CN115902677A - 一种锂离子电池直流内阻参数的获取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电池内阻数据测量技术领域，具体涉及一种锂离子电池直流内阻参数的获取方法，包括如下步骤：步骤一，设定直流内阻测试影响因子SOC、温度和倍率的范围；步骤二，设置上述范围内的测试取值点；步骤三，获取待测电池的充放电数据；步骤四，在前述充放电数据基础上，采用温度恒定装置，基于同一倍率，进行不同温度的充放电测试；步骤五，提取数据，计算对应的直流内阻。本发明通过每次测试固定温度及倍率的持续充放电测试，只需进行初始状态的SOC调整即可，不再需要对每个SOC点进行调整，后期数据处理中只需对连续的SOC进去取点即可，有效节省内阻参数精确获取的时间。
Description
技术领域
本发明属于电池内阻数据测量技术领域，具体涉及一种锂离子电池直流内阻参数的获取方法。
背景技术
内阻是锂离子电池关键参数之一，对于新能源汽车及储能领域的电池状态(例如SOC、SOH、SOP和SOF)准确估计及预测至关重要。锂离子电池内阻一般分为交流内阻和直流内阻。交流内阻一般通过交流阻抗仪进行测试，用于单体电池的内阻评价。锂离子电池成组后的模组及电池包因电压容量原因，一般进行直流内阻进行评价和使用，因此对于成组前的电芯也会进行直流内阻的测量及使用，以便于从单体电池层级进行单体电池的研究及评价。
单体电池的直流内阻测量方法主要为：
1)倍率脉冲方法和交流阻抗测试法。典型的倍率脉冲法如美国《FreedomCar电池测试手册》中的HPPC测试方法、日本DEVSD713 2003的测试方法、在GB/T 31467规定的内阻测试方法，其他衍生方法，其核心思想是在不同SOC状态下、温度下施加不同倍率的电流，根据一定时间前后的电压差与电流的比值作为电池的直流内阻。
2)基于等效电路模型的参数辨识，主要涉及到脉冲多正弦信号测量以及混合工况下的基于卡尔曼滤波的实时估计。两种方法核心思想是基于等效电路模型，通过获取的电流及电压信号，对电路中的开路电压、电阻及电容进行参数辨识。
但是以上技术仍然存在如下缺陷：
锂离子电池作为电化学储能装置，其内阻受电池的荷电状态SOC、温度、时间尺度、膨胀状态的影响。如按照传统的正交测试，对SOC及温度的调整时间比较长。例如HPPC测试，在某一温度某一倍率下，对SOC进行调整测试，在每一个SOC点进行充放电脉冲测试，在每次充/放电脉冲测试后，利用脉冲电流等比缩小的电流(例如脉冲电流的十分之一)进行等容量放/充电将SOC调整到上一个工况，然后在相同SOC点进行下一组脉冲测试。在每个SOC点的充放电脉冲测试结束后，同样利用脉冲电流等比缩小的电流进行定容放电，将SOC调整到下一个SOC点进行新一组脉冲测试。既存在不同温度引起的容量差异及SOC不准确，又存在SOC点来回调整问题。
等效电路的在线参数辨识，能够将相应工况下的开路电压、直流内阻、以及电荷转移电阻及界面电容等，如考虑SOC、温度和倍率后，存在辨识算法复杂，以及多因素耦合后存在单参数差异但最终结果正确的偏离实际现象，在实车运行过程中由存在SOC、倍率及温度条件无法覆盖全范围参数，导致特殊工况以及极限工况下，内阻无法精确辨识问题。
发明内容
针对目前现有锂离子电池直流内阻测试过程复杂、准确度低、边界范围窄、实车可用性差存在的不足，本发明的目的在于提出一种新的锂离子电池直流内阻参数的获取方法。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种锂离子电池直流内阻参数的获取方法，包括如下步骤：
步骤一，设定直流内阻测试影响因子SOC、温度和倍率的范围；
步骤二，设置上述范围内的测试取值点；
步骤三，获取待测电池的充放电数据；
步骤四，在前述充放电数据基础上，采用温度恒定装置，基于同一倍率，进行不
同温度的充放电测试；
步骤五，提取数据，计算对应的直流内阻。
作为一种优选的技术方案，步骤五中采用如下公式进行计算：
其中，R为与soc、温度、倍率相关的内阻；OCV为电池开路电压；Voltage为测试过程电池电压；I为测试过程电流。
作为一种优选的技术方案，OCV值通过线性差值或二次差值进行。
作为一种优选的技术方案，步骤二中取值点采用平均分布取值。
作为一种优选的技术方案，SOC范围为[0,1]，SOC以间隔≤10％进行取值；温度以间隔≥5进行取值。
作为一种优选的技术方案，步骤四中的温度恒定装置为等温量热仪。与现有技术相比，本发明提出的基于等温量热仪的恒温恒倍率充放电测试，无需反复对电池SOC进行调整，能够快速完成测试。
作为一种优选的技术方案，步骤四种的采样时间间隔设置为1s。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过每次测试固定温度及倍率的持续充放电测试，只需进行初始状态的SOC调整即可，不再需要对每个SOC点进行调整，后期数据处理中只需对连续的SOC进去取点即可，有效节省内阻参数精确获取的时间。
此发明温度及倍率取点数基于电池内阻非线性特性确定，能够以最低要求数保证非线性精度。
本发明的差值选择要求，能够避免非线性问题引起的局部失真。
