CN108398647B - 锂电池不同充放电曲线获取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锂电池不同工况下放电曲线快速获取方法。锂电池不同充放电曲线获取方法，依次包括下述步骤：(1)获取铅酸电池数据，建立锂电池不同区间下给定不同恒流倍率间的电压间线性关系以及不同温度间的电压间的线性关系表fm()；(2)获取恒流条件下完整充电电压与SOC曲线Chavolni(sock)和放电电压与SOC曲线Disvolni(sock)。该锂电池不同充放电曲线获取方法的优点是无需采用对每种电池进行多次不同恒流充放电试验获取充放电电压与SOC对应曲线，并可以根据环境温度修正在不同温度下的充放电电压与SOC对应曲线，以便锂电池的SOC计算更加准确。

Description

锂电池不同充放电曲线获取方法
技术领域
本发明涉及一种锂电池不同工况下放电曲线快速获取方法。
背景技术
蓄电池具有工作电压和比能量密度高、循环性好、无记忆效应等优点，被广泛用于便携装置储能电池中，并在新能源方面潜力巨大。前者主要包括3C产品，即计算机、通讯和消费电子产品。动力电池包括电动自行车和新能源汽车以及电动工具等领域。随着锂电池性价比的进一步提高，未来将向大规模太阳能系统、电网调峰、住家电力储存设施方面延伸。在电池使用过程中蓄电池荷电状态是一个重要的指标，即当前状态下实际所能提供的电量与完全充电应能提供的电量的比值，用SOC表示，可以知道电池的剩余容量。
现在市场上的电池监测设备一般只有整组电池SOC的显示，少部分有显示单体电池SOC信息的。计算方法主要有开路电压法、安时积分法、以及各种数学算法等，此类方法一般均需要内置一套标准数据，比如放电电压与SOC对应曲线、充电电压与SOC对应曲线，以便用以计算。
目前对不同锂电池的标准数据一般还是实验法获取放电电压与SOC对应曲线、充电电压与SOC对应曲线，非常耗费时间也并不有效，或者仅仅不管电池型号仅仅使用同一种标准数据。但是不同电池厂家电池特性存在较大差异，同一厂家、同一批次的电池成组也存在差异，所以使用同一种放电电压与SOC对应曲线、充电电压与SOC对应曲线是不能适用所有锂电池的。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂电池不同充放电曲线获取方法，无需采用对每种电池进行多次不同恒流充放电试验即可方便准确的获取充放电电压与SOC对应曲线。
实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：锂电池不同充放电曲线获取方法，依次包括下述步骤：(1)获取铅酸电池数据，建立锂电池不同区间下给定不同恒流倍率间的电压间线性关系以及不同温度间的电压间的线性关系表fm()；(2)获取恒流条件下完整充电电压与SOC曲线Chavolni(sock)和放电电压与SOC曲线Disvolni(sock)，其中n表示第n节电池，i表示第n节电池第i种温度恒流工况；
Figure BDA0001585980500000011
sock∈[0,100]；k∈[0,kmax]，k、kmax为整数；对于相邻两个sock之间的开路电压数据采用线性插值获取；(3)通过公式一使用一条完整充电电压与SOC曲线Chavolni(sock)估算另一条恒流条件下完整充电电压与SOC曲线Chavolnj(sock)，公式一是：
Figure BDA0001585980500000012
第n节电池第j种温度恒流工况首尾两个数据为：Chavolnj(0)＝Chavolni(0)、Chavolnj(100)＝Chavolni(100)，第n节电池第j种温度恒流工况其它特征数据通过不同区间下给定不同恒流倍率间的电压间线性关系以及不同温度间的电压间的线性关系表获取；通过公式二使用一条恒流条件下完整放电电压与SOC曲线Disvolni(sock)估算另一恒流条件下条完整充电电压与SOC曲线Disvolnj(sock)，公式二是
Figure BDA0001585980500000021
