CN111931328B - 一种基于夏季气候的车用锂离子电池工况及寿命阶段预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种基于夏季气候的车用锂离子电池工况及寿命阶段预测方法，该方法将环境温度湿度特点和热管理的积极干预作用考虑其中，提供一种基于国内夏季气候条件下动力电池循环测试工况及基于该工况的电池所处寿命阶段预测方法，可有效模拟电池系统在电动汽车用户侧使用条件下寿命所处阶段，减小车辆真实测试经济成本，缩短整车电池寿命测试时间，为开发人员提供等效整车状态电池，便于后续获得所需整车状态电池的电性能、安全性、可靠性等数据。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及基于夏季气候的车用锂离子电池工况及寿命阶段预测方法。
背景技术
近年来，在政策的推动下，以电能作为驱动能源，代替传统燃油驱动的新型清洁能源汽车产业发展迅猛。其中动力电池是对于电动汽车至关重要的组成部分。动力电池既是电动汽车的核心，是电动汽车的能量来源，直接关系到电动汽车的动力性能、续航能力，也与电动汽车的安全性直接相关。动力电池技术一直与电动汽车的实用及推广息息相关，动力电池的研发与测试技术一直是电动汽车研究的核心技术。
动力电池在实际使用过程中的使用寿命决定整车的使用寿命，且其成本占据车辆成本的40％-60％，因此对于动力电池的寿命研究格外具有经济效益。当前对于循环寿命的测试方法局限于简单恒流充放电循环，仅作为一种表征循环衰减性能的基础方法，但这种寿命研究方法与电池在电动汽车上的实际使用工况偏离较大，并不能反映寿命衰减的实际情况。少有某些特定工况考虑了实际运行情况，但是其未区分四季气候条件的影响，同时忽略了环境条件和热管理系统对所处环境产生的积极干预。与此同时，现有技术中无论何种寿命方法均需要对电池进行长时间的循环，用以评价动力电池的衰减情况。但长时间的寿命循环增加了经济成本，也会在时间上推延整车开发周期，最终得到的结果也不一定能很好反映基于用户使用的车辆电池寿命情况。
发明内容
本发明有针对性地提供一种基于国内夏季气候条件下动力电池循环测试工况及寿命阶段预测方法，该方法将环境温度湿度特点和热管理的积极干预作用考虑其中，还可预测电池在夏季气候用户侧实际使用条件下所处寿命阶段。
本发明提出一种基于夏季气候的车用锂离子电池工况及寿命阶段预测方法，主要创新点为提供一种将环境温度湿度特点和热管理的积极干预作用考虑其中的夏季气候条件下动力电池循环测试工况，基于该工况循环还可对电池所处寿命阶段进行预测。具体方法如下：
a)将电池系统放置于近似室温的25℃恒温恒湿环境仓中静置24h，以使系统内各单体温度达到平衡态；
b)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；
c)静置30min，用以使电池电压达到稳态；
d)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；
e)静置30min，用以使电池电压达到稳态；
f)重复步骤a)-d),参照GB/T 31467.2-2015标准法规，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CO。
g)将环境仓温度调节至38℃，湿度控制在50％-80％，模拟夏季高温高湿环境；
h)液冷系统热管理方案设置：单体最高温度高于36℃，且单体平均温度高于34℃时，电池系统使用寿命降低，开启冷却热管理系统，此时冷却水进水温度控制20℃，流量控制10L/min。其中水温20℃及流量10L/min取自整车实际典型运行参数；当单体最高温度低于29℃，且单体平均温度低于27℃，不利于电池容量完全释放，此时关闭冷却热管理系统。
i)以I＝1/8CO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；
j)静置30min，用以使电池电压达到稳态；
k)按照NEDC脉冲电流(如图1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；
l)静置30min，用以使电池电压达到稳态；
m)重复步骤i)-步骤l)X次；
按照整车充电每周进行2次，即3.5天/次频率，则电池系统等效用户侧使用寿命阶段对应时间Y＝3.5X。
本发明具有以下优点和有益效果：
该方法将环境温度湿度特点和热管理的积极干预作用考虑其中，提供一种基于国内夏季气候条件下动力电池循环测试工况及基于该工况的电池所处寿命阶段预测方法，可有效模拟电池系统在电动汽车用户侧使用条件下寿命所处阶段，减小车辆真实测试经济成本，缩短整车电池寿命测试时间，为开发人员提供等效整车状态电池，便于后续获得所需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NEDC脉冲电流循环工况；
