CN112379279A - 一种快速检测软包锂离子电池荷电状态的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速检测软包锂离子电池荷电状态的系统及方法，包括依次相连的压力采样模块、数据传输模块、数据处理模块和显示模块，所述压力采样模块与电源模块相连，所述数据处理模块与告警模块相连。方法包括：调整紧固螺栓至设定数值；测量不同荷电态对应的开路压力；在特定温度下采用特定倍率进行充电，该倍率与标定开路压力时的倍率相同；通过测量压力数据来判定荷电状态。上述技术方案在不受充放电电压平台影响的基础上高效地预测出电池SOC，且采用的装置简单、易操作，便于推广到大规模量产以及不同型号的石墨基软包锂电池体系。

Description

一种快速检测软包锂离子电池荷电状态的系统及方法

技术领域

本发明涉及锂电池状态检测领域，尤其涉及一种快速检测软包锂离子电池荷电状态的系统及方法。

背景技术

随着全世界一次能源的匮乏以及环境污染问题越来越严重，电动汽车取代化石燃料汽车已经成为主要趋势。高效、稳定、安全的动力电池管理系统是电动汽车发展的关键技术。但电池管理技术还远远不成熟，尤其是对电池荷电状态(State of Charge，简称SOC)的估算方面无法满足精度要求。

有资料显示，电池的荷电状态估算是电池管理系统的主要功能之一，准确的SOC估算不但能反映续航里程，充分发挥电池性能，也能保证电池的安全性，延长使用寿命。但由于锂离子电池的工作特性非线性，且实际工作中易受电流、温度、自身老化等因素影响，使得SOC的精确估算成为难点。

目前常用的检测SOC的方法主要有：

1.将电池在当前状态下进行放电，计算其放电容量与电池额定容量的比值。

2.测试电池在当前状态的电压，利用开路电压OCV与SOC的对应关系得出荷电态。

目前为止，最常用的技术手段是基于等效电路模型的开路电压方法。但是其主要缺陷是该方法在电池管理系统(BMS)应用的过程中需要经过复杂的计算才能建立所测参数与SOC之间的准确关系。除此之外，对于一些特定化学体系的电池，例如LFP电池，由于充放电电压平台的存在，我们很难通过OCV准确地预估其荷电状态。

中国专利文献CN107533105B公开了一种“锂离子电池荷电状态估算方法和装置”。所述方法包括步骤：A、拟合锂离子电池的开路电压与荷电状态关系；B、利用观测器方法估算锂离子电池荷电状态；C、对于步骤B中估算出的锂离子电池荷电状态，如果大于预定阈值，则使用观测器方法估算锂离子电池荷电状态，如果小于预定阈值，则使用安时积分法估算锂离子电池荷电状态。上述技术方案使用观测器方法的误差较大，使用安时积分法需要经过复杂的计算，耗时长。

发明内容

本发明主要解决原有的锂离子电池荷电状态计算方法步骤繁琐的技术问题，提供一种快速检测软包锂离子电池荷电状态的系统及方法，在不受充放电电压平台影响的基础上高效地预测出电池SOC，且采用的装置简单、易操作，便于推广到大规模量产以及不同型号的石墨基软包锂电池体系。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种快速检测软包锂离子电池荷电状态的系统，包括依次相连的压力采样模块、数据传输模块、数据处理模块和显示模块，所述压力采样模块与电源模块相连，所述数据处理模块与告警模块相连。电源模块为压力采样模块和数据传输模块提供能量以实现压力数据的采集和传输。

作为优选，所述的压力采样模块包括上夹板和下夹板，所述上夹板和下夹板之间设有软包锂电池，软包锂电池与上夹板之间安装有压力传感片，压力传感片与终端相连，所述上下夹板通过紧固螺栓相连。压力传感片与电脑连接从而监测测量过程中压力数据的变化。紧固螺栓起连接上下夹板的作用，保持上下夹板紧贴软包锂电池。

