CN103698716A - 一种基于衰减系数的串联电池组可放出电量衰减评价方法 - Google Patents

Abstract

一种基于衰减系数的串联电池组可放出电量衰减评价方法，涉及电池组放电量预测领域。解决现有电池组可放出电量缺乏测试标准和无法进行比较和评价的问题。采用相同类型，相同批次电池单体串联构成电池组；对待测电池组采用同一循环方式进行充放电；当电池组可放出电量衰减达到单体额定容量的x%时停止步骤四中的循环，记录循环次数N_{电 池组循环}；选取组成电池组同一型号同一批次的单体进行步骤四中相同的充放电循环，在可放出电量衰减到额定单体容量的x%时记录循环次数N_单体循环；串联电池组可放出电量衰减系数R=N_{电池组循环}/N_单体循环×100%；根据R值评价串联电池组的可放出电量衰减程度。适用于电动汽车、大规模储能系统等串联电池组应用领域。

Description

一种基于衰减系数的串联电池组可放出电量衰减评价方法

技术领域

本发明涉及一种基于衰减系数的串联电池组可放出电量衰减测试并基于该测试进行评价的方法，涉及电池组放电量预测技术领域。

背景技术

理想单体电池构成的电池组在不考虑内阻、温度、开路电压、库伦效率、容量等不一致因素的前提下可放出电量与单体应保持一致，但由于电池单体不一致性的客观存在，串联锂离子电池组在经过长期循环充放电后会出现电池组内单体电量的不均衡，导致电池组实际可放出电量的衰减，当衰减达到一定程度将影响电池组性能，当无法满足实际需求时就需要更换电池，而此时电池单体容量并没有衰减到需要更换的程度。只是电池组由于自身的不均衡在保证安全充放电的前提下无法实际放出那么多电量。如果根据电池组可放出电量判断是否需要更换所有电池，这将造成极大的浪费。因此，需要在电池单体成组前进行可放出电量衰减测试，根据测试结果判断电池成组后的可放出电量衰减速度，判断该类型电池是否具备成组条件，估计成组后可能出现不均衡的时间，对电池组衰减进行整体评价和预测，为电池系统均衡维护以及维修提供依据。

发明内容

本发明是为了解决现有电池组可放出电量缺乏测试标准和无法进行比较和评价的问题，从而提供一种基于衰减系数的串联电池组可放出电量衰减评价方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种基于衰减系数的串联电池组可放出电量衰减评价方法，所述方法的实现过程为：

步骤一：选择需要进行测试的电池单体，在室温下测定电池单体容量；对单体以1C恒流放电到下限截止电压停止；按照厂家规定的充电方法对各组成电池组的单体采用先恒流充电再恒压充电的方式进行充电并达到充满状态；

步骤二：采用相同类型，相同批次电池单体串联构成电池组；

步骤三：选择电池手册中规定正常工作温度范围内的某一温度点作为待测温度点，以下步骤均在此待测温度点下进行；

步骤四：对待测电池组采用同一循环方式进行充放电，采取恒定电流循环充放电的方式或采用恒流转恒压的方式；在每个充放电循环中都必须保证在充电过程中，当有任意单体达到厂家规定的充电上限截止电压时停止充电并转为静置状态；在放电过程中，当有任意单体达到厂家规定的放电下限截止电压时停止放电并转为静置状态；在每个循环测试过程中记录电池组可放出电量的变化；

步骤五：观察并记录每一次循环后电池组可放出电量；当电池组可放出电量衰减达到单体额定容量的x%时停止步骤四中的循环，记录此时的循环次数N_{电池组循环}；

步骤六：选取组成电池组同一型号同一批次的单体进行步骤四中相同的充放电循环，同样在可放出电量衰减到额定单体容量的x%时记录循环次数N_单体循环；串联电池组可放出电量衰减系数R=N_{电池组循环}/N_单体循环×100%；

