CN111751733B - 一种储能电池内部温度的标定方法和检测方法 - Google Patents

一种储能电池内部温度的标定方法和检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种储能电池内部温度的标定方法和检测方法，检测方法包括如下步骤：对储能电池进行标定实验，得到储能电池内部温度与交流阻抗角之间的关系；检测储能电池的交流阻抗角，结合标定出的储能电池内部温度与交流阻抗角之间的关系，得到储能电池的内部温度；对储能电池进行标定实验的方法为：将储能电池放置到恒温箱中；在设定温度范围内按照设定步长调节恒温箱的温度，在各温度下检测储能电池的表面温度，将其作为储能电池的内部温度，并在各温度下检测储能电池的交流阻抗角，得到储能电池内部温度与其交流阻抗角之间的对应关系。本发明所提供的技术方案能够解决现有技术中对储能电池内部温度检测的方法破坏其结构的问题。

Description

一种储能电池内部温度的标定方法和检测方法
技术领域
本发明属于储能电池内部温度检测技术领域，具体涉及一种储能电池内部温度的标定方法和检测方法。
背景技术
储能电池，如锂电池在运行过程中，其内部温度不仅会影响其运行的安全性，还会影响其工作的效率，如当锂电池的内部温度过高时可能引起爆炸，当锂电池的内部温度过低时将不能正常放电。因此为了保证锂电池的安全性和稳定性，需要对其内部温度进行检测。
安装在锂电池包外的温度传感器不能实时感知其内部的温度，锂电池内部的温度可能在几秒到几十秒内剧烈升高，从而贻误阻止发生热失控的时机。
现有技术中检测锂电池内部温度的方法是在锂电池的内部植入温度传感器以对其内部温度进行监控。但对于已经生产好的锂电池植入传感器会破坏其结构，对其造成不可逆的损害，影响其使用寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种储能电池内部温度的标定方法和检测方法，以解决现有技术中对储能电池内部温度检测的方法破坏其结构的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种储能电池内部温度的标定方法，包括如下步骤：
将储能电池放置到恒温箱中；
在设定温度范围内按照设定步长调节恒温箱的温度，在各温度下静置4小时检测储能电池的表面温度，将其作为储能电池的内部温度，并在各温度下检测储能电池的交流阻抗角，得到储能电池内部温度与其交流阻抗角之间的对应关系。
进一步的，所述储能电池包括多个荷电量不同的储能电池。
进一步的，当储能电池在各温度下放置设定时间后再检测其交流阻抗角。
进一步的，所述交流阻抗角的计算公式为：
其中R为储能电池的内阻，Z为储能电池的阻抗，为储能电池的交流阻抗角。
进一步的，还包括如下步骤：对储能电池的内部温度、交流阻抗角之间的关系进行曲线拟合，得到用于表示储能电池内部温度与交流阻抗角之间关系的曲线。
一种储能电池内部温度的检测方法，包括如下步骤：
对储能电池进行标定实验，得到储能电池内部温度与交流阻抗角之间的关系；
检测储能电池的交流阻抗角，结合标定出的储能电池内部温度与交流阻抗角之间的关系，得到储能电池的内部温度；
对储能电池进行标定实验的方法为：
将储能电池放置到恒温箱中；
在设定温度范围内按照设定步长调节恒温箱的温度，在各温度下静置4小时检测储能电池的表面温度，将其作为储能电池的内部温度，并在各温度下检测储能电池的交流阻抗角，得到储能电池内部温度与其交流阻抗角之间的对应关系。
进一步的，所述储能电池包括多个荷电量不同的储能电池。
进一步的，当储能电池在各温度下放置设定时间后再检测其交流阻抗角。
进一步的，所述交流阻抗角的计算公式为：
其中R为储能电池的内阻，Z为储能电池的阻抗，为储能电池的交流阻抗角。
进一步的，对储能电池进行标定实验的方法还包括如下步骤：对储能电池的内部温度、交流阻抗角之间的关系进行曲线拟合，得到用于表示储能电池内部温度与交流阻抗角之间关系的曲线。
本发明所提供的技术方案，通过标定实验获取锂电池内部温度与其交流阻抗角之间的关系，得到该关系之后，通过检测锂电池的交流阻抗角即可得到其内部温度。由于本发明所提供的技术方案无需破坏锂电池的结构，所以能够解决现有技术中对储能电池内部温度检测的方法破坏其结构的问题。
