CN105738821B - 准确计算不同温度下电池库仑效率的方法 - Google Patents

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    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/385Arrangements for measuring battery or accumulator variables

Abstract

本发明公开一种准确计算不同温度下电池库仑效率的方法,其步骤如下:一、在电池厂家规定的标准充放电温度下,依据电池的额定充电截止电压Vmax、额定放电截止电压Vmin和额定充放电电流I,以实验电流In对电池进行标准充放电实验,利用公式计算标准温度下电池的库仑效率ηn;二、选取数个测试温度点,分别对电池进行特定测试温度充放电实验,利用公式计算各个测试温度下电池的库仑效率ηt。本方法计算标准充放电温度下的库仑效率作为修正测试温度下的电池库仑效率的标准,计算结果精准可靠,为计算SOC提供有效数据。

Description

准确计算不同温度下电池库仑效率的方法
技术领域
本发明涉及电池特性技术领域,具体为一种准确计算不同温度下电池库伦效率的方法。
背景技术
清洁能源的推广促使电动车市场不断升温。电池作为电动车的主要动力源一时成为人们关注的热点。其中SOC(剩余电量百分比)作为电池特性最主要的影响因素,是近年来电池组管理系统研究的热点和难点之一。
安时计量法是目前电动汽车最常使用的电池SOC估计方法,其原理是通过负载电流的积分估计SOC,简单易用、算法稳定,公式如下:
式中SOC0为初始SOC,Q为电池可用容量,η(τ)为库仑效率。由公式可以看出准确计算库仑效率η(τ)对SOC估算的精确度影响较大。
现有的计算库仑效率都是将电池置于某一测试温度下,直接对电池进行充放电,而充放电截止电压最大值和最小值是电池厂商在特定温度下提供的,不同的温度下这两个值会发生变化,被人们忽略掉了,因此计算的效率与真实值存在很大差异。
发明内容
为了克服现有技术提及的缺点,本发明提供一种准确计算不同温度下电池库仑效率的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:准确计算不同温度下电池库仑效率的方法,其步骤如下:
(1)在电池厂家规定的标准充放电温度Tn下,依据电池的额定充电截止电压Vmax、额定放电截止电压Vmin,以实验电流In对电池进行标准充放电实验,记录放电容量Qd-n、充电容量Qc-n,利用公式:计算标准温度下,电池的库仑效率并记为ηn
(2)根据电池厂家给定的电池的工作温度,在工作温度区间内以相同的温差选取数个测试温度点,分别以每个测试温度点依据电池的额定充电截止电压Vmax、额定放电截止电压Vmin,以实验电流In对电池进行特定测试温度充放电实验,所述特定测试温度充放电实验的步骤如下:
(21)在某一测试温度T下,将电池从额定充电截止电压Vmax放电至额定放电截止电压Vmin,记录放电容量Q1;
(22)将经步骤(21)的电池在标准温度Tn下静置第一预设静置时间后检测电池的电压,若电池电压高于额定放电截止电压Vmin,则将电池以电流In放电至额定放电截止电压Vmin,并记录该步骤中放电过程的电量Q2,若电池电压低于额定放电截止电压Vmin,则该步骤中放电过程的电量Q2=0;
(23)在步骤(21)同一测试温度T下,将电池从额定放电截止电压Vmin充电至额定充电截止电压Vmax,记录充电容量Q3;
(24)将经过步骤(23)之后的电池在标准温度Tn下静置第二预设静置时间后检测电池的电压,若电池电压低于额定充电截止电压Vmax,则将电池以电流In充电至额定充电截止电压Vmax,并记录该步骤中充电的电量Q4,若电池电压高于额定充电截止电压Vmax,则该步骤中充电的电量Q4=0;
(25)利用公式:
计算并记录出当前测试温度下电池的库仑效率ηt,然后进行下一测试温度的所述特定测试温度充放电实验。
其中,以上所述实验电流In≤电池额定充放电电流I,为了确保电池在实验过程中不会因发热而引起很大温升,本方法将实验电流In缩小为充放电电流I的0.05~0.1倍进行实验。
作为优选的技术方案,还包括以下步骤:
(26)当计算库仑效率ηt大于1时,将库仑效率ηt修正为1。
作为优选的技术方案,所述步骤(1)中在标准充放电温度点对电池进行充放电测试实验的过程如下:
(11)在标准充放电温度点下,将电池从额定充电截止电压Vmax放电至额定放电截止电压Vmin,记录放电容量Qd-n
(12)在标准充放电温度点Tn下,将电池额定放电截止电压Vmin充电至额定充电截止电压Vmax,记录充电容量Qc-n
(13)根据公式:计算并记录标准充放电温度点下电池的库仑效率ηn
作为优选的技术方案,在进行所述步骤(11)之前先将电池置于标准充放电温度下静置第三预设静置时间。
作为优选的技术方案,在进行所述步骤(12)之前先将电池置于标准充放电温度下静置第四预设静置时间。
作为优选的技术方案,在进行所述步骤(21)之前先将电池置于待测试温度下静置第五预设静置时间。
作为优选的技术方案,在进行所述步骤(23)之前先将电池置于待测试温度下静置第六预设静置时间。
以上所述的第一预设静置时间为1~3小时,第二预设静置时间为1~3小时,第三预设静置时间为1~3小时,第四预设静置时间为1~3小时(其中,第一、二、三、四预设静置时间均优选为2小时);所述第五预设静置时间为3~8小时,所述第六预设静置时间为3~8小时(第五和第六预设静置时间优选为5小时)。
