CN111845445A

CN111845445A - 一种锂离子电池春秋季运行工况综合控制方法

Info

Publication number: CN111845445A
Application number: CN202010559309.XA
Authority: CN
Inventors: 陈立铎; 王芳; 韦振; 刘仕强; 马天翼; 林春景; 樊彬; 解坤
Original assignee: China Automotive Technology and Research Center Co Ltd; CATARC Automotive Test Center Tianjin Co Ltd
Current assignee: China Automotive Technology and Research Center Co Ltd; CATARC Automotive Test Center Tianjin Co Ltd
Priority date: 2020-06-18
Filing date: 2020-06-18
Publication date: 2020-10-30

Abstract

本发明公开了一种锂离子电池春秋季运行工况综合控制方法，该方法有针对性地提供一种基于国内春秋季节气候条件下动力电池循环的电流工况参数，并结合环境特点和热管理在实际环境中所参与的实际作用，给出在春秋季节下环境温度湿度和热管理工况参数，可有效模拟动力电池在春秋季节的整车运行条件，继而为电池系统获得对应整车不同使用阶段的电池状态提供等效测试方法，可为开发人员提供等效整车状态电池，利于获得不同等效整车状态电池的电性能、安全性、可靠性等数据。

Description

一种锂离子电池春秋季运行工况综合控制方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种锂离子电池春秋季运行工况综合控制方法。

背景技术

近年来新能源汽车迅速发展，新能源汽车尤其是纯电动汽车的作为我国汽车工业从汽车大国迈向汽车强国，从而实现弯道超车的国家重大发展项目，也是汽车产业长远发展转型升级的必兴之路。围绕新能源汽车的几大关键问题包括电动汽车续驶里程、生产制造成本、驾驶安全可靠性、充电关键技术，也是消费者和开发者重点关注的卡脖子问题。

动力电池系统是电动汽车的能量来源，也是电动汽车的核心部件，在很大程度上决定整车的性能表现，而电池系统的能量输出受到环境温度的影响。当环境温度较高时，电池材料活性增加，有利于能量的快速、高质释放。相反，环境温度较低时，譬如国内北方寒冷的冬季，电池性能表现则会面临多方面挑战。低温放电时，其可用容量和可用功率能量效率低于额定参数，表现为电池能量输出能力降低。环境温度降低到一定程度时，电池充电也将变得更加困难，锂枝晶的生长不可逆的对内部隔膜造成损伤，从而存在内部发生短路热失控的潜在安全问题。同时应当注意到，电池处于低温工作环境下，也会诱使内阻增大、产热增加，加速电池的老化进程，影响电池使用寿命。因此，研究锂离子电池在北方寒冷冬季的低温加热策略和寿命研究显得尤为重要。我国电动汽车产业在国家政策和技术创新的双重推动下驶入快速发展轨道，呈现了日新月异的发展态势。电动汽车近年来的飞速发展，很大程度上得益于动力电池系统的发展。电动汽车的续驶里程逐年提高，在汽油价格不断上涨的趋势下，人们在选购车辆的时越发倾向于环保节能的电动汽车。

动力电池系统是电动汽车的能量来源，也是影响电动汽车生产成本、使用寿命和续航里程的关键因素。其中电池使用寿命作为消费者重点关注的指标之一，在很大程度上影响电动汽车的使用寿命，进而左右人们对电池汽车的选购判断。基于消费者的重要关注点，电动汽车生产厂家相应开展动力电池循环寿命试验，以提供能够满足汽车基本使用要求的使用寿命或质保年限。但是对于电池循环寿命试验，目前普遍应用的测试方法停留在简单恒定电流充放电，而此种策略并不贴近汽车实际使用状况，更多作为一种加速工况基础方法，仅可对电池使用寿命提供基本参考。此外，企业偶有使用某些特定工况循环，但所参照循环一方面不区分国内四季气候条件，从始至终使用相同循环策略，但这并不符合实际情况，另一方面，特定工况循环更多给出充放电电流工况条件，忽略了环境温度和热管理系统对电池所处环境提供的工况影响，对于环境温度和热管理参数未有给出详细工况控制方法。

