CN108572321B - 一种新能源汽车及锂离子电池安全电流测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种新能源汽车及锂离子电池安全电流测试方法，该方法首先在不同温度条件下，使用持续的小电流对电池进行充放电，得到不同荷电状态下对应的充放电电压；然后，在不同温度和不同荷电状态下，采用不同倍率的电流对电池进行充放电，得到在不同温度和荷电状态下，电池充放电时刻电流与电压的拟合关系；根据此数据得到电池实际工作时，不同温度和荷电状态下充放电电压和充放电电流的值，从而通过实验测量得到电池的最大充电电流和最大放电电流。本发明解决了现有通过理论计算得到电池的输出电流和回馈电流不能够准确评估电池在不同温度、荷电状态条件下，锂离子电池能够承受的最大放电电流与最大充电电流的问题。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种新能源汽车及锂离子电池安全电流测试方法。
背景技术
随着锂离子电池应用领域的快速增长，锂离子电池已经成为生活中不可或缺的一部分。特别地，在储能领域、新能源汽车领域中得到广泛应用。在对电池前期研究过程中发现，影响锂离子电池能够承受的最大放电电流和最大充电电流的因素主要是电池内部极化的变化。随着锂离子电池循环次数的增加或者使用周期的延长，锂离子电池内部的极化(包括欧姆极化、浓差极化、电化学极化)在不断变化，从而影响锂离子电池的正极、负极电极电位的变化，最终造成锂离子电池可用能量的降低，使用寿命的降低，甚至影响锂离子电池的安全。
电池内部极化变化的影响因素包括电解液的影响、正负极材料的影响、电池的制作工艺参数的影响等等，最重要的是，在电池使用过程中，由于环境条件不同，例如温度、电流、SOC(State of Charge，荷电状态)、SOH(State of Health，健康状态)等，电池内部材料的降解会影响电池内部关键参数的变化，比如电池内阻、极片的孔隙率、电解液分布状态等等，从而导致电池在不同的环境状态下，电池内部的电流密度的分布均匀性、电压分布均匀性都会出现一定的差异。在差异性存在的前提下，为了保证锂离子电池在最优的状态下进行使用，保证锂离子电池最大的使用寿命周期，同时保证锂离子电池在整个生命周期内的安全性与可靠性，锂离子电池在不同状态下安全电流的评估至关重要。
现有锂离子电池的输出电流和最大充电电流能够通过理论计算得出，但在理论计算中的边界条件的选择与实际使用过程中的影响因素存在一定程度的差异，导致理论计算与实际使用过程的性能不符，并且现有相关国家标准及行业标准评估方案中并没有关于锂离子电池安全电流的测试评估方案，不能够准确评估电池在不同的温度、SOC条件下，锂离子电池能够承受的最大放电电流与最大充电电流。不能对锂子电池在使用过程中的电流进行准确的控制，容易导致锂离子电池出现鼓包、漏液甚至电池内部短路等安全事故。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂离子电池安全电流测试方法，用于解决现有通过理论计算得到电池的输出电流和回馈电流不能够准确评估电池在不同温度、荷电状态条件下，锂离子电池能够承受的最大放电电流与最大充电电流的问题；本发明还提供一种新能源汽车，用于解决现有的根据理论计算得到电池的输出电流和回馈电流的新能源汽车的充放电控制系统，不能够准确评估电池在不同温度、荷电状态条件下，锂离子电池能够承受的最大放电电流与最大充电电流的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
本发明提供一种锂离子电池安全电流测试方法，包括如下步骤：
1)测量在不同温度下，用持续电流对被测电池进行充电和放电，获得不同荷电状态下电池对应的持续充电电压和持续放电电压；
2)测量在不同温度下和不同荷电状态下，用不同倍率电流对电池进行交替充放电测试，获得不同倍率电流下对应的充电电压、充电电流和放电电压、放电电流；建立电池实际工作时，不同温度和不同荷电状态下充电电压、充电电流的充电函数关系，以及放电电压、放电电流的放电函数关系；
3)根据持续充电电压和充电函数关系，得到不同温度和不同荷电状态下对应的最大充电电流；根据持续放电电压和放电函数关系，得到不同温度和不同荷电状态下对应的最大放电电流。
