CN103616644A - 一种评价不同体系蓄电池性能的方法 - Google Patents

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康健强
颜伏伍
杜常清
张佩
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Abstract

本发明公开了一种评价不同体系蓄电池性能的方法,该方法包括:根据电池类型确定电池能量效率的计算方法;依照已经确立的能量效率计算方法,分别计算在不同电流条件下的放电能量效率、充电能量效率和充放电能量效率;将放电能量效率、充电能量效率和充放电能量效率分别对电流作图,得到与电流关系的曲线图;将不同类型电池放电能量效率、充电能量效率和充放电能量效率的曲线图分别列于一幅图中,在同一图中分别分析和对比不同类型电池的放电能量效率、充电能量效率和充放电能量效率的关系,据此评价其性能差异以及适用条件。本方法能评价不同体型蓄电池性能优劣,测量方法简便,测量结果稳定。

Description

一种评价不同体系蓄电池性能的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及化学电源应用技术领域,特别涉及一种评价不同体系蓄电池性能的方法。
背景技术
[0002] 电动汽车(包括混合电动汽车、插电式混合电动汽车、纯电动汽车和燃料电池电动汽车)的兴起被认为能够有效地缓解全球环境污染,提高能源利用效率和减少对化石燃料的严重依赖。而蓄电池将成为电动汽车不可缺少的动力源。2009年国务院发布了《汽车产业调整和振兴规划》,提出到未来几年“重点支持新能源汽车动力模块产业化。掌握新能源汽车专用发动机和动力模块(电机、电池及管理系统等)的优化设计技术、规模生产工艺和成本控制技术”。2010年由工信部牵头草拟的《新能源汽车产业发展规划》提出要“组建一个具有世界先进水平的国家级动力电池研究机构”。这些政策导向表明电池系统是制约新能源汽车发展的关键零部件技术。
[0003] 由于镍氢电池具有大功率充放电能力、长寿命、安全等特性,从环保性能和综合性能价格比特性来看,它是目前最适合混合电动汽车使用要求的电池体系。在现有的蓄电池中,锂离子电池有最高的能量密度,最适合于插电式混合电动汽车和纯电动汽车使用。尽管动力电池包括镍氢和锂离子电池的参数或特性如能量密度、功率密度、循环寿命、安全性等已被广泛研究,但是仍然难以寻找一个或者几个参数去评价不同体系电池的性能。这是由于不同体系电池的本征性能如电动势存在巨大差异,导致电池的参数没有可比性。例如,不能根据能量密度或功率密度的大小来评价两类电池,镍氢电池和锂离子电池的好坏。而在实际应用中,往往需要在不同体系的电池中做出比较、选择和判断,挑选出合适的电池。因为缺乏科学的评价方法,导致在实际操作中参杂了许多主观因素。
[0004] 因此,有必要提供一种科学地评价不同体系电池性能的方法。
发明内容
[0005] 本发明目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种评价不同体系蓄电池性能的方法,该方法包括如下步骤:
[0006] ( I)根据蓄电池的类型确定电池能量效率的计算方法;
[0007] (2)依照已经确立的电池能量效率计算方法,分别计算在不同电流条件下蓄电池的放电能量效率、充电能量效率和充放电能量效率;
[0008] (3)将所述放电能量效率、充电能量效率和充放电能量效率分别对所述电流条件下的电流作图,分别得到所述放电能量效率、充电能量效率和充放电能量效率与电流关系的曲线图;
[0009] (4)将不同类型蓄电池的放电能量效率、充电能量效率和充放电能量效率与电流关系的曲线图分别列于三幅图中,在所述三幅图中分别分析和对比不同类型电池的放电能量效率、充电能量效率和充放电能量效率的关系,据此评价其性能差异以及适用条件。[0010] 在上述技术方案中,步骤(1)包括:
[0011] 能量效率分为充电能量效率、放电能量效率和充放电能量效率,所述充电能量效率为净能量除以充入的电能;所述放电能量效率为放出的电能除以净能量;所述充放电能量效率为放出的电能除以充入的电能。
[0012] 与现有技术相比,本发明蓄电池性能评价方法能分析和判断不同体型蓄电池的综合性能,并且测试过程简单易行,测量结果稳定,适用范围广。
附图说明
[0013] 图1为本发明评价不同体系蓄电池性能的方法的流程图。
[0014] 图2Ni_MH和LiFePO4电池充电能量效率比较。
[0015] 图3Ni_MH和LiFePO4电池放电能量效率比较。
[0016] 图4Ni_MH和LiFePO4电池充放电能量效率比较。
具体实施方式
[0017] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0018] 本实施例以两类蓄电池组进行对比说明,所用两类蓄电池组分别为某公司生产的LiFePO4型锂离子动力电池,其额定容量是60Ah,电池组由30个单体串联组成;以及另一公司生产的N1-MH型锂离 子动力电池,其额定容量是40Ah,电池组由70个单体串联组成。
[0019] 下面参考图1并结合图2、3和图4,说明本发明对不同系统蓄电池性能的评价方法,具体步骤如下:
