CN103267952A

CN103267952A - 一种测量动力电池充电效率的方法

Info

Publication number: CN103267952A
Application number: CN2013101733541A
Authority: CN
Inventors: 符寒光; 蒋业华; 乔虹; 雷永平; 刘洪喜
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2013-05-12
Filing date: 2013-05-12
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2033-05-12
Also published as: CN103267952B

Abstract

一种测量动力电池充电效率的方法涉及动力电池充放电领域。为了准确测量动力电池（包括铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池等）的充电效率而提出的方法，实验数据以磷酸铁锂动力电池为实验对象获得，通过对磷酸铁锂动力电池进行充放电循环，能准确的得到动力电池在整个SOC（荷电状态）范围内的充电效率，同时得到电池的充电内阻等其他参数。准确评价动力电池对充电电流的接受能力，以及电池各SOC阶段充电效率最高的充电电流。本方法简便易行，有利于优化动力电池的充电方法，改善电池的循环性能。

Description

一种测量动力电池充电效率的方法

技术领域

本发明涉及动力电池充放电领域。

背景技术

环境及能源问题日益突出，发展新能源汽车已经是大势所趋，与传统汽车相比，电动汽车在燃油经济性和排放经济性上具有较大的优势。作为电动汽车的核心部分，动力电池的性能直接影响电动汽车的使用寿命、续驶里程，进而影响电动汽车的推广使用。

动力电池的性能不仅受到制造工艺、电池材料的影响，同时，电池的使用情况，特别是充电方法，也对电池的性能有很大影响。动力电池使用不当，例如过充电、过放电等，会造成电池容量过快衰减，内阻增大，发热增大等现象。充电方法优化的核心内容就是寻找动力电池各SOC阶段的最佳充电电流，使因充电对电池性能的不良影响降到最低，从而延长电池的循环寿命。

充电效率是蓄电池放电期间放出的容量与恢复到放电前的状态所需充电电量之比。

η-容量效率，C-容量，I-电流

η₁-能量效率，C-容量，I-电流，v-电池电压

充电效率能有效的表示动力电池对电流的接受能力。充电时的电能主要用于转化为电池的化学能以及充电过程中释放的热能等其他不可逆的损失。充电效率越高，表示充电的电能转化为电池化学能的部分越多，这部分能量才是放电过程中被利用的能量。充电效率不仅和充电电流有关，而且和电池所处的SOC状态有很大关系。一般认为，随着电池SOC升高，同一电流的充电效率逐渐降低。

目前常用的测量充电效率的方法有两种，一种是将电池由充电时间控制，对完全放电状态的电池充电至相应的SOC状态，记录容量Q₁’,然后完全放电，记录容量Q₂’，以两者的比值计算充电效率。另一种是先采用一个标准的基本充电电流I_base充电，然后放电，记录放电容量Q₁作为参考。再以另一电流I₁充电，然后以与上次循环相同的放电电流放电，记录放电容量Q₂，以Q₂和Q₁,比值的大小来评价电流I₁的充电效率。但是，这种方法得到的是从完全放电状态到相应SOC的平均充电效率，并不能说明某个SOC状态点下的充电效率，相关示意图见图5、6。

本方法特征在于，在充电效率定义的基础上，进一步提出了能够测量各SOC点充电效率的充电方法。在相应的SOC点，对电池进行充放电，来计算充电效率，比常用的平均充电效率更能准确的反应电池的各个状态点对充电电流的可接受能力。

电池内阻是衡量电池性能和寿命的重要的参数之一。内阻较高，放电时，使电池电压的更加降低，较早的达到放电截止电压，缩短放电时间，降低电池的功率性能；充电时，使电池较早的达到充电截止电压，降低大电流充电能力，影响充电效率。利用本方法，也可以方便的测量各SOC点相应电流的充电内阻。

发明内容

本发明的目的是提出一种测量动力电池各SOC（荷电状态）点充电效率的方法。利用这种方法，同时可以得到各SOC状态点相应电流的能量效率、充电内阻和充电功率等其他重要的电池性能参数。本方法适用于各种动力电池的充电效率测量。

该方法的具体步骤如下（以下实验以磷酸铁锂动力电池为实验对象）：

一种测量动力电池充电效率的方法，其特征在于具体步骤如下：

步骤1：按照电池规格书规定的充电方法先对电池充满，然后以基准放电电流I_dic放电，I_dic的大小为设定，但须设定各放电过程的I_dic大小相同，目的是使测量各SOC点充电效率的电池在测量前处于同一状态；

步骤2：搁置1h以上，待电池内部稳定即电池电压恒定后，以基准充电电流I_cha充电至要测量充电效率的SOC点，I_cha的大小为设定，但须设定各过程的I_cha大小相同；

步骤3：搁置1h以上，待电池内部稳定即电池电压恒定；

步骤4：以基准放电电流I_dic放电至电池规格书规定的放电截止电压，并记录此过程的放电容量，能量，分别为C₁，E₁.

