CN108919134B - 电池单体功率评估方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池单体功率评估方法，包括：仿真车辆急加速工况，获得急加速工况下的电池包功率指标；根据电池包功率指标，计算急加速工况下的电池单体功率指标；根据电池单体功率指标，使待测电池单体在预定条件下进行急加速工况模拟测试；监测测试中的待测电池单体的电压变化，并在模拟测试结束时获得待测电池单体的结束电压；根据结束电压与预设的下限电压的关系，确定待测电池单体的功率性能的评估结果。本发明在简化评估程序的基础上保证了测试结果的准确性，因此能够有效节省开发成本并提升评估效率。相应于上述评估方法，本发明还公开了一种电池单体功率评估系统。

Description

电池单体功率评估方法及系统

技术领域

本发明涉及新能源汽车领域，尤其涉及一种电池单体功率评估方法及系统。

背景技术

加速时间是电动汽车优于燃油汽车的显著优势，而电池又是电动汽车的动力源，因此为了匹配电机的高峰值功率需求，在电池单体开发的前期阶段，对电池单体功率的评估是必不可少的。

目前对电池功率的评估方法一种是来自电池厂商的HPPC法，即Hybrid PulsePower Characteristic(混合动力脉冲能力特性测试)，但HPPC法测试结果与实际某车用电机的峰值功率没有直观的量化关系，无法与整车实际需求准确匹配；另一种是恒功率法，即在一定的时间内保持功率不变，电压恰好降至下限电压测得的功率数值，但恒功率法测试过程过于繁琐，导致评估效率较低，同时由于可重复性不佳，因此比较有限次功率数值获得的试验结果误差也可能较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种电池单体功率评估方法，主要解决在前期单体开发阶段，快速准确地评价待测电池单体的功率性能。

本发明采用的技术方案如下：

一种电池单体功率评估方法，包括：

仿真车辆急加速工况，获得急加速工况下的电池包功率指标；

根据电池包功率指标，计算急加速工况下的电池单体功率指标；

根据电池单体功率指标，使待测电池单体在预定条件下进行急加速工况模拟测试；

监测测试中的待测电池单体的电压变化，并在模拟测试结束时获得待测电池单体的结束电压；

根据结束电压与预设的下限电压的关系，确定待测电池单体的功率性能的评估结果。

可选地，所述根据结束电压与预设的下限电压的关系，确定待测电池单体的功率性能的评估结果包括：

比较结束电压是否小于等于预设的下限电压；

若是，则确定待测电池单体的功率性能不合格；若否，则确定待测电池单体的功率性能合格。

可选地，所述预定条件包括：

按预定的温度值设置测试温度，并按预定的SOC值设置待测电池单体的测试初始电量。

可选地，所述根据电池包功率指标，计算急加速工况下的电池单体功率指标包括：

根据电池包中电池单体的数量以及电池成组效率系数，计算电池单体相应于急加速工况下的电池包功率指标的电池单体功率指标。

可选地，所述方法还包括：

在多个测试合格的待测电池单体中，判定待测电池单体的功率性能优劣。

可选地，所述在多个测试合格的待测电池单体中，判定待测电池单体的功率性能优劣包括：

比较合格的待测电池单体的结束电压，判定结束电压较高的待测电池单体的功率性能优于结束电压较低的待测电池单体的功率性能。

一种电池单体功率评估系统，包括：

仿真模块，用于仿真车辆急加速工况，获得急加速工况下的电池包功率指标；

计算模块，用于根据电池包功率指标，计算急加速工况下的电池单体功率指标；

测试模块，用于根据电池单体功率指标，使待测电池单体在预定条件下进行急加速工况模拟测试；

电压监测模块，用于监测测试中的待测电池单体的电压变化，并在模拟测试结束时获得待测电池单体的结束电压；

评估模块，用于根据结束电压与预设的下限电压的关系，确定待测电池单体的功率性能的评估结果。

可选地，所述评估模块包括：

电压比较单元，用于比较结束电压是否小于等于预设的下限电压；

评价单元，用于若电压比较单元输出为是，则确定待测电池单体的功率性能不合格；若电压比较单元输出为否，则确定待测电池单体的功率性能合格。

可选地，所述测试模块包括：

温度设置单元，用于按预定的温度值设置测试温度；

电量设置单元，用于按预定的SOC值设置待测电池单体的测试初始电量。

可选地，所述评估模块还用于在多个测试合格的待测电池单体中，判定待测电池单体的功率性能优劣。

本发明摒弃了常规的比较功率数值的传统电池单体功率评估方法，提出了一种工况比较法，具体是按照一定的测试条件对电池单体进行极端工况模拟测试，并根据测试结束电压来评价电池单体的功率性能是否能满足整车动力性需求。所以在前期单体开发阶段即可以通过本发明简便且准确地对电池单体功率性能作出判断，由于本发明大大简化测试程序，因而能够有效节省开发成本、提升评估效率。

