CN104714178B

CN104714178B - 电池充放电边界条件的测试方法

Info

Publication number: CN104714178B
Application number: CN201310684872.XA
Authority: CN
Inventors: 李凌峰; 张君鸿; 杨伟斌; 梁瑞; 周健
Original assignee: Beiqi Foton Motor Co Ltd
Current assignee: Beijing Treasure Car Co Ltd
Priority date: 2013-12-13
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2017-10-10
Anticipated expiration: 2033-12-13
Also published as: CN104714178A

Abstract

本发明公开了一种电池充电边界条件的测试方法以及一种电池放电边界条件的测试方法，其中电池充电边界条件的测试方法包括：S1）预先设定测试条件；S2）在预先设定的测试条件下，按照设定的充电制度将电池充满电并开路搁置预定时间；S3）将充电后的电池放出预定容量之后开路搁置预定时间；S4）选定脉冲电流向量表中一个脉冲电流值对电池进行脉冲充电测试，要求在规定的脉冲时间内恰好达到规定的电压上限；S5）重复S3和S4步骤直到脉冲电流向量表中所有脉冲电流值都测试完成。还提供与上述测试方法相应的放电边界条件的测试方法。本发明可以精确获得在不同电池温度、不同电池老化状态（SOH）、不同开路电压（或SOC）下各个脉冲电流值的充放电边界条件。

Description

电池充放电边界条件的测试方法

技术领域

本发明涉及电子电路领域，具体地，涉及一种电池充放电边界条件的测试方法。

背景技术

为了保证设备（例如电动汽车等电动设备）的安全、可靠、有效运行，需要对电池的电压和电流进行限定，因此在电池管理系统（BMS）建模中应该充分考虑电池在不同的使用温度、不同的电池放电过程中的荷电率（SOC）、电池老化状态（SOH）对充、放电电流限的约束（即电池的充、放电边界条件），且预先在模型中进行标定。

现有技术中，对于电池的充、放电边界条件的确定方法主要包括根据经验估计值、通过FreedomCAR测试手册中的HPPC测试进行电流脉冲测试（该测试每隔10%SOC以相同倍率进行充、放电脉冲，充、放电脉冲相隔40s）。但是，采用经验估计的方法不准确且不可靠；采用HPPC测试的方法，由于HPPC测试脉冲在任何条件下都恒定，而且充、放电在同一个测试程序中，根据测试数据采用欧姆定律计算得到的边界条件和实际情况不一致，不能保证精确确定充、放电边界条件。即现有技术中缺乏一种能够精确确定电池充放电边界条件的测试方法以及系统。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种电池充电边界条件的测试方法，该方法包括下列步骤：S1）预先设定测试条件；S2）在预先设定的测试条件下，按照设定的充电制度将电池充满电并开路搁置预定时间；S3）将充电后的电池放出预定容量之后开路搁置预定时间；S4）选定脉冲电流向量表中的一个脉冲电流值对所述电池进行脉冲充电测试，要求在规定的脉冲时间内恰好达到规定的电压上限；S5）重复步骤S3）和S4）直到所述脉冲电流向量表中所有的脉冲电流值都测试完成。

相应地，本发明还提供了一种电池放电边界条件的测试方法，该方法包括下列步骤：S1）预先设定测试条件；S2）在预先设定的测试条件下，按照设定的放电制度将电池放完电并开路搁置预定时间；S3）将放电后的电池充进预定容量之后开路搁置预定时间；S4）选定脉冲电流向量表中的一个脉冲电流值对所述电池进行脉冲放电测试，要求在规定的脉冲时间内恰好达到规定的电压下限；S5）重复步骤S3）和S4）直到所述脉冲电流向量表中所有的脉冲电流值都测试完成。

