CN112034357B - 一种锂离子电池过放电零电压时间预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种锂离子电池过放电零电压时间预测方法，创造性地发现放电过程的两特征点并基于此两点给出锂离子电池过放电零电压时间预测方法，通过借助放电过程早期特征参数，提供预测锂离子电池过放电零电压时间的测试方法，可实现早发现、精拟合、准预测，为工业生产和研发的过放电安全提供早期预警，并且适用于不同的诸如圆柱、软包、方形等电池类型。

Description

一种锂离子电池过放电零电压时间预测方法

技术领域

本发明创造属于锂离子电池领域，尤其是涉及一种锂离子电池过放电零电压时间预测方法。

背景技术

新能源汽车产业快速发展，近年来受到国内外政府的高度重视。国外传统汽车巨头纷纷布局新能源汽车，大众、戴姆勒、福特、通用等汽车集团将目光放眼未来新能源领域。我国也在近年涌现一批新势力造车企业，以蔚来、小鹏、威马等为代表的互联网造车企业逐渐进入公众视野，加之上汽、广汽、比亚迪、北汽等传统汽车厂商在油改电和纯电平台发力，国内新能源汽车市场如火如荼进行。国家政策方面也给予多方支持，大力推广新能源汽车的应用，促进汽车消费。财政部在2020年新发布的完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知文件显示，将新能源汽车推广补贴政策实施延长至2020年底。中央经济会议定调将新能源汽车充电桩纳入国家“新基建”范畴，在汽车企业技术研发投入和国家政策强力引导下，新能源汽车产业蓬勃发展。

动力电池作为电动汽车的核心部件，直接决定整车的性能表现。消费者在选购电动汽车时主要关注的几个维度集中体现在续航里程、充电时间、使用寿命、购入价格和使用安全可靠性。其中，安全可靠性决定成员的生命安全，无论法规政策还是企业研发把关方面，都将“安全”摆在特殊位置，动力电池的安全可靠程度对整车安全与否具有决定性作用。

类似于国家法规《电动客车安全技术条件》中要求的自电池发生热扩散到乘员逃离应满足至少5分钟时间。单体电池在生产和研发阶段难免会因为设备或人员问题产生过放电行为，电池能够允许的零电压过放电时间长短可对人员发现与及时处理提供重要参考意义。

通常将电池经满电态放电至过放电到电压为零的总时间称为零电压时间。不同电池类型(圆柱、软包、方形)的过放电零电压时间诚然不同，零电压时间愈长，留给人们发现并处理的时间愈长，电池过放电安全危害的风险等级越低。然而，目前并未有对电池过放电零电压时间定性且定量的相关预测方法，而这将会对工业生产和研发过程中的安全风险定义及防范提供重要指导依据。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种锂离子电池过放电零电压时间预测方法，创造性地发现放电过程的两特征点并基于此两点给出锂离子电池过放电零电压时间预测方法，通过借助放电过程早期特征参数，提供预测锂离子电池过放电零电压时间的测试方法，可实现早发现、精拟合、准预测，为工业生产和研发的过放电安全提供早期预警，并且适用于不同的诸如圆柱、软包、方形等电池类型。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种锂离子电池过放电零电压时间预测方法，具体包括如下步骤：

a)以单体额定容量大小对应电流值充电到企业规定的单体最高电压V_max；

b)静置使电池电压达到稳定；

c)以单体额定容量大小对应电流值放电到企业规定的单体最低电压V_{cut off}；

d)记录步骤c)所放出的容量值，记作C_标；

e)静置使电池电压达到稳定；

f)以C_标大小对应电流值充电到企业规定的单体最高电压V_max；

g)静置使电池电压达到稳定；

h)以C_标大小对应电流值放电到企业规定的单体最低电压V_{cut off}；

i)定义h)步时刻为过放电零电压预测特征时间1，对应特征点1处时间和电压，标记为T₁(3600，V_{cut off})，其中3600为以C_标大小对应电流放电到最低电压的理论秒时间；

j)以C_标大小对应电流值继续放电60秒，此时单体电压记为V₆₀；

k)定义j)步时刻为过放电零电压预测特征时间2，对应特征点2处时间和电压，标记为T₂(3660，V₆₀)；

基于上述步骤获得两特征点标记T₁(3600，V_{cut off})，T2(3660，V₆₀)，拟定电压在所述两特征点后按照线性衰减，则此后电池过放电的即时电压Voltage为：

