CN112130080A - 一种低温下动力锂离子电池soc-ocv曲线的精确测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温下动力锂离子电池SOC‑OCV曲线的精确测量方法，包括步骤：第一步，在预设低温下，以预设放电电流对电池进行三次容量标定，并记录第三次容量为C0，以及对应的放电温升为T0；第二步，以第一步的预设放电电流，继续对电池进行放电，每放出预设比例的电池容量，即立刻静置预设时长，然后记录对应的静态电压；第三步，绘制容量标定测试放电V‑Q曲线以及OCV测试放电曲线；第四步，当两条曲线基本吻合时，读取不同荷电状态SOC下对应的不同开路电压OCV值，然后绘制SOC‑OCV曲线。本发明能够在对电池进行低温容量标定测试时，更加精确地测量获得电池SOC‑OCV曲线，让测试结果真实反映OCV值。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种低温下动力锂离子电池SOC-OCV曲线的精确测量方法。
背景技术
目前，锂离子电池因其具有高能量密度、长循环寿命的优点，在消费类电子、储能及新能源汽车等领域受到广泛应用。
锂离子电池在使用过程中，通常以开路电压法来估算电池的荷电状态。开路电压(OCV)，即电池在充电或放电后，充分静置一段时间电压可达到一个基本稳定的值，此时记录端电压值为开路电压。荷电状态(SOC)反映当前电池剩余电量的多少，在整车运行中起到非常关键的作用。在一定条件下，开路电压与荷电状态是一一对应的关系，因此精确测量SOC-OCV曲线，在电池管理系统中起到非常关键的作用。
目前SOC-OCV曲线主要测量方式是：在一定条件下测量0～100％SOC 下，每隔5～10％SOC，即充分静置一段时间得到对应的开路电压(OCV)。该方法没有明确电池标定容量中的电流值，如果在低温容量标定中标容电流的选择不合适，会引起锂电池放电温度升高，放电容量增加，在OCV测试中放电容量累加和小于容量标定值，导致测试结果不能真实反应开路电压 OCV值。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种低温下动力锂离子电池SOC-OCV曲线的精确测量方法。
为此，本发明提供了一种低温下动力锂离子电池SOC-OCV曲线的精确测量方法，包括以下步骤：
第一步，在预设低温下，以预设放电电流对电池进行三次容量标定，并记录第三次容量为C0，以及对应的放电温升为T0；
第二步，保持预设低温不变，以第一步的预设放电电流，继续对已完成容量标定的电池进行放电，每放出预设比例的电池容量，即立刻静置预设时长，然后记录对应的静态电压，该静态电压即为此时电池的荷电状态SOC 对应的开路电压OCV；
第三步，绘制容量标定测试放电V-Q曲线以及OCV测试放电曲线；
其中，容量标定测试放电V-Q曲线，是以电池实时容量为横坐标，电池的实际容量即为电池实际的荷电状态SOC，以电池实时电压为纵坐标，是绘制的电池实际容量随着电池实时电压变化的曲线；
其中，OCV测试放电曲线，是以电池实时容量为横坐标，电池的实际容量即为电池实际的荷电状态SOC，以第二步记录的各电池静态电压为纵坐标，是绘制的电池实际容量与各电池静态电压的对应关系；
第四步，当容量标定测试放电V-Q曲线以及OCV测试放电曲线这两条曲线基本吻合时，读取不同荷电状态SOC下对应的不同开路电压OCV值，然后绘制SOC-OCV曲线；
其中，SOC-OCV曲线，是以不同的荷电状态SOC为横坐标，以不同荷电状态SOC对应的不同开路电压OCV值为纵坐标所绘制的曲线。
其中，在第四步中，还包括以下步骤：
当容量标定测试放电V-Q曲线以及OCV测试放电曲线不基本吻合时，返回执行第一步至第三步，并调整第一步中的预设放电电流大小，直到所述容量标定测试放电V-Q曲线以及OCV测试放电曲线这两条曲线基本吻合为止。
