CN104345275B - 一种动态评价电池一致性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动态评价电池一致性的方法，包括对至少两个待测电池进行并联，构成待测电池组；将待测电池组与负载串联构成回路；对待测电池组进行恒流放电或充电，采集电池的电压，和放电容量或充电容量；改变步骤二中串联的负载；对待测电池组进行恒流放电或充电，采集每个待测电池的剩余容量及电池的极化电压；根据所采集的数据，计算每个待测电池的动态直流内阻；根据上述数据计算每个待测电池的一致性系数；根据计算出的每个待测电池的一致性系数，判断待测电池的一致性。通过测量和比较并联电池在动态环境中的数据，能直接辨别出电池成组的本质差别，可以提高电池成组性能，提高电池的一致性，增加电池成组后的使用寿命。

Description

一种动态评价电池一致性的方法

技术领域

本发明涉及一种对电池做出评价的方法，尤其涉及一种动态评价电池一致性的方法。

背景技术

随着石油日益枯竭和人们环保意识的逐渐增强，具有高效节能、零排放优势的电动汽车倍受关注，是节能环保汽车发展的主攻方向，是未来汽车产业发展的方向。

电池组是电动汽车的核心部件，电池组是由较多单体电芯串联或并联而成，但是由于各个电芯部存在着差别，电池组经过一定的循环使用，电池的不一致性会随之加剧，表现为电池的容量衰减，甚至出现个别电芯过充或过放现象，给电动车带来安全隐患，同时造成电池包的使用成本上升，经济性能下降，是制约电动汽车发展的瓶颈，而电池包的安全性严重制约着电动汽车的市场化。

针对此问题，目前主要解决的方法有两种：一是对电池包添加电子管理设备(BMS)，使用外来电路对电池包的状态进行监控，同时对电池进行必要的均衡处理。由于目前对电池包的实际经验较少，以及电子设备还不够完善，BMS的使用效果不够理想，和汽车的要求差距甚远，还需要算法经验的积累和电子技术的进一步提升。二是在电芯成组之前对电芯一致性配组筛选，提高电池的一致性。但是现在电芯一致性的判定都是在静态下进行，主要是根据电芯在恒流放电下测试的内阻、电压和容量，并据此对电池的一致性进行分类挑选。通过该方法筛选的电池一致性只能反应单体电池在该环境和条件下在电压、容量和内阻的一致性能，不能反映电池在串联或并联使用时的动态一致性，随着使用环境和条件的改变，其一致性也会发生明显改变。而电池包在电动车上使用的环境复杂，电池多并联和串联使用，且电流变化频繁，现有单体电池一致性评价方法无法适应整车对电池一致性的需求。

因此开发一种新的电池一致性的评价方法，从而克服现有评价方法中存在的无法准确识别电池的一致性差异，导致电池成组后性能较差等缺陷，已成为电动汽车市场化急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是评价电池的一致性，提出了一种动态评价电池一致性的方法，能够有效地识别电池的一致性差异，可以提高电池成组后的性能。

本发明提出了一种动态评价电池一致性的方法，包括以下几个步骤：

步骤一：对至少两个待测电池进行并联，构成待测电池组。

步骤二：将所述待测电池组与负载串联构成回路。

步骤三：对所述待测电池组进行恒流放电或充电，采集电池的电压，和放电容量或充电容量。

步骤四：改变步骤二中串联的所述负载。

步骤五：对所述待测电池组进行恒流放电或充电，采集每个所述待测电池的剩余容量及电池的极化电压。

步骤六：根据步骤五中所采集的数据，计算每个所述待测电池的动态直流内阻。

步骤七：根据步骤五、六中所得到的数据计算每个所述待测电池的一致性系数。

步骤八：根据步骤七中计算的每个所述待测电池的一致性系数Q，判断所述待测电池的一致性。

本发明提出了一种动态评价电池一致性的方法，所述待测电池的一致性系数为每个并联待测电池的容量系数C、直流内阻系数R和极化内阻系数P三者之积，所述待测电池的一致性系数Q的计算公式为：Q＝C*R*P。

其中，C为：所述待测电池经过动态变化后的剩余容量与标准容量之商；R为：在环境温度为25±5℃和荷电状态为10％-100％之间的情况下，所述待测电池的动态直流内阻与标准直流内阻之商；P为：动态电流下所述待测电池的极化电压，与所述待测电池的标准极化电压之商。