本发明中采样点数设置为1s，基于实车使用过程中的实际工况，无需再考虑时间尺度对内阻参数影响。
附图说明
图1为本发明提供的方法的步骤流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径得到的试剂和材料。
本发明实施流程如下：
1.给定锂离子电池直流内阻测试影响因子SOC、温度、倍率的范围(最小值和最大值)。[SOCmax,SOCmin]、[Tmin,Tmax]、[Imin,Imax]。
2.SOC以间隔≤10％进行取值，例如SOC范围为[0,1]，则取值为[0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1]。温度以点数≥5进行取值，例如温度范围为[-30,50],则取值可为[-30,-10,10,30,50]，例如倍率范围为[0.1,2],则取值可为[0.1,0.5,1,1.5,2]。
3.测试获取电池不同SOC和温度下的开路电压，如下所示
| 0 | 0.1 | 0.2 | 0.3 | 0.45 | 0.5 | 0.6 | 0.7 | 0.8 | 0.9 | 1 | |
| -30 | OCV | OCV | OCV | OCV | OCV | OCV | OCV | OCV | OCV | OCV | OCV |
| -10 | OCV | OCV | OCV | OCV | OCV | OCV | OCV | OCV | OCV | OCV | OCV |
| 10 | OCV | OCV | OCV | OCV | OCV | OCV | OCV | OCV | OCV | OCV | OCV |
| 30 | OCV | OCV | OCV | OCV | OCV | OCV | OCV | OCV | OCV | OCV | OCV |
| 50 | OCV | OCV | OCV | OCV | OCV | OCV | OCV | OCV | OCV | OCV | OCV |
4.在等温量热仪内进行同一倍率下，不同温度下的充放电测试，采样间隔设置为1s。例如先确定一个倍率下，进行单一温度的充放电测试，采样时间间隔设置为1s，获取实际电压。
5.提取每组测试中的SOC对应温度下的实际电压。我们可以得到如下结果。实际过程中如SOC未到100％，则无需进行数据提取
| 0 | 0.1 | 0.2 | 0.3 | 0.45 | 0.5 | 0.6 | 0.7 | 0.8 | 0.9 | 1 | |
| -30 | Voltage | Voltage | Voltage | Voltage | Voltage | Voltage | Voltage | Voltage | Voltage | Voltage | Voltage |
| -10 | Voltage | Voltage | Voltage | Voltage | Voltage | Voltage | Voltage | Voltage | Voltage | Voltage | Voltage |
| 10 | Voltage | Voltage | Voltage | Voltage | Voltage | Voltage | Voltage | Voltage | Voltage | Voltage | Voltage |
| 30 | Voltage | Voltage | Voltage | Voltage | Voltage | Voltage | Voltage | Voltage | Voltage | Voltage | Voltage |
| 50 | Voltage | Voltage | Voltage | Voltage | Voltage | Voltage | Voltage | Voltage | Voltage | Voltage | Voltage |
6.电阻的辨识提取
利用充电段数据可进行充电段内阻辨识，利用放电段数据可进行放点短数据。
依据如下公式：
其中，R为与soc、温度、倍率相关的内阻；OCV为电池开路电压；Voltage为测试过程电池电压；I为测试过程电流。
OCV通过线性差值或二次差值进行，避免使用三次样条曲线差值，以避免再低SOC斜率变化大的部位出现失真现象。
0.1C下
| 0 | 0.1 | 0.2 | 0.3 | 0.45 | 0.5 | 0.6 | 0.7 | 0.8 | 0.9 | 1 | |
| -30 | R | R | R | R | R | R | R | R | R | R | R |
| -10 | R | R | R | R | R | R | R | R | R | R | R |
| 10 | R | R | R | R | R | R | R | R | R | R | R |
| 30 | R | R | R | R | R | R | R | R | R | R | R |
| 50 | R | R | R | R | R | R | R | R | R | R | R |
0.5C下
| 0 | 0.1 | 0.2 | 0.3 | 0.45 | 0.5 | 0.6 | 0.7 | 0.8 | 0.9 | 1 | |
