CN113848492A - 一种无人机电池老化电滥用试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种无人机电池老化电滥用试验方法，属于电池安全领域。其主要原理是针对无人机所用的电池模组，进行无人机工作工况老化试验，老化结束后对该电池进行电滥用的试验测试，模拟无人机经历正常工作后的电池老化情况，以探求无人机电池经历工况老化后的电滥用安全性能。其中，老化试验工况根据无人机所搭载的锂离子电池模组所经历的工作工况，包括悬停、大功率起降的工作姿态，以模拟无人机的工作状态，电滥用试验工况推荐选择过充电，可以较好地评估无人机在老化后的安全性能，避免电池使用过程中带来严重的安全问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种无人机电池老化电滥用试验方法，属于电池安全领域。
背景技术
近年来，随着全球环境逐渐恶化，环境保护与能源安全问题受到广泛关注，世界各国均将新能源汽车作为重点发展的方向和产业。发展电动汽车可以减少石油消耗、降低二氧化碳的排放并促进能源转型和汽车工业的升级。锂离子电池由于具有额定电压高、比能量高、循环寿命长、对环境污染小的优势，目前广泛应用于消费电子产品如无人机以及电动汽车。
电池的温度会显著影响电池***各个性能指标，在工作过程中，内部所进行的电化学进程会显著影响***温度的变化，进而对电池输出的功率、效率和寿命等指标以及安全性能产生重要影响。同时，电池在高温或者是强烈机械碰撞的外部条件下，会导致电池内部剧烈反应，升温，最终导致热失控的严重后果，带来了许多由于热失控引起的火灾和***事故。这对电动汽车行业的发展造成了较为严重的影响，降低了消费者对于电动汽车的信赖。据统计，超过60％的电动汽车安全事故与动力电池有关，其中包括过充电、外部短路、内部短路、电解液泄漏、碰撞、金属异物穿刺等。
锂离子电池的热失控安全事故主要分为起火和***这两种形式。电池起火是一种相对平缓的热失控安全事故，在一定诱因下电池温度不断上升、容量衰退、内部发生一系列放热副反应导致温升速率急剧升高，产热速率远远高于散热速率，最终导致电池材料和内部电解液燃烧，从而引起了电池起火的情景。***是另一种更为剧烈的热失控安全事故，由于电池内部属于封闭体系，温度不断升高的同时放热反应也不断加剧，内部活性物质放热分解产生的气体不断增加导致内部压力不断升高，当其超过一定限值后则电池会发生***现象，带来严重的安全问题。
电池的热失控诱因主要可分为机械滥用，电滥用和热滥用，其共性为电池内部在经历滥用后发生内短路，导致内部一系列连锁反应引发短时大量的热量释放。目前，关于普通锂离子电池的滥用试验方法已经被工业界广泛采用，但基本只用于新电池的安全性评估，而电池在使用过程中，其安全性能会随老化程度发生变化，无人机所搭载的锂离子电池模组所经历的工作工况，较普通的恒流工况有较大区别，包括了悬停，大功率起降等工作姿态。而目前工业界缺乏对无人机工况的统一定义，并且关于无人机电池模组经历老化后的电滥用特性也缺乏相关试验方法。
因此，工业界迫切需要一种模拟了无人机特殊工作状态的老化路径，以及经历了该工况老化后的无人机电池电滥用试验方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无人机电池的老化及电滥用试验方法，以研究无人机电池在经历无人机典型工况老化不同阶段的电滥用表现，并根据无人机电池的安全表现，对无人机电池的全寿命周期安全性进行评估。
本发明的技术方案如下：
一种无人机电池老化电滥用试验方法，其特征是包括以下步骤：
对于新鲜无人机电池模组进行拆解，得到无人机电池单体和模组，标定电池单体基本容量；
根据得到的电池基本容量，获得无人机放电工况的电流，用无人机放电工况与恒流恒压充电构成老化循环工况，将电池老化至不同阶段的确定容量；其中老化循环工况是基于无人机放电工况，得到放电的电流文件，同时将恒流恒压作为充电工况，对该电池进行循环老化试验，得到模拟无人机真实老化的工况老化循环文件；