其中，在第二步中，预设比例的电池容量，具体等于5％的C0；
静置预设时长等120分钟。
其中，在第四步中，当所述容量标定测试放电V-Q曲线中预设多个电池实时容量对应的多个电池实时电压，与所述OCV测试放电曲线中同样预设多个电池实时容量对应的多个电池静态电压，相互之间的差值大于预设值的数目小于预设多个时，说明两条曲线基本吻合，否则，说明两条曲线不吻合。
其中，在第二步中，还记录电池的总放电容量C1，总放电容量C1对应的放电温升记为T1；
当第一步获得的第三次容量C0≈C1，以及第一步获得的放电温升为 T0≈T1时，判断容量测试放电V-Q曲线与OCV测试放电V-Q曲线这两条曲线基本吻合。
其中，当相差的比例小于5％时，说明第一步获得的第三次容量C0≈C1，以及说明第一步获得的放电温升为T0≈T1。
其中，在第二步中，还记录电池的总放电容量C1，总放电容量C1对应的放电温升记为T1；
当第一步获得的第三次容量C0>C1，以及第一步获得的放电温升为 T0>T1时，判断容量测试放电V-Q曲线与OCV测试放电V-Q曲线这两条曲线不吻合。
由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种低温下动力锂离子电池SOC-OCV曲线的精确测量方法，其设计科学，与传统的测试方法相比较，能够在对电池进行低温容量标定测试时，更加精确地测量获得电池SOC-OCV曲线，让测试结果真实反映开路电压OCV值，具有重大的实践意义。
附图说明
图1为本发明提供的一种低温下动力锂离子电池SOC-OCV曲线的精确测量方法的流程图；
图2为基于本发明提供的一种低温下动力锂离子电池SOC-OCV曲线的精确测量方法，实施例1低温(-20℃)0.2C放电的V-Q曲线图；
图3为基于本发明提供的一种低温下动力锂离子电池SOC-OCV曲线的精确测量方法，实施例1低温(-20℃)0.2C放电的温升曲线图；
图4为基于本发明提供的一种低温下动力锂离子电池SOC-OCV曲线的精确测量方法，对比例1进行低温1C放电V-Q曲线图；
图5为基于本发明提供的一种低温下动力锂离子电池SOC-OCV曲线的精确测量方法，对比例1进行低温1C放电温升曲线图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
参见图1，本发明提供了一种低温下动力锂离子电池SOC-OCV曲线的精确测量方法，包括以下步骤：
第一步，在预设低温(例如-20℃)下，以预设放电电流(例如0.2C，C 用来表示电池充放电电流大小的比率，即倍率)对电池进行三次容量标定，并记录第三次容量(即放电截止容量)为C0，以及对应的放电温升为T0；
需要说明的是，对电池进行容量标定的方法，为现有常见的方法，在此不再赘述。
第二步，保持预设低温不变，以第一步的预设放电电流，继续对已完成容量标定的电池进行放电，每放出预设比例的电池容量(具体可以等于5％的C0)，即立刻静置预设时长(例如120分钟)，然后记录对应的静态电压，该静态电压即为此时电池的荷电状态SOC(即放出预设比例的容量后的电池容量)对应的开路电压OCV；
需要说明的是，在第二步中，当预设比例的电池容量等于5％的C0时，即将第三次容量C0平均分成20等份，即每放出5％SOC的容量C0后，在此温度下充分静止120min，记录此时的静态电压为该SOC的容量C0对应的OCV。
在第二步中，同时在测试SOC-OCV时，还记录电池的总放电容量C1，该C1是累加的，总放电容量C1对应的放电温升记为T1。
第三步，绘制容量标定测试放电V-Q曲线以及OCV测试放电曲线；
其中，容量标定测试放电V-Q曲线，是以电池实时容量(即电池实际 SOC)为横坐标，以电池实时电压为纵坐标，是绘制的电池实际容量随着电池实时电压变化的曲线；
其中，OCV测试放电曲线，是以电池实时容量(即电池实际SOC)为横坐标，以第二步记录的各电池静态电压为纵坐标(即每放出预设比例的容量，即立刻静置预设时长，然后记录的对应的静态电压)，是绘制的电池实际容量(即电池实际SOC)与各电池静态电压的对应关系；