| -30 | R | R | R | R | R | R | R | R | R | R | R |
| -10 | R | R | R | R | R | R | R | R | R | R | R |
| 10 | R | R | R | R | R | R | R | R | R | R | R |
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1C下
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| 30 | R | R | R | R | R | R | R | R | R | R | R |
| 50 | R | R | R | R | R | R | R | R | R | R | R |
从以上步骤可知，本发明通过每次测试固定温度及倍率的持续充放电测试，只需进行初始状态的SOC调整即可，不再需要对每个SOC点进行调整。此发明温度及倍率取点数基于电池内阻非线性特性确定，能够以最低要求数保证非线性精度。本发明的差值选择要求，能够避免非线性问题引起的局部失真。本发明中采样点数设置为1s，基于实车使用过程中的实际工况，无需再考虑时间尺度对内阻参数影响。
显然，以上所述的具体实施方案，只是对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、同等替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种锂离子电池直流内阻参数的获取方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，设定直流内阻测试影响因子SOC、温度和倍率的范围；
步骤二，设置上述范围内的测试取值点；
步骤三，获取待测电池的充放电数据；
步骤四，在前述充放电数据基础上，采用温度恒定装置，基于同一倍率，进行不同温度的充放电测试；
步骤五，提取数据，计算对应的直流内阻。
2.根据权利要求1所述锂离子电池直流内阻参数的获取方法，其特征在于，步骤五中采用如下公式进行计算：
其中，R为与soc、温度、倍率相关的内阻；OCV为电池开路电压；Voltage为测试过程电池电压；I为测试过程电流。
3.根据权利要求1所述锂离子电池直流内阻参数的获取方法，其特征在于，OCV值通过线性差值或二次差值进行。
4.根据权利要求1所述锂离子电池直流内阻参数的获取方法，其特征在于，步骤二中取值点采用平均分布取值。
5.根据权利要求4所述锂离子电池直流内阻参数的获取方法，其特征在于，SOC范围为[0,1]，SOC以间隔≤10％进行取值；温度以间隔≥5进行取值。
6.根据权利要求1所述锂离子电池直流内阻参数的获取方法，其特征在于，步骤四中的温度恒定装置为等温量热仪。
7.根据权利要求1或6所述锂离子电池直流内阻参数的获取方法，其特征在于，步骤四种的采样时间间隔设置为1s。
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|---|---|---|---|
| CN202211684155.2A CN115902677A (zh) | 2022-12-27 | 2022-12-27 | 一种锂离子电池直流内阻参数的获取方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN202211684155.2A CN115902677A (zh) | 2022-12-27 | 2022-12-27 | 一种锂离子电池直流内阻参数的获取方法 |
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|---|---|
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| CN (1) | CN115902677A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117538759A (zh) * | 2024-01-10 | 2024-02-09 | 清华四川能源互联网研究院 | 锂离子电池直流内阻高通量获取方法 |
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2022
- 2022-12-27 CN CN202211684155.2A patent/CN115902677A/zh active Pending
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| CN117538759A (zh) * | 2024-01-10 | 2024-02-09 | 清华四川能源互联网研究院 | 锂离子电池直流内阻高通量获取方法 |
| CN117538759B (zh) * | 2024-01-10 | 2024-03-19 | 清华四川能源互联网研究院 | 锂离子电池直流内阻高通量获取方法 |
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