采用本发明提供的电池充电边界条件的测试方法，通过在预先设定的测试条件下，按照设定的充电制度将电池充满电并开路搁置预定时间；将充电后的电池放出预定容量之后开路搁置预定时间；选定脉冲电流向量表中的一个脉冲电流值对所述电池进行脉冲充电测试，要求在规定的脉冲时间内恰好达到规定的电压上限；重复第三和第四步骤直到所述脉冲电流向量表中所有的脉冲电流值都测试完成，可以精确地获取各个需要测试的脉冲电流值的充电边界条件，即该测试方式可以精确获得在不同电池温度、不同电池老化状态下、不同开路电压（或SOC）下，各个脉冲电流值的充电边界条件，以便在电池管理系统开发时使用多维空间查表法精确计算电池的充电边界条件。

采用本发明提供的电池放电边界条件的测试方法，通过在预先设定的测试条件下，按照设定的放电制度将电池放完电并开路搁置预定时间；将放电后的电池充进预定容量之后开路搁置预定时间；选定脉冲电流向量表中的一个脉冲电流值对所述电池进行脉冲放电测试，要求在规定的脉冲时间内恰好达到规定的电压下限；重复第三和第四步骤直到所述脉冲电流向量表中所有的脉冲电流值都测试完成，可以精确地获取各个需要测试的脉冲电流值的放电边界条件，即该测试方式可以精确获得在不同电池温度、不同电池老化状态、不同开路电压（或SOC）下，各个脉冲电流值的充电边界条件，以便在电池管理系统开发时使用多维空间查表法精确计算电池的放电边界条件。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明的一种实施方式的电池充电边界条件的测试方法的流程图；

图2是图1的测试方法中针对脉冲电流向量表进行脉冲充电测试的流程图；

图3是根据本发明的一种实施方式的电池放电边界条件的测试方法的流程图；

图4是图3的测试方法中针对脉冲电流向量表进行脉冲放电测试的流程图；以及

图5进一步说明了根据本发明一种实施方式的电池充放电边界条件的测试方法的总流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图1是根据本发明的一种实施方式的电池充电边界条件的测试方法的流程图。结合针对脉冲电流向量表中的各个脉冲电流值进行脉冲充电测试来说明本发明的思想，本发明利用逆向测试方式，即测试脉冲电流向量表中的各个脉冲电流值对应的电池的开路电压，进而得到对应的电池充电边界条件。例如脉冲电流向量表中的各个脉冲电流值，所述脉冲电流值为电池安全允许的电流值（例如可以设定0.1C（容量倍率，1C即与标称容量值相等的电流值）-1.0C每隔0.2C或0.3C一个脉冲电流值，1C以上每隔0.5C一个脉冲电流值），选择为0.1C,0.3C,0.5C,0.7C,1.0C,1.5C,2C,2.5C,3C（如表1所示）：

表1为实施方式中使用的脉冲电流向量表

倍率

0.1C

0.3C

0.5C

0.7C

1C

1.5C

2.0C

2.5C

3.0C

采用下列方法步骤对这些脉冲电流值进行测试，如图1所示，该方法包括：

S1）（如图1所示的步骤1001），预先设定测试条件，例如所述测试条件包括电池温度或电池老化状态（SOH），即可以针对不同电池温度和电池老化状态进行测试；

S2）（如图1所示的步骤1002）在预先设定的测试条件下，按照设定的充电制度将电池充满电并开路搁置预定时间，其中所述预定时间根据实际情况（例如电池类型、测试环境等）进行设定，优选地所述预定时间的范围为15-120分钟，以及其中所述充电制度为步骤S2）中的充电电流或电压，例如恒流充电（例如参数为1C，4.2V）或者恒压充电（例如参数为4.2V，0.1C）等，本领域技术人员可以根据实际情况（例如电池类型、测试环境等）设定充电制度，本发明对此不进行限定；

S3）（如图1所示的步骤1003）将充电后的电池放出预定容量（根据情况来设定，例如放出电池容量的1%、5%、10%等）之后开路搁置预定时间，其中所述预定时间根据实际情况（例如电池类型、测试环境等）进行设定，优选地所预定时间的范围为15-120分钟；

