CN110988713A - 一种锂离子电池脉冲电流能力测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池脉冲电流能力测试方法。首先计算锂离子电池在充放电循环过程中不同的脉冲电流在脉冲放电结束时对应的动态电压变化率，通过数据拟合，建立所述动态电压变化率与所述脉冲电流的关系式，然后根据所述关系式判断所述锂离子电池的脉冲电流能力。本发明中测试方法简单易行，有效节省了设备资源，能准确测试锂离子电池的脉冲电流能力，能够根据动态电压变化率来设定与锂离子电池相适配的脉冲电流，使锂离子电池在复合自身放电能力的条件下工作，为电池制造企业评估电池性能提供可靠的测试方法，同时为整车企业合理使用电池提供参考依据。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池测试领域，具体涉及一种锂离子电池脉冲电流能力测试方法。
背景技术
锂离子电池因其能量密度高、循环寿命长等优点，被广泛应用于电动汽车、储能、便携式电子等诸多领域中。随着国家对新能源汽车领域的大力支持，锂离子电池作为新能源汽车的重要零部件，其各项性能也备受关注。新能源汽车在实际使用工况中，会频繁的出现刹车，加速等操作；相应的对于电池而言，电池需要经常性进行脉冲充电和脉冲放电；电池在不同荷电状态下允许的脉冲充放电流也存在差异。为更好的保护电池，延长电池使用寿命，电池制造企业需要获知电池的脉冲电流能力，依此来推荐整车企业合理的使用电池。
目前大部分动力电池厂家提供与整车企业的电池脉冲电流表均是单次测试的结果，但是整车在实际使用过程中并不仅仅是单次；因此提供一个准确的，具有保证循环寿命的脉冲电流能力表更加贴近实际使用情况。
申请号为201610683056.0名为《一种基于双脉冲电流的锂电池欧姆内阻的测试方法》的中国发明专利，公开了一种锂电池欧姆内阻的测试方法，采用双脉冲电流，相对于单脉冲充电或放电，使脉冲电流增大了一倍，提高了电压的响应幅度，该测试方法简单可靠，适用性强。申请号为201310692276.X名为《一种单体电池直流内阻的测试方法》的中国发明专利，公开了一种单体电池直流内阻的测试方法，检测环境温度对电芯的影响程度，并对电芯在不同温度的工作状态进行记录，并以此测得在不同的环境温度中电池的内阻值，该发明能根据电芯在不同温度下的工作状态对电池的实际应用进行指导。申请号为201310684872.X名为《电池充放电边界条件的测试方法》的中国发明专利，公开了一种电池充电边界条件的测试方法和一种电池放电边界条件的测试方法，采用脉冲电流充放电，获取电池在不同温度、不同老化状态、不同荷电状态下脉冲电流值的充放电边界条件，为电池管理系统的开发提供参考。
上述发明虽然通过不同的方法对锂离子电池的工作状态进行了表征，能够为电池的开发和实际应用提供一定的理论依据，但是并不能反映出锂离子电池在频繁脉冲充放电条件下的使用情况。寻找一种能够直接反映锂离子电池频繁脉冲充放电过程中电池电压、使用寿命和脉冲电流之间的关系，将能够对电池制造企业评估电池性能、为整车企业合理使用电池提供准确的参考依据。
发明内容
为了解决所述现有技术的不足，本发明提供了一种锂离子电池脉冲电流能力测试方法。包括以下步骤：（1）将锂离子电池调节至设定的荷电状态；（2）对所述锂离子电池进行脉冲放电、恒流充电循环，使每次循环后所述锂离子电池恢复至所述设定的荷电状态；（3）计算所述循环过程中不同的脉冲电流在脉冲放电结束时对应的动态电压变化率，通过数据拟合，建立所述动态电压变化率与所述脉冲电流的关系式，然后根据所述关系式判断所述锂离子电池的脉冲电流能力。本发明中测试方法简单易行，有效节省了设备资源，能准确测试锂离子电池的脉冲电流能力，能够根据动态电压变化率来设定与锂离子电池相适配的脉冲电流，使锂离子电池在复合自身放电能力的条件下工作，为电池制造企业评估电池性能提供可靠的测试方法，同时为整车企业合理使用电池提供参考依据。