将电池转移至加速量热仪ARC中，进行电滥用试验；
对电池继续充电，电池经历完整电滥用热失控过程，结束后对电池残余进行清理，并分析电池的热失控的特征温度，以评价无人机电池在经历无人机工况循环老化后的电滥用性能。
进一步的，本发明充电工况选取恒流恒压充电至截止电压，对该电池进行循环老化试验，容量老化衰减至95％、90％、85％、80％。
进一步的，本发明电滥用试验选用过充电的电滥用的测试方法，首先对电池小倍率恒流恒压充电(推荐1/3C)到目前可用最大容量，接着持续恒流充电实现过充。通过监测电池温度的变化，和是否达到热失控特征温度T1来判断电池是否开始经历失控连锁反应。
进一步的，本发明对电池单体在恒温箱内选择25℃进行工况循环老化，直到可用容量为新鲜电池可用容量的80％，电池老化完成。
进一步的，本发明在对老化后的电池进行电滥用试验中，通过对电池持续充电，直至电池出现内短路，温度达到热失控触发温度T1，引发电池的热失控。
进一步的，本发明在电滥用试验中，在电池表面/内部布置热电偶并连接数据采集卡进行温度实时监测。
进一步的，本发明所述的放电工况为无人机工况，是指无人机所搭载的锂离子电池模组所经历的工作工况，包括悬停、大功率起降的工作姿态。
进一步的，本发明加速量热仪ARC中进行电滥用试验中，不同电池试验步骤一致。
进一步的，本发明无人机真实老化的工况老化循环文件是包含每次循环充放电容量、电流、电压、以及温度的文件。
本发明的优点在于：区别于传统工况，本发明提出的无人机工况较好的模拟了无人机悬停，大功率起降，巡航等工作姿态。经历无人机工况老化后的电池，其老化程度更加接近真实无人机老化的情况。对该老化后电池进行电滥用试验，可以较好地评估无人机在老化后的安全性能，尤其是对于极限工况的耐受性能。
附图说明
图1为无人机工况循环老化后电滥用测试流程图。
图2为无人机放电工况图(倍率)。
图3为无人机放电工况图(电流)。
具体实施方式
本发明提供了一种无人机电池老化电滥用试验方法，总体的试验方法的流程图如图1所示，首先对于新鲜无人机电池模组进行拆解，得到无人机电池单体和模组，对于无人机电池单体进行标准容量测试，得到单体容量。图2给出模拟无人机工作的放电工况(纵坐标为放电倍率)，以一个标称容量为3.85Ah的无人机用电池单体为例，给出其放电电流的具体工况(纵坐标为放电电流)，如图3所示。
接着根据单体真实容量，基于无人机放电工况，用无人机放电工况与恒流恒压充电构成老化循环工况，对该电池进行循环老化试验，将电池老化至不同阶段的确定容量，由此得到模拟无人机真实老化的工况老化循环文件，老化循环文件一般为包含了每次循环充放电容量，电流，电压，以及温度的表格文件。
本发明中的充电工况选取恒流恒压充电至截止电压，对该电池进行循环老化试验，容量老化衰减至95％、90％、85％、80％。由于大倍率充电易引发锂电镀和负极材料损失，加速电池内阻增加和容量减小，缩短电池寿命，所以为了避免对电池老化造成影响，容量测试结束后将SOC恢复至测试前状态的充电电流不能过大；而充电电流过小则会导致充电耗费时间过长，因此本发明根据电池厂商推荐选择充电倍率，取1C。并采用这样的循环对电池单体在恒温箱内(一般可以选择25℃)进行工况循环老化，直到可用容量为新鲜电池可用容量的80％，认为电池老化完成。
本发明中，老化循环工况是基于无人机放电工况，该放电工况为无人机工况，是指无人机所搭载的锂离子电池模组所经历的工作工况，包括悬停、大功率起降的工作姿态，以得到更真实的无人机电池模组经历老化后的电滥用特性。
将电池转移至加速量热仪(ARC)中，进行电滥用试验。这里不对电滥用试验步骤进行具体规定，保证不同电池试验步骤一致即可。