S4）（如图1所示的步骤1004）选定脉冲电流向量表中的一个脉冲电流值对所述电池进行脉冲充电测试，要求在规定的脉冲时间内恰好达到规定的电压上限；

S5）（如图1所示的步骤1005）重复步骤S3）（如图1所示的步骤1003）和S4)（如图1所示的步骤1004）直到预设的脉冲电流向量表中所有的脉冲电流值都测试完成。

其中所述步骤S4）选定脉冲电流向量表中的一个脉冲电流值对电池进行脉冲充电测试，要求在规定的脉冲时间内恰好达到规定的电压上限包括：

对于所选定的脉冲电流值，在所述电池的当前开路电压下，以给定充电脉冲时间利用所选定的脉冲电流值对所述电池进行脉冲充电，并实时获取充电过程中的电池电压：

如果给定充电脉冲时间尚未届满但电池电压已经达到预定电压上限范围，则下调所述电池的开路电压并再一轮执行利用所选定的脉冲电流值进行的脉冲充电过程，直到在给定充电脉冲时间届满时电池电压刚好达到所述预定电压上限范围时，将所选定的脉冲电流值作为当前测试条件下当前开路电压的充电边界条件；

如果给定充电脉冲时间届满但电池电压尚未达到预定电压上限范围，则上调所述电池的开路电压并再一轮执行利用所选定的脉冲电流值进行的脉冲充电过程，直到在给定充电脉冲时间届满时电池电压刚好达到所述预定电压上限范围时，将所选定的脉冲电流值作为当前测试条件下当前开路电压的充电边界条件。

下面参考图2来进一步说明本发明提供的电池充电边界条件的测试方法的示例流程，图2是图1的测试方法中针对脉冲电流向量表进行脉冲充电测试的流程图。如图2所示，预先设定测试条件（即预先设定老化状态，例如出厂新电池第一次测试时的老化状态和设定电池温度）后，在该预先设定的充电条件下执行下述步骤：

在步骤2001，按照设定的充电制度将电池充满电并开路搁置预定时间；

在步骤2002，将充电后的电池放出预定容量之后开路搁置预定时间，达到某一开路电压；

在步骤2003，对于表1中所选定的脉冲电流值，例如以0.1C开始测试，如表1所示，在所述电池的当前开路电压（例如对于脉冲电流向量表中第一个被测试的脉冲电流值来说，电池的当前开路电压即本发明提供的充电边界调节测试方法的步骤2002中开路搁置结束时电池的开路电压；对于后续测试的脉冲电流值来说，电池的当前开路电压为上一个脉冲电流值测试完成之后电池的开路电压）下，以给定充电脉冲时间利用所选定的脉冲电流值对所述电池进行脉冲充电，其中所述给定充电脉冲时间可以根据实际情况（例如电池类型、测试环境等）进行设定，优选地，所述给定充电脉冲时间的范围为1-120秒，并实时获取充电过程中的电池电压：

在步骤2004，判断是否给定充电脉冲时间届满时电池电压达到预定电压上限范围，其中所述预定电压上限范围可以根据实际情况（例如电池类型、测试环境等）进行设定，例如针对不同电池类型根据电池规格书或使用方规定设置电压上限范围。

在步骤2005，如果给定充电脉冲时间届满时电池电压刚好达到预定电压上限，则将电池的当前开路电压作为所选定的脉冲电流值的充电边界条件，即将所选定的脉冲电流值作为当前测试条件下当前开路电压的充电边界条件，对于该脉冲电流值0.1C的逆向测试完成；

在步骤2008和2009，如果给定充电脉冲时间尚未届满但电池电压已经达到预定电压上限范围，则下调所述电池的开路电压（例如放出部分容量，例如放出2%等，并如上所述开路搁置预定时间以获得下调后的所述电池的开路电压），之后再一轮执行脉冲充电过程（即步骤2010到步骤2004），直到在给定充电脉冲时间届满时电池电压刚好达到所述预定电压上限范围（例如，4.2V左右）时，将所选定的脉冲电流值作为当前测试条件下当前开路电压的充电边界条件（即下调后的电池的开路电压即为脉冲电流值0.1C的充电边界条件）（即步骤2005），即对于该脉冲电流值0.1C的测试完成，执行步骤2006；