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步描述，其中：

图1为本发明提供的电池单体功率评估方法的实施例的流程图；

图2为本发明提供的电池单体功率评估方法的另一个实施例的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

在对本发明的具体实施方式进行说明之前，对本发明的设计构思进行如下解释：对于电池性能，尤其是电池功率性能的评估方法，传统的恒功率法虽然得到了业内的普通认可及应用，但其效率低且重复性差的弊端却不能忽视，因而本发明的初衷是提供一种便捷、简化、高效、准确且等效的评估方法，以期替代繁琐的传统测试方法。考虑到动力电池性能优异表现与整车实际工况特别是驱动电机的工况强相关，因而在综合比对新能源车辆的各种实际使用工况后，可以合理预测车辆急加速工况对于电池功率的需求是最为苛刻的，所以本发明构思基础是以急加速工况作为一种极端使用工况，并以此条件设计如下实施方式，以期待在单体开发前期就可以快速且准确地判定出电池的功率性能是否匹配驱动电机在急加速工况下的功率需求。当然，本领域技术人员可以理解的是，当电池单体的功率输出满足苛刻的极端使用条件，则必然适应其他非极端的实际工况。

具体来说，本发明提供了一种电池单体功率评估方法的实施例，如图1所示，包括：

步骤S1、仿真车辆急加速工况，获得急加速工况下的电池包功率指标；

步骤S2、根据电池包功率指标，计算急加速工况下的电池单体功率指标；

步骤S3、根据电池单体功率指标，使待测电池单体在预定条件下进行急加速工况模拟测试；

步骤S4、监测测试中的待测电池单体的电压变化，并在模拟测试结束时获得待测电池单体的结束电压；

步骤S5、根据结束电压与预设的下限电压的关系，确定待测电池单体的功率性能的评估结果。

首先可以由现有的新能源车辆仿真软件，仿真出某款车型在急加速工况下的动力电池功率指标，可以通过功率-时间曲线表示出该功率指标。由于仿真出的结果是整个电池包的功率数据，因此有必要计算出相应于该电池包功率指标的电池单体功率指标；在实际操作中，可以通过电池包的串并联单体个数，以及成组效率系数(例如0.7)折算出对于该电池包的电池单体急加速工况下的功率指标，而且同样可以由功率-时间曲线表示。接着可以利用现有的台架试验系统，将前述步骤计算得到的电池单体功率指标输入至试验系统中，并在预定条件下对待测的电池单体实施急加速工况模拟测试，即根据前述步骤得到的电池单体功率指标，使电池单体模拟该工况进行放电；这里需补充的是，所称预定条件是指统一预设的测试环境，这是考虑到对于电池单体的性能评估通常不是针对单一某一个单体，而且针对组成电池包的多个单体而言，因此需要在一定的预设环境下，以统一的测试标准进行评估才有实际意义，这里所述预定条件可以是指在相同温度、湿度、测试器件以及SOC的情况下，在实际操作中，考虑到温度及SOC对电池性能影响更为直接，因此在另一实施例中，所称预定条件包括按预定的温度值设置测试温度(例如0℃)，并按预定的SOC值设置待测电池单体的测试初始电量(例如30％)，其中各数值可以根据实际需求进行调整，优选根据车辆的实际工况将测试环境设置为具有一定苛刻要求的条件，以此确保在其他非苛刻条件必能适用。