进一步的，在某一温度测试过程中，保持电池自身温度变化在2℃范围内。
进一步的，获得不同荷电状态下电池对应的持续充电电压和持续放电电压的数据采集时间的时间间隔不大于1秒。
进一步的，在用不同倍率电流对电池进行交替充放电测试时，充电和放电测试之间设置一段静置时间。
进一步的，充放电时间相等，且均不大于30毫秒；所述静置时间不大于30分钟。
进一步的，获得的不同倍率电流下对应的充电电压、充电电流和放电电压、放电电流为充电截止时刻的充电电压、充电电流电流和放电截止时刻的放电电压、放电电流。
本发明还提供一种新能源汽车，包括车载锂离子电池和充放电控制系统，所述充放电控制系统在车辆运行时，根据实际运行时电池温度及电池荷电状况，对车载电池做工时的最大放电电流和回馈时的最大充电电流进行控制，控制时依据实际测量得到的控制数据进行控制，所述控制数据依据如下步骤得到：
1)测量在不同温度下，用持续电流对被测电池进行充电和放电，获得不同荷电状态下电池对应的持续充电电压和持续放电电压；
2)测量在不同温度下和不同荷电状态下，用不同倍率电流对电池进行交替充放电测试，获得不同倍率电流下对应的充电电压、充电电流和放电电压、放电电流；建立电池实际工作时，不同温度和不同荷电状态下充电电压、充电电流的充电函数关系，以及放电电压、放电电流的放电函数关系；
3)根据持续充电电压和充电函数关系，得到不同温度和不同荷电状态下对应的最大充电电流；根据持续放电电压和放电函数关系，得到不同温度和不同荷电状态下对应的最大放电电流。
进一步的，在某一温度测试过程中，保持电池自身温度变化在2℃范围内。
进一步的，获得不同荷电状态下电池对应的持续充电电压和持续放电电压的数据采集时间的时间间隔不大于1秒。
进一步的，在用不同倍率电流对电池进行交替充放电测试时，充电和放电测试之间设置一段静置时间。
进一步的，充放电时间相等，且均不大于30毫秒；所述静置时间不大于30分钟。
进一步的，获得的不同倍率电流下对应的充电电压、充电电流和放电电压、放电电流为充电截止时刻的充电电压、充电电流电流和放电截止时刻的放电电压、放电电流。
本发明的有益效果：
本发明提供的锂离子电池安全电流测试方法，解决了现有通过理论计算得到电池的输出电流和回馈电流不能够准确评估电池在不同温度、荷电状态条件下，锂离子电池能够承受的最大放电电流与最大充电电流的问题。首先，在不同温度条件下，使用持续的小电流对电池进行充放电，得到不同荷电状态下对应的充放电电压；然后，在不同温度和不同荷电状态下，采用不同倍率的电流对电池进行充放电，得到在不同温度和荷电状态下，电池充放电时刻电流与电压的拟合关系；根据此数据得到电池实际工作时，不同温度和荷电状态下充放电电压和充放电电流的值，从而通过实验测量得到电池的最大充电电流和最大放电电流。
通过该方法进行测量，测得的数据较为全面。而且，这样通过实验的方法来进行测量，测得的锂离子电池的参数更加符合具体情况以及电池的真实性能，从而使系统能够更好的管理、监控电池的性能，防止电池过充和过放，进而提高电池的寿命。
本发明还提供一种新能源汽车，该汽车的充放电控制系统采用的控制方法的数据来源即为上述锂离子电池安全电流测试方法实验测得的数据，该数据相对于理论得到的数据更加准确，符合电池的真实性能，利用该数据来定制控制策略更加实用。
附图说明
图1是本发明的方法流程图；
图2是安全电流测试过程中的充放电曲线图；
图3是实施例中充电拟合函数图；
图4是实施例中放电拟合函数图；
图5是实施例中测试数量图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，下面结合附图及实施例，对本发明做进一步的详细说明，但本发明的实施方式并不局限于此。
本发明的锂离子电池安全电流测试方法实施例：
下面以一标称电压为3.6V，标称容量为100Ah，采用的是铝塑膜外壳的锂离子电池为例来进行说明。具体的方法过程如图1所示，即：
在锂离子电池测试过程中，保持锂离子电池本体的温升≤2℃，确保电池本体达到温度平衡，避免测试过程中大幅度温升对锂离子动力电池的电极动力学产生影响。为了测试锂离子电池在各种温度环境下的性能，故该测试在环境温度-30℃～40℃进行。该测试以1℃为阶梯，测试环境温度分别为-30℃、-29℃、-28℃、……、38℃、39℃、40℃下锂离子电池的最大充电电流和最大放电电流。