如果给定充电脉冲时间届满但电池电压尚未达到预定电压上限范围，则上调所述电池的开路电压（例如充入部分容量，例如充入2%等，并如上所述开路搁置预定时间以获得下调后的所述电池的开路电压），之后再一轮执行脉冲充电过程（即步骤2010到步骤2004），直到在给定充电脉冲时间届满时电池电压刚好达到所述预定电压上限范围时，将所选定的脉冲电流值作为当前测试条件下当前开路电压的充电边界条件（即步骤2005）（即上调后的电池的开路电压即为脉冲电流值0.1C的充电边界条件），即对于该脉冲电流值0.1C的测试完成，执行步骤2006；

在步骤2006，判断表1中的脉冲电流值是否都测试完成，如果测试完成则到步骤2007，即当前电池温度、当前SOH下的充电边界条件测试结束；反之，返回步骤2002以继续根据上述流程测试表1中的下一个脉冲电流值（例如0.3C），循环执行上述步骤直至测试完成所有表1中的需要测试的脉冲电流值。

采用本发明提供的上述电池充电边界条件的测试方法，可以精确地获取需要测试的各个脉冲电流值的充电边界条件，即对应地测试出了在预定SOH和温度条件下，不同开路电压（SOC）对应的脉冲电流值的充电边界条件。

相应地，图3是根据本发明的一种实施方式的电池放电边界条件的测试方法的流程图，仍采用上述脉冲电流值和参数进行详细说明，如图3所示，该方法包括下列步骤：

S1）（如图3所示的步骤3001）预先设定测试条件，例如所述测试条件包括电池温度和电池老化状态（SOH），即可以针对不同电池温度和电池老化状态进行测试；

S2）（如图3所示的步骤3002）在预先设定的测试条件下，按照设定的放电制度将电池放完电并开路搁置定时间，其中所述预定时间根据实际情况（例如电池类型、测试环境等）进行设定，优选地所述预定时间的范围为15-120分钟，以及其中所述放电制度为步骤S2）中的放电电流或电压，例如恒流放电（例如参数为1C，2.75V）等，本领域技术人员可以根据实际情况（例如电池类型、测试环境等）设定放电制度，本发明对此不进行限定；

S3）（如图3所示的步骤3003）将放电后的电池充进预定容量（根据情况来设定，例如充进电池容量的1%、5%、10%等）之后开路搁置预定时间，其中所述预定时间根据实际情况（例如电池类型、测试环境等）进行设定，优选地所述预定时间的范围为15-120分钟；

S4）（如图3所示的步骤3004）选定脉冲电流向量表中的一个脉冲电流值对所述电池进行脉冲放电测试，要求在规定的脉冲时间内恰好达到规定的电压下限；

S5）（如图3所示的步骤3005）重复步骤S3）（如图3所示的步骤3003）和S4）（如图3所示的步骤3004）直到所述脉冲电流向量表中所有的脉冲电流值都测试完成。

其中所述步骤S4）选定脉冲电流向量表中的一个脉冲电流值对电池进行脉冲放电测试，要求在规定的脉冲时间内恰好达到规定的电压下限包括：

对于所选定的脉冲电流值，在所述电池的当前开路电压下，以给定放电脉冲时间利用所选定的脉冲电流值对所述电池进行脉冲放电，并实时获取放电过程中的电池电压：

如果给定放电脉冲时间尚未届满但电池电压已经达到预定电压下限范围，则上调所述电池的开路电压并再一轮执行利用所选定的脉冲电流值进行的脉冲放电过程，直到在给定放电脉冲时间届满时电池电压刚好达到所述预定电压下限范围时，将所选定的脉冲电流值作为当前测试条件下当前开路电压的放电边界条件；