附图说明
图1是本发明检测方法实施例中储能电池内部温度的检测方法的流程图；
图2是本发明检测方法实施例中储能电池内部温度标定方法的流程图；
图3是本发明检测方法实施例中的储能电池内部温度与交流阻抗角之间的拟合曲线。
具体实施方式
本发明的目的是提供一种储能电池内部温度的标定方法和检测方法，以解决现有技术中对储能电池内部温度检测的方法破坏其结构的问题。
检测方法实施例：
本实施例提供一种储能电池内部温度的检测方法，其流程如图1所示，包括如下步骤：
(1)通过标定实验，得到储能电池内部温度与其交流阻抗角之间的关系。
(2)对储能电池进行检测，得到其交流阻抗，并根据其交流阻抗计算其交流阻抗角。
(3)根据储能电池内部温度与其交流阻抗角之间的关系和检测到的储能电池的交流阻抗角，得到储能电池的内部温度。
本实施例中，标定储能电池内部温度与其交流阻抗角之间关系的方法的流程如图2所示，包括如下步骤：
对5块储能电池进行充电，将其电量均充电至100％，然后对其分别进行放电，将其电量分别放电至总电量的10％、30％、50％、70％、90％。
将5块储能电池放置到恒温箱中，按照在30到105℃范围内逐渐升高的方式调节恒温箱的温度，调节的步长为5℃；将5块电池在各温度下放置4小时，将各储能电池表面的温度作为其内部温度，然后检测各温度下各储能电池的交流阻抗，并根据各温度下各储能电池的交流阻抗计算其交流阻抗角。由于储能电池的交流阻抗角与其荷电状态无关，因此在相同温度下，检测到的各储能电池的交流阻抗相同。
在标定实验中，在各温度下检测储能电池的交流阻抗时，检测各温度下各储能电池在外加交流电流频率为1～1200Hz范围内的70个频率点的交流阻抗，得到与储能电池荷电状态无关并且能够分辨储能电池内部温度的交流阻抗角的外加交流电流频率，采用该频率的外加交流电流进行标定实验，得到各温度下各储能电池的交流阻抗。
根据各电池在各温度下的交流阻抗角进行曲线拟合，得到用于表示储能电池内部温度与交流阻抗角之间关系的曲线。
本实施例中，储能电池交流阻抗角的计算公式为：
其中R为储能电池的内阻，Z为储能电池的阻抗，为储能电池的交流阻抗角。
本实施例以中天储能科技有限公司生产的锂电池为例进行说明，该锂电池的正极材料为磷酸铁锂，负极材料为石墨，标称容量为24Ah，充电截止电压为3.6V，放电截止电压为2.8V，外形尺寸为27mm*70mm*130mm，重量为550g。
本恒温箱采用的是上海坤天实验仪器有限公司生产的产品型号为101-3A的恒温箱，其温控范围为室温+5～250℃。用于检测锂电池温度的热电偶采用的是埃用仪器(苏州)有限公司生产的型号为ETA1001K型热电偶。热电偶数据记录仪采用的是深圳市拓普瑞电子有限公司生产的型号为TOPRIE TP9000型多路数据记录仪。
充放电测试仪采用的是深圳市新威尔电子有限公司生产的高性能电池检测系统，其8个通道可同时对8块电池同时进行充放电。
电池综合测试仪设置有8通道，测量频率为1～1200Hz，激励电流为200mA～1A。由于锂离子电池内部阻抗较小，一般为毫欧级别，因此该电池综合测试仪使用四端子法进行测量，可有效减少接触电阻造成的测量误差。
标定结果：
选用70Hz的交流阻抗角对锂离子电池进行内部温度标定，标定结果如表1和图3所示，其横轴为锂电池的交流阻抗角，纵轴为锂电池的内部温度。
表1
使用Origin8软件对表1中数据进行曲线拟合，得到交流阻抗角与内部温度T的函数关系为：
其中，T为锂电池的内部温度，单位℃；为锂电池的70Hz交流阻抗角，单位度。
标定方法实施例：
本实施例提供一种储能电池内部温度的标定方法，与上述检测方法实施例中的储能电池内部温度与其交流阻抗角之间关系的方法相同，该方法已在上述检测方法实施例中做了详细介绍，这里不多做说明。
以上公开的本发明的实施例只是用于帮助阐明本发明的技术方案，并没有尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种储能电池内部温度的标定方法，其特征在于，包括如下步骤：
将储能电池放置到恒温箱中；