第四步，当容量标定测试放电V-Q曲线以及OCV测试放电曲线这两条曲线基本吻合时，读取不同荷电状态SOC下对应的不同开路电压OCV值，然后绘制SOC-OCV曲线；
其中，SOC-OCV曲线，是以不同的荷电状态SOC为横坐标，以不同荷电状态SOC对应的不同开路电压OCV值为纵坐标所绘制的曲线。
在第四步中，具体实现上，当所述容量标定测试放电V-Q曲线中预设多个电池实时容量对应的多个电池实时电压，与所述OCV测试放电曲线中同样预设多个电池实时容量对应的多个电池静态电压，相互之间的差值大于预设值(例如0.2V)的数目小于预设多个(例如三个)时，说明两条曲线基本吻合，否则，说明两条曲线不吻合。
基于以上技术方案可知，对于本发明，该方法避免了在容量标定中由于锂电池放电温升而导致低温下锂离子活性增强，放电容量增加的问题，以及避免在OCV测试中放电容量累加和小于容量标定值，避免测试结果不能真实反应OCV值。
在本发明中，根据容量测试放电V-Q曲线与OCV测试放电V-Q曲线的吻合程度，来定义SOC-OCV曲线。具体为：根据容量测试放电V-Q曲线与 OCV测试放电V-Q曲线作图，当两条曲线基本吻合时，取不同SOC下OCV 值，整理成SOC-OCV曲线；其中，若容量测试放电V-Q曲线与OCV测试放电V-Q曲线不一致，此时调整放电电流，直至两条曲线基本吻合，然后再读取不同SOC下OCV值整理成SOC-OCV曲线。
在本发明中，具体实现上，在第四步中，还包括以下步骤：
当容量标定测试放电V-Q曲线以及OCV测试放电曲线不基本吻合时，返回执行第一步至第三步，并调整第一步中的预设放电电流大小，直到所述容量标定测试放电V-Q曲线以及OCV测试放电曲线这两条曲线基本吻合为止。
需要说明的是，在第四步中，当容量测试放电V-Q曲线与OCV测试放电V-Q曲线，这两条曲线基本吻合时，C0≈C1(例如两者相差的比例小于 5％),T0≈T1(例如两者相差的比例小于5％)；
而当容量测试放电V-Q曲线与OCV测试放电V-Q曲线不一致时，C0>C1, T0>T1。
也可以说，对于本发明，在第二步中，同时在测试SOC-OCV时，还记录电池的总放电容量C1，总放电容量C1对应的放电温升记为T1；
当第一步获得的第三次容量(即放电截止容量)C0≈C1(例如两者相差的比例小于5％)，以及第一步获得的放电温升为T0≈T1(例如两者相差的比例小于5％)时，判断容量测试放电V-Q曲线与OCV测试放电V-Q曲线这两条曲线基本吻合；
而当第一步获得的第三次容量(即放电截止容量)C0>C1，以及第一步获得的放电温升为T0>T1时，判断容量测试放电V-Q曲线与OCV测试放电 V-Q曲线这两条曲线不吻合。
为了更加清楚地理解本发明的技术方案，下面通过具体实施例来说明本发明的技术方案。
实施例1。
首先，在-20℃低温环境下，以0.2C电流对所测电芯进行三次容量标定并取第三次容量为C0；
然后，在-20℃以0.2C电流每隔5％C0放电后，充分静置120min，记录此时该SOC态的OCV值；
接着，根据容量测试放电V-Q曲线与OCV测试放电V-Q曲线作图，得到两放电曲线吻合度较好，读取SOC-OCV值，然后绘制整理成SOC-OCV 曲线。
图2、图3分别是实施例1放电V-Q图及温升曲线图。
对比例1。
首先，在-20℃低温环境下，以1C电流对所测电芯进行三次容量标定并取第三次容量为C0；
然后，在-20℃以1C电流每隔5％C0放电后，充分静置120min，记录此时该SOC态的OCV值；
接着，根据容量测试放电V-Q曲线与OCV测试放电V-Q曲线作图，测试OCV放电容量在到达截止电压条件下远远没有放出与标容一致的容量，致使5％和0％SOC态OCV值无法采集，两放电曲线吻合度较差，读取 SOC-OCV值不能反映真实OCV值。
