CN109342955A - 一种锂离子电池容量的推算方法及系统 - Google Patents

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樊巨
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Abstract

本发明提供了一种锂离子电池容量的推算方法及系统，属于电池技术领域。它解决了现有电池容量测试仅限几个固定温度点位测试的问题。本锂离子电池容量的推算方法包括步骤：将锂离子电池在n个实验温度下进行放电测试，得出该锂电池在对应实验温度下的放电容量，从而得到n组试验数据；结合阿伦尼乌斯公式根据所述实验温度和对应的放电容量建立模型；根据所述模型推算出同款电池在所述实验温度的温度区间内的任意温度值的放电容量。本锂离子电池容量的推算方法具有不仅能推算出温度区间内任意温度点的电池容量值，而且准确度高的优点。

Description

一种锂离子电池容量的推算方法及系统
技术领域
本发明属于电池技术领域，涉及一种锂离子电池容量的推算方法及系统。
背景技术
随着锂离子电池的动力与储能系统在各个地区的广泛使用，基于电池使用环境温度不一，电池的放电容量不同，用户除了对电池寿命关注，也对电池续航越来越关注。
电池放电容量是指在规定条件下测得的电池输出的容量值，电池放电是对外输出电能的过程。电池放电容量性能会随着电池使用温度的不同而产生变化，目前锂离子电池也会根据客户需要，给电池做一些不同温度情况下的电池各性能测试，但测试温度较单一固定，仅限几个固定温度点位，无法有效对更多不同环境温度下的电池性能测试，尤其是电池放电容量这一电池性能测试。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提出了一种锂离子电池容量的推算方法及系统。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种锂离子电池容量的推算方法，其特征在于，包括步骤：
将锂离子电池在n个实验温度下进行放电测试，得出该锂电池在对应实验温度下的放电容量，从而得到n组试验数据；
结合阿伦尼乌斯公式根据所述实验温度和对应的放电容量建立模型；
根据所述模型推算出同款电池在所述实验温度的温度区间内的任意温度值的放电容量。
阿伦尼乌斯公式(Arrhenius equation)是由瑞典的阿伦尼乌斯所创立的化学反应速率常数随温度变化关系的经验公式。公式写作k＝Ae-Ea/RT(指数式)。k为速率常数，R为摩尔气体常量，T为热力学温度，Ea为表观活化能，A为指前因子(也称频率因子)。每组试验数据包含一个实验温度值和对应的放电容量值。
在上述的一种锂离子电池容量的推算方法中，所述的步骤将锂离子电池在n个实验温度下进行放电测试，得出该锂电池在对应实验温度下的放电容量，从而得到n组试验数据之前还包括步骤：
先将锂离子电池在常温环境下充满电。
常温也叫一般温度或者室温，一般定义为25℃，常温环境即为在温度为25℃的环境下。充满电即100％SoC；SOC，全称是State of Charge，荷电状态，也叫剩余电量，代表的是电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，常用百分数表示，当SOC＝0时表示电池放电完全，当SOC＝1时表示电池完全充满。
在上述的一种锂离子电池容量的推算方法中，所述的步骤结合阿伦尼乌斯方程根据所述实验温度和对应的放电容量建立模型包括步骤：
参考阿伦尼乌斯公式建立模型公式
其中，c为放电容量，T为摄氏度温度，T+273.15为热力学温度，a为常数；b为常数；
将上述模型公式转换为线性方程：
对上述n组试验数据中的任意三组、四组、五组…n-1组以及n组试验数据进行各自拟合度计算，选取拟合度大于0.99且组数最小的试验数据代入上述线性方程计算得出ln(a)和b值；
将上述得出的ln(a)和b值代入上述线性方程中建立模型。
在上述的一种锂离子电池容量的推算方法中，所述的n个实验温度中的n为14，实验温度分别为-30℃、-20℃、-10℃、0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃和50℃中的一个。
一种锂离子电池容量的推算系统，其特征在于，包括：
测试模块，用于将锂离子电池在n个实验温度下进行放电测试，得出该锂电池在对应实验温度下的放电容量，从而得到n组试验数据；
建模模块，用于结合阿伦尼乌斯方程根据所述实验温度和对应的放电容量建立模型；
推算模块，用于根据所述模型推算出同款电池在所述实验温度的温度区间内的任意温度值的放电容量。
在上述的一种锂离子电池容量的推算系统中，所述的测试模块之前还包括：
充电模块，用于先将锂离子电池在常温环境下充满电。
在上述的一种锂离子电池容量的推算系统中，所述的建模模块包括：
公式单元：用于参考阿伦尼乌斯公式建立模型公式
其中，c为放电容量，T为摄氏度温度，T+273.15为热力学温度，a为常数；b为常数；
转换单元，用于将上述模型公式转换为线性方程：
计算单元，用于对上述n组试验数据中的任意三组、四组、五组…n-1组以及n组试验数据进行各自拟合度计算，选取拟合度大于0.99且组数最小的试验数据代入上述线性方程计算得出ln(a)和b值；
建模单元，将上述得出的ln(a)和b值代入上述线性方程中建立模型。
在上述的一种锂离子电池容量的推算系统中，所述的n个实验温度中的n为14，实验温度分别为-30℃、-20℃、-10℃、0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃和50℃中的一个。
与现有技术相比，本发明结合化学反应速率常数随温度变化关系建立温度和放电容量之间的模型关系，更能反应真实的温度和放电容量之间的关系；同时，采用线性拟合方式以提高拟合度，使建立的模型关系更加准确，更加贴近真实情况，从而不仅能够通过该模型推算出在温度区间内任意温度值下的放电容量，而且准确度更高。
附图说明
图1是本锂离子电池容量的推算方法的流程图。
图2是本锂离子电池容量的推算系统的原理框图。
图3是本锂离子电池容量的推算系统中建模模块的原理框图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例一
