CN112054256B - 一种基于锂电池低温放电曲线的宽温度环境下的电池管控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种基于锂电池低温放电曲线的宽温度环境下的电池管控方法，根据低温电池的放电曲线，通过一种算法使能源包在程序的控制下，使放电曲线无限逼近超低温电池的放电曲线。根据低温电池在不同温度下的放电曲线，推导出放电截止电压与环境温度的函数表达式，利用此表达式来设定控制电池放电的截止电压，既能实现动态控制，能够使电池充分放电，又不影响电池寿命，提高了传统方法不能实现的低温环境下高效能放电，很好的解决了电池的宽温度环境中的电池放电效率和寿命相矛盾问题。

Description

一种基于锂电池低温放电曲线的宽温度环境下的电池管控 方法
技术领域
本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种基于锂电池低温放电曲线的宽温度环境下的电池管控方法。
背景技术
锂离子电池具有能量密度高、电压平台高、循环寿命长等优势，被普遍应用，但是受环境温度影响较为明显，具体表现为：高温环境下工作时循环寿命减少；低温环境下工作时，充放电容量降低。因此电池良好的热管理策略就显得尤为重要。
锂电池在低温环境下的充放电有着特殊的曲线和特征，不同于常温环境下的充放电机制，纵观国内外的研究，很少在低温放电曲线特点上进行低温环境下的能源管理研发，大多集中在改变低温环境方面，在电池内外部热管理上进行应用改善，虽然能够使锂电池在低温环境下使用，但治标不治本，这大大提高了使用成本，致使电池包管理系统的复杂和体积庞大，这也增加了另外的不安全因素和减少了适用环境。
目前，国内的研发热点，还是集中在改变电池工作环境，来解决低温下电池正常工作的世界性难题。国际上，也是在如何提升电池基本性能的正负极新型材料着手，对于低温下锂电池应用的研究还不是特别深入，也致使数码相机、智能手机这一大众受欢迎的产品，在低温下无法正常工作。
发明内容
本发明的发明目的在于克服现有技术存在的缺点，提出设计一种即能够兼顾低温端正常工作，又能够保障常温或者高温条件下电池使用寿命的基于锂电池低温放电曲线的宽温度环境下的电池管控方法。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：
一种基于锂电池低温放电曲线的宽温度环境下的电池管控方法，包括：
S1、测量出不同温度、不同放电倍率下的若干组电池放电数据，模拟出放电曲线；
S2、然后利用高低温试验箱对典型温度下不同放电倍率下的多组电池模组进行测试；
S3、根据放电曲线，反推出截止电压与环境温度、放电效率的函数关系式U截止＝f(T)，式中T--当前环境温度，℃，U截止--电池放电的截止电压，V；
S4、利用函数关系式U截止来设定控制电池放电的截止电压；既能实现动态控制，能够使电池充分放电，又不影响电池寿命(不损坏电池)，提高了传统方法不能实现的低温环境下高效能放电。
进一步的，主控程序对电池在不同环境温度下对放电截止的电压进行设定，每个采集周期采集各组电芯的电压，处理器根据电压大小给保护执行电路发出指令，执行相应的保护动作，进而保证能源包在宽温范围内安全有效的工作。
优选的，本发明采用超低内阻电池保护，确保电芯使用安全；内置自动学习型电量计，精确计量电池电量，使用时间越长，计量越准确，可以准确把握剩余电量；采用军工级别电芯，-40℃时仍可保持80％以上电量放电；工业级设计，核心组件整体满足-40℃-+55℃正常工作。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：本发明根据低温电池的放电曲线，通过一种算法使能源包在程序的控制下，使放电曲线无限逼近超低温电池的放电曲线。根据低温电池在不同温度下的放电曲线，推导出放电截止电压与环境温度的函数表达式，利用此表达式来设定控制电池放电的截止电压，既能实现动态控制，能够使电池充分放电，又不影响电池寿命，提高了传统方法不能实现的低温环境下高效能放电，很好的解决了电池的宽温度环境中的电池放电效率和寿命相矛盾问题。
附图说明
图1为本发明实施例2的模拟放电曲线图；
图2为本发明实施例2的低温电池不同环境温度0.5c放电容量曲线图；
图3为本发明实施例2的不同环境温度下放电效率(容量比)曲线图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1：
本实施例所述的基于锂电池低温放电曲线的宽温度环境下的电池管控方法，包括：
S1、测量出不同温度、不同放电倍率下的若干组电池放电数据，模拟出放电曲线；
S2、然后利用高低温试验箱对典型温度下不同放电倍率下的多组电池模组进行测试；
S3、根据标准放电曲线，反推出截止电压与环境温度、放电效率的函数关系式U截止＝f(T)，式中T--当前环境温度，℃，U截止--电池放电的截止电压，V；
S4、利用函数关系式U截止来设定控制电池放电的截止电压；既能实现动态控制，能够使电池充分放电，又不影响电池寿命(不损坏电池)，提高了传统方法不能实现的低温环境下高效能放电。
本实施例通过主控程序对电池在不同环境温度下对放电截止的电压进行设定，每个采集周期采集各组电芯的电压，处理器根据电压大小给保护执行电路发出指令，执行相应的保护动作，进而保证能源包在宽温范围内安全有效的工作。
实施例2：
本实施例所述的基于锂电池低温放电曲线的宽温度环境下的电池管控方法，包括：
S1、随机选取20组电池对不同温度和放电倍率下的电池放电特性测试，在低温电池PACK的测试曲线基础上模拟出放电曲线模型；
S2、然后利用高低温试验箱对-40℃，-25℃,0℃,25℃,50℃,85℃等典型温度下不同放电倍率下的5组电池模组进行测试，具体温度为：-40℃到-25℃，2.5℃为步长递增；-25℃到-15℃，5℃为步长递增；-15℃到45℃，10℃为步长递增；45℃到60℃，5℃为步长递增；60℃到85℃，2.5℃为步长递增；放电倍率从0.1C到1C以0.1C为步长递增；1C到2C以0.2C为步长递增；
根据实际测量数据利用线性拟合等方法对模拟出的放电曲线模型的数学表达进行求解，在得到标准放电模型后利用不少于20组的电池模组进行模型验证和改进；
S3、根据改进后的标准放电曲线，采用MATLAB软件生成以下函数表达式：根据测试数据的变量I(放电电流，mA)、U(输出电压，V)、T(环境温度，℃)之间的关系得到函数表达式：U截止＝0.0053*T+2.6370，式中U截止是控制关断放电时的输出电压，V；T是当前环境温度，℃，如图1所示，连线是给出的T.U截止画出的线，点线是比拟出的数据；
S4、由公式可知，截止电压U截止是随着环境温度T的不同而变化的，根据这个公式，通过主控程序实现对电池在不同环境温度下对放电截止的电压的设定，进而保证能源包在宽温范围内安全有效的工作。
本实施例-40℃至+25℃的0.5倍率和1倍率放电实验数据如表1所示：
表1：
Figure BDA0002644663810000041
根据实验数据表(如表1)拟合出不同放电倍率、不同环境温度下的放电曲线，如图1和图2所示，通过步骤S2、S3找到最接近原低温电池的标准放电曲线，反推出控制程序中的放电截止电压表达式。
本发明具有较完善的能量管理系统和异常处理及保护机制，低温下的自我均衡算法，提升锂电池包在低温环境下的放电能力；主控程序对电池在不同环境温度下对放电截止的电压进行设定，每个采集周期采集各组电芯的电压，处理器根据电压大小给保护执行电路发出指令，执行相应的保护动作，进而保证能源包在宽温范围内安全有效的工作。
上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式的产品形态和式样，任何符合本发明权利要求书且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。

