静置5min，适当消除极化，使样品动力电池平稳地循环衰减。
其中，循环老化是通过充放电循环来降低电芯的放电容量保持率，从而达到老化电芯的目的。
其中，放电容量保持率＝放电容量/初始放电容量。
进一步地，以第一恒定电流对样品动力电池进行循环老化的步骤中，循环的圈数为100圈～6000圈，其涵盖了电池从初始循环稳定化到寿命终止的关键应用周期。具体地，第一恒定电流为1C～10C。
进一步地，以第一恒定电流对样品动力电池进行循环老化的步骤中，样品动力电池的环境温度T1为20℃～25℃。更进一步地，T1为25℃。
需要说明的是，以第一恒定电流对样品动力电池进行循环老化的过程中，需要对样品动力电池的尺寸和温度进行实时监控。当样品动力电池急剧膨胀，或者表面温度升高大于45℃时，执行步骤S3。整个过程中，记录样品动力电池的放电容量变化率。
步骤S3：调节样品动力电池至预定SOC，以第二恒定电流进行放电，测定样品动力电池在放电容量保持率下的直流电阻值，根据初始直流电阻值计算得到样品动力电池在放电容量保持率下的直流电阻保持率。
其中，放电容量保持率下的直流电阻保持率＝放大容量保护率下的直流电阻值/初始直流电阻值。
其中，SOC是指荷电状态，用来反应电池的剩余容量，其数值上定义为剩余容量占电池容量的比值，常用百分数表示。
进一步地，第二恒定电流大于第一恒定电流。具体地，第二恒定电流为1C～25C。相对较大的第二恒定电流可以使动力电芯充分极化，从而客观比较电池的内部变化。
具体地，预定SOC为10％～90％。更具体地，预定SOC为50％，该SOC下动力电池稳定性相对良好。
以第一恒定电流对待测动力电池进行充放电的步骤中，待测动力电池的环境温度T2与样品动力电池的环境温度T1相等。具体地，T2为20℃～25℃。更具体地，T2为25℃。
步骤S4：循环上述步骤S2和S3，得到样品动力电池在多个不同放电容量保持率下的直流电阻保持率，将放电容量保持率与直流电阻保持率进行拟合，得到放电容量保持率与直流电阻保持率的曲线方程。
步骤S5：以第一恒定电流对待测动力电池进行充放电，获得待测动力电池的放电容量保持率，根据曲线方程和样品动力电池的初始直流电阻值估算得到待测动力电池的直流电阻值，其中，待测动力电池与样品动力电池的技术参数相同。
具体地，待测动力电池选自锂离子电池、铅酸电池、镍铬电池及镍氢电池中的一种。
上述动力电池的直流电阻的估算方法至少具有如下优点：
1)传统的动力电池的直流电阻的估算方法需要的温度平衡时间较长，延长测试时间长；同时使用高精度测试仪器，测试成本较高。而上述动力电池的直流电阻的估算方法需要将电池循环老化一定圈数后，记录电池的放电容量保持率；然后调控电池的SOC状态，测试不同放电容量保持率下的直流电阻保持率，通过拟合得到放电容量保持率和直流放电电阻增长率之间的关系曲线方程，仅需测试待测电池的放电容量保持率，就可以通过上述关系曲线方程估算待测电池的直流电阻值。因此，上述动力电池的直流电阻的估算方法无需过多的温度平衡时间及高精度的测试仪器，具有简单、高效和成本低廉的优点。
2)上述动力电池的直流电阻的估算方法减少了大电流直流放电测试电阻的次数，避免了高频率大电流充放电对电池造成不可逆的损害。
3)上述动力电池的直流电阻的估算方法来源于循环老化的拟合曲线，可以用来估算任意放电容量保持率下的直流电阻值，通用性广。
以下为具体实施例部分：
实施例1
本实施例的直流电阻估算方法步骤如下：
(1)提供NCM三元锂离子电池，电池的初始放电容量为10Ah，初始直流电阻值为1.4443mΩ。
(2)在25℃的条件下，对NCM三元锂离子电池以3C恒流恒压充电，充电电压上限为4.2V，截止电流为0.05C；然后电池静置5min后，采用3C的电流强度对电池进行放电，放电截止电压为2.8V。循环上述充放电，得到电池的放电容量，根据初始放电容量计算得到电池的放电容量保持率，并记录电池容量保持率的变化特性。
(3)当上述电池的放电容量保持率分别达到98.50％、96.49％、92.57％、90.57％、85.73％、80.89％和78.88％时，电池下柜，处于25℃的环境中2h，使电池内部和外部温度充分地平衡。然后将电池以1C电流调控至50％SOC状态，常温静置2h后，采用250A的电流强度对电池恒流放电10s，得到电池在上述放电容量保持率下的直流电阻值分别为1.4062mΩ、1.4001mΩ、1.4894mΩ、1.5829mΩ、1.6643mΩ、1.7060mΩ和1.7666mΩ，根据初始直流电阻值计算得到直流电阻保持率分别为97.36％、96.94％、103.12％、109.59％、115.23％、118.12％和122.31％。放电过程中监测电池的温度，使其大面温升低于45℃，同时使电池的电压高于2.8V，否则测试停止。