如图1所示，本锂离子电池容量的推算方法，包括步骤：
S1、先将锂离子电池在常温环境下充满电；
S2、将锂离子电池在n个实验温度下进行放电测试，得出该锂电池在对应实验温度下的放电容量，从而得到n组试验数据；
S3、结合阿伦尼乌斯公式根据所述实验温度和对应的放电容量建立模型；
S4、根据所述模型推算出同款电池在所述实验温度的温度区间内的任意温度值的放电容量。
常温也叫一般温度或者室温，一般定义为25℃，常温环境即为在温度为25℃的环境下。充满电即100％SoC；SOC，全称是State of Charge，荷电状态，也叫剩余电量，代表的是电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，常用百分数表示，当SOC＝0时表示电池放电完全，当SOC＝1时表示电池完全充满。
阿伦尼乌斯公式(Arrhenius equation)是由瑞典的阿伦尼乌斯所创立的化学反应速率常数随温度变化关系的经验公式。公式写作k＝Ae-Ea/RT(指数式)。k为速率常数，R为摩尔气体常量，T为热力学温度，Ea为表观活化能，A为指前因子(也称频率因子)。每组试验数据包含一个实验温度值和对应的放电容量值。
具体的，步骤结合阿伦尼乌斯方程根据所述实验温度和对应的放电容量建立模型包括步骤：
参考阿伦尼乌斯公式建立模型公式
其中，c为放电容量，T为摄氏度温度，T+273.15为热力学温度，实验温度对应的是摄氏度温度，a为常数；b为常数；
将上述模型公式转换为线性方程：
对上述n组试验数据中的任意三组、四组、五组…n-1组以及n组试验数据进行各自拟合度计算，选取拟合度大于0.99且组数最小的试验数据代入上述线性方程计算得出ln(a)和b值；
将上述得出的ln(a)和b值代入上述线性方程中建立模型。
本实施例试验数据采取了14个实验温度进行放电测试，共产生14组试验数据，其n为14，实验温度包含-30℃、-20℃、-10℃、0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃和50℃，得到14组试验数组如下：
摄氏度温度 放电容量 1/(T+273.15) ln(1/c) 1/c
-30℃ 26.14 0.004113 -3.26347 0.038256
-20℃ 27.78 0.003950 -3.32432 0.035997
-10℃ 29.58 0.003800 -3.387042 0.033808
0℃ 30.96 0.003661 -3.43273 0.032299
5℃ 31.64 0.003595 -3.45434 0.031608
10℃ 32.30 0.003532 -3.47519 0.030956
15℃ 32.96 0.003470 -3.49532 0.030339
20℃ 33.61 0.003411 -3.51475 0.029755
25℃ 34.41 0.003354 -3.53835 0.029061
30℃ 34.87 0.003299 -3.55171 0.028676
35℃ 35.49 0.003245 -3.56929 0.028176
40℃ 36.10 0.003193 -3.5863 0.027701
50℃ 37.29 0.003095 -3.61875 0.026816
45℃ 36.70 0.003143 -3.60278 0.027248
对上述14组试验数据中的任意三组、四组、五组…13组以及14组试验数据进行各自拟合度计算，其中，摄氏度温度为(-30℃,0℃,15℃)这一组为拟合度大于0.99且组数最小的试验数据，将其对应的试验数据代入上述线性方程计算得出ln(a)和b值分别为328.4和-4.635，从而得出模型即线性方程：
根据上述模型公式，即可计算出任意温度值的放电容量，本发明结合化学反应速率常数随温度变化关系建立温度和放电容量之间的模型关系，更能反应真实的温度和放电容量之间的关系；同时，采用线性拟合方式以提高拟合度，使建立的模型关系更加准确，更加贴近真实情况，从而不仅能够通过该模型推算出在温度区间内任意温度值下的放电容量，而且准确度更高。
实施例二
如图2所示，本锂离子电池容量的推算系统，包括：
测试模块，用于将锂离子电池在n个实验温度下进行放电测试，得出该锂电池在对应实验温度下的放电容量，从而得到n组试验数据；
建模模块，用于结合阿伦尼乌斯方程根据所述实验温度和对应的放电容量建立模型；
推算模块，用于根据所述模型推算出同款电池在所述实验温度的温度区间内的任意温度值的放电容量。
阿伦尼乌斯公式(Arrhenius equation)是由瑞典的阿伦尼乌斯所创立的化学反应速率常数随温度变化关系的经验公式。公式写作k＝Ae-Ea/RT(指数式)。k为速率常数，R为摩尔气体常量，T为热力学温度，Ea为表观活化能，A为指前因子(也称频率因子)。每组试验数据包含一个实验温度值和对应的放电容量值。
测试模块之前还包括：
充电模块，用于先将锂离子电池在常温环境下充满电。
常温也叫一般温度或者室温，一般定义为25℃，常温环境即为在温度为25℃的环境下。充满电即100％SoC；SOC，全称是State of Charge，荷电状态，也叫剩余电量，代表的是电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，常用百分数表示，当SOC＝0时表示电池放电完全，当SOC＝1时表示电池完全充满。
具体的，如图3所示，建模模块包括：
公式单元，用于参考阿伦尼乌斯公式建立模型公式
其中，c为放电容量，T为摄氏度温度，T+273.15为热力学温度，a为常数；b为常数；
转换单元，用于将上述模型公式转换为线性方程：
计算单元，用于对上述n组试验数据中的任意三组、四组、五组…n-1组以及n组试验数据进行各自拟合度计算，选取拟合度大于0.99且组数最小的试验数据代入上述线性方程计算得出ln(a)和b值；
建模单元，将上述得出的ln(a)和b值代入上述线性方程中建立模型。
本实施例其推算方法及拟合原理均与实施例一相同，在此不再详细叙述。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。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 (8)

