CN108614218A - 一种连续测量锂离子电池动态内阻的方法 - Google Patents

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李扬
陈明彪
林仕立
宋文吉
冯自平
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Abstract

本发明公开了一种连续测量锂离子电池动态内阻的方法，该方法能够对锂离子电池内阻进行实时动态在线测量。该方法具体步骤包括：预先测量记录该锂离子电池满充状态下，不同温度工况下的小倍率放电时的电压电流数据。测量过程中，将电池进行满充，在选定温度选定电流大小下放电，记录电池的温度、电流以及实时电压，通过内阻计算公式计算出锂离子电池的直流内阻。本测量方法能够实时测量锂离子电池的动态直流内阻，有别于以往的离散式测量。该测量方法能够大大减少测量所需时间，提高测量效率，且测量结果为连续变化曲线，能够更好地反应出锂离子电池在放电过程中内阻的变化趋势，测量精度较为理想。

Description

一种连续测量锂离子电池动态内阻的方法
技术领域
本发明涉及电池测量技术领域，具体涉及一种连续测量锂离子电池动态内阻的方法。
背景技术
锂离子电池的使用性能与电池温度有关，温度会影响电池的内阻、容量、能量、倍率性能、循环效率、循环寿命、安全性等特性。其中，内阻大小变化最为直观，可以通过内阻变化表征电池其他特性变化。内阻在不同SOC(state of charge)下有不同的数值，利用内阻与SOC之间的变化关系，测出内阻即可预测电池的荷电状态；电池老化会导致电池性能发生变化，内阻的改变是衡量老化的一项重要指标。通过电池电池容量衰减与内阻增长之间的关系，测出内阻便可预测电池的老化程度，这对于电池的梯次利用以及提高电池安全性有着重要意义；内阻和电池温度之间也存在变化关系，通过内阻测量可以表征电池内部的温度特性，与传统测量手段相比既经济又高效。
对于电池组而言，内阻匹配尤为重要，失配会导致并联电池之间电流大小不均衡，加剧电池包老化。如果这种不均衡趋势不能得到有效地控制，将会导致热失控，引发安全问题。因此，了解电池内阻、容量、能量在不同温度下的变化规律，对于电池的使用和管理具有重要意义。
目前，对于电池直流内阻的测量，多采用脉冲法、HPPC(Hybrid Pulse PowerCharacterizatioi)法。受弛豫效应影响，测试时间较长且测量结果非连续，且在后期数据处理过程中，会因人为选点导致计算结果出现偏差。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种连续测量锂离子电池动态内阻的方法，便捷、高效地测出连续的内阻曲线，提高了测量结果的准确性。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种连续测量锂离子电池动态内阻的方法，所述方法包括：
S1、在稳定工况下测得并记录不同温度下，锂离子电池从满充状态，由小倍率放电至截止电压时，各放电容量时间段所对应的电压Un、电流In，获得锂离子电池小倍率放电的电压曲线，T1为最小温度，Tn为最大温度，n为正整数；
S2、测量待测锂离子电池的温度T，判断待测锂离子电池的温度T是否处于最小温度T1和最大温度Tn范围内，若不处于，则终止放电测量，若处于，则进入步骤S3；
S3、动态地测量待测锂离子电池的内阻
选择步骤S1中所记录的与温度T最接近的温度所对应的电流Ii和电压Ui作为参比电流、电压，然后将待测锂离子电池进行放电测量，并记录此时待测锂离子电池的电流I、电压U，以计算出待测锂离子电池的动态内阻R，其中，下标i是指步骤S1中n组数据里中的一组。
待测锂离子电池在放电过程中的电压U、电流I所对应的荷电状态与小倍率放电过程中的参比电流Ii和参比电压Ui所对应的荷电状态一致。
通过如下公式来计算出待测锂离子电池的动态内阻R：
通过温度传感器来测量待测锂离子电池的温度T。
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
本测量方法能够实时测量锂离子电池的动态直流内阻，有别于以往的离散式测量。该测量方法能够大大减少测量所需时间，提高测量效率，且测量结果为连续变化曲线，能够更好地反应出锂离子电池在放电过程中内阻的变化趋势，测量精度较为理想。
附图说明
图1为本实施例提供的连续测量锂离子电池动态内阻的方法流程图；
图2为为使用本测量方法测出的，C/4恒流放电下锂离子电池在-15℃、0℃、15℃、30℃、45℃、60℃下的动态内阻随放电容量的变化曲线；
图3为C/4恒流放电下锂离子电池在30℃的内阻测量及原理图例，参比电流选为C/25。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。
