CN101819259A - 电池组一致性评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电池组充电技术领域，具体涉及可充电电池组的一致性评价方法。所述方法，其步骤为：对电池组进行充电，根据电池组端电压绘制电池组充电曲线；计算电池组中各电池的直流内阻，得到去除欧姆压降后的充电曲线；计算或测量极化电压，得到去除极化电压影响后的充电曲线；任取两只电池的充电曲线单独列出；采用电池最大可用容量和初始荷电状态SOC差异对上述两条充电曲线进行修正得到具有良好一致性的电池组充电曲线用于最终评价电池组一致性。修正后的电池组充电曲线具有良好的一致性，与单纯采用电池的外电压作为一致性判断依据相比，电池之间性能和状态的差异是固定的，并不随着充电电流和所处的荷电状态等参数的变化而变化，有效解决了基于外电压差异的一致性评价方法带来的不稳定性问题。

Description

电池组一致性评价方法
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及锂电池组的一致性评价方法。
背景技术
为了达到一定的电压、功率和能量等级，电动汽车用电池需要串联成组使用。由于生产和使用过程中不可能做到完全一致，所以电池组一致性是相对的，不一致是绝对的。实践发现，即便成组时进行了严格的筛选和调理，在实际使用时，串联电池组在容量利用、安全性以及寿命等方面的性能依然远不及单只电池，其核心问题在于电池组的不一致性。
电池组一致性评价是电池串联成组应用技术的核心之一，直接影响到电池组使用的安全性和高效性。现有技术中，已有较多的文献对电池组的一致性评价方法进行了论述，并提出了多种均衡电路，但大多是都基于电池之间的外电压差异进行一致性评价并实施均衡控制，此种评价方法由于不能有效指示电池之间的内在差异性而导致均衡效果降级。这使得车载在线均衡器的容量、体积、成本和散热都很难解决；而离线式的均衡会明显增加电池维护的工作量，并最终阻碍电动汽车的大规模推广应用。
本发明的目的就在于提供一种能够对电池组一致性做出准确评价的方法，以利于电池组的均衡控制，进而实现电池组的安全和高效使用。
发明内容
本发明需解决的问题是提供一种以电池直流内阻、极化电压、SOC和最大可用容量为指标的电池组一致性综合评价方法。
为解决上述问题，本发明所采取的基本技术方案为：提供一种电池组一致性评价方法，其步骤为：
(1)对电池组进行充电，根据电池组端电压Uo绘制电池组充电曲线；
(2)计算电池组中各电池的直流内阻，得到去除欧姆压降UR后的充电曲线；
(3)计算或测量极化电压Up，得到去除极化电压影响后的充电曲线；
(4)任取两只电池的充电曲线单独列出；
(5)采用电池最大可用容量Qmax和荷电状态SOC差异对上述两条充电曲线进行修正得到具有良好一致性的电池组充电曲线用于最终评价电池组一致性。
具体的，所述步骤(2)中采用不同充电电流与电池的外电压比值计算得到电池组内各个电池的直流内阻；所述步骤(3)中极化电压的计算算公式为UP＝Uo-UOCV-UR，其中UOCV。为各个电池的开路电压；所述步骤(4)选取差异最大的两只电池充电曲线单独列出分析；所述步骤(5)中修正方法为通过测量和计算单只电池的充电初始荷电数SOC和终止荷电数SOC、电池的总充电容量，得到各只电池的最大可用容量和充电过程中实时的荷电数SOC对应曲线，最终得到电池电压与荷电数SOC的对应曲线用于评价电池的一致性。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：修正后电池组的充电曲线具有良好的一致性，与单纯采用电池的外电压作为一致性判断依据相比，在整个充电过程中，从直流内阻、极化电压、最大可用容量和SOC四个方面对电池组的一致性进行评判时，电池之间性能和状态的差异是固定的，并不随着充电电流和所处的荷电状态等参数的变化而变化，有效解决了基于外电压差异的一致性评价方法带来的不稳定性问题。
附图说明
图1为实测的电池组的充电曲线示意图；
图2为去除直流内阻效应后电池组的充电曲线示意图；