1.一种锂离子电池容量的推算方法，其特征在于，包括步骤：
将锂离子电池在n个实验温度下进行放电测试，得出该锂电池在对应实验温度下的放电容量，从而得到n组试验数据；
结合阿伦尼乌斯公式根据所述实验温度和对应的放电容量建立模型；
根据所述模型推算出同款电池在所述实验温度的温度区间内的任意温度值的放电容量。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池容量的推算方法，其特征在于，所述的步骤将锂离子电池在n个实验温度下进行放电测试，得出该锂电池在对应实验温度下的放电容量，从而得到n组试验数据之前还包括步骤：
先将锂离子电池在常温环境下充满电。
3.根据权利要求1或2所述的一种锂离子电池容量的推算方法，其特征在于，所述的步骤结合阿伦尼乌斯方程根据所述实验温度和对应的放电容量建立模型包括步骤：
参考阿伦尼乌斯公式建立模型公式
其中，c为放电容量，T为摄氏度温度，T+273.15为热力学温度，a为常数；b为常数；
将上述模型公式转换为线性方程：
对上述n组试验数据中的任意三组、四组、五组…n-1组以及n组试验数据进行各自拟合度计算，选取拟合度大于0.99且组数最小的试验数据代入上述线性方程计算得出ln(a)和b值；
将上述得出的ln(a)和b值代入上述线性方程中建立模型。
4.根据权利要求3所述的一种锂离子电池容量的推算方法，其特征在于，所述的n个实验温度中的n为14，实验温度分别为-30℃、-20℃、-10℃、0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃和50℃中的一个。
5.一种锂离子电池容量的推算系统，其特征在于，包括：
测试模块，用于将锂离子电池在n个实验温度下进行放电测试，得出该锂电池在对应实验温度下的放电容量，从而得到n组试验数据；
建模模块，用于结合阿伦尼乌斯方程根据所述实验温度和对应的放电容量建立模型；
推算模块，用于根据所述模型推算出同款电池在所述实验温度的温度区间内的任意温度值的放电容量。
6.根据权利要求5所述的一种锂离子电池容量的推算系统，其特征在于，所述的测试模块之前还包括：
充电模块，用于先将锂离子电池在常温环境下充满电。
7.根据权利要求5或6所述的一种锂离子电池容量的推算系统，其特征在于，所述的建模模块包括：
公式单元：用于参考阿伦尼乌斯公式建立模型公式
其中，c为放电容量，T为摄氏度温度，T+273.15为热力学温度，a为常数；b为常数；
转换单元，用于将上述模型公式转换为线性方程：
计算单元，用于对上述n组试验数据中的任意三组、四组、五组…n-1组以及n组试验数据进行各自拟合度计算，选取拟合度大于0.99且组数最小的试验数据代入上述线性方程计算得出ln(a)和b值；
建模单元，将上述得出的ln(a)和b值代入上述线性方程中建立模型。
8.根据权利要求7所述的一种锂离子电池容量的推算系统，其特征在于，所述的n个实验温度中的n为14，实验温度分别为-30℃、-20℃、-10℃、0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃和50℃中的一个。
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