[0020] 步骤S1、根据电池类型确定充电制度和放电制度,由于放电能量效率和充电能量效率与电池净能量有关,因而需要明确不同类型电池净能量的计算方法。确定充电制度和放电制度是对电池实施操作的前提,根据这些制度可以确定如何将电池充满电,如何将电池电放完,测定额定容量和剩余容量,确定充电截至电压或结束条件、放电截至电压等一系列操作步骤或条件。它既可由电池生产厂家提供,可以依据国家标准如QC/T742-2006、QC/T743-2006和QC/T744-2006,分别对应铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池。
[0021] 步骤S2、分别确定LiFePO4电池组和N1- MH电池组的能量效率计算方法,其中关键问题是明确它们净能量AQn的计算方法,电池组的能量效率包括充电能量效率、放电能量效率和充放电能量效率。其中,充电能量效率为净能量除以充入的电能,放电能量效率为放出的电能除以净能量,充放电能量效率为放出的电能除以充入的电能。
[0022] 上述电池能量效率和电池净能量的计算可以按照公开号为102116846A的中国发明专利《蓄电池能量效率测量方法》所记载的方法进行,本实施例具体包括:
[0023] 根据开路电压和荷电状态的定量关系式计算任一荷电状态(SOC)区间的电池组的净能量,计算公式为:
Figure CN103616644AD00041
[0025] 式中,Λ Qn为净能量,Urev为电池开路电压,Cn为额定容量,SOC (O)至SOC(t)为荷电状态区间。
[0026] 上述充入的电能为充电结束后仪器记录充入的能量,或根据下列公式计算:[0027]
Figure CN103616644AD00051
,式中,Qin为充入的电能,Ucharge为充电电压,Cn为额定容
量,SOC(O)至SOC(t)为荷电状态区间,SOC为蓄电池的荷电状态。
[0028] 上述放出的电能为放电结束后仪器记录放出的能量,或根据下列公式计算:
Figure CN103616644AD00052
式中,Qtjut为放出的电能,Udisdl为放电电压,Cn为额定容量,SOC(O)至SOC(t)为荷电状态区间,SOC为蓄电池的荷电状态。
[0030] 步骤S3、将电池组放完电后,设定某一恒定电流值为电池充电直至充满或达到充电截止电压,计算充电能量效率,然后逐步改变上述恒定电流值重复上述步骤,从而得到不同电流条件下的充电能量效率。
[0031] 步骤S4、将电池组充满电后,设定某一恒定电流值为电池放电直至放完或达到放电截止电压,计算放电能量效率,然后逐步改变恒定电流值重复上述步骤,就得到不同电流条件下的放电能量效率。
[0032] 步骤S5、在相同电流之下步骤S3得到的充电能量效率与步骤S4得到的充放电能量效率之积即为该电流下的充放电能量效率(即充放电能量效率为放出的电能除以充入的电能),由此根据步骤S3和S4的结果得到不同电流条件下的充放电能量效率。
[0033] 上述步骤S3~S5中的放电能量效率、充电能量效率和充放电能量效率的计算方法可以参照公开号为102116846A的中国发明专利《蓄电池能量效率测量方法》所记载的方法进行,本实施例中具体计算方法如下:
[0034] 电池的充电能量效率:当对电池进行充电至充电结束,充电电源输入电池的能量记为Qin,电池的净能量记为AQn,则电池充电过程中的能量效率的表达式为:
[0035] ηcharge=ΔQn/Qin
[0036] 电池的放电能量效率:当电池开始放电至放电结束,电池输给放电负载的能量记为Qtjut,电池的净能量记为Δ Qn,则电池的放电能量效率的表达式为:
[0037] ηdisch=Qout/ΔQn
[0038] 电池的充放电能量效率:在一定的条件下(温度、充电倍率等)将电池充电至一定的荷电状态(S0C),充电电源输入电池的能量记为Qin,然后在同样的条件下(温度、放电倍率等)将电池进行放电,电池输给放电负载的能量记为Qtjut,则电池在该条件下的充放电过程能量效率为:
[0039] ηbatterY=Qout/Qin
[0040] 步骤S6、将步骤S3得到充电能量效率对充电电流(电流大小为倍率)作图,如图2所示LiFePO4电池组和N1- MH电池组的充电能量效率曲线;
[0041] 步骤S7、将步骤S4得到放电能量效率对放电电流(电流大小为倍率)作图,如图3所示LiFePO4电池组和N1- MH电池组的放电能量效率曲线;
[0042] 步骤S8、将步骤S5得到充放电能量效率对电流(电流大小为倍率)作图,如图4所示LiFePO4电池组和N1- MH电池组的充放电能量效率曲线;
[0043] 步骤S9、在同一张图上对比和分析不同体系电池的充电能量效率的大小关系以及变化趋势,如图2中通过对比发现LiFePO4电池组的充电能量效率高于N1-MH电池组;
[0044] 步骤S10、在同一张图上对比和分析不同体系电池的放电能量效率的大小关系以及变化趋势,如图3中通过对比发现在电流小于2CA时LiFePO4电池组的放电能量效率高于N1-MH电池组,但电流大于2CA时LiFePO4电池组的放电能量效率却低于N1-MH电池组;
[0045] 步骤S11、在同一张图上对比和分析不同体系电池的充放电能量效率的大小关系以及变化趋势,如图4中通过对比发现LiFePO4电池组的充放电能量效率高于N1-MH电池组,但随着电流的增加这种趋势显著变小;
[0046] 步骤S12、根据步骤S9,SlO和Sll的结论综合评价和分析不同体系电池的性能,例如本实施例中,根据图2,3和4,可以得出在小电流条件下LiFePO4电池组的性能优于N1-MH电池组,但N1-MH电池组更适合于大电流放电的工作条件。
[0047] 以上结合最佳实施例对本发明进行了描述,但本发明并不局限于以上揭示的实施例,而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (7)