Claims (5)

1.一种基于锂电池低温放电曲线的宽温度环境下的电池管控方法，其特征在于：包括：
S1、测量出不同温度、不同放电倍率下的若干组电池放电数据，模拟出放电曲线；
S2、然后利用高低温试验箱对典型温度下不同放电倍率下的多组电池模组进行测试；
通过所述测试获得标准放电曲线；
S3、根据标准放电曲线，反推出截止电压与环境温度、放电效率的函数关系式
U截止=0.0053*T+2.6370，式中T--当前环境温度，℃，U截止--电池放电的截止电压，V；
S4、利用函数关系式U截止来设定控制电池放电的截止电压；既能实现动态控制，能够使电池充分放电，又不影响电池寿命。
2.根据权利要求1所述的基于锂电池低温放电曲线的宽温度环境下的电池管控方法，其特征在于：主控程序对电池在不同环境温度下对放电截止的电压进行设定，每个采集周期采集各组电芯的电压，处理器根据电压大小给保护执行电路发出指令，执行相应的保护动作，进而保证能源包在宽温范围内安全有效的工作。
3.根据权利要求1所述的基于锂电池低温放电曲线的宽温度环境下的电池管控方法，其特征在于：在步骤S1中，选取20组电池对不同温度、不同放电倍率下的电池放电特性测试。
4.根据权利要求1所述的基于锂电池低温放电曲线的宽温度环境下的电池管控方法，其特征在于：在步骤S2中，典型温度为-40℃，-25℃,0℃, 25℃,50℃, 85℃。
5.根据权利要求1所述的基于锂电池低温放电曲线的宽温度环境下的电池管控方法，其特征在于：在步骤S2中，测试过程中：具体温度为：-40℃到-25℃，2.5℃为步长递增；-25℃到-15℃， 5℃为步长递增；-15℃到 45℃，10℃为步长递增；45℃到 60℃，5℃为步长递增；60℃到 85℃， 2.5℃为步长递增；放电倍率从 0.1C 到 1C 以 0.1C 为步长递增；1C到 2C 以 0.2C为步长递增。
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