步骤5：搁置1h以上，待电池内部稳定即电池电压恒定；

步骤6：以基准充电电流I_cha充电至与步骤2中相同的SOC点；

步骤7：搁置1h以上，待电池内部稳定即电池电压恒定；

步骤8：以试验电流，即为设定的想要测量充电效率的电流I_a,对电池进行短时间t_a充电，t_a满足应满足（3）式要求，使t_a充电引起的容量变化小于0.1C，从而更精确的测量该SOC点的充电效率；记录t_a时间内I_a的充电容量，能量，即C₃，E₃.

I_a*t_a≤0.1C'

（3） C'-电池的实际容量，由步骤1充放电循环得到

步骤9：搁置1h以上，待电池内部稳定即电池电压恒定；

步骤10：以基准放电电流I_dic放电至电池规格书规定的放电截止电压，并记录此过程的放电容量，能量，分别为C₂，E₂.

步骤11：搁置1h以上，待电池内部稳定即电池电压恒定；

步骤12：重复步骤2—步骤11，测量其它SOC点的充电效率。

通过改变步骤8中I_a的值，在不考虑充电效率随电池使用周期变化的前提下，通过多次实验来测量电池的最佳充电电流。

本方法计算各SOC点的充电容量效率和能量效率的公式如下，

η = \frac{C_{2} - C_{1}}{C_{3}} * 100 %

（4）

η_{1} = \frac{E_{2} - E_{1}}{E_{3}} * 100 %

本方法中SOC状态点的确定采用如下公式，充电容量C与电池实际容量之比即为SOC状态点。

C=∫Idt

（5） C-充电容量，I-充电电流

充电内阻的测量参考，USABC的直流内阻测试方法，

(6) - - - R = \frac{v_{2} - v_{1}}{I_{a}}

R-内阻，v₂-I_a充电10s后电池电压，v₁-I_a充电前电池电压

本方法后续试验，可以通过改变Ia的大小，通过多次试验找到各SOC点，充电效率最高的充电电流，即该点电池的最大可接受电流。以此步骤，能够找到充电效率最高时，整个SOC范围内的电池最大可接受电流。以此电流充电，可以最大限度的缩短充电时间，延长电池循环寿命。

但是由于电池的各状态点的最大可接受电流随着电池的使用时间、温度等其他因素而变化，所以本发明的主要目的是提出一种测量动力电池各SOC点充电效率的一种方法，而不是用来确定电池的最佳充电电流。

附图说明

图1本方法试验步骤示意图

图2充电效率随SOC的变化，利用本方法测量的磷酸铁锂动力电池SOC=20%～80%各点的充电效率

图3利用本方法得到的充放电过程中的能量效率随着SOC变化的曲线

图4利用本方法得到的电池充电内阻随SOC状态的变化曲线

图5常用测量充电效率的方法1

图6常用测量充电效率的方法2

具体实施方式

本方法适用于各种动力电池，实施方式仅以10Ah锂离子电池为例进行实验。参照图1设置充放电工步，以10Ah的磷酸铁锂动力电池为实验对象，测量其SOC在20%、30%、40%、60%、70%、80%状态点时，1C充电电流的充电效率。

实验参数设置，充基准充电电流I_cha采用0.2C，（C表示1h充电倍率，对于10Ah的电池，1C电流表示10A，0.2C表示2A），基准放电电流I_dic为1C。I_a设置为1C，t_a设置为216s，1C充电阶段充电容量约0.6Ah，为额定容量的6%。

图2为利用该方法测量的充电容量效率随着SOC的变化情况，横轴表示SOC，纵轴表示容量效率。

图3为利用该方法测量的充电能量效率随着SOC的变化情况，横轴表示SOC，纵轴表示能量效率。

图4为本方法得到的，锂离子电池在各SOC点的1C充电时的充电内阻。横轴表示各SOC点，纵轴表示充电内阻，单位是毫欧。

Claims

1.一种测量动力电池充电效率的方法，其特征在于具体步骤如下：