Voltage＝0.017(V₆₀-V_{cut off})Time+(61V_{cut off}-60V₆₀)

其中：

Voltage为单体电池的即时电压，单位为伏特；

Time为放电总时间，单位为秒；

V₆₀为j)步单体电压值，单位为伏特；

V_{cut off}为企业规定的单体最低电压，单位为伏特；

当单体电池的即时电压Voltage为零时的Time值即为电池过放电零电压时间T_零，则T_零的预测值为：

T_零＝59(61V_{cut off}-60V₆₀)/(V₆₀-V_{cut off})

其中：

T_零为过放电零电压时间，单位为秒；

V₆₀为j)步单体电压值，单位为伏特；

V_{cut off}为企业规定的单体最低电压，单位为伏特。

相对于现有技术，本发明创造所述的锂离子电池过放电零电压时间预测方法具有以下优势：创造性地发现放电过程的两特征点并基于此两点给出锂离子电池过放电零电压时间预测方法，通过借助放电过程早期特征参数，提供预测锂离子电池过放电零电压时间的测试方法，可实现早发现、精拟合、准预测，为工业生产和研发的过放电安全提供早期预警，并且适用于不同的诸如圆柱、软包、方形等电池类型。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造实施例所述的过放电零电压时间预测特征点示意图；

图2为本发明创造实施例所述的软包单体电池真实情况下的过放电时间-电压曲线图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

实施例1

以某款商业化软包锂离子电池为例，样品信息如表1所示，开展验证试验步骤及结果如下：

表1电池单体样品信息表

对该款锂离子电池按本发明所述的预测步骤对其进行过放电零电压时间预测：

a)以单体额定容量大小对应电流值10.0A充电到企业规定的单体最高电压V_max＝4.2V；

b)静置使电池电压达到稳定；

c)以单体额定容量大小对应电流值10.0A放电到企业规定的单体最低电压V_{cut off}＝2.5V；

d)记录步骤c)所放出容量值10.5，记作C_标；

e)静置使电池电压达到稳定；

f)以C_标大小对应电流值10.5A充电到企业规定的单体最高电压V_max＝4.2V；

g)静置使电池电压达到稳定；

h)以C_标大小对应电流值10.5A放电到企业规定的单体最低电压V_{cut off}＝2.5V；

i)定义h)步时刻为过放电零电压预测特征时间1，对应特征点1处时间和电压，标记为T₁(3600，2.50)；

j)以C_标大小对应电流值10.5A继续放电60秒，此时单体电压记为V₆₀；

k)定义j)步时刻为过放电零电压预测特征时间2，对应特征点2处时间和电压，标记为T₂(3660，1.64)；

基于上述步骤获得两特征点标记T₁(3600，2.50)，T₂(3660，1.64)，拟定电压在此两特征点后按照线性衰减，则此后即时电压值Voltage为：

Voltage＝-0.01433Time+54.1

当单体电池的即时电压Voltage为零时的Time值即为电池过放电零电压时间T_零，则T_零的预测值为：

T_零＝54.1/0.01433＝3775(s)

同时以该款电池开展实际验证性实验，使用相同C_标大小对应电流值10.5A，将其从满电态放电至过放电零电压时刻，共消耗时间3750秒，真实情况下的过放电时间-电压曲线图如图2所示。