本发明所要达到的技术效果通过以下方案实现：
本发明提供了一种锂离子电池脉冲电流能力测试方法，包括如下步骤：
（1）将锂离子电池调节至设定的荷电状态；
（2）对所述锂离子电池进行脉冲放电、恒流充电循环，使每次循环后所述锂离子电池恢复至所述设定的荷电状态；
（3）计算所述循环过程中不同的脉冲电流在脉冲放电结束时对应的动态电压变化率，通过数据拟合，建立所述动态电压变化率与所述脉冲电流的关系式，然后根据所述关系式判断所述锂离子电池的脉冲电流能力。
锂离子电池在不同荷电状态下允许的脉冲电流存在较大的差异，在锂离子电池使用过程中，针对电池不同的荷电状态，设定相适配的脉冲电流，能够更好的保护电池，延长电池的使用寿命。本发明中，先将锂离子电池通过充放电调节至设定的荷电状态，然后对电池进行脉冲放电、恒流充电循环，使所述锂离子电池恢复至所述设定的荷电状态。锂离子电池经过充放电之后，荷电状态与初始的荷电状态相同，在此前提下，使得后续对锂离子电池脉冲电流能力的测试能够符合电池的实际荷电状态情况，在此前提下得出的脉冲电流能力测试结果能够反映锂离子电池的实际工作状态，提高测试结果的准确性。
本发明中通过数据处理软件计算循环过程中不同的脉冲电流在脉冲放电结束时对应的动态电压变化率，然后通过数据拟合，建立所述动态电压变化率与所述脉冲电流的关系式，然后根据所述关系式判断所述锂离子电池的脉冲电流能力。在实际应用中，能够依据所述关系式来判断所使用脉冲电流是否适用于锂离子当前的荷电状态，即能够根据所述关系式来判断所使用脉冲电流是否为最佳脉冲电流；还能根据所述关系式中动态电压变化率的大小来设定电池不同荷电状态下脉冲电流的大小，使得所提供的脉冲电流与电池的荷电状态相适配。
进一步地，上述锂离子电池脉冲电流能力测试方法，包括如下步骤：
S01，在第一温度条件下，以电流I1将锂离子电池充电至电压为U1后转为电压U1恒压充电，截止电流I0，此时所述锂离子电池的荷电状态为SOC1，然后进行第一次静置；
S02，在第二温度条件下，以电流I2对所述锂离子电池进行脉冲放电，然后进行第二次静置；
S03，在第二温度条件下，以电流I3对所述锂离子电池进行恒流充电，充电至所述锂离子电池的荷电状态为SOC1，然后进行第三次静置；
S04，以S02，S03的方法对所述锂离子电池进行循环；
S05，计算所述循环过程中所述电流I2脉冲放电结束时对应的动态电压变化率，通过数据拟合，建立所述动态电压变化率与所述电流I2的关系式；
S06，根据S05中所述关系式判断所述锂离子电池的脉冲电流能力。
本发明中，通过设定不同的电流I2对所述锂离子电池进行脉冲放电，即采用不同的脉冲电流对锂离子电池进行放电，然后在以电流I3对所述锂离子电池进行恒流充电，以此方法对锂离子电池进行循环实验，通过数据处理软件，优选为Matlab软件，计算在循环过程中，不同的脉冲电流在脉冲放电结束时对应的动态电压变化率，然后通过数据拟合，建立所述动态电压变化率与所述脉冲电流的关系式。本发明中发明人在实验中发现，采用不同的多阶多项式进行拟合，结果表明二次多项式的拟合效果最佳，拟合曲线最符合所述动态电压变化率随所述脉冲电流的变化规律；同时，在保证拟合精确性最佳的前提下，二次多项式形式较为简单，相对应的运算速度快，能够提高本发明中测试方法在实际使用过程中的使用效率。
进一步地，所述第一温度为20~30℃；所述第二温度为0~45℃。在常温（20~30℃）下将锂离子电池调节至设定的荷电状态，操作方法简单，不需要特定的操作条件，作为本发明中测试方法的前期准备工作，能够提高测试效率，节省设备成本。第二温度范围较广，对应锂离子电池实际使用过程的温度环境，在此温度条件下得出的实验结果能够客观反映出电池的实际工作状态，提高测试结果的准确性。