与现有技术相比,本发明具有如下优点:本方法通过设计电池充放电测试方案,解决了电池在不同温度下库仑效率计算不准确的问题,实验记录电池在不同温度下的库仑效率值,在计算SOC时提供准确的库仑效率参数有利于提高估算SOC精度;能够在保证电池最大可用容量大前提下,保护电池不被损坏。
具体实施方式
下面以具体实施例对本发明进行进一步的说明。
准确计算不同温度下电池库仑效率的方法,其步骤如下:
(1)在电池厂家规定的标准充放电温度Tn下,依据电池的额定充电截止电压Vmax、额定放电截止电压Vmin,以恒定实验电流In对电池进行标准充放电实验,记录放电容量Qd-n、充电容量Qc-n,利用公式:计算标准温度下,电池的库仑效率并记为ηn
(2)根据电池厂家给定的电池的工作温度,在工作温度区间内以相同的温差选取数个测试温度点【不同的电池厂家生产的电池,其工作温度范围不一样。优选为根据厂家给定的电池工作范围选取多个且相同温差的温度点进行试验即可。例如:厂家给的电池工作温度范围为-25~50℃,则测试温度取点temp:-25,-20,-15,-10,-5,0,5,10,15,20,25,30,35,40,45,50(℃)】,分别以每个测试温度点依据电池的额定充电截止电压Vmax、额定放电截止电压Vmin,以恒定的实验电流In对电池进行特定测试温度充放电实验,所述特定测试温度充放电实验的步骤如下:
(21)在某一测试温度T(10℃)下,将电池从额定充电截止电压Vmax放电至额定放电截止电压Vmin,记录放电容量Q1;
(22)将经步骤(21)的电池在标准温度Tn下静置第一预设静置时间后检测电池的电压,若电池电压高于额定放电截止电压Vmin,则将电池以电流In放电至额定放电截止电压Vmin,并记录该步骤中放电的电量Q2,若电池电压低于额定放电截止电压Vmin,则将电池以电流In充电至额定放电截止电压Vmin(若步骤(22)和步骤(23)采用同一电池做测试,则该充电过程为下一步骤(23)作准备,若两步骤不采用同一个电池,则该充电过程可省略不做),该步骤中放电过程的电量Q2=0;
(23)在步骤(21)同一测试温度T(10℃)下,将电池从额定放电截止电压Vmin充电至额定充电截止电压Vmax,记录充电容量Q3;
(24)将经过步骤(23)之后的电池在标准温度Tn下静置第二预设静置时间后检测电池的电压,若电池电压低于额定充电截止电压Vmax,则将电池以电流In充电至额定充电截止电压Vmax,并记录该步骤中放电的电量Q4,若电池电压高于额定充电截止电压Vmax,则将电池以电流In放电至额定充电截止电压Vmax,(若下一测试温度实验的步骤(21)和当前测试温度实验的步骤(24)采用同一电池做测试,则该放电过程为下一测试温度时间的步骤(21)作准备,若两步骤不采用同一个电池,则该放电过程可省略不做),该步骤中充电过程的电量Q4=0;
(25)利用公式:
计算并记录出当前测试温度T(10℃)下电池的库仑效率ηt,然后进行下一测试温度(15℃)的所述特定测试温度充放电实验,直至完成所有测试温度点测试。
其中,以上所述实验电流In≤电池额定充放电电流I,为了确保电池在实验过程中不会因发热而引起很大温升,本方法将实验电流In缩小为充放电电流I的0.05~0.1倍进行实验。
由于实验进行的时候设备的误差加上数据采集的误差,可能会造成在某些测试温度点下计算的库仑效率ηt大于1的情况,此情况在合理范围内,作为优选的技术方案,还包括以下步骤:
(26)当计算库仑效率ηt大于1时,将库仑效率ηt修正为1。
作为优选的技术方案,所述步骤(1)中在标准充放电温度点对电池进行充放电测试实验的过程如下:
(11)在标准充放电温度点下,将电池从额定充电截止电压Vmax放电至额定放电截止电压Vmin,记录放电容量Qd-n
(12)在标准充放电温度点下,将电池额定放电截止电压Vmin充电至额定充电截止电压Vmax,记录充电容量Qc-n
(13)根据公式:计算并记录标准充放电温度点下电池的库仑效率ηn
作为优选的技术方案,在进行所述步骤(11)之前先将电池置于标准充放电温度下静置第三预设静置时间。
作为优选的技术方案,在进行所述步骤(12)之前先将电池置于标准充放电温度下静置第四预设静置时间。
作为优选的技术方案,在进行所述步骤(21)之前先将电池置于待测试温度下静置第五预设静置时间。
作为优选的技术方案,在进行所述步骤(23)之前先将电池置于待测试温度下静置第六预设静置时间。
以上所述的第一预设静置时间为1~3小时,第二预设静置时间为1~3小时,第三预设静置时间为1~3小时,第四预设静置时间为1~3小时(其中,第一、二、三、四预设静置时间均优选为2小时);所述第五预设静置时间为3~8小时,所述第六预设静置时间为3~8小时(第五和第六预设静置时间优选为5小时)。
本方法在计算电池的库仑效率时,将电池厂家规定的标准充放电温度下的库仑效率作为标准来修正测试温度下的电池库仑效率;在特定的温度下计算SOC时,可根据上述测试温度下充放电测试实验的结果,采用线性插值法计算其他温度下的库仑效率,计算结果精准可靠。
以上所述者,仅为本发明的较佳实施例而已,当不能以此限定本发明实施的范围,即大凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰,皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (8)