将本实施例中过放电零电压时间预测值3775s与实际值3750s进行对比，可发现误差仅为0.7％，证明本预测方法的拟合及预测结果较为精准，可为工业生产和研发的过放电安全提供早期预警，准确性及安全性较高。

对比例1

针对与实施例1相同的电池锂离子电池对其进行过放电零电压时间预测，唯一不同的是：

步骤j)以C_标大小对应电流值10.5A继续放电50秒，此时单体电压为1.9V。

基于步骤j)继续放电50秒的两特征点标记为T₁(3600，2.50)，T₂(3650，1.90)，拟定电压在此两特征点后按照线性衰减，则此后即时电压值Voltage为：

Voltage＝-0.012Time+45.7

因此当单体电池即时电压为零时刻的过放电零电压时间T_零预测值为：

T_零＝45.7/0.012＝3808(s)

将对比例1中过放电零电压时间预测值3808s与实际值3750s进行对比，可发现误差为1.6％，误差大于j)步所述继续放电60秒时的误差，因此当j)步继续放电50秒时预测的时间误差较大，准确性较低。

对比例2

针对与实施例1相同的电池锂离子电池对其进行过放电零电压时间预测，唯一不同的是：

步骤j)以C_标大小对应电流值10.5A继续放电70秒，此时单体电压为1.0V。

基于步骤j)继续放电70秒的两特征点标记为T₁(3600，2.50)，T₂(3670，1.0)，拟定电压在此两特征点后按照线性衰减，则此后即时电压值Voltage为：

Voltage＝-0.02143Time+79.6

因此当单体电池即时电压为零时刻的过放电零电压时间T_零预测值为：

T_零＝79.6/0.02143＝3714(s)

将对比例2中过放电零电压时间预测值3714s与实际值3750s进行对比，可发现误差为1.0％，误差大于j)步所述继续放电60秒时误差，因此当j)步继续放电70秒时预测的时间误差较大，准确性较低。

实施例2

以某款商业化18650圆柱锂离子电池为例，样品信息如表2所示，开展验证试验步骤及结果如下：

表2电池单体样品信息表

对该款锂离子电池开展过放电零电压时间预测步骤：

a)以单体额定容量大小对应电流值2.55A充电到企业规定的单体最高电压V_max＝4.20V；

b)静置使电池电压达到稳定；

c)以单体额定容量大小对应电流值2.55A放电到企业规定的单体最低电压V_{cut off}＝2.75V；

d)记录步骤c)所放出容量值2.60Ah，记作C_标；

e)静置使电池电压达到稳定；

f)以C_标大小对应电流值2.60A充电到企业规定的单体最高电压V_max＝4.20V；

g)静置使电池电压达到稳定；

h)以C_标大小对应电流值2.60A放电到企业规定的单体最低电压V_{cut off}＝2.75V；

i)定义h)步时刻为过放电零电压预测特征时间1，对应特征点1处时间和电压，标记为T₁(3600，2.75)。

j)以C_标大小对应电流值2.60A继续放电60秒，此时单体电压记为V₆₀；

k)定义j)步时刻为过放电零电压预测特征时间2，对应特征点2处时间和电压，标记为T₂(3660，2.30)。

则基于上述步骤获得两特征点标记T₁(3600，2.75)，T₂(3660，2.30)，拟定电压在此两特征点后按照线性衰减，则此后即时电压值Voltage为：

Voltage＝-0.0075Time+29.75

因此当单体电池即时电压为零时刻的过放电零电压时间T_零预测值为：

T_零＝29.75/0.0075＝3967(s)

同时以该款电池开展实际验证性实验，使用相同C_标大小对应电流值2.60A，将其从满电态放电至过放电零电压时刻，共消耗时间3930秒。将本实施例中过放电零电压时间预测值3967s与实际值3930s进行对比，可发现误差仅为0.9％，证明本预测方法的拟合及预测结果较为精准，可为工业生产和研发的过放电安全提供早期预警，准确性及安全性较高。