作为优选，所述的软包锂电池与下夹板之间通过导热胶连接。保证良好的热传导用以防止受热膨胀引起的测量结果误差。

作为优选，所述的数据处理模块、显示模块和告警模块设于终端内。终端接收压力采样模块采集的压力数据并与数据库中数据比较，得出荷电状态在终端上显示出来。当压力采集模块松动导致压力数据异常时，告警模块进行告警。

作为优选，所述的检测装置和软包锂电池设于恒温箱中。

作为优选，所述的终端包括计算机和手持设备。通过使用计算机和手持设备获取压力状态，以达到监测测量过程中压力数据的变化，实现荷电状态的判断。

一种快速检测软包锂离子电池荷电状态的系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

①调整紧固螺栓至设定数值；这样后续电芯的体积膨胀将直接转化为压力信号。

②测量不同荷电态对应的开路压力；

③在特定温度下采用特定倍率进行充电；该倍率与标定开路压力时的倍率相同。

④通过测量压力数据来判定荷电状态。锂离子电池在不同荷电状态下对应不同的负极嵌锂态，从而导致整个电芯所表现出的厚度或固定间隙下的压力有显著差异，这便为我们区分不同的荷电状态提供了可探测的信号。

作为优选，所述的步骤2测量开路压力步骤包括：将软包锂电池在不同温度下采用特定倍率调节至相应的荷电态并静置足够长的时间使其达到平衡状态，监测此时软包锂电池的压力得到不同荷电态对应的压力曲线，在此称之为开路压力。

作为优选，所述的步骤3将软包锂电池放置于与环境温度相近的恒温箱中进行充电。避免测量过程中温度发生变化导致压力数据发生变化。

本发明的有益效果是：

1.在不受充放电电压平台影响的基础上高效地预测出电池荷电状态SOC。

2.采用的装置简单、易操作，无需繁琐的计算步骤。

3.识别出其在特定温度下特定倍率的荷电状态，从而为BMS随时监测电芯的使用状态提供了新的有效方法和坚实的数据支撑。

4.便于推广到大规模量产以及不同型号的石墨基软包锂电池体系。

附图说明

图1是本发明的一种电路原理连接结构图。

图2是本发明的一种压力采样模块结构图。

图中1压力采样模块，1.1上夹板，1.2下夹板，1.3导热胶，1.4软包锂电池，1.5压力传感片，1.6紧固螺栓，2数据传输模块，3数据处理模块，4显示模块，5电源模块，6告警模块，7终端。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种快速检测软包锂离子电池荷电状态的系统及方法，如图1所示，包括依次相连的压力采样模块1、数据传输模块2、数据处理模块3和显示模块4，所述压力采样模块1与电源模块5相连，电源模块为压力采样模块和数据传输模块提供能量以实现压力数据的采集和传输。数据处理模块3与告警模块6相连，数据处理模块3、显示模块4和告警模块6设于终端7内。

如图2所示，压力采样模块1包括上夹板1.1和下夹板1.2，上夹板1.1和下夹板1.2之间设有软包锂电池1.4，软包锂电池1.4与上夹板1.1之间安装有压力传感片1.5，软包锂电池1.4与下夹板1.2之间通过导热胶1.3连接，保证良好的热传导用以防止受热膨胀引起的测量结果误差。压力传感片1.5与终端1.7相连，，压力传感片与电脑连接从而监测测量过程中压力数据的变化。终端7包括计算机和手持设备，通过使用计算机和手持设备获取压力状态，以达到监测测量过程中压力数据的变化，实现荷电状态的判断。上夹板1.1和下夹板1.2通过紧固螺栓1.6相连，紧固螺栓起连接上下夹板的作用，保持上下夹板紧贴软包锂电池。检测装置和软包锂电池1.4设于恒温箱中。