在设定温度范围内按照设定步长调节恒温箱的温度，在各温度下静置4小时检测储能电池的表面温度，将其作为储能电池的内部温度，并在各温度下检测储能电池的交流阻抗角，得到储能电池内部温度与其交流阻抗角之间的对应关系；
所述的在各温度下检测储能电池的交流阻抗角，得到储能电池内部温度与其交流阻抗角之间的对应关系，包括：
对5块储能电池进行充电，将其电量均充电至100％，然后对其分别进行放电，将其电量分别放电至总电量的10％、30％、50％、70％、90％；
将5块储能电池放置到恒温箱中，按照在30到105℃范围内逐渐升高的方式调节恒温箱的温度，调节的步长为5℃；将5块电池在各温度下放置4小时，将各储能电池表面的温度作为其内部温度，然后检测各温度下各储能电池的交流阻抗，并根据各温度下各储能电池的交流阻抗计算其交流阻抗角；
所述检测各温度下各储能电池的交流阻抗，包括：
在各温度下检测储能电池的交流阻抗时，检测各温度下各储能电池在外加交流电流频率为1～1200Hz范围内的70个频率点的交流阻抗，得到与储能电池荷电状态无关并且能够分辨储能电池内部温度的交流阻抗角的外加交流电流频率，采用该频率的外加交流电流进行标定实验，得到各温度下各储能电池的交流阻抗。
2.根据权利要求1所述的储能电池内部温度的标定方法，其特征在于，当储能电池在各温度下放置设定时间后再检测其交流阻抗角。
3.根据权利要求1所述的储能电池内部温度的标定方法，其特征在于，所述交流阻抗角的计算公式为：
其中R为储能电池的内阻，Z为储能电池的阻抗，为储能电池的交流阻抗角。
4.根据权利要求1所述的储能电池内部温度的标定方法，其特征在于，还包括如下步骤：对储能电池在内部温度下、交流阻抗角之间的关系进行曲线拟合，得到用于表示储能电池内部温度与交流阻抗角之间关系的曲线。
5.一种储能电池内部温度的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
对储能电池进行标定实验，得到储能电池内部温度与交流阻抗角之间的关系；
检测储能电池的交流阻抗角，结合标定出的储能电池内部温度与交流阻抗角之间的关系，得到储能电池的内部温度；
对储能电池进行标定实验的方法为：
将储能电池放置到恒温箱中；
在设定温度范围内按照设定步长调节恒温箱的温度，在各温度下静置4小时检测储能电池的表面温度，将其作为储能电池的内部温度，并在各温度下检测储能电池的交流阻抗角，得到储能电池内部温度与其交流阻抗角之间的对应关系；
所述的在各温度下检测储能电池的交流阻抗角，得到储能电池内部温度与其交流阻抗角之间的对应关系，包括：
对5块储能电池进行充电，将其电量均充电至100％，然后对其分别进行放电，将其电量分别放电至总电量的10％、30％、50％、70％、90％；
将5块储能电池放置到恒温箱中，按照在30到105℃范围内逐渐升高的方式调节恒温箱的温度，调节的步长为5℃；将5块电池在各温度下放置4小时，将各储能电池表面的温度作为其内部温度，然后检测各温度下各储能电池的交流阻抗，并根据各温度下各储能电池的交流阻抗计算其交流阻抗角；
所述检测各温度下各储能电池的交流阻抗，包括：
在各温度下检测储能电池的交流阻抗时，检测各温度下各储能电池在外加交流电流频率为1～1200Hz范围内的70个频率点的交流阻抗，得到与储能电池荷电状态无关并且能够分辨储能电池内部温度的交流阻抗角的外加交流电流频率，采用该频率的外加交流电流进行标定实验，得到各温度下各储能电池的交流阻抗。
6.根据权利要求5所述的储能电池内部温度的检测方法，其特征在于，所述储能电池包括多个荷电量不同的储能电池。
7.根据权利要求5所述的储能电池内部温度的检测方法，其特征在于，所述交流阻抗角的计算公式为：
其中R为储能电池的内阻，Z为储能电池的阻抗，为储能电池的交流阻抗角。
8.根据权利要求5所述的储能电池内部温度的检测方法，其特征在于，对储能电池进行标定实验的方法还包括如下步骤：对储能电池的内部温度、交流阻抗角之间的关系进行曲线拟合，得到用于表示储能电池内部温度与交流阻抗角之间关系的曲线。
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