实施例：
参阅图1所示，本实施例提供的连续测量锂离子电池动态内阻的方法，该方法包括
S1、在稳定工况下测得并记录不同温度下，锂离子电池从满充状态，由小倍率放电至截止电压时，各放电容量时间段对应的电压Un、电流In，获得锂离子电池小倍率放电的电压曲线。具体地，电池满充状态认为电池在25℃下以标准充电制度充电至结束。预先测得的小倍率放电数据应根据所处温度的不同包含以下n组数据，按温度由小到大排列为：(I1,U1)(I2,U2)…(In,Un)，分别对应温度T1T2…Tn。最小温度T1、最大温度Tn由电池使用安全温度、以及实际使用温度决定。温度间隔ΔTi＝Ti-Ti-1由温度对内阻影响的大小决定，温度影响越大，间距越小，反之越大，式中下标i是指带n组数据里中一组的意思；
S2、测量待测锂离子电池的温度T，判断待测锂离子电池的温度T是否处于最小温度T1和最大温度Tn范围内，若不处于，则终止放电测量，若处于，则进入步骤S3；
S3、动态地测量待测锂离子电池的内阻
选择步骤S1中所记录的小倍率放电数据中温度最为接近的数据(Ii,Ui)作为参比数据，调用该数据并开始放电，并记录此时放电过程中的待测锂离子电池的电流I、电压U，通过如下的动态内阻计算公式来计算出待测电池的动态内阻R：
如图2所示，使用本测量方法测出的，C/4恒流放电下锂离子电池在-15℃、0℃、15℃、30℃、45℃、60℃下的动态内阻随放电容量的变化曲线。锂离子电池在放电过程中内阻是会发生变化，因此称之为动态内阻。
由此可知，本测量方法能够实时测量锂离子电池的动态直流内阻，有别于以往的离散式测量。该测量方法能够大大减少测量所需时间，提高测量效率，且测量结果为连续变化曲线，能够更好地反应出锂离子电池在放电过程中内阻的变化趋势，测量精度较为理想。
作为本实施例的一种优选，在上述待测锂离子电池在放电过程中的电压U、电流I所对应的荷电状态(SOC,state of charge)与小倍率放电过程中的参比电流Ii和参比电压Ui所对应的荷电状态一致，以进一步保证测量结果的准确性。
下面结合一个实例，来具体说明本测量方法：
以事后测量锂离子电池连续动态内阻为例，本次试验以某品牌的20Ah锂离子电池为研究对象，具体试验步骤如下：
(1)将电池置于25℃恒温箱中，静止1h，待电池达到热平衡后以C/3恒流充电至截止电压3.65V，随后在3.65V恒压下逐渐缩小充电电流，当充电电流小于1A(C/20)时结束充电。
(2)重新设定恒温箱温度(从60℃～-15℃，间隔15℃)。测量前，将电池置于恒温箱，静置1h，待电池达到热平衡后以C/25倍率恒流放电至截止电压2.7V，并记录电压数据。
(3)改变步骤(2)中放电倍率为C/4，重复步骤(1)、(2)。
(4)改变步骤(2)中恒温箱温度，重复步骤(1)、(2)、(3)。
将以上试验过程中得到的数据进行处理，带入动态内阻计算公式即可得出内阻随放电容量的变化图(见图2、3)。
本实例为事后测量锂离子电池连续动态内阻，若需实时测量，只需改变步骤(3)中记录电压数据为实时读取电压数据并处理，即可实现。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种连续测量锂离子电池动态内阻的方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、在稳定工况下测得并记录不同温度下，锂离子电池从满充状态，由小倍率放电至截止电压时，各放电容量时间段所对应的电压Un、电流In，获得锂离子电池小倍率放电的电压曲线，T1为最小温度，Tn为最大温度，n为正整数；
S2、测量待测锂离子电池的温度T，判断待测锂离子电池的温度T是否处于最小温度T1和最大温度Tn范围内，若不处于，则终止放电测量，若处于，则进入步骤S3；
S3、动态地测量待测锂离子电池的内阻
选择步骤S1中所记录的与温度T最接近的温度所对应的电流Ii和电压Ui作为参比电流、电压，然后将待测锂离子电池进行放电测量，并记录此时待测锂离子电池的电流I、电压U，以计算出待测锂离子电池的动态内阻R，其中，下标i是指步骤S1中n组数据里中的一组。
2.如权利要求1所述的连续测量锂离子电池动态内阻的方法，其特征在于，待测锂离子电池在放电过程中的电压U、电流I所对应的荷电状态与小倍率放电过程中的参比电流Ii和参比电压Ui所对应的荷电状态一致。
3.如权利要求1或2所述的连续测量锂离子电池动态内阻的方法，其特征在于，通过如下公式来计算出待测锂离子电池的动态内阻R：
4.如权利要求1所述的连续测量锂离子电池动态内阻的方法，其特征在于，通过温度传感器来测量待测锂离子电池的温度T。
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