下面具体以环境温度25℃为例来进行说明。
在测试过程中，保持锂离子电池所处的环境温度变化在2℃范围内，用10A的小电流对被测电池进行充、放电测试，以10ms为间隔进行数据采集，得到不同SOC下锂离子电池对应的持续充电电压和持续放电电压。
为了使锂离子电池的工作状态、荷电状态比较稳定，测得的持续充电电压和持续放电电压比较准确，需要采用持续的小电流对电池进行充放电。其中，小电流不大于0.5C，C表示锂离子电池的实际容量。但是，该电流也不能过小，以免由于电流太小，电池的充电以及放电过程比较缓慢，测试效率较低。对应在该实施例中持续电流为0.1C。
在对数据进行采集时，为了获得更密集的准确数据，即不同SOC下锂离子对应的持续充电电压和持续放电电压，综合考虑，在本实施例中以10ms为间隔进行数据采集。该值可根据实际情况进行调整。
例如，在电池充电充到SOC＝50％时，测得锂离子电池在该状态下的持续充电电压VC＝3.9V，将电池放电放到SOC＝50％时，测得锂离子电池在该状态下的持续放电电压VD＝3.45V。
在SOC＝50％时，如图2所示，采用不同倍率电流对电池进行交替充放电测试，具体的：
0.3C恒流放电10s，静置10min，转为0.3C恒流充电10s，静置10min；
0.5C恒流放电10s，静置10min，转为0.5C恒流充电10s，静置10min；
1C恒流放电10s，静置10min，转为1C恒流充电10s，静置10min；
2C恒流放电10s，静置10min，转为2C恒流充电10s，静置10min；
3C恒流放电10s，静置10min，转为3C恒流充电10s，静置10min。
在该测试过程中，分别测得0.33C、1C、2C、3C、5C、10C电流下对应的充电截止时刻的电压、电流和放电截止时刻的电压、电流，具体数据如下表所示：
表1
选择充电和放电截止时刻的电压作为充电和放电过程中的电压，是因该时刻电压数据更加稳定。
接着，分别将充放电截止时刻的电流、电压数据进行拟合，得到的拟合函数绘制出如图3所示、图4所示的横坐标为电流参数、纵坐标为电压参数的V-I曲线图。
根据充电截止时刻的充电电压、电流数据，得到充电拟合函数：y＝A*x+B，A和B为常数，x表示电流参数，y表示电压参数，则：
y＝0.0008x+3.6799
将持续充电电压VC＝3.900V代入充电拟合函数，解析得出x＝275.125，也就得出在该25℃±2℃温度、SOC＝50％情况下，锂离子电池能够承认的最大充电电流IREG＝275.125A。
根据放电截止时刻的放电电压、电流数据，得到放电拟合函数：y＝C*x+D，C和D为常数，x表示电流参数，y表示电压参数，则：
y＝-0.0007x+3.676
将持续放电电压VD＝3.450V代入放电拟合函数，解析得出x＝322.857，也就得出在该25℃±2℃温度、SOC＝50％情况下，锂离子电池能够承认的最大放电电流IDIS＝322.857A。
在这里做拟合时，可采用最小二乘法，也可采用其他常规的数据拟合方法来将充放电截止时刻的电流、电压数据进行拟合，以得到充电函数关系和放电函数关系。
如图5所示，根据以上测试方法、数据提取以及数据分析方法，便可相应得到锂离子电池在其他温度、SOC条件下，锂离子电池能够承受的最大放电电流和最大充电电流。
本发明的新能源汽车实施例：
本发明还提供一种新能源汽车，该新能源汽车包括车载锂离子电池和充放电控制系统。该充放电控制系统时在车辆运行时，根据实际运行工况，例如车辆上下坡状况、电池自身温度、电池荷电状态等，对电池做工放电和回馈充电状况下的电流进行钳位控制。在行使控制策略时，依据的数据便是通过上述方法测量得到的数据。由于该方法测得的数据更加准确、实用性更好，也使得基于该方法制定的新能源汽车的控制策略更加可靠、实用。
Claims (12)
1.一种锂离子电池安全电流测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)测量在不同温度下，用持续电流对被测电池进行充电和放电，获得不同荷电状态下电池对应的持续充电电压和持续放电电压；