图2为基于夏季气候的车用锂离子电池工况及寿命阶段预测流程图；
图3为基于夏季气候的车用锂离子电池工况测试系统示意图。
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为例，样品信息见表1。
表1电池系统样品基本信息表
按本发明技术方案，开展典型实施步骤及结果如下：
a)将该电池系统放置于25℃GIANT FORCE牌ETH-1000-40-CP-SD环境仓中静置24h以使系统内各单体温度达到平衡态；
b)使用Bitrode牌FTF2-500/100-750型电流控制器，以电池额定容量228A电流值充电到100％SOC；
c)静置30min；
d)使用Bitrode牌FTF2-500/100-750型电流控制器，以电池额定容量228A电流值放电到100％DOD截止条件；
e)静置30min；
f)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％，取两次容量平均值226Ah，记为初始容量CO＝226；
g)将环境仓温度调节至38℃，湿度控制在50％-80％；
h)液冷系统热管理方案设置：单体最高温度高于36℃，且单体平均温度高于34℃时，开启KYADELI牌KDW-1000冷却系统，此时冷却水进水温度控制20℃，流量控制10L/min；当单体最高温度低于29℃，且单体平均温度低于27℃时关闭冷却热系统。
i)使用Bitrode牌FTF2-500/100-750型电流控制器，以I＝1/8CO电流28.25A充电到90％SOC；
j)静置30min；
k)按照NEDC脉冲电流进行放电循环，直至放电至20％SOC；
l)静置30min；
m)重复步骤i)-步骤l)次数X分别到达X1＝6，X2＝8，X3＝10，X4＝14，X5＝18；
n)则电池系统等效用户侧使用寿命时间Y(天)分别对应Y1＝3.5X1＝21，Y2＝3.5X2＝28，Y3＝3.5X3＝35，Y4＝3.5X4＝49，Y5＝3.5X5＝63；
对此电池系统循环X次(X1＝6，X2＝8，X3＝10，X4＝14，X5＝18)后的电池均进行1C/1C(1C＝226A)容量标定，用容量指标反映电池系统所处状态。结果如下表所示：
表2循环10次后电池系统容量指标反映的所处状态表
同时对该电池系统对应整车车辆于天津地区夏季7-9月份驾驶测试数据进行时时监控，测试过程充电频率按照3.5天/次，监控容量保持率从测试开始分别衰减到99.8％、99.7％、99.6％、99.4％、99.2％的用户侧使用时间，结果如下表所示：
表3夏季整车实际驾驶数据监控表
对比表2和表3结果显示，基于本发明所述夏季气候条件下动力电池循环测试工况下的电池寿命阶段预测，循环X次(X＝6,8,10,14,18)等效用户侧使用寿命时间Y(天)分别为21,28,35,49,63,相较对应实际使用天时间19,26,32,45,58，最大误差仅为9.4％，小于10％。
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)
1.一种基于夏季气候的车用锂离子电池工况及寿命阶段预测方法，其特征在于，
主要包括如下步骤：
a)将电池系统放置于常温恒温恒湿环境仓中静置至各单体温度达到平衡态；
b)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；
c)静置使电池电压达到稳态；
d)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；
e)静置使电池电压达到稳态；
f)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CO；
g)将环境仓温度调节至38℃，湿度控制在50％-80％，模拟夏季高温高湿环境；
h)液冷系统热管理方案设置：单体最高温度高于36℃，且单体平均温度高于34℃时，电池系统使用寿命降低，开启冷却热管理系统，此时冷却水进水温度控制20℃，流量控制10L/min；当单体最高温度低于29℃，且单体平均温度低于27℃，此时关闭冷却热管理系统；
i)以I＝1/8CO电流充电到90％SOC；
j)静置使电池电压达到稳态；
k)按照NEDC脉冲电流进行放电循环，直至放电至20％SOC；
l)静置使电池电压达到稳态；
m)重复步骤i)-步骤l)X次；
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