电滥用试验中，在电池表面/内部布置热电偶并连接数据采集卡进行温度实时监测。推荐采用过充电的电滥用测试方法。该过充电的电滥用测试方法是首先对电池小倍率恒流恒压充电(推荐1/3C)到目前可用最大容量，接着持续恒流充电实现过充。通过监测电池温度的变化，和是否达到热失控特征温度T1来判断电池是否开始经历失控连锁反应。也就是说，通过对电池持续充电，直至电池出现内短路，温度达到热失控触发温度T1，引发电池的热失控。另还有热失控引发温度T2及热失控最高温度T3。
对电池继续充电，电池经历完整电滥用热失控过程，结束后对电池残余进行清理，并分析电池的热失控的特征温度T1，T2与T3，以评价无人机电池在经历无人机工况循环老化后的电滥用性能。取新鲜电池做热失控试验，记录热失控特征T1，T2，T3。对比新鲜与老化电池的三个热失控特征温度，若观察到老化后电池T1和T2降低，T3升高，即认为经历无人机工况老化后的电池热滥用性能衰退。热失控特征温度是指在电池滥用试验中，电池开始进行不可逆自产热的温度，为实验的测量值。
本发明通过对无人机所用的电池模组，进行无人机工作工况老化试验，老化结束后对该电池进行电滥用的试验测试等步骤，根据无人机所搭载的锂离子电池模组所经历的工作工况，包括悬停、大功率起降的工作姿态，模拟无人机经历正常工作后的电池老化情况，评价无人机电池在经历无人机工况循环老化后的电滥用性能。本发明中电滥用试验工况推荐选择过充电，可以较好地评估无人机在老化后的安全性能，避免电池使用过程中带来严重的安全问题。
Claims (9)
1.一种无人机电池老化电滥用试验方法，其特征是包括以下步骤：
对于新鲜无人机电池模组进行拆解，得到无人机电池单体和模组，标定电池单体基本容量；
根据得到的电池基本容量，获得无人机放电工况的电流，用无人机放电工况与恒流恒压充电构成老化循环工况，将电池老化至不同阶段的确定容量；其中老化循环工况是基于无人机放电工况，得到放电的电流文件，同时将恒流恒压作为充电工况，对该电池进行循环老化试验，得到模拟无人机真实老化的工况老化循环文件；
将电池转移至加速量热仪ARC中，进行电滥用试验；
对电池继续充电，电池经历完整电滥用热失控过程，结束后对电池残余进行清理，并分析电池的热失控的特征温度，以评价无人机电池在经历无人机工况循环老化后的电滥用性能。
2.根据权利要求1所述的无人机电池老化电滥用试验方法，其特征是：充电工况选取恒流恒压充电至截止电压，对该电池进行循环老化试验，容量老化衰减至95％、90％、85％、80％。
3.根据权利要求1所述的无人机电池老化电滥用试验方法，其特征是：电滥用试验选用过充电的电滥用的测试方法，首先对电池小倍率恒流恒压充电到目前可用最大容量，接着持续恒流充电实现过充，通过监测电池温度的变化，和是否达到热失控特征温度T1来判断电池是否开始经历失控连锁反应。
4.根据权利要求1所述的无人机电池老化电滥用试验方法，其特征是：对电池单体在恒温箱内选择25℃进行工况循环老化，直到可用容量为新鲜电池可用容量的80％，电池老化完成。
5.根据权利要求1所述的无人机电池老化电滥用试验方法，其特征是：在对老化后的电池进行电滥用试验中，通过对电池持续充电，直至电池出现内短路，温度达到热失控触发温度T1，引发电池的热失控。
6.根据权利要求3所述的无人机电池老化电滥用试验方法，其特征是：在电滥用试验中，在电池表面/内部布置热电偶并连接数据采集卡进行温度实时监测。
7.根据权利要求1所述的无人机电池老化电滥用试验方法，其特征是：所述的放电工况为无人机工况，是指无人机所搭载的锂离子电池模组所经历的工作工况，包括悬停、大功率起降的工作姿态。
8.根据权利要求1所述的无人机电池老化电滥用试验方法，其特征是：加速量热仪ARC中进行电滥用试验中，不同电池试验步骤一致。
9.根据权利要求1所述的无人机电池老化电滥用试验方法，其特征是：无人机真实老化的工况老化循环文件是包含每次循环充放电容量、电流、电压、以及温度的文件。
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