第n节电池第j种温度恒流工况首尾两个数据为：Disvolnj(0)＝Disvolni(0)、Disvolnj(100)＝Disvolni(100)，第n节电池第j种温度恒流工况其它特征数据通过内置的不同区间下给定不同恒流倍率间的电压间线性关系以及不同温度间的电压间的线性关系表获取；公式一和公式二通过R个区间和R+1个特征点进行计算。
作为优选，kmax＝21。
作为优选，公式一和公式二通过sock∈[0,K1]、sock∈[K1,K2]、sock∈[K2,K3]、sock∈[K3,100]四区间五个特征点进行计算。进一步的，Chavolnj(K1)＝fm(Chavolni(K1))、Chavolnj(K2)＝fm(Chavolni(K2))、Chavolnj(K3)＝fm(Chavolni(K3))。Disvolnj(K1)＝fm(Disvolni(K1))、Disvolnj(K2)＝fm(Disvolni(K2))、Disvolnj(K3)＝fm(Disvolni(K3))。
作为优选，锂电池是同一类电池，包括如磷酸铁锂电池、三元锂电池、钛酸锂电池等。
采用了上述技术方案的锂电池不同充放电曲线获取方法，充放电电压与SOC曲线快速获取方法，无需采用对每种电池进行多次不同恒流充放电试验获取充放电电压与SOC对应曲线，并可以根据环境温度修正在不同温度下的充放电电压与SOC对应曲线，以便锂电池的SOC计算更加准确。
附图说明
图1：本专利实施例中磷酸铁锂电池不同倍率下的充电曲线。
图2：本专利实施例中磷酸铁锂电池不同倍率下的放电曲线。
图3：本专利实施例中磷酸铁锂电池不同倍率下的放电曲线的分段归一化曲线。
具体实施方式
一种锂电池不同恒流充放电下，依次包括下述步骤：(1)通过实验获取第1类磷酸铁锂锂电池数据，通过soc∈[0,K1]、soc∈[K1,K2]、soc∈[K2,K3]、soc∈[K3,100]，soc∈[0,100]四区间五个特征点，建立磷酸铁锂锂电池不同区间下给定不同恒流倍率间的电压间线性关系以及不同温度间的电压间的线性关系表f1()；(2)获取到一条恒流条件下完整充电电压与SOC曲线Chavolni(sock)与放电电压与SOC曲线Disvolni(sock)，其中n表示第n节电池，i表示第n节电池第i种温度恒流工况；
Figure BDA0001585980500000022
sock∈[0,100]；k∈[0,kmax]，k、kmax为整数，优选kmax＝21；对于相邻两个sock之间的开路电压数据优选采用线性插值获取；(3)通过公式一使用一条恒流条件下完整充电电压与SOC曲线Chavolni(sock)估算另一条恒流条件下完整充电电压与SOC曲线Chavolnj(sock)，公式一是：
Figure BDA0001585980500000031
优选的通过sock∈[0,K1]、sock∈[K1,K2]、sock∈[K2,K3]、sock∈[K3,100]四区间五个特征点进行计算；根据锂电池的特性，得知第n节电池第j种温度恒流工况首尾两个数据为：Chavolnj(0)＝Chavolni(0)、Chavolnj(100)＝Chavolni(100)，第n节电池第j种温度恒流工况其他三特征数据通过内置的不同区间下给定不同恒流倍率间的电压间线性关系以及不同温度间的电压间的线性关系表获取，具体是：Chavolnj(K1)＝f1(Chavolni(K1))、Chavolnj(K2)＝f1(Chavolni(K2))、Chavolnj(K3)＝f1(Chavolni(K3))；其他不同倍率间可通过线性法获取；通过公式二使用一条恒流条件下完整放电电压与SOC曲线Disvolni(sock)估算另一条恒流条件下完整充电电压与SOC曲线Disvolnj(sock)，公式二是
Figure BDA0001585980500000032
优选的通过sock∈[0,K1]、sock∈[K1,K2]、sock∈[K2,K3]、sock∈[K3,100]四区间五个特征点进行计算；根据锂电池的特性，得知第n节电池第j种温度恒流工况首尾两个数据为：Disvolnj(0)＝Disvolni(0)、Disvolnj(100)＝Disvolni(100)，第n节电池第j种温度恒流工况其他三特征数据通过内置的不同区间下给定不同恒流倍率间的电压间线性关系以及不同温度间的电压间的线性关系表获取，具体是Disvolnj(K1)＝f2(Disvolni(K1))、Disvolnj(K2)＝f2(Disvolni(K2))、Disvolnj(K3)＝f2(Disvolni(K3))。