如果给定放电脉冲时间届满但电池电压尚未达到预定电压下限范围，则下调所述电池的开路电压并再一轮执行利用所选定的脉冲电流值进行的脉冲放电过程，直到在给定放电脉冲时间届满时电池电压刚好达到所述预定电压下限范围时，将所选定的脉冲电流值作为当前测试条件下当前开路电压的放电边界条件。

下面参考图4来进一步说明本发明提供的电池充电边界条件的测试方法的示例流程，图4是图3的测试方法中针对脉冲电流向量表进行脉冲放电测试的流程图。如图4所示，预先设定测试条件（即预先设定老化状态，例如出厂新电池第一次测试时的老化状态和设定电池温度）后，在该预先设定的放电条件下执行下述步骤：

在步骤4001，按照设定的放电制度将电池放完电并开路搁置预定时间；

在步骤4002，将放电后的电池充进预定容量之后开路搁置预定时间，达到某一开路电压；

在步骤4003，对于表1中所选定的脉冲电流值，例如仍以如表1中所示的0.1C开始测试，在所述电池的当前开路电压下（例如对于脉冲电流向量表中第一个被测试的脉冲电流值来说，电池的当前开路电压即本发明提供的放电边界调节测试方法的步骤4002）中开路搁置结束时电池的开路电压；对于后续测试的脉冲电流值来说，电池的当前开路电压为上一个脉冲电流值测试完成之后电池的开路电压），以给定放电脉冲时间利用所选定的的脉冲电流值对所述电池进行脉冲放电，其中所述给定放电脉冲时间可以根据实际情况（例如电池类型、测试环境等）进行设定，优选地，所述给定放电脉冲时间的范围为1-120秒，并实时获取放电过程中的电池电压：

在步骤4004，判断是否给定放电脉冲时间届满时电池电压达到所述预定电压下限范围，其中所述预定电压下限范围可以根据实际情况（例如电池类型、测试环境等）进行设定，例如针对不同电池类型根据电池规格书或使用方规定设置电压下限范围。

在步骤4005，如果给定放电脉冲时间届满时电池电压刚好达到所述预定电压下限，则将电池的当前开路电压作为所选定的脉冲电流值的放电边界条件，即将所选定的脉冲电流值作为当前测试条件下当前开路电压的放电边界条件，对于该脉冲电流值0.1C的逆向测试完成；

在步骤4008和4009，如果给定放电脉冲时间尚未届满但电池电压已经达到预定电压下限范围，则上调所述电池的开路电压（例如充入部分容量，例如充入2%等，并如上所述开路搁置预定时间以获得下调后的所述电池的开路电压），之后再一轮执行上述脉冲放电过程（即步骤4010到步骤4004），直到在给定放电脉冲时间届满时电池电压刚好达到所述预定电压下限范围（例如，2.75V左右）时，将所选定的脉冲电流值作为当前测试条件下当前开路电压的放电边界条件（即步骤4005）（即上调后的电池的开路电压即为脉冲电流值0.1C的放电边界条件），即对于该脉冲电流值0.1C的测试完成，执行步骤4006；

如果给定放电脉冲时间届满但电池电压尚未达到预定电压下限范围，则下调所述电池的开路电压（例如放出部分容量，例如放出2%等，并如上所述开路搁置预定时间以获得下调后的所述电池的开路电压），之后再一轮执行上述脉冲放电过程（即步骤4010到步骤4004），直到在给定放电脉冲时间届满时电池电压刚好达到所述预定电压下限范围时，将所选定的脉冲电流值作为当前测试条件下当前开路电压的放电边界条件（即步骤4005）（即下调后的电池的开路电压即为脉冲电流值0.1C的放电边界条件），即对于该脉冲电流值0.1C的测试完成，执行步骤4006；

在步骤4006，判断表1中的脉冲电流值是否都测试完成，如果测试完成则到步骤4007，即当前电池温度、当前SOH下的放电边界条件测试结束；反之，返回步骤4002以继续根据上述流程测试表1中的下一个脉冲电流值（例如0.3C），循环执行上述步骤直至测试完成所有表1中的需要测试的脉冲电流值。