接续上文，在测试过程中监测待测电池单体的电压变化，至测试结束时得到待测电池单体的结束电压，这里所称结束电压顾名思义是指测试结束时的待测电池单体电压；需指出的是，本领域技术人员可以理解的是，所称测试结束至少包括两种情形，一种是待测电池单体正常地按照前述电池单体功率指标完成急加速工况模拟，另一种则是由于电池单体不良，在工况模拟测试中途测试中止，但无论哪种情况，一旦急加速工况模拟测试结束(正常结束或被迫结束)均获取结束时的结束电压。由此，引出最后的评估步骤，即根据结束电压与预设的下限电压的关系，确定待测电池单体的功率性能的评估结果；这里所称下限电压也称为放电截止电压、终止电压，用以表征对于单体所能允许的最低电压，低于该下限电压则有可能导致单体受损或失效；针对不同的电池，该下限电压值也有所区别，例如三元电池的下限电压可以是2.75V，磷酸铁锂电池则可以是2.3V，因此该下限电压值可根据实际测试对象进行预先设定。如前文提及的由于电池单体不良，可能在工况模拟测试中途导致测试中止的主要原因，即待测电池单体电压在急加速工况下，降至预设的下限电压。

由此，本发明在另一个较佳实施例中，对于评估方法给出了具体的实施参考。如图2所示，前述步骤S5、根据结束电压与预设的下限电压的关系，确定待测电池单体的功率性能的评估结果，可以具体为：

步骤S51、比较结束电压是否小于等于预设的下限电压；

步骤S52、若是，则确定待测电池单体的功率性能不合格；反之执行步骤S53、若否，则确定待测电池单体的功率性能合格。

即如果结束电压等于或低于下限电压，说明该待测电池单体的功率性能不达标，可能无法满足整车的实际需求，因此可确定该待测电池单体为不合格；如果结束电压高于下限电压，则表明待测电池单体的功率性能足以满足整车的实际需求，因此可确定为合格；当然，在某些测试标准下(由于本发明是以极端的使用工况验证电池功率性能，因此允许略降低测试苛刻要求，以使合格率提升)，也可以将等于下限电压划入合格标准。

同样在图2实施例中，本发明还进一步提供了评判合格电池单体优劣的实施参考，在该实施例中还包括在多个测试合格的待测电池单体中，判定待测电池单体的功率性能优劣。具体流程为：

步骤S54、比较合格的待测电池单体的结束电压；

步骤S55、判定结束电压较高的待测电池单体的功率性能优于结束电压较低的待测电池单体的功率性能。

该过程是为了从合格的电池单体中筛选出性能更优的单体，作为后续电池包组成的首选。技术依据可以由公式P＝(U开始-U结束)*U结束/DCR而来；其中，DCR即单体内阻＝(U开始-U结束)/I，因为前文中提及了采用相同的测试条件，其中包括一定的SOC值，因此可以默认U开始是固定值，并且由仿真及折算步骤获得的单体功率指标P也是一致的，那么U结束越小则说明DCR越大，反之U结束越大则说明DCR越小，因此可以判定出合格的待测电池单体中哪个单体DCR更小，以此选为更佳。从另一角度，将不同的U结束假设为相同的电压值后，即可以反推出利用恒功率法测得的DCR越大则功率值P越小的结论。由此可以佐证，本发明提出的工况比较法的评估结果与传统的恒功率法是等效的。

基于上述实施例及优选方案，本发明相应地提出了一种电池单体功率评估系统实施参考，该系统包括：

用于仿真车辆急加速工况，获得急加速工况下的电池包功率指标的仿真模块；用于根据电池包功率指标，计算急加速工况下的电池单体功率指标的计算模块；用于根据电池单体功率指标，使待测电池单体在预定条件下进行急加速工况模拟测试的测试模块；用于监测测试中的待测电池单体的电压变化，并在模拟测试结束时获得待测电池单体的结束电压的电压监测模块；用于根据结束电压与预设的下限电压的关系，确定待测电池单体的功率性能的评估结果的评估模块。

进一步地，该评估模块可以具体包括：

用于比较结束电压是否小于等于预设的下限电压的电压比较单元；

用于若电压比较单元输出为是，则确定待测电池单体的功率性能不合格；若电压比较单元输出为否，则确定待测电池单体的功率性能合格的评价单元。

进一步地，该测试模块可以具体包括：

用于按预定的温度值设置测试温度的温度设置单元；

用于按预定的SOC设置待测电池单体的测试初始电量的电量设置单元。

当然，如前文提及的，所述评估模块还可以用于在多个测试合格的待测电池单体中，判定待测电池单体的功率性能优劣。

本领域技术人员可以理解的是，本发明的上述系统实施例可以通过现有的硬件实现(如测试台架、仿真系统)，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件程序实现，或者以软硬件相结合来实现。当然，还可以把上述系统实施例中的模块或单元组合成一个模块或单元，以及，还可以把它们分成多个子模块或子单元予以实现。对此本发明不做限定。