本发明提出了一种动态评价电池一致性的方法，判断所述待测电池一致性的标准为，各所述待测电池的一致性系数差小于±10％。

本发明提出了一种动态评价电池一致性的方法，多个并联的所述待测电池为同型号的锂离子电池。

本发明提出了一种动态评价电池一致性的方法，步骤三和步骤五中，所述恒流放电或充电时的电流大小为标准充电或放电时的电流的20％-300％。

本发明提出了一种动态评价电池一致性的方法，步骤三和步骤五中，所述恒流放电或恒流充电的时间为20-300分钟。

本发明提出了一种动态评价电池一致性的方法，该方法通过在动态下获得电池的实际电流大小，电池的电压参数，以及电池的直流内阻和极化内阻。根据在动态放电或充电情况下，电池的容量、直流内阻和极化内阻的数据，判断电池的一致性。动态放电或充电，电池的容量、直流内阻和极化内阻是并联电池各自对应电流和环境条件下的特性参数，区别于分别测定的电池特性参数。通过测量和比较并联电池在动态环境中的数据，能辨别出电池的微小差别，可以提高电池成组后的性能，增加电池成组后的使用寿命，提升电动汽车的经济型和安全性。

附图说明

图1为本发明动态评价电池一致性的方法的流程示意图。

具体实施方式

结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。

本发明一种动态评价电池一致性的方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤一：对需要评价一致性的待测电池并联，构成待测电池组。步骤二：将待测电池组与负载串联构成回路。步骤三：对待测电池组进行恒流放电或充电，采集电池的电压，和放电容量或充电容量。步骤四：改变步骤二中串联的负载的大小，从而改变电流大小。步骤五：对待测电池组进行恒流放电或充电，采集每个待测电池的剩余容量C₁及电池的极化电压P₁。步骤六：根据步骤五中所采集的数据，计算每个待测电池的动态直流内阻R₁。步骤七：根据步骤五、六中所得到的数据计算每个待测电池的一致性系数Q。步骤八：根据步骤七中计算的每个待测电池的一致性系数Q，判断待测电池的一致性。

其中，待测电池的剩余容量C₁是每个并联的待测电池在经过动态变化后剩余的实际容量，动态直流内阻R₁是从动态电流I₁变化到电流I₂时，每个待测电池瞬时电压差和电流的商，电池的极化电压P₁是电池停止放电后，在一定温度和荷电状态下，电压呈缓慢上升区段的电压。荷电状态即电池剩余容量。

其中，待测电池的一致性系数Q为每个并联待测电池的容量系数C、直流内阻系数R和极化内阻系数P三者之积，待测电池的一致性系数Q计算公式为：

Q＝C*R*P。

其中，C为：待测电池经过动态变化后的剩余容量C₁与标准容量C₀之商；R为：在25±5℃和荷电状态在10％-100％之间的情况下，待测电池的动态直流内阻R₁与标准直流内阻之商R₀；P为：动态电流下待测电池的极化电压P₁与待测电池的标准极化电压P₀之商。

本发明中，判断待测电池一致性的标准为，各待测电池的一致性系数Q的差小于±10％。待测电池为同型号的锂离子电池，恒流放电或充电时的电流大小为标准充电或放电时的电流的20％-300％，恒流放电或恒流充电的时间为20-300分钟。

本发明中采用放电容量或充电容量计算电池的一致性本质上无差别，容量的计算方法部是采用电流和时间的积分。

为了进一步说明本发明，附上根据现有电池一致性判别法对电池的一致性评价的数据表及动态评价电池一致性方法对电池的一致性评价的数据表。

表1和表2中待测电池的相关数据都是在环境温度为25度，放电速率为1C，且测试的电池都为三元体系25Ah的软包装锂离子电池下采集的。

其中，表1是根据现有电池一致性判别法进行的电池配组筛选，首先取六个待测电池，测量待测电池的放电容量、直流内阻、满电电压。若放电容量之间相差幅度小于0.08Ah，满电电压差在0.005到0.01V之间，标准偏差≤0.2，则认为电池的一致性较好，所配成的电池组属于A级。

表1：六只电池的参数及根据现有技术对电池的一致性评价

表2是根据待测电池在动态放电或充电情况下，计算电池的实际容量C₁、动态直流内阻R₁和极化内阻Cp的数据，根据计算的数据，判断电池的一致性。本实例采集C₀、P₀、R₀的标准是：电池的核电状态为100％、环境温度为25度、放电速率为0.3C。C₀为25Ah，P₀为6mV，R₀为1mΩ。