2)测量在不同温度下和不同荷电状态下，用不同倍率电流对电池进行交替充放电测试，获得不同倍率电流下对应的充电电压、充电电流和放电电压、放电电流；建立电池实际工作时，不同温度和不同荷电状态下充电电压、充电电流的充电函数关系，以及放电电压、放电电流的放电函数关系；
3)根据持续充电电压和与之对应温度、荷电状态下的充电函数关系，得到不同温度和不同荷电状态下持续充电电压对应的最大充电电流；根据持续放电电压和与之对应温度、荷电状态下的放电函数关系，得到不同温度和不同荷电状态下持续放电电压对应的最大放电电流。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池安全电流测试方法，其特征在于，在某一温度测试过程中，保持电池自身温度变化在2℃范围内。
3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池安全电流测试方法，其特征在于，获得不同荷电状态下电池对应的持续充电电压和持续放电电压的数据采集时间的时间间隔不大于1秒。
4.根据权利要求1或2所述的锂离子电池安全电流测试方法，其特征在于，在用不同倍率电流对电池进行交替充放电测试时，充电和放电测试之间设置一段静置时间。
5.根据权利要求4所述的锂离子电池安全电流测试方法，其特征在于，充放电时间相等，且均为10秒；所述静置时间不大于30分钟。
6.根据权利要求1或2所述的锂离子电池安全电流测试方法，其特征在于，获得的不同倍率电流下对应的充电电压、充电电流和放电电压、放电电流为充电截止时刻的充电电压、充电电流电流和放电截止时刻的放电电压、放电电流。
7.一种新能源汽车，包括车载锂离子电池和充放电控制系统，其特征在于，所述充放电控制系统在车辆运行时，根据实际运行时电池温度及电池荷电状况，对车载电池做工时的最大放电电流和回馈时的最大充电电流进行控制，控制时依据实际测量得到的控制数据进行控制，所述控制数据依据如下步骤得到：
1)测量在不同温度下，用持续电流对被测电池进行充电和放电，获得不同荷电状态下电池对应的持续充电电压和持续放电电压；
2)测量在不同温度下和不同荷电状态下，用不同倍率电流对电池进行交替充放电测试，获得不同倍率电流下对应的充电电压、充电电流和放电电压、放电电流；建立电池实际工作时，不同温度和不同荷电状态下充电电压、充电电流的充电函数关系，以及放电电压、放电电流的放电函数关系；
3)根据持续充电电压和与之对应温度、荷电状态下的充电函数关系，得到不同温度和不同荷电状态下持续充电电压对应的最大充电电流；根据持续放电电压和与之对应温度、荷电状态下的放电函数关系，得到不同温度和不同荷电状态下持续放电电压对应的最大放电电流。
8.根据权利要求7所述的新能源汽车，其特征在于，在某一温度测试过程中，保持电池自身温度变化在2℃范围内。
9.根据权利要求7或8所述的新能源汽车，其特征在于，获得不同荷电状态下电池对应的持续充电电压和持续放电电压的数据采集时间的时间间隔不大于1秒。
10.根据权利要求7或8所述的新能源汽车，其特征在于，在用不同倍率电流对电池进行交替充放电测试时，充电和放电测试之间设置一段静置时间。
11.根据权利要求10所述的新能源汽车，其特征在于，充放电时间相等，且均为10秒；所述静置时间不大于30分钟。
12.根据权利要求7或8所述的新能源汽车，其特征在于，获得的不同倍率电流下对应的充电电压、充电电流和放电电压、放电电流为充电截止时刻的充电电压、充电电流电流和放电截止时刻的放电电压、放电电流。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 450061 Yutong Road, Guancheng District, Zhengzhou City, Henan Province Patentee after: Yutong Bus Co., Ltd Address before: 450016 shibalihe Yutong Industrial Park, Zhengzhou City, Henan Province Patentee before: Zhengzhou Yutong Bus Co., Ltd |
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| CP03 | Change of name, title or address |