充电：通过实验获取1类磷酸铁锂锂电池数据，通过soc∈[0,K1]、soc∈[K1,K2]、soc∈[K2,K3]、soc∈[K3,100]，soc∈[0,100]四区间五个特征点，建立磷酸铁锂锂电池不同区间下给定不同恒流倍率间的电压间线性关系以及不同温度间的电压间的线性关系表f1()；如，某一类磷酸铁锂锂电池在25℃下，不同倍率下的线性关系表f1()如下：
电流倍率 K1电压(V) K2电压(V) K3电压(V)
0.1C 3.31 3.33 3.36
0.5C 3.35 3.37 3.40
1.0C 3.40 3.42 3.45
通过sock∈[0,K1]、sock∈[K1,K2]、sock∈[K2,K3]、sock∈[K3,100]四区间五个特征点进行计算，第n节电池第j种温度恒流工况其他三特征数据通过内置的不同区间下给定不同恒流倍率间的电压间线性关系以及不同温度间的电压间的线性关系表获取，具体是：Chavolnj(K1)＝f1(Chavolni(K1))，Chavolnj(K2)＝f1(Chavolni(K2))，Chavolnj(K3)＝f1(Chavolni(K3))；其他不同倍率间可通过线性法获取。
使用一条恒流条件下完整充电电压与SOC曲线Chavolni(sock)估算另一条恒流条件下完整充电电压与SOC曲线Chavolnj(sock)，以磷酸铁锂电池为例，其充电初始与截止点可认为相同。如：Chavolnj(0)＝Chavolni(0)＝3.00，Chavolnj(100)＝Chavolni(100)＝3.65。
如通过0.1C获取1.0C下充电的曲线，数值如下：
电流倍率 K1电压(V) K2电压(V) K3电压(V)
0.1C 3.31 3.33 3.36
1.0C 3.40 3.42 3.45
代入公式：
Figure BDA0001585980500000041
可得
Figure BDA0001585980500000042
Figure BDA0001585980500000043
Figure BDA0001585980500000044
Figure BDA0001585980500000045
磷酸铁锂电池不同倍率下的充电曲线如图1所示。
放电：通过实验获取1类磷酸铁锂锂电池数据，通过soc∈[0,K1]、soc∈[K1,K2]、soc∈[K2,K3]、soc∈[K3,100]，soc∈[0,100]四区间五个特征点，建立磷酸铁锂锂电池不同区间下给定不同恒流倍率间的电压间线性关系以及不同温度间的电压间的线性关系表f1()；如，某一类磷酸铁锂锂电池在25℃下，不同倍率下的放电线性关系表f1()如下：
电流倍率 K1电压(V) K2电压(V) K3电压(V)
0.1C 3.20 3.25 3.30
0.5C 3.11 3.17 3.22
1.0C 3.O0 3.10 3.15
通过sock∈[0,K1]、sock∈[K1,K2]、sock∈[K2,K3]、sock∈[K3,100]四区间五个特征点进行计算；第n节电池第j种温度恒流工况其他三特征数据通过内置的不同区间下给定不同恒流倍率间的电压间线性关系以及不同温度间的电压间的线性关系表获取，具体是Disvolnj(K1)＝f2(Disvolni(K1))、Disvolnj(K2)＝f2(Disvolni(K2))、Disvolnj(K3)＝f2(Disvolni(K3))。
使用一条恒流条件下完整放电电压与SOC曲线Disvolni(sock)估算另一条恒流条件下完整放电电压与SOC曲线Disvolnj(sock)，以磷酸铁锂电池为例，其放电初始与截止点可认为相同。如：Disvolnj(0)＝Disvolni(0)＝2.80、Disvolnj(100)＝Disvolni(100)＝3.35。
如通过0.1C获取1.0C下放电的曲线。
电流倍率 K1电压(V) K2电压(V) K3电压(V)
0.1C 3.20 3.25 3.30
1.0C 3.O0 3.10 3.15
代入公式:
Figure BDA0001585980500000051
可得
Figure BDA0001585980500000052