步骤七：根据R值来评价串联电池组的可放出电量衰减程度。

本发明针对串联电池组由于单体容量、开路电压、温度、库伦效率等不一致现象造成的电池组多次充放电循环后可放出电量衰减的问题，提出用电池组可放出电量衰减系数来评价电池组可放出电量衰减情况。本发明提供单体不一致导致的串联电池组可放出电量衰减评价方法。该方法采用电池组可放出电量衰减系数作为评价标准。通过实验获得电池组可放出电量衰减到一定百分比时所对应的衰减次数和单体容量衰减相同百分比时所对应的衰减次数，将这两个衰减次数的比值定义为电池组可放出电量衰减系数，通过衰减系数可以判断和评价电池成组后的衰减情况，并根据实验测试结果评价电池成组性能，给出电池系统定期维护和维修的参考时间。

本发明的有益效果是：

本发明方法不需要固定电池类型、电池型号、电池容量、构成电池组的单体个数、充放电倍率，只需保证相同类型相型号电池以相同的充放电机制循环充放电就可以采用本方法进行测试和评价。本发明方法采用电池组可放出电量衰减系数作为评价标准。衰减系数是以电池组可放出电量衰减到单体容量的一定百分比时所对应的衰减次数和单体容量衰减相同百分比时所对应的衰减次数的比值作为判断依据，以这个比值来评价电池组可放出电量的衰减情况。

本发明方法不需要考虑电池组单体容量、单体数量、单体一致性等因素，只需对电池组和单体分别进行少量充放电循环就可以根据电池组和单体衰减相同比例电量时所用的循环次数的比值确定电池组可放出电量的衰减系数。该方法有助于节约测试时间和减少评价电池组衰减性能所需能源消耗。可以为电池组均衡时机的选取和定期维护提供依据。本方法适用于电动汽车、大规模储能系统等串联电池组应用领域。

本发明的具体优点表现在以下几个方面：

一、本发明提出的单体不一致导致的串联电池组可放出电量衰减测试与评价方法具有普遍适用性。测试方法不需要指定组成电池组的电池类型、单体容量、单体数量等信息。

二、本发明所提出的可放出电量衰减测试方法具有高效性。可以在待测电池成组前，根据少量同类电池构成的电池组样本测试结果，获得该类电池可用电量衰减系数，预测电池成组性能，缩短对整包电池组循环测试所用的时间，减少对电池包整体测试的能源消耗。

三、本发明提供的单体不一致导致的串联电池组可放出电量衰减评价方法具有可比较性。可用于不同厂家或型号单体构成的电池组之间电池组可放出电量衰减系数的比较，利用衰减系数可以直观的体现不同电池组的衰减速度，可以为电动汽车生产厂家判断电池组是否能够满足车辆运行需求提供重要参考。

四、本发明提到的测试方法可以适用于不同温度下的电池组可放出电量测试和评价具有宽温度适用性。该方法可以在不同温度下利用相同的测试步骤进行衰减系数测定，获得特定温度下的电池组可放出电量衰减状况。

附图说明

图1是串联锂离子电池组可放出电量衰减程度测试方法流程图；

图2电池单体容量测试的电压和电流曲线；

图3是两节电池构成电池组的循环测试电压曲线和局部放大；

图4是串联锂离子电池组可放出电量衰减程度评价区域划分图；

图5是两节单体构成的串联电池组在38充放电循环过程中可放出电量衰减曲线图（Available pack capacity loss VS number of cycles），图5中，横坐标表示循环次数，纵坐标表示可放出电量。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1-图4说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于衰减系数的串联电池组可放出电量衰减评价方法的实现过程为：

步骤一：选择需要进行测试的电池单体，在室温下测定电池单体容量；对单体以1C恒流放电到下限截止电压停止；按照厂家规定的充电方法对各组成电池组的单体采用先恒流充电再恒压充电的方式进行充电并达到充满状态；

步骤二：采用相同类型、相同批次电池单体串联构成电池组；

步骤三：选择电池手册中规定正常工作温度范围内的某一温度点作为待测温度点，以下步骤均在此待测温度点下进行；

步骤四：对待测电池组采用同一循环方式进行充放电，可以采取恒定电流（电池厂家手册规定范围内）循环充放电的方式也可以采用恒流转恒压的方式。无论哪种循环方式，在每个充放电循环中都必须保证在充电过程中，当有任意单体达到厂家规定的充电上限截止电压时停止充电并转为静置状态；在放电过程中，当有任意单体达到厂家规定的放电下限截止电压时停止放电并转为静置状态；在每个循环测试过程中记录电池组可放出电量的变化；