图3为去除极化效应后电池组的充电曲线示意图；
图4为电池1和电池3的充电去除极化电压后的充电曲线示意图；
图5为所述电池组经过最大可用容量Qmax和SOC修正后的充电曲线示意图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。
由电池的基本原理可知，电池的外电压UO与欧姆压降UR、极化电压UP、电池最大可用容量Qmax以及初始荷电状态SOC密切相关，因此在对电池组进行一致性评价时，必须要消除上述各因素影响，才能得到对电池组一致性适时而准确的评价。因此，本发明所述评价方法，其步骤为：
(1)对电池组进行充电，根据电池组端电压Uo绘制电池组充电曲线；
(2)计算电池组中各电池的直流内阻，得到去除欧姆压降UR后的充电曲线；
(3)计算或测量极化电压Up，得到去除极化电压影响后的充电曲线；
(4)任取两只电池的充电曲线单独列出；
(5)采用最大可用容量Qmax和初始荷电状态SOC差异对上述两条充电曲线进行修正得到具有良好一致性的电池组充电曲线用于最终评价电池组一致性。
具体实施方式为，步骤1绘制出的电池组充电曲线如图1所示，可以看出，充电过程中，电池之间的外电压变化曲线呈现明显的差异性，且在充电初期差异较大，中间阶段有所减小，接近充电结束时又逐渐增加。
欧姆压降UR与电池的工作电流(I)和直流内阻(RΩ)直接相关。不同电池的RΩ存在差异，所以对于串联电池组中各单只电池而言，UR的差异随着电流的增加而增加。所以在对电池组一致性进行判断时，若不能有效处理欧姆压降对外电压的影响，就会得到在电流大时电池组一致性差，而电流小时电池组一致性好的不科学结论，使得电池组一致性判断结论出现不稳定性。本发明所述方法首先消除欧姆压降UR对电池组充电曲线的影响。
通过不同充电电流与电池的外电压比值计算得到电池组内各个电池的直流内阻，图1所示实施例电池内阻如下表：
  电池1   电池2   电池3   电池4   电池5   电池6   电池7   电池8
 I＝0A时电压(V)   3.536   3.607   3.776   3.765   3.727   3.681   3.671   3.774
  电池1   电池2   电池3   电池4   电池5   电池6   电池7   电池8
 I＝60A时电压(V)   3.505   3.572   3.741   3.735   3.694   3.657   3.647   3.744
  直流内阻(mΩ)   0.517   0.583   0.583   0.5   0.55   0.4   0.4   0.5
知道电池内阻后就可根据充电电流计算欧姆压降，在充电曲线图中对应减去相应的欧姆压降，即可得到如图2所示的充电曲线图。
步骤(2)，去除极化电压对电池外电压的影响。
由于电池之间的极化电压UP存在差异，在充放电过程中，这会最终体现在外电压UO差异上；电流消退后，UP会逐渐减小，并最终完全消退，此时由UP导致的UO差异会逐渐得到消除。所以在对电池组一致性进行判断时，若不能有效处理极化电压对电池外电压的影响，就会得到在工作模式下电池组一致性差，而充分静置后电池组一致性好的不科学结论，使得电池组一致性判断结论出现不稳定性。本发明所述方法中可采用充电、静置间歇交替方式充电，在静置后测量各电池电压，在绘制充电曲线，得到去除极化电压后的充电曲线，如图3所示。
所述步骤(2)中也可以计算极化电压，由于Uo＝UOCV+UR+UP，因此，其计算公式为：UP＝Uo-UOCV-UR，计算出极化电压后直接在充电曲线上减掉极化电压值。
步骤(3)去除电池最大可用容量Qmax和初始荷电状态SOC对电池外电压的影响。
电池的开路电压UOCV与SOC之间的对应关系是非线性的，在SOC曲线的两端，UOCV变化率明显高于中间阶段，因此，即便两只其它参数(如Qmax、UR和UP)完全一样，仅SOC相差1％的电池串联后，当荷电状态处于SOC低端时，比SOC处于中间段时，电池之间的外电压差异也是非常大的。可见，单纯的采用单只电池之间的外电压差异来对电池组一致性进行判断并不能有效的描述电池之间的本质(SOC)差异，所以在对电池组一致性进行判断时，若不能有效处理电池OCV-SOC的非线性关系，就会得到电池组在SOC中间段一致性好而在SOC两端一致性差的不科学结论，使得电池组一致性判断结论出现不稳定性。