(4)将上述容量保持率和直流电阻的增长率进行拟合，获得放电容量保持率和直流电阻保持率之间的关系曲线方程，y＝-1.7037x2+1.6955x+0.9395，R2＝0.9718，其中，y表示直流电阻保持率，x表示放电容量保持率，R表示相关系数。具体如图1所示。
(5)在25℃的条件下，对待测NCM三元锂离子电池以3C恒流恒压充电，充电电压上限为4.2V，截止电流为0.05C；然后电池静置5min后，采用3C的电流强度对电池进行放电，放电截止电压为2.8V。循环上述充放电，得到待测电池的放电容量，根据初始放电容量计算得到待测电池的放电容量保持率，代入上述关系曲线方程，得到待测电池的直流电阻保持率，根据初始直流电阻值，得到待测电池的直流电阻值，其中，待测NCM三元锂离子电池与上述NCM三元锂离子电池的技术参数相同。
测试：
根据实施例1中的关系曲线方程，分别估测电池的放电容量保持率分别达到97.49％、94.94％、90.57％、88.48％和83.22％时的直流电阻值，结果如表1所示。
表1
如表1所示，通过拟合的电池放电容量保持率和直流电阻保持率的关系曲线方程，估算了电池在不同放电容量保持率下直流电阻值，其与实测值误差在3％以内。本方法建立放电容量保持率和直流电阻保持率的关系曲线方程后，仅需测试电测电池的放电容量保持率，就可以估算待测电池的直流电阻值，可以极大地缩短获得不同放电容量保持率下的直流电阻值的时间和降低经济成本。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种动力电池的直流电阻的估算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、提供样品动力电池，并获得所述样品动力电池的初始放电容量和初始直流电阻值；
S2、以第一恒定电流对所述样品动力电池进行循环老化，然后测定所述样品动力电池的放电容量，根据所述初始放电容量计算得到所述样品动力电池的放电容量保持率；
S3、调节所述样品动力电池至预定SOC，以第二恒定电流进行放电，测定所述样品动力电池在所述放电容量保持率下的直流电阻值，根据所述初始直流电阻值计算得到所述样品动力电池在所述放电容量保持率下的直流电阻保持率；
S4、循环上述步骤S2和S3，得到所述样品动力电池在多个不同放电容量保持率下的直流电阻保持率，将所述放电容量保持率与所述直流电阻保持率进行拟合，得到所述放电容量保持率与所述直流电阻保持率的曲线方程；
S5、以所述第一恒定电流对待测动力电池进行充放电，获得所述待测动力电池的放电容量保持率，根据所述曲线方程和所述样品动力电池的初始直流电阻值估算得到所述待测动力电池的直流电阻值，其中，所述待测动力电池与所述样品动力电池的技术参数相同。
2.根据权利要求1所述的动力电池的直流电阻的估算方法，其特征在于，所述以第一恒定电流对所述样品动力电池进行循环老化的步骤中，循环的圈数为100圈～6000圈。
3.根据权利要求1所述的动力电池的直流电阻的估算方法，其特征在于，所述第一恒定电流小于所述第二恒定电流。
4.根据权利要求1所述的动力电池的直流电阻的估算方法，其特征在于，所述第一恒定电流为1C～10C。
5.根据权利要求1所述的动力电池的直流电阻的估算方法，其特征在于，所述第二恒定电流为1C～25C。
6.根据权利要求1所述的动力电池的直流电阻的估算方法，其特征在于，所述预定SOC为10％～90％。
7.根据权利要求1所述的动力电池的直流电阻的估算方法，其特征在于，所述以第一恒定电流对所述样品动力电池进行循环老化的步骤中，所述样品动力电池的环境温度为T1，所述以所述第一恒定电流对待测动力电池进行充放电的步骤中，所述待测动力电池的环境温度为T2，所述样品动力电池的环境温度T1与所述待测动力电池的环境温度T2相等。
8.根据权利要求1所述的动力电池的直流电阻的估算方法，其特征在于，所述以第一恒定电流对样品动力电池进行循环老化的步骤中，所述样品动力电池的环境温度为25℃。
9.根据权利要求1所述的动力电池的直流电阻的估算方法，其特征在于，所述以第一恒定电流对样品动力电池进行循环老化的步骤中，需要对所述样品动力电池的尺寸和温度进行实时监控，当所述样品动力电池急剧膨胀，或者表面温度升高大于45℃时，执行所述步骤S3。
10.根据权利要求1所述的动力电池的直流电阻的估算方法，其特征在于，所述样品动力电池选自锂离子电池、铅酸电池、镍铬电池及镍氢电池中的一种。
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Non-Patent Citations (1)
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