步骤五：观察并记录每一次循环后电池组可放出电量；当电池组可放出电量衰减达到单体额定容量的x%时停止步骤四中的循环，记录此时的循环次数N_{电池组循环}；

步骤六：选取组成电池组同一型号同一批次的单体进行步骤四中相同的充放电循环，同样在可放出电量衰减到额定单体容量的x%时记录循环次数N_单体循环；串联电池组可放出电量衰减系数R=N_{电池组循环}/N_单体循环×100%；

步骤七：根据R值来评价串联电池组的可放出电量衰减程度。

具体实施方式二、本实施方式在步骤一中，测定电池单体容量的具体过程为：首先选用FreedomCar测试标准中提到的恒流1C充电对电池进行恒流充电，当到达电池手册规定的上限截止电压时保持上限截止电压不变进行恒压充电，当电流降低到0.05C时停止充电，静置1小时；然后以1C恒定电流放电，当到达下限截止电压时停止放电，放电过程中放出的电量为电池单体容量。其它步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式三、本实施方式在步骤三中，所述待测温度为-30℃，-20℃，-10℃，0℃，10℃，20℃，30℃，40℃，50℃或60℃。其它步骤与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四、本实施方式，步骤四中所述的恒流方式为恒定电流充电时当有任意单体达到上限截止电压时转入静置状态10分钟，然后以相同电流进行放电，当有任意单体达到下限截止电压时转入静置状态10分钟。其它步骤与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式五、本实施方式，在步骤四中所述的恒流转恒压方式的过程为：首先恒定电流（电池厂家手册规定范围内）对电池组充电，当有任意单体达到上限截止电压时保持电池组正负极两端电压为n×V_上限（n为电池节数，V_上限为电池单体上限截止电压）进行恒定电压充电，当有任意单体达到上限截止电压时转入静置状态10分钟，然后以与恒流充电电流相同的电流幅值进行放电，当有任意单体达到下限截止电压时转入静置状态10分钟。其它步骤与具体实施方式一、二、三或四相同。

具体实施方式六、本实施方式，在步骤六中所述的x%代表电池组可放出电量衰减电量与单体额定容量的比，选取1%-100%之间的任意值，为了节约测试时间，一般选取1%-20%之间的任意值。其它步骤与具体实施方式一、二、三、四或五相同。

具体实施方式七、本实施方式，在步骤七中，根据R值的不同划分为快速衰减、中等速度衰减和慢速衰减三个等级。其它步骤与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。

具体实施方式八、本实施方式所述根据R设定的三个电池组可放出电量衰减速度等级分别对70%-100%，69%-30%，29%-0%。其它步骤与具体实施方式七相同。

具体实施方式九、在实施方式一中步骤六中得到的R进行分类，0<R<30%为快速衰减区,30%<R<70%为中速衰减区,70%<R<100%为缓慢衰减区。如图4所示。

具体实施方式十、选取具体实施方式一中步骤三中温度为30度，其他步骤相同，得到的是30度环境温度下电池组可放出电量衰减情况。

具体实施方式十一、选取具体实施方式一中步骤三中温度为60度，其他步骤相同，

得到的是60度环境温度下电池组可放出电量衰减情况。

实施例：

选取两节电池构成电池组分别放置在60度和30度环境温度下电池特性参数如下表所示。

两节单体构成的串联电池组在38充放电循环过程中可放出电量衰减曲线如图5所示。两单体在各自环境温度下恒流1C充电达到各自上限截止电压，以此状态作为起始状态。循环过程中恒流充电时，当有任意单体达到上限截止电压停止充电，恒流放电时当有人以单体达到下限截止电压停止放电。图中电池组可放出电量随着循环次数的增加呈现衰减趋势。两节单体中最小电量为3.75Ah，在第38次循环后电池组电量衰减到原最小容量单体容量的93%。电池出厂时电池厂家测定的电池单体寿命为2000次。根据所述评价方法，当x%=7%时，R=38/2000×100%=1.9%，0<R<30%属于快速衰减区。