一种快速检测软包锂离子电池荷电状态的系统的工作方法，包括以下步骤：①调整紧固螺栓至设定数值，这样后续电芯的体积膨胀将直接转化为压力信号。

②测量不同荷电态对应的开路压力，测量步骤包括：将软包锂电池4在不同温度下采用特定倍率调节至相应的荷电态并静置足够长的时间使其达到平衡状态，监测此时软包锂电池4的压力得到不同荷电态对应的压力曲线，在此称之为开路压力。

③将软包锂电池4放置于与环境温度相近的恒温箱中，在特定温度下采用特定充电倍率进行充电，该倍率与标定开路压力时的倍率相同。

④通过测量压力数据来判定荷电状态。锂电池活性材料的体积变化与嵌锂量息息相关。以石墨为例，其满嵌锂时，即转化为LiC6时的体积比未嵌锂时增大10％左右。由于常规的正极材料具有非常小的体积膨胀系数，因此石墨基锂电池的体积膨胀几乎全部来源于负极的贡献。由于锂离子在正常充电过程中能够嵌入到石墨晶格的自由间隙中，这导致嵌锂化合物的体积会小于两个单独物质叠加后的体积，因而锂离子电池在不同荷电状态下对应不同的负极嵌锂态，从而导致整个电芯所表现出的厚度或固定间隙下的压力有显著差异，这便为我们区分不同的荷电状态提供了可探测的信号。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了压力采样模块、数据处理模块等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (9)

1.一种快速检测软包锂离子电池荷电状态的系统，其特征在于，包括依次相连的压力采样模块(1)、数据传输模块(2)、数据处理模块(3)和显示模块(4)，所述压力采样模块(1)与电源模块(5)相连，所述数据处理模块(3)与告警模块(6)相连。

2.根据权利要求1所述的一种快速检测软包锂离子电池荷电状态的系统，其特征在于，所述压力采样模块(1)包括上夹板(1.1)和下夹板(1.2)，所述上夹板(1.1)和下夹板(1.2)之间设有软包锂电池(1.4)，软包锂电池(1.4)与上夹板(1.1)之间安装有压力传感片(1.5)，压力传感片(1.5)与终端(1.7)相连，所述上夹板(1.1)和下夹板(1.2)通过紧固螺栓(1.6)相连。

3.根据权利要求2所述的一种快速检测软包锂离子电池荷电状态的系统，其特征在于，所述软包锂电池(1.4)与下夹板(1.2)之间通过导热胶(1.3)连接。

4.根据权利要求2所述的一种快速检测软包锂离子电池荷电状态的系统，其特征在于，所述数据处理模块(3)、显示模块(4)和告警模块(6)设于终端(7)内。

5.根据权利要求2所述的一种快速检测软包锂离子电池荷电状态的系统，其特征在于，所述压力采样模块(1)和软包锂电池(4)设于恒温箱中。

6.根据权利要求2所述的一种快速检测软包锂离子电池荷电状态的系统，其特征在于，所述终端(7)包括计算机和手持设备。

7.一种快速检测软包锂离子电池荷电状态的系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

①调整紧固螺栓(1.6)至设定数值；

②测量不同荷电态对应的开路压力；

③在特定温度下采用特定倍率进行充电；

④通过测量压力数据来判定荷电状态。

8.根据权利要求7所述的一种快速检测软包锂离子电池荷电状态的系统的工作方法，其特征在于，所述步骤2测量开路压力步骤包括：将软包锂电池(1.4)在不同温度下采用特定倍率调节至相应的荷电态并静置足够长的时间使其达到平衡状态，监测此时软包锂电池(1.4)的压力得到不同荷电态对应的压力曲线，在此称之为开路压力。

9.根据权利要求7所述的一种快速检测软包锂离子电池荷电状态的系统的工作方法，其特征在于，所述步骤3将软包锂电池(1.4)放置于与环境温度相近的恒温箱中进行充电。

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