进一步地，所述第一次静置时间为3~10min；所述第二次静置时间为3~10min；所述第三次静置时间为3~10min。静置一段时间能使电池内部状态稳定性提高，提高测试结果的可靠性和稳定性。
进一步地，所述电流I1为0.3~0.8C；所述截止电流I0为0.01~0.05C。
进一步地，所述电压U1为（U0-0.2）~U0，所述U0为所述锂离子电池的充电电压目标值。采用电流I1将锂离子电池充电至略小于电池的充电电压目标值，能够提高测试结果的稳定性，避免在实际情况下因脉冲电流的波动引起电池内阻大幅度的变化，避免因脉冲电流的波动引起电池过充电或过放电，继而影响电池的使用性能。
进一步地，所述电流I2为1~20C；所述电流I3为0.1~0.5C。采用大电流进行脉冲放电，更接近电池的实际使用情况，能够减少脉冲放电的时间。采用小电流恒流充电则能保持电池的循环性能。
进一步地，所述脉冲放电的时间为5~35s。脉冲放电时间不宜太短，放电时间太短，电池荷电状态变化不明显，导致拟合结果准确性降低，且不能反映出电池的实际工作状态。放电时间过长，则会使得放电结束时电池的动态电压低于电池允许的脉冲下限电压，使电池处于过放电状态，降低电池的使用寿命。
进一步地，所述循环的循环次数为1500-2500次。循环次数越多，所能收集到的数据越多，拟合结果更加准确。但是循环次数过多则不利于实验的进行，降低实验效率，增加实验成本。
进一步地，所述动态电压变化率为70%~85%。锂离子电池动态电压变化率根据电池的寿命终止条件而设定，在70%~85%的变化率范围内，电池具有较好的工作性能。需要说明的是，本发明中动态电压变化率的范围可以参考电池制造企业、整车制造企业提供的范围，选取合适的动态电压变化率范围。
本发明具有以下优点：
1. 本发明采用脉冲充放电的方式，通过数据拟合，得出动态电压变化率与脉冲电流的关系式，能够客观反映锂离子电池的工作情况，能够根据该关系式判断所用脉冲电流是否适合锂离子电池的实际工作状态，还能根据该关系式直接选取锂离子电池工作过程中的脉冲电流。
2. 本发明中测试方法简单易行，有效节省了设备资源，为电池制造企业评估电池性能提供可靠的测试方法，同时为整车企业合理使用电池提供参考依据。
附图说明
图1为本发明中锂离子电池脉冲电流测试结果示意图。
图2为本发明中锂离子电池脉冲电流测试结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。
实施例中以18650圆柱型锂离子电池（电池容量为2.75Ah）作为实验对象，但并不对锂离子电池的型号进行限定，即本发明中锂离子电池脉冲电流能力测试方法不限于圆柱型锂离子电池的使用，此测试方法对于方型、软包等类型的锂离子电池均适用。
实施例1
（1）在25℃下，将实验电池以0.5C的电流充电至4.2V，然后转为4.2V恒压充电，截止电流0.01C，此时电池的荷电状态为100%，然后静置5min；
（2）在25℃下，以1C的电流对电池进行脉冲放电，放电时间为30s，然后静置5min；
（3）在25℃下，以0.1C的电流对电池进行恒流充电，充电时间为300s，此时电池的荷电状态为100%，然后静置5min；
（4）重复步骤（2）、步骤（3），以步骤（2）、步骤（3）的方法将电池进行循环2000次，计算循环过程中每次脉冲放电结束时的动态电压变化率；
（5）将脉冲放电电流调节至5C、8C，其他条件不变，在上述脉冲放电电流下对电池分别进行循环2000次，分别计算循环过程中每次脉冲放电结束时的动态电压变化率；
（6）通过数据拟合，建立动态电压变化率与脉冲电流的关系式。