Claims (9)

1.一种基于衰减系数的串联电池组可放出电量衰减评价方法，其特征在于：所述方法的实现过程为：

步骤一：选择需要进行测试的电池单体，在室温下测定电池单体容量；对单体以1C恒流放电到下限截止电压停止；按照厂家规定的充电方法对各组成电池组的单体采用先恒流充电再恒压充电的方式进行充电并达到充满状态；

步骤二：采用相同类型，相同批次电池单体串联构成电池组；

步骤三：选择电池手册中规定正常工作温度范围内的某一温度点作为待测温度点，以下步骤均在此待测温度点下进行；

步骤四：对待测电池组采用同一循环方式进行充放电，采取恒定电流循环充放电的方式或采用恒流转恒压的方式；在每个充放电循环中都必须保证在充电过程中，当有任意单体达到厂家规定的充电上限截止电压时停止充电并转为静置状态；在放电过程中，当有任意单体达到厂家规定的放电下限截止电压时停止放电并转为静置状态；在每个循环测试过程中记录电池组可放出电量的变化；

步骤五：观察并记录每一次循环后电池组可放出电量；当电池组可放出电量衰减达到单体额定容量的x%时停止步骤四中的循环，记录此时的循环次数N_{电池组循环}；

步骤六：选取组成电池组同一型号同一批次的单体进行步骤四中相同的充放电循环，同样在可放出电量衰减到额定单体容量的x%时记录循环次数N_单体循环；串联电池组可放出电量衰减系数R=N_{电池组循环}/N_单体循环×100%；

步骤七：根据R值来评价串联电池组的可放出电量衰减程度。

2.根据权利要求1所述的一种基于衰减系数的串联电池组可放出电量衰减评价方法，其特征在于：

在步骤一中，测定电池单体容量的具体过程为：首先选用FreedomCar测试标准中提到的恒流1C充电对电池进行恒流充电，当到达电池手册规定的上限截止电压时保持上限截止电压不变进行恒压充电，当电流降低到0.05C时停止充电，静置1小时；然后以1C恒定电流放电，当到达下限截止电压时停止放电，放电过程中放出的电量为电池单体容量。

3.根据权利要求2所述的一种基于衰减系数的串联电池组可放出电量衰减评价方法，其特征在于：在步骤三中，所述待测温度为-30℃，-20℃，-10℃，0℃，10℃，20℃，30℃，40℃，50℃或60℃。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种基于衰减系数的串联电池组可放出电量衰减评价方法，其特征在于：步骤四中所述的恒流方式为恒定电流充电时当有任意单体达到上限截止电压时转入静置状态10分钟，然后以相同电流进行放电，当有任意单体达到下限截止电压时转入静置状态10分钟。

5.根据权利要求1、2或3所述的一种基于衰减系数的串联电池组可放出电量衰减评价方法，其特征在于：在步骤四中所述的恒流转恒压方式的过程为：首先恒定电流对电池组充电，当有任意单体达到上限截止电压时保持电池组正负极两端电压为n×V_上限进行恒定电压充电，当有任意单体达到上限截止电压时转入静置状态10分钟，然后以与恒流充电电流相同的电流幅值进行放电，当有任意单体达到下限截止电压时转入静置状态10分钟；n为电池节数，V_上限为电池单体上限截止电压。

6.根据权利要求1所述的一种基于衰减系数的串联电池组可放出电量衰减评价方法，其特征在于：在步骤六中所述的x%代表电池组可放出电量衰减电量与单体额定容量的比，选取1%-100%之间的任意值。

7.根据权利要求1或6所述的一种基于衰减系数的串联电池组可放出电量衰减评价方法，其特征在于：在步骤七中，根据R值的不同划分为快速衰减、中等速度衰减和慢速衰减三个等级。

8.根据权利要求7所述的一种基于衰减系数的串联电池组可放出电量衰减评价方法，其特征在于：所述根据R设定的三个电池组可放出电量衰减速度等级分别对70%-100%，69%-30%，29%-0%。

9.根据权利要求6所述的一种基于衰减系数的串联电池组可放出电量衰减评价方法，其特征在于：x%选取1%-20%之间的任意值。

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