采用本发明提供的上述电池放电边界条件的测试方法，可以精确地获取需要测试的各个脉冲电流值的放电边界条件，即对应地测试出了在预定SOH和温度条件下，不同开路电压（SOC）对应的脉冲电流值的放电边界条件。

图5进一步说明了根据本发明一种实施方式的电池充放电边界条件的测试方法的总流程图。如图5所示，测试不同SOH、不同电池温度下的开路电压（SOC）对应的脉冲电流值的充放电边界条件包括下列步骤：

在步骤5001和步骤5002，预先设定测试条件，即分别在步骤5001设定老化状态（例如出厂新电池第一次测试时的老化状态）和在步骤5002设定电池温度；

在步骤5003，针对所述设定电池温度和老化状态（即在设定测试电条件下），按照图2和图4中对应的测试流程进行充放电边界条件测试；

在步骤5004，判断是否完成了对所有电池温度的测试；

在步骤5005，如果已经完成了对所有电池温度的测试，则判断所述电池是否达到预定的寿命终止条件（根据电池的类型、使用情况等因素设置寿命终止条件）；

在步骤5007，如果电池未达到预定的寿命终止条件则改变老化状态（例如，每隔5%容量衰减测试一次），返回到步骤5002，即在改变的老化状态下测试所有电池温度的电池充放电边界条件；

在步骤5006，如果电池已达到预定的寿命终止条件，则整个测试流程结束。

采用上述实施方式，可以精确测试出不同老化状态、不同电池温度、不同开路电压（SOC）下的脉冲电流值（即电池充/放电边界条件）。本领域技术人员可以将上述实施方式测试出的电池充放电边界条件应用于BMS电池管理系统，以精确管理电池并延长电池使用寿命。

应当理解的是，上述示例中的参数范围（预定时间、给定充放脉冲电时间等）、充放电条件设置、以及预定电压上下限等均为示例性但非局限性示例，本领域技术人员可以根据电池类型等适当的设定或选择这些参数，本发明对此不进行限定。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims

1.一种电池充电边界条件的测试方法，该方法包括下列步骤：

S1)预先设定测试条件；

S2)在预先设定的测试条件下，按照设定的充电制度将电池充满电并开路搁置预定时间；

S3)将充电后的电池放出预定容量之后开路搁置预定时间；

S4)选定脉冲电流向量表中的一个脉冲电流值对所述电池进行脉冲充电测试，要求在规定的脉冲时间内恰好达到规定的电压上限；

S5)重复步骤S3)和S4)直到所述脉冲电流向量表中所有的脉冲电流值都测试完成，

其中，所述脉冲电流向量表中的脉冲电流值为电池安全允许的电流值。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述步骤S4)选定脉冲电流向量表中的一个脉冲电流值对电池进行脉冲充电测试，要求在规定的脉冲时间内恰好达到规定的电压上限包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述测试条件包括电池温度或电池老化状态(SOH)。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定时间的范围为15-120分钟。

5.根据权利要求2所述的方法，其中所述给定充电脉冲时间的范围为1-120秒。

6.一种电池放电边界条件的测试方法，该方法包括下列步骤：

S1)预先设定测试条件；

S2)在预先设定的测试条件下，按照设定的放电制度将电池放完电并开路搁置预定时间；

S3)将放电后的电池充进预定容量之后开路搁置预定时间；

S4)选定脉冲电流向量表中的一个脉冲电流值对所述电池进行脉冲放电测试，要求在规定的脉冲时间内恰好达到规定的电压下限；

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述步骤S4)选定脉冲电流向量表中的一个脉冲电流值对电池进行脉冲放电测试，要求在规定的脉冲时间内恰好达到规定的电压下限包括：

8.根据权利要求6所述的方法，其中所述测试条件包括电池温度或电池老化状态(SOH)。

9.根据权利要求6所述的方法，其中所述预定时间的范围为15-120分钟。

10.根据权利要求7所述的方法，其中所述给定放电脉冲时间的范围为1-120秒。