1.准确计算不同温度下电池库仑效率的方法,其特征在于,其步骤如下:
(1)在电池厂家规定的标准充放电温度下,依据电池的额定充电截止电压Vmax、额定放电截止电压Vmin,以实验电流In对电池进行标准充放电实验,记录放电容量Qd-n、充电容量Qc-n,利用公式:计算标准温度下,电池的库仑效率并记为ηn
(2)选取数个测试温度点,分别以每个测试温度点依据电池的额定充电截止电压Vmax、额定放电截止电压Vmin,以实验电流In对电池进行特定测试温度充放电实验,所述特定测试温度充放电实验的步骤如下:
(21)在某一测试温度下,将电池从额定充电截止电压Vmax放电至额定放电截止电压Vmin,记录放电容量Q1;
(22)将经步骤(21)的电池在标准温度Tn下静置第一预设静置时间后检测电池的电压,若电池电压高于额定放电截止电压Vmin,则将电池以电流In放电至额定放电截止电压Vmin,并记录该步骤中放电的电量Q2,若电池电压低于额定放电截止电压Vmin,则该步骤中放电过程的电量Q2=0;
(23)在步骤(21)同一测试温度下,将电池从额定放电截止电压Vmin充电至额定充电截止电压Vmax,记录充电容量Q3;
(24)将经过步骤(23)之后的电池在标准温度Tn下静置第二预设静置时间后检测电池的电压,若电池电压低于额定充电截止电压Vmax,则将电池以电流In充电至额定充电截止电压Vmax,并记录该步骤中充电的电量Q4,若电池电压高于额定充电截止电压Vmax,则该步骤中充电的电量Q4=0;
(25)利用公式:
计算并记录出当前测试温度下电池的库仑效率ηt
其中,所述步骤(1)中在标准充放电温度点对电池进行充放电测试实验的过程如下:
(11)在标准充放电温度点下,将电池从额定充电截止电压Vmax放电至额定放电截止电压Vmin,记录放电容量Qd-n
(12)在标准充放电温度点下,将电池额定放电截止电压Vmin充电至额定充电截止电压Vmax,记录充电容量Qc-n
(13)根据公式:计算并记录标准充放电温度点下电池的库仑效率ηn
2.根据权利要求1所述的准确计算不同温度下电池库仑效率的方法,其特征在于,实验电流In为额定充放电电流I的0.05~0.1倍。
3.根据权利要求1所述的准确计算不同温度下电池库仑效率的方法,其特征在于,还包括以下步骤:
(26)当计算库仑效率ηt大于1时,将库仑效率ηt修正为1。
4.根据权利要求1所述的准确计算不同温度下电池库仑效率的方法,其特征在于,在进行所述步骤(11)之前先将电池置于标准充放电温度下静置第三预设静置时间,在进行所述步骤(12)之前先将电池置于标准充放电温度下静置第四预设静置时间。
5.根据权利要求1所述的准确计算不同温度下电池库仑效率的方法,其特征在于,在进行所述步骤(21)之前先将电池置于待测试温度下静置第五预设静置时间,在进行所述步骤(23)之前先将电池置于待测试温度下静置第六预设静置时间。
6.根据权利要求1所述的准确计算不同温度下电池库仑效率的方法,其特征在于,所述第一预设静置时间为1~3小时,所述第二预设静置时间为1~3小时。
7.根据权利要求4所述的准确计算不同温度下电池库仑效率的方法,其特征在于,第三预设静置时间为1~3小时,第四预设静置时间为1~3小时。
8.根据权利要求5所述的准确计算不同温度下电池库仑效率的方法,其特征在于,所述第五预设静置时间为3~8小时,所述第六预设静置时间为3~8小时。
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