实施例3

以某款商业化方型锂离子电池为例，样品信息如表3所示，开展验证试验步骤及结果如下：

表3电池单体样品信息表

对该款锂离子电池开展过放电零电压时间预测步骤：

a)以单体额定容量大小对应电流值35A充电到企业规定的单体最高电压V_max＝4.20V；

b)静置使电池电压达到稳定；

c)以单体额定容量大小对应电流值35A放电到企业规定的单体最低电压V_{cut off}＝3.0V；

d)记录步骤c)所放出容量值36Ah，记作C_标；

e)静置使电池电压达到稳定；

f)以C_标大小对应电流值36A充电到企业规定的单体最高电压V_max＝4.2V；

g)静置使电池电压达到稳定；

h)以C_标大小对应电流值36A放电到企业规定的单体最低电压V_{cut off}＝3.0V；

i)定义h)步时刻为过放电零电压预测特征时间1，对应特征点1处时间和电压，标记为T₁(3600，3.0)。

j)以C_标大小对应电流值2.60A继续放电60秒，此时单体电压记为V₆₀；

k)定义j)步时刻为过放电零电压预测特征时间2，对应特征点2处时间和电压，标记为T₂(3660，2.89)。

则基于上述步骤获得两特征点标记T₁(3600，3.0)，T₂(3660，2.58)，拟定电压在此两特征点后按照线性衰减，则此后即时电压值Voltage为：

Voltage＝-0.007Time+28.2

因此当单体电池即时电压为零时刻的过放电零电压时间T_零预测值为：

T_零＝28.2/0.007＝4029(s)

同时以该款电池开展实际验证性实验，使用相同C标大小对应电流值36A，将其从满电态放电至过放电零电压时刻，共消耗时间3995秒。将本实施例中过放电零电压时间预测值4029s与实际值3995s进行对比，可发现误差仅为0.9％，证明本预测方法的拟合及预测结果较为精准，可为工业生产和研发的过放电安全提供早期预警，准确性及安全性较高。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种锂离子电池过放电零电压时间预测方法，其特征在于：

具体包括如下步骤：

a)以单体额定容量大小对应电流值充电到企业规定的单体最高电压V_max；

b)静置使电池电压达到稳定；

c)以单体额定容量大小对应电流值放电到企业规定的单体最低电压V_cutoff；

d)记录步骤c)所放出的容量值，记作C_标；

e)静置使电池电压达到稳定；

f)以C_标大小对应电流值充电到企业规定的单体最高电压V_max；

g)静置使电池电压达到稳定；

h)以C_标大小对应电流值放电到企业规定的单体最低电压V_cutoff；

i)定义h)步时刻为过放电零电压预测特征时间1，对应特征点1处时间和电压，标记为T₁(3600，V_cutoff)，其中3600为以C_标大小对应电流放电到最低电压的理论秒时间；

j)以C_标大小对应电流值继续放电60秒，此时单体电压记为V₆₀；

k)定义j)步时刻为过放电零电压预测特征时间2，对应特征点2处时间和电压，标记为T₂(3660，V₆₀)；

基于上述步骤获得两特征点标记T₁(3600，V_cutoff)，T₂(3660，V₆₀)，拟定电压在所述两特征点后按照线性衰减，则此后电池过放电的即时电压Voltage为：

Voltage＝0.017(V₆₀-V_cutoff)Time+(61V_cutoff-60V₆₀)

其中：

Voltage为单体电池的即时电压，单位为伏特；

Time为放电总时间，单位为秒；

V₆₀为j)步单体电压值，单位为伏特；

V_cutoff为企业规定的单体最低电压，单位为伏特；

当单体电池的即时电压Voltage为零时的Time值即为电池过放电零电压时间T_零，则T_零的预测值为：

T_零＝-59(61V_cutoff-60V₆₀)/(V₆₀-V_cutoff)

其中：

T_零为过放电零电压时间，单位为秒。

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