其中，动态放电是将6个待测电池并联，进行1C放电，检测各待测电池的实际容量C₁、直流内阻R₁和极化内阻Cp，各数据都是并联电池各自对应电流和环境下的特性参数，计算电池的相关参数。通过比较并联待测电池在动态环境中的数据，辨别电池的本质差别。根据一致性系数要求，其极差小于±10％或者标准偏差≤0.2为A级。

表2：六只电池的参数及根据本发明方法对电池的一致性评价

本发明的实施流程：首先，将待测电池进行并联，构成待测电池组，串联上负载构成回路，确定电池的初始的环境温度和荷电状态等参数。对待测电池组进行恒流放电或充电，采集电池的电压，和放电容量或充电容量。恒流放电或充电时的电流大小为标准充电或放电时的电流的20％-300％、时间为20-300分钟。

充放电机自动调整负载，控制电流的大小，对电池进行恒流放电或充电，恒流放电或充电时的电流大小为标准充电或放电时的电流的20％-300％、时间为20-300分钟，在恒流放电或充电结束后，采集每个待测电池的剩余容量C₁及电池的极化电压P₁，计算出每个待测电池的动态直流内阻R₁。动态直流内阻R₁＝ΔV/ΔI，即：一定时间段内的电压变化与电流变化的比值，例如：环境温度为25度，荷电状态为100％时，0.3C放电10秒，ΔV＝10.33mV，ΔI＝8.33A，则R₁＝1.24mΩ。

根据测量得到的数据计算每个待测电池的一致性系数Q，例如：1号电池的一致性系数Q具体计算过程：Co、Po、Ro是在SOC100％，温度25度，Co的值是0.3C放电，额定容量25Ah，Po是0.3C放电，6mV，Ro是0.3C放电时的直流内阻1mΩ，则其系数为：

C＝C₁/C₀＝24.25/25＝0.97，

R＝R₁/R₀＝1.24/1＝1.24，

P＝P₁/P₀＝10.01/6＝1.668，

Q＝C*R*P＝0.97*1.24*1.668＝2.01。

当待测电池的一致性系数Q差小于±10％时认为电池的一致性较好，即所检测电池一致性系数Q标准偏差小于0.2。

从表1和表2的比较中可以看出，采用动态评价电池一致性方法，更能揭示电池的本质差别，有利于提供电池成组后的性能。

本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。

Claims (5)

1.一种动态评价电池一致性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：对至少两个待测电池进行并联，构成待测电池组；

步骤二：将所述待测电池组与负载串联构成回路；

步骤三：对所述待测电池组进行恒流放电或充电，采集电池的电压，和放电容量或充电容量；

步骤四：改变步骤二中串联的所述负载；

步骤五：对所述待测电池组进行恒流放电或充电，采集每个所述待测电池的剩余容量及电池的极化电压；

步骤六：根据步骤五中所采集的数据，计算每个所述待测电池的动态直流内阻；

步骤七：根据步骤五、六中所得到的数据计算每个所述待测电池的一致性系数；

步骤八：根据步骤七中计算的每个所述待测电池的一致性系数，判断所述待测电池的一致性，所述待测电池的一致性系数Q为每个并联待测电池的容量系数C、直流内阻系数R和极化内阻系数P三者之积，所述待测电池的一致性系数Q的计算公式为：

Q＝C*R*P；

其中，C为：所述待测电池经过动态变化后的剩余容量与标准容量之商；

R为：在环境温度为25±5℃和荷电状态为10％-100％之间的情况下，所述待测电池的动态直流内阻与标准直流内阻之商；

P为：动态电流下所述待测电池的极化电压与所述待测电池的标准电流下标准极化电压之商。

2.根据权利要求1所述的动态评价电池一致性的方法，其特征在于，判断所述待测电池一致性的标准为，各所述待测电池的一致性系数Q差小于±10％。

3.根据权利要求1所述的动态评价电池一致性的方法，其特征在于，多个并联的所述待测电池为同型号的锂离子电池。

4.根据权利要求1所述的动态评价电池一致性的方法，其特征在于，步骤三和步骤五中，所述恒流放电或充电时的电流大小为标准充电或放电时的电流的20％-300％。

5.根据权利要求1所述的动态评价电池一致性的方法，其特征在于，步骤三和步骤五中，所述恒流放电或恒流充电的时间为20-300分钟。