Figure BDA0001585980500000053
Figure BDA0001585980500000061
Figure BDA0001585980500000062
磷酸铁锂电池不同倍率下的放电曲线如图2所示。图3是磷酸铁锂电池不同倍率下的放电曲线的分段归一化曲线，通过研究不同充放电电流的数据，进行归一化处理后，具有很好的一致性，可以通过该方式推出各种曲线。
本发明提供一种锂电池不同恒流充放电下，充放电电压与SOC曲线快速获取方法，无需采用对每种电池进行多次不同恒流充放电试验获取充放电电压与SOC对应曲线，并可以根据环境温度修正在不同温度下的充放电电压与SOC对应曲线，以便锂电池的SOC计算更加准确。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明作举例说明。例如锂电池是磷酸铁锂电池、三元锂电池、钛酸锂电池等同一类电池，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.锂电池不同充放电曲线获取方法，其特征在依次包括下述步骤：(1)获取锂电池数据，建立锂电池不同区间下给定不同恒流倍率间的电压间线性关系以及不同温度间的电压间的线性关系表fm()；(2)获取恒流条件下完整充电电压与SOC曲线Chavolni(sock)和放电电压与SOC曲线Disvolni(sock)，其中n表示第n节电池，i表示第n节电池第i种温度恒流工况；
Figure FDA0002417748420000011
sock∈[0,100]；k∈[0,kmax]，k、kmax为整数；对于相邻两个sock之间的开路电压数据采用线性插值获取；(3)通过公式一使用一条完整充电电压与SOC曲线Chavolni(sock)估算另一条恒流条件下完整充电电压与SOC曲线Chavolnj(sock)，公式一是：
Figure FDA0002417748420000012
第n节电池第j种温度恒流工况首尾两个数据为：Chavolnj(0)＝Chavolni(0)、Chavolnj(100)＝Chavolni(100)，第n节电池第j种温度恒流工况其它特征数据通过不同区间下给定不同恒流倍率间的电压间线性关系以及不同温度间的电压间的线性关系表获取；通过公式二使用一条恒流条件下完整放电电压与SOC曲线Disvolni(sock)估算另一恒流条件下条完整充电电压与SOC曲线Disvolnj(sock)，公式二是
Figure FDA0002417748420000013
第n节电池第j种温度恒流工况首尾两个数据为：Disvolnj(0)＝Disvolni(0)、Disvolnj(100)＝Disvolni(100)，第n节电池第j种温度恒流工况其它特征数据通过内置的不同区间下给定不同恒流倍率间的电压间线性关系以及不同温度间的电压间的线性关系表获取；公式一和公式二通过R个区间和R+1个特征点进行计算。
2.根据权利要求1所述的锂电池不同充放电曲线获取方法，其特征在于kmax＝21。
3.根据权利要求1所述的锂电池不同充放电曲线获取方法，其特征在于公式一和公式二通过sock∈[0,K1]、sock∈[K1,K2]、sock∈[K2,K3]、sock∈[K3,100]四区间五个特征点进行计算。
4.根据权利要求3所述的锂电池不同充放电曲线获取方法，其特征在于Chavolnj(K1)＝fm(Chavolni(K1))、Chavolnj(K2)＝fm(Chavolni(K2))、Chavolnj(K3)＝fm(Chavolni(K3))。
5.根据权利要求3所述的锂电池不同充放电曲线获取方法，其特征在于Disvolnj(K1)＝fm(Disvolni(K1))、Disvolnj(K2)＝fm(Disvolni(K2))、Disvolnj(K3)＝fm(Disvolni(K3))。
6.根据权利要求1所述的锂电池不同充放电曲线获取方法，其特征在于锂电池是同一类电池。
7.根据权利要求6所述的锂电池不同充放电曲线获取方法，其特征在于同一类电池是磷酸铁锂电池、三元锂电池、钛酸锂电池中的一种。
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