发明内容

本发明有针对性地提供一种基于国内春秋季节气候条件下动力电池循环的电流工况参数，并结合环境温度湿度特点和热管理在实际环境中所参与的实际作用，给出在春秋季节下环境温度湿度和热管理工况参数，进而从三个维度提出一种锂离子电池春秋季运行工况的综合控制方法。

本发明的一种锂离子电池春秋季运行工况综合控制方法，其特征在于，主要包括动力电池充放电流工况方法、动力电池充放电过程中热管理工况方法和动力电池充放电过程环境工况三部分；

其中，动力电池充放电流工况方法主要包括如下步骤：

a)以电池额定容量大小的电流值或制造商规定的电流值充电到100％SOC，即满电态；

b)静置30min，用以使电池电压达到稳态；

c)以电池额定容量大小的电流值或制造商规定的电流值放电到100％DOD，即空电态；

d)静置30min，用以使电池电压达到稳态；

e)重复步骤a)-d),当连续两次放电容量变化不高于额定容量的3％时候，取两次容量平均值作为初始容量C_O。

f)以I＝1/8C_O电流充电到90％SOC。其中充电电流按照目前行业慢充充电的平均8小时倍率，充电截止电量取目前整车有利循环采用的典型代表90％SOC截止；

g)静置30min，用以使电池电压达到稳态；

h)按照NEDC脉冲电流(如图2所示)进行放电循环，直至放电至20％SOC。其中放电截止电量取目前整车有利循环放电采用的典型代表20％SOC截止；

i)静置30min，用以使电池电压达到稳态；

其中，步骤f)-i)称为一个动力电池充放电流工况，将动力电池充放电流工况循环往复进行可对电池进行工况寿命循环。

进一步，动力电池充放电过程中热管理工况方法如下：

Tmax≥35℃，且Tavg≥33℃时，称为电池超温警告时刻，当电池运行温度高于此设置，不利于延长电池使用寿命，此时开启冷却热管理系统，冷却水进水温度控制20℃，流量控制10L/min，其中20℃和10L/min流量取自整车实际典型运行参数；

Tmax≤28℃，且Tavg≤26℃时，称为电池超温解除时刻，当电池运行温度低于此设置，不利于电池容量完全释放，此时关闭冷却热管理系统；

其中：Tmax：电池单体最高温度；Tavg：电池单体平均温度；

进一步，动力电池充放电过程中环境工况如下：

环境温度控制在25±2℃，参照GB/T 31467.2-2015标准法规；

湿度控制在15％-90％，参照GB/T 31467.2-2015标准法规。

本发明具有以下优点和有益效果：

该方法有针对性地提供一种基于国内春秋季节气候条件下动力电池循环的电流工况参数，并结合环境特点和热管理在实际环境中所参与的实际作用，给出在春秋季节下环境温度湿度和热管理工况参数，可有效模拟动力电池在春秋季节的整车运行条件，继而为电池系统获得对应整车不同使用阶段的电池状态提供等效测试方法，可为开发人员提供等效整车状态电池，利于获得不同等效整车状态电池的电性能、安全性、可靠性等数据。

附图说明

图1为锂离子电池春秋季运行工况综合控制方法；

图2为NEDC脉冲电流循环工况；

图3为动力电池充放电过程中热管理工况方法。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步详细说明。

以某款三元锂离子电池系统(样品信息见表1)为例，开展验证试验步骤及结果如下：

表1电池系统样品基本信息表

环境工况:

将电池系统放置在3m³环境仓中，设置环境仓温度为恒定25.0℃；

热管理工况：

接通具备CAN通讯功能冷水机用于提供热管理超温冷却，冷水机启停参数设置为Tmax≥35℃，且Tavg≥33℃时，以10L/min流量通入20℃冷却水，温度降低到Tmax≤28℃，且Tavg≤26℃时，停止冷水机冷却水供应；