实施例1中，锂离子电池脉冲电流测试结果示意图如附图1所示，图中，A1表示25℃下，电池以1C恒流脉冲放电30s后的动态电压循环变化率曲线；B1表示25℃下，电池以5C恒流脉冲放电30s后的动态电压循环变化率曲线；C1表示25℃下，电池以8C恒流脉冲放电30s后的动态电压循环变化率曲线。由图可以看出，在不同的脉冲电流下，锂电池动态变化率区别较大。在1C脉冲电流下，动态电压变化率几乎不变，在5C、8C脉冲电流下，动态电压变化明显，后期动态电压变化加剧，且8C脉冲电流下变化更为明显，说明电池在100%的荷电状态下，以5C、8C的脉冲电流对电池存在损伤，且8C脉冲电流下，该损伤更为明显，即电池不能以5C、8C电流进行脉冲放电，采用1C的脉冲电流较为合适。
实施例2
与实施例1相比，实施例2的不同之处在于，将脉冲电流调节至12C、15C、18C、20C，其他条件不变，对实验电池进行循环实验，得出动态电压变化率与脉冲电流的关系。
实施例3
与实施例1相比，实施例3的不同之处在于，将“第二温度”由25℃调整为45℃，其他条件不变。
实施例3中锂离子电池脉冲电流测试结果示意图如附图2所示，图中，A2表示45℃下，电池以1C恒流脉冲放电30s后的动态电压循环变化率曲线；B2表示45℃下，电池以5C恒流脉冲放电30s后的动态电压循环变化率曲线；C2表示45℃下，电池以8C恒流脉冲放电30s后的动态电压循环变化率曲线。由图可以看出，在45℃下，在1C脉冲电流下，动态电压变化率几乎不变，在5C、8C脉冲电流下，动态电压变化明显，即在45℃条件下采用1C的脉冲电流较为合适。
实施例4
与实施例1相比，实施例4的不同之处在于，将“第二温度”由25℃调整为45℃，将脉冲电流调节至12C、15C、18C、20C，其他条件不变，对实验电池进行循环实验，得出动态电压变化率与脉冲电流的关系。
实施例5
（1）在25℃下，将实验电池以0.5C的电流充电至4.15V，然后转为4.15V恒压充电，截止电流0.01C，此时电池的荷电状态为92%，然后静置5min；
（2）在25℃下，以1C的电流对电池进行脉冲放电，放电时间为30s，然后静置5min；
（3）在25℃下，以0.1C的电流对电池进行恒流充电，将电池充电至荷电状态为92%，然后静置5min；
（4）重复步骤（2）、步骤（3），以步骤（2）、步骤（3）的方法将电池进行循环2000次，计算循环过程中每次脉冲放电结束时的动态电压变化率；
（5）将脉冲放电电流调节至5C、8C，其他条件不变，在上述脉冲放电电流下对电池分别进行循环2000次，分别计算循环过程中每次脉冲放电结束时的动态电压变化率；
（6）通过数据拟合，建立动态电压变化率与脉冲电流的关系式。
实施例6
（1）在25℃下，将实验电池以0.5C的电流充电至4.1V，然后转为4.1V恒压充电，截止电流0.01C，此时电池的荷电状态为85%，然后静置5min；
（2）在25℃下，以1C的电流对电池进行脉冲放电，放电时间为30s，然后静置5min；
（3）在25℃下，以0.1C的电流对电池进行恒流充电，将电池充电至荷电状态为85%，然后静置5min；
（4）重复步骤（2）、步骤（3），以步骤（2）、步骤（3）的方法将电池进行循环2000次，计算循环过程中每次脉冲放电结束时的动态电压变化率；
（5）将脉冲放电电流调节至5C、8C，其他条件不变，在上述脉冲放电电流下对电池分别进行循环2000次，分别计算循环过程中每次脉冲放电结束时的动态电压变化率；
（6）通过数据拟合，建立动态电压变化率与脉冲电流的关系式。
实施例7
（1）在25℃下，将实验电池以0.5C的电流充电至4.0V，然后转为4.0V恒压充电，截止电流0.01C，此时电池的荷电状态为74%，然后静置5min；
（2）在25℃下，以1C的电流对电池进行脉冲放电，放电时间为30s，然后静置5min；
（3）在25℃下，以0.1C的电流对电池进行恒流充电，将电池充电至荷电状态为74%，然后静置5min；
（4）重复步骤（2）、步骤（3），以步骤（2）、步骤（3）的方法将电池进行循环2000次，计算循环过程中每次脉冲放电结束时的动态电压变化率；
（5）将脉冲放电电流调节至5C、8C，其他条件不变，在上述脉冲放电电流下对电池分别进行循环2000次，分别计算循环过程中每次脉冲放电结束时的动态电压变化率；