1.一种评价不同体系蓄电池性能的方法,包括如下步骤: (1)根据蓄电池的类型确定电池能量效率的计算方法; (2)依照已经确立的电池能量效率计算方法,分别计算在不同电流条件下蓄电池的放电能量效率、充电能量效率和充放电能量效率; (3)将所述放电能量效率、充电能量效率和充放电能量效率分别对所述电流条件下的电流作图,分别得到所述放电能量效率、充电能量效率和充放电能量效率与电流关系的曲线图; (4)将不同类型蓄电池的放电能量效率、充电能量效率和充放电能量效率与电流关系的曲线图分别列于三幅图中,在所述三幅图中分别分析和对比不同类型电池的放电能量效率、充电能量效率和充放电能量效率的关系,据此评价其性能差异以及适用条件。
2.如权利要求1所述评价不同体系蓄电池性能的方法,其特征在于:所述步骤(1)包括: 所述电池能量效率包括充电能量效率、放电能量效率和充放电能量效率,所述充电能量效率为净能量除以充入的电能,所述放电能量效率为放出的电能除以净能量,所述充放电能量效率为放出的电能除以充入的电能。
3.如权利要求2所述评价不同体系蓄电池性能的方法,其特征在于:所述净能量通过下式计算: 、
Figure CN103616644AC00021
式中,Λ Qn为净能量,Uqct为电池开路电压,Cn为额定容量,SOC(O)至SOC(t)为荷电状态区间,SOC为蓄电池的荷电状态。
4.如权利要求2所述评价不同体系蓄电池性能的方法,其特征在于:所述充入的电能为充电结束后仪器记录充入的能量,或根据下列公式计算:
Figure CN103616644AC00022
式中,Qin为充入的电能,Ucharge为充电电压,Cn为额定容量,SOC(O)至SOC(t)为荷电状态区间,SOC为蓄电池的荷电状态。
5.如权利要求2所述评价不同体系蓄电池性能的方法,其特征在于:所述放出的电能为放电结束后仪器记录放出的能量,或根据下列公式计算:
Figure CN103616644AC00023
,式中,Qout为放出的电能,Udisch为放电电压,Cn为额定容量,SOC(O)至SOC(t)为荷电状态区间,SOC为蓄电池的荷电状态。
6.如权利要求1所述评价不同体系电池型性能方法,其特征在于:步骤(2)中,分别计算在不同电流条件下蓄电池的放电能量效率、充电能量效率和充放电能量效率时,保持温度一致。
7.如权利要求1所述评价不同体系电池型性能方法,其特征在于,所述步骤(2)中电流大小的单位为倍率。
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