动力电池充放电流工况：

a)以电池额定容量大小对应120A电流充电到100％SOC；

b)静置30min；

c)以电池额定容量大小对应120A放电到100％DOD；

d)静置30min；

e)重复步骤a)-d),连续两次放电容量变化不高于额定容量的3％时，两次容量平均值定为初始容量C₀＝118.0Ah。

f)以I＝1/8C_O电流值14.75A充电到90％SOC；

g)静置30min；

h)按照该电池系统对应车型NEDC脉冲电流进行放电循环，直至放电至20％SOC；

i)静置30min；

重复步骤f)-i)50次，过程中1C/1C标准容量结果见表2。

表2本发明工况循环性能

NO.	循环次数	循环后剩余容量(Ah)	容量保持率(初始容量C<sub>0</sub>＝118.0Ah)
				1	10次	117.9	99.9％
2	20次	117.5	99.6％
				3	30次	117.3	99.4％
4	40次	117.1	99.2％
				5	50次	106.2	99.0％

实际验证过程中，以该电池系统对应的下线整车，在天津3-5月期间开展实车驾驶测试，使用过程中实际每天进行1次慢充充电，春季使用期间实际运行情况见表3。

表3春季使用期间运行情况

NO.	充电次数	对应驾驶测试运行时间	剩余容量(Ah)	真实容量保持率(初始容量C<sub>0</sub>＝118.0Ah)
					1	10次	10天	117.8	99.8％
2	20次	20天	117.4	99.5％
					3	30次	30天	117.1	99.2％
4	40次	40天	106.0	89.8％
					5	50次	50天	105.8	89.7％

同时，已获得该电池系统对应同款下线整车于天津9-10月间开展实车驾驶测试数据，使用过程中实际每天进行1次慢充充电，秋季使用期间运行情况见表4。

表4秋季使用期间运行情况

NO.	充电次数	对应驾驶测试运行时间	剩余容量(Ah)	真实容量保持率(初始容量C<sub>0</sub>＝118.0Ah)
					1	10次	10天	117.8	99.8％
2	20次	20天	117.3	99.4％
					3	30次	30天	117.2	99.3％
4	40次	40天	105.9	89.9％
					5	50次	50天	105.8	89.7％

表3和表4对比表2可见，使用本发明所述春秋季运行工况综合控制方法，10～50次循环春季容量保持率偏差仅为0.1～0.3％，秋季容量保持率偏差仅为0.1～0.2％。因此，按照本发明的环境工况、热管理工况及动力电池充放电流工况循环一圈相当于春秋季节电池运行一天，能够从电池系统层级较好模拟整车在春秋季的运行条件，为电池系统获得对应整车不同使用阶段的电池状态提供等效测试方法，可为开发人员提供等效整车状态电池，利于获得不同等效整车状态电池的电性能、安全性、可靠性等数据。

以上对本发明创造的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明创造的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明创造的实施范围。凡依本发明创造申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明创造的专利涵盖范围之内。

Claims

1.一种锂离子电池春秋季运行工况综合控制方法，其特征在于，主要包括动力电池充放电流工况方法、动力电池充放电过程中热管理工况方法和动力电池充放电过程环境工况三部分；

其中，动力电池充放电流工况方法主要包括如下步骤：

a)以电池额定容量大小的电流值或制造商规定的电流值充电到100％SOC；

b)静置使电池电压达到稳态；

c)以电池额定容量大小的电流值或制造商规定的电流值放电到100％DOD；

d)静置使电池电压达到稳态；

e)重复步骤a)-d),当连续两次放电容量变化不高于额定容量的3％时候，取两次容量平均值作为初始容量C_O；

f)以I＝1/8C_O电流充电到90％SOC；

g)静置使电池电压达到稳态；

h)按照NEDC脉冲电流进行放电循环，直至放电至20％SOC；

i)静置使电池电压达到稳态；

2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池春秋季运行工况综合控制方法，其特征在于，动力电池充放电过程中热管理工况方法如下：

Tmax≥35℃，且Tavg≥33℃时，称为电池超温警告时刻，此时开启冷却热管理系统，冷却水进水温度控制20℃，流量控制10L/min，其中20℃和10L/min流量取自整车实际典型运行参数；

Tmax≤28℃，且Tavg≤26℃时，称为电池超温解除时刻，此时关闭冷却热管理系统；

其中：Tmax：电池单体最高温度；Tavg：电池单体平均温度。

3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池春秋季运行工况综合控制方法，其特征在于，动力电池充放电过程中环境工况：

环境温度控制在25±2℃；湿度控制在15％-90％。