（6）通过数据拟合，建立动态电压变化率与脉冲电流的关系式。
由附图1、附图2可以看出，在相同温度及相同荷电状态下，不同脉冲电流对电池的影响比较明显，当脉冲电流大于电池在该荷电状态下所适用的电流时，电池的循环性能明显下降，且随着电流的增大，循环性能下降的越为明显。在相同荷电状态和相同的脉冲电流下，温度对电池的影响也较为明显，在相同荷电状态和相同的脉冲电流下，温度升高，电池的循环性能下降，该结论符合电池的特性，说明此方法的可靠性较高。
由附图1、附图2可知，当电池在不同的使用情况下，所对应的相适配的脉冲电流大小不同，本发明中能根据电池的实际使用情况，如使用温度、荷电状态等条件得出电池在实际使用中所对应的脉冲电流，且方法简单，耗费的设备资源少，能够为为电池制造企业评估电池性能提供可靠的测试方法，同时为整车企业合理使用电池提供参考依据。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种锂离子电池脉冲电流能力测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将锂离子电池调节至设定的荷电状态；
（2）对所述锂离子电池进行脉冲放电、恒流充电循环，使每次循环后所述锂离子电池恢复至所述设定的荷电状态；
（3）计算所述循环过程中不同的脉冲电流在所述脉冲放电结束时对应的动态电压变化率，通过数据拟合，建立所述动态电压变化率与所述脉冲电流的关系式，然后根据所述关系式判断所述锂离子电池的脉冲电流能力。
2.如权利要求1所述锂离子电池脉冲电流能力测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
S01，在第一温度条件下，以电流I1将锂离子电池充电至电压为U1后转为电压U1恒压充电，截止电流I0，此时所述锂离子电池的荷电状态为SOC1，然后进行第一次静置；
S02，在第二温度条件下，以电流I2对所述锂离子电池进行脉冲放电，然后进行第二次静置；
S03，在第二温度条件下，以电流I3对所述锂离子电池进行恒流充电，充电至所述锂离子电池的荷电状态为SOC1，然后进行第三次静置；
S04，以S02，S03的方法对所述锂离子电池进行循环；
S05，计算所述循环过程中所述电流I2脉冲放电结束时对应的动态电压变化率，通过数据拟合，建立所述动态电压变化率与所述电流I2的关系式；
S06，根据S05中所述关系式判断所述锂离子电池的脉冲电流能力。
3.如权利要求2所述锂离子电池脉冲电流能力测试方法，其特征在于：所述第一温度为20~30℃；所述第二温度为0~45℃。
4.如权利要求2所述锂离子电池脉冲电流能力测试方法，其特征在于：所述第一次静置时间为3~10min；所述第二次静置时间为3~10min；所述第三次静置时间为3~10min。
5.如权利要求2所述锂离子电池脉冲电流能力测试方法，其特征在于：所述电流I1为0.3~0.8C；所述截止电流I0为0.01~0.05C。
6.如权利要求2所述锂离子电池脉冲电流能力测试方法，其特征在于：所述电压U1为（U0-0.2）~U0，所述U0为所述锂离子电池的充电电压目标值。
7.如权利要求2所述锂离子电池脉冲电流能力测试方法，其特征在于：所述电流I2为1~20C；所述电流I3为0.1~0.5C。
8.如权利要求2所述锂离子电池脉冲电流能力测试方法，其特征在于：所述脉冲放电的时间为5~35s。
9.如权利要求2所述锂离子电池脉冲电流能力测试方法，其特征在于：所述循环的循环次数为1500-2500次。
10.如权利要求2所述锂离子电池脉冲电流能力测试方法，其特征在于：所述动态电压变化率为70%~85%。
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