图4、图5分别是实施例1放电V-Q图及温升曲线图。
需要说明的是，图2至图5中，discharge curve为电池放电容量曲线，OCV curve为开路电压OCV曲线
综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种低温下动力锂离子电池SOC-OCV曲线的精确测量方法，其设计科学，与传统的测试方法相比较，能够在对电池进行低温容量标定测试时，更加精确地测量获得电池 SOC-OCV曲线，让测试结果真实反映开路电压OCV值，具有重大的实践意义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种低温下动力锂离子电池SOC-OCV曲线的精确测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，在预设低温下，以预设放电电流对电池进行三次容量标定，并记录第三次容量为C0，以及对应的放电温升为T0；
第二步，保持预设低温不变，以第一步的预设放电电流，继续对已完成容量标定的电池进行放电，每放出预设比例的电池容量，即立刻静置预设时长，然后记录对应的静态电压，该静态电压即为此时电池的荷电状态SOC对应的开路电压OCV；
第三步，绘制容量标定测试放电V-Q曲线以及OCV测试放电曲线；
其中，容量标定测试放电V-Q曲线，是以电池实时容量为横坐标，电池的实际容量即为电池实际的荷电状态SOC，以电池实时电压为纵坐标，是绘制的电池实际容量随着电池实时电压变化的曲线；
其中，OCV测试放电曲线，是以电池实时容量为横坐标，电池的实际容量即为电池实际的荷电状态SOC，以第二步记录的各电池静态电压为纵坐标，是绘制的电池实际容量与各电池静态电压的对应关系；
第四步，当容量标定测试放电V-Q曲线以及OCV测试放电曲线这两条曲线基本吻合时，读取不同荷电状态SOC下对应的不同开路电压OCV值，然后绘制SOC-OCV曲线；
其中，SOC-OCV曲线，是以不同的荷电状态SOC为横坐标，以不同荷电状态SOC对应的不同开路电压OCV值为纵坐标所绘制的曲线。
2.如权利要求1所述的精确测量方法，其特征在于，在第四步中，还包括以下步骤：
当容量标定测试放电V-Q曲线以及OCV测试放电曲线不基本吻合时，返回执行第一步至第三步，并调整第一步中的预设放电电流大小，直到所述容量标定测试放电V-Q曲线以及OCV测试放电曲线这两条曲线基本吻合为止。
3.如权利要求1所述的精确测量方法，其特征在于，在第二步中，预设比例的电池容量，具体等于5％的C0；
静置预设时长等120分钟。
4.如权利要求1所述的精确测量方法，其特征在于，在第四步中，当所述容量标定测试放电V-Q曲线中预设多个电池实时容量对应的多个电池实时电压，与所述OCV测试放电曲线中同样预设多个电池实时容量对应的多个电池静态电压，相互之间的差值大于预设值的数目小于预设多个时，说明两条曲线基本吻合，否则，说明两条曲线不吻合。
5.如权利要求1所述的精确测量方法，其特征在于，在第二步中，还记录电池的总放电容量C1，总放电容量C1对应的放电温升记为T1；
当第一步获得的第三次容量C0≈C1，以及第一步获得的放电温升为T0≈T1时，判断容量测试放电V-Q曲线与OCV测试放电V-Q曲线这两条曲线基本吻合。
6.如权利要求5所述的精确测量方法，其特征在于，当相差的比例小于5％时，说明第一步获得的第三次容量C0≈C1，以及说明第一步获得的放电温升为T0≈T1。
7.如权利要求1所述的精确测量方法，其特征在于，在第二步中，还记录电池的总放电容量C1，总放电容量C1对应的放电温升记为T1；
当第一步获得的第三次容量C0>C1，以及第一步获得的放电温升为T0>T1时，判断容量测试放电V-Q曲线与OCV测试放电V-Q曲线这两条曲线不吻合。
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