最大可用容量对外电压的影响如下：各只电池的SOC变化量为ΔSOC＝SOC2-SOC1＝ΔQrem//Qmax，由于各只串联，电池的剩余容量ΔQrem相同，所以电池的ΔSOC与Qmax直接相关。在使用过程中，电池之间的Qmax差异会导致SOC的变化速度产生差异，并最终反映到外电压上。可见，如果不能有效处理电池最大可用容量对外电压的影响，就会得到电池组一致性在使用过程中呈现时好时坏的不科学结论，使得电池组一致性判断结论出现不稳定性。
图4所示的电池电压为电池的开路电压，它可以有效的对应电池的荷电数SOC。因此，在充电初始点可得到任意一只电池k的初始荷电数SOCini[k]，充电结束的时候，可得到电池的终止荷电数SOCend[k]，充电开始到充电结束过程的充电容量Qch可以通过电流积分得到，因此，可计算出电池k的最大可用容量Qmax＝Qch/(SOCend[k]-SOCini[k])。充电过程中，充入容量为x时，电池k的荷电数SOC为SOCini[k]+x*(SOCend[k]-SOCini[k])/Qch，，由此可以得到充入容量和该电池荷电数SOC的对应关系，并最终得到该电池电压与该电池荷电数SOC的对应曲线，见图5。将电池的充电曲线采用最大可用容量和初始SOC差异进行修正后，得到电池的充电曲线参见图5。
修正后的电池充电曲线(图5)具有良好的一致性，与单纯采用电池的外电压作为一致性判断依据相比，在整个充电过程中，从直流内阻、极化电压、最大可用容量和SOC四个方面对电池组的一致性进行评判时，电池之间性能和状态的差异是固定的，并不随着充电电流和所处的荷电状态等参数的变化而变化，从而有效的解决了基于外电压差异的一致性评价方法带来的不稳定性问题。
本发明中未具体给出的公式和公式推算过程，均为本领域技术人员熟知的公式及公式推算方式，因此不再赘述。
需要说明的是，上述仅为本发明的优选实施方式，在未脱离本发明构思前提下对其所做的任何微小变化及等同替换，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.电池组一致性评价方法，其步骤为：
(1)对电池组进行充电，根据电池组端电压Uo绘制电池组充电曲线；
(2)计算电池组中各电池的直流内阻，得到去除欧姆压降UR后的充电曲线；
(3)计算或测量极化电压Up，得到去除极化电压影响后的充电曲线；
(4)任取两只电池的充电曲线单独列出；
(5)采用最大可用容量Qmax和荷电状态SOC差异对上述两条充电曲线进行修正得到具有良好一致性的电池组充电曲线用于最终评价电池组一致性。
2.根据权利要求1所述的电池组一致性评价方法，其特征在于：所述步骤(2)中采用不同充电电流与电池的外电压比值计算得到电池组内各个电池的直流内阻。
3.根据权利要求2所述的电池组一致性评价方法，其特征在于：所述步骤(3)中极化电压的计算公式为：UP＝Uo-UOCV-UR，其中UOCV为各个电池的开路电压。
4.根据权利要求2所述的电池组一致性评价方法，其特征在于：所述步骤(3)中采用充电、静置间歇交替方式充电，在电池充分静置后测量各电池电压，再绘制充电曲线，得到去除极化电压后的充电曲线。
5.根据权利要求3或4所述的电池组一致性评价方法，其特征在于：所述步骤(4)选取差异最大的两只电池充电曲线单独列出分析。
6.根据权利要求5所述的电池组一致性评价方法，其特征在于：所述步骤(5)中修正方法为通过测量和计算单只电池的充电初始荷电数SOC和终止荷电数SOC、电池的总充电容量，得到各只电池的最大可用容量和充电过程中实时的荷电数SOC对应曲线，最终得到电池电压与荷电数SOC的对应曲线用于评价电池的一致性。
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