最后需强调的是，与传统技术相比，本发明具有以下创新优势：

1)突破传统思路，将可预测的极端车辆工况作为评估条件和标准。

2)简化评估步骤，仅比对苛刻条件下的结束电压即可得到合格与否乃至性能优劣的评估结果，从而提升效率。

3)测试结论被传统方式验证准确有效，因此可以完全替代现有的繁琐方式，以节省成本。

4)在开发前期即可预料整车动力性，避免成组电池包后(甚至整车制造后)才发现功率性能不足的问题。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，但以上所述仅为本发明的较佳实施例，需要言明的是，上述实施例及其优选方式所涉及的技术特征，本领域技术人员可以在不脱离、不改变本发明的设计思路以及技术效果的前提下，合理地组合搭配成多种等效方案；因此，本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电池单体功率评估方法，其特征在于，包括：

仿真车辆急加速工况，获得急加速工况下的电池包功率指标；

根据电池包功率指标，计算急加速工况下的电池单体功率指标；

根据电池单体功率指标，使待测电池单体在预定条件下进行急加速工况模拟测试；

监测测试中的待测电池单体的电压变化，并在模拟测试结束时获得待测电池单体的结束电压，所述结束电压包括正常结束或被迫结束的电压；

根据结束电压与预设的下限电压的关系，确定待测电池单体的功率性能的评估结果。

2.根据权利要求1所述的电池单体功率评估方法，其特征在于，所述根据结束电压与预设的下限电压的关系，确定待测电池单体的功率性能的评估结果包括：

比较结束电压是否小于等于预设的下限电压；

若是，则确定待测电池单体的功率性能不合格；若否，则确定待测电池单体的功率性能合格。

3.根据权利要求1所述的电池单体功率评估方法，其特征在于，所述预定条件包括：

按预定的温度值设置测试温度，并按预定的SOC值设置待测电池单体的测试初始电量。

4.根据权利要求1所述的电池单体功率评估方法，其特征在于，所述根据电池包功率指标，计算急加速工况下的电池单体功率指标包括：

根据电池包中电池单体的数量以及电池成组效率系数，计算电池单体相应于急加速工况下的电池包功率指标的电池单体功率指标。

5.根据权利要求1～4任一项所述的电池单体功率评估方法，其特征在于，所述方法还包括：

在多个测试合格的待测电池单体中，判定待测电池单体的功率性能优劣。

6.根据权利要求5所述的电池单体功率评估方法，其特征在于，所述在多个测试合格的待测电池单体中，判定待测电池单体的功率性能优劣包括：

比较合格的待测电池单体的结束电压，判定结束电压较高的待测电池单体的功率性能优于结束电压较低的待测电池单体的功率性能。

7.一种电池单体功率评估系统，其特征在于，包括：

仿真模块，用于仿真车辆急加速工况，获得急加速工况下的电池包功率指标；

计算模块，用于根据电池包功率指标，计算急加速工况下的电池单体功率指标；

测试模块，用于根据电池单体功率指标，使待测电池单体在预定条件下进行急加速工况模拟测试；

电压监测模块，用于监测测试中的待测电池单体的电压变化，并在模拟测试结束时获得待测电池单体的结束电压，所述结束电压包括正常结束或被迫结束的电压；

评估模块，用于根据结束电压与预设的下限电压的关系，确定待测电池单体的功率性能的评估结果。

8.根据权利要求7所述的电池单体功率评估系统，其特征在于，所述评估模块包括：

电压比较单元，用于比较结束电压是否小于等于预设的下限电压；

评价单元，用于若电压比较单元输出为是，则确定待测电池单体的功率性能不合格；若电压比较单元输出为否，则确定待测电池单体的功率性能合格。

9.根据权利要求7所述的电池单体功率评估系统，其特征在于，所述测试模块包括：

温度设置单元，用于按预定的温度值设置测试温度；

电量设置单元，用于按预定的SOC值设置待测电池单体的测试初始电量。

10.根据权利要求7～9任一项所述的电池单体功率评估系统，其特征在于，所述评估模块还用于在多个测试合格的待测电池单体中，判定待测电池单体的功率性能优劣。

Images