CN114050335B - 一种锂离子动力电池系统充放电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子动力电池系统充放电方法，电池由静置状态进入运行状态一段时间t1后，允许的充放电电流It1＝Jt1×I′，Jt1＝t1×I0/T1，I′为电池在设定温度范围内允许的放电电流，单位为C，设电池以充放电电流I0C充放电一段时间T1后，电池内阻变化率达到设定范围内。电池由运行状态进入静置状态一段时间t2后再进入运行状态时，允许的充放电电流It2＝Lt2×I′，Lt2＝T2/(T2+t2)，其中，设电池停止充放电一段时间T2后，电池活跃性为0。本发明能有效的体现当前动力电池系统充放电能力，在最大化降低充电时间的同时提高电池充放电性能，提高了整车动力性。

Description

一种锂离子动力电池系统充放电方法
技术领域
本发明属于新能源电动汽车技术领域，具体为一种锂离子动力电池系统充放电方法。
背景技术
锂离子在不同温度下充放电，即充电或者放电时，锂离子电池正负极的动力学、电导率、隔膜这些因素将导致锂离子电池在不同温度下的性能差异明显。尤其在低温下充放电电流过大时，将可能导致负极析锂，不仅会造成电池性能急剧劣化，还会造成严重的安全隐患。企业的充放电方式，一般在某温度下使用某恒定的充放电电流或者功率对电池进行充放电。这种方案操作，不能有效的表现当前动力电池系统的充放电能力，如果设置的恒定充放电电流或功率过小，会导致充电时间延长、放电性能降低、整车动力性差，设置的恒定充放电电流或功率过大时，会加快电芯寿命的衰减。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种锂离子动力电池系统充放电方法，能有效的体现当前动力电池系统充放电能力，包括电池由静置进入运行状态，以及由运行状态静置一段时间后再进入运行状态，在最大化降低充电时间的同时提高电池充放电性能，提高了整车动力性，避免低温充放电过程中的负极析锂及减小电芯寿命的衰减。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种锂离子动力电池系统充放电方法，电池由静置状态进入运行状态一段时间t1后，当前时刻t1实际允许的充放电电流为It1，则It1＝Jt1×I′，Jt1＝t1×I0/T1，
其中，I′为电池在设定温度范围内允许的放电电流，单位为C，设电池以充放电电流I0C充放电一段时间T1后，电池内阻变化率达到设定范围内；
电池由运行状态进入静置状态一段时间t2后再进入运行状态时，当前时刻t2实际允许的充放电电流为It2，则It2＝Lt2×I′，Lt2＝T2/(T2+t2)，
其中，设电池停止充放电一段时间T2后，电池的电压不再变化。
作为上述技术方案的进一步改进：
运行状态指动力电池在进行充电或者放电，静置状态指动力电池不在进行充电或者放电。
Jt1为激活度，动力电池系统由静置状态进入运行状态开始进行充放电，充放电电流由0C达到0.05C，并以不小于0.05C的电流充放电设定时间段时，此时称为动力电池激活点，激活度为动力电池系统从激活点开始运行一段时间后，能够激活电池活跃性的程度。
Lt2为冷却度，动力电池系统由运行状态进入静置状态，充放电电流下降到0.05C，并以小于0.05C的电流静置设定时间段时，此时称为动力电池冷却点，冷却度为动力电池系统从冷却点开始静置一段时间后，使电池活跃性降低的程度。
当Jt1≥1时，激活度Jt1取1。
当Lt2≥1时，冷却度Lt2取1。
本发明的有益效果是：能有效的体现当前动力电池系统充放电能力，包括电池由静置进入运行状态，以及由运行状态静置一段时间后再进入运行状态，为电池系统当前允许的充放电电流的设计提供指导，在最大化降低充电时间的同时提高电池充放电性能，提高了整车动力性，避免低温充放电过程中的负极析锂及减小电芯寿命的衰减。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
一种锂离子动力电池系统充放电方法，用于限定电池当前允许的充放电(充电或放电)电流。
运行状态：是指动力电池在进行充放电，即充电或者放电。
静置状态：是指动力电池不在进行充放电，即不在充电或者放电。
激活点：动力电池系统由静置状态进入运行状态开始进行充放电，充放电电流由0C(0库伦)达到0.05C，并以不小于0.05C(或者电芯定义的最小充电电流值)的电流充放电的时长达到设定时长时，此时称为动力电池激活点。
活跃性：设电池以充放电电流I0C充放电一段时间T1时，电池活跃性为100％；电池停止充放电一段时间T2时，电池活跃性为0％。
电池活跃性为100％，是指电池内阻变化率小于设定值，或说电池内阻变化率达到设定范围内。电池活跃性为0是指电池停止充放电一段时间后，电池电压不再变化，即电池电压保持稳定状态。
激活度Jt：动力电池系统从激活点开始运行一段时间后，能够激活电池活跃性的程度。
冷却点：动力电池系统由运行状态进入静置状态，充放电电流下降到0.05C，并以小于0.05C(或者电芯定义的最小充电电流值)的电流静置时长达到设定时间时长时，此时称为动力电池冷却点。
冷却度Lt：动力电池系统从冷却点开始静置一段时间后，使电池活跃性降低的程度。
当次状态运行时间段：动力电池在静置状态或运行状态下连续工作的时间。
需要说明的是，当次状态运行时间段包括电池活跃性由0到达100％的时间段，或者电池活跃性由100％到达0的时间段。
实际使用时，作为车辆动力系统，电池使用可分为两种情况：第一种情况，电池由静置状态进入运行状态即电池由活跃性为0开始激活至活跃性达到100％或说激活度达到1后进入稳定的运行状态。第二种情况，电池由运行状态进入静置状态一段时间后再进入运行状态，电池静置状态的时间没有使电池的活跃性达到0。
电池运行状态包括充电和放电：电池连接车辆的电机，为电机提供电能，此时电池放电；电池连接外部电源进行充电。
下面对上述两种情况的充放电电流分别进行说明。
电池由静置状态进入运行状态一段时间t1后，当前时刻t1实际允许的充放电电流为It1，则：
It1＝Jt1×I′，
Jt1＝t1×I0/T1
其中，I′为电池在设定温度范围内允许的放电电流，单位为C；电池以充放电电流I0C充放电一段时间T1后，电池活跃性为100％。
需要说明的是，当激活度Jt1≥1时，激活度Jt1取1。时间单位为min。
电池由运行状态进入静置状态一段时间t2后再进入运行状态时，即静置状态时间段为t2，当前时刻t2实际允许的充放电电流为It2，则：
It2＝Lt2×I′
Lt2＝T2/(T2+t2)
其中，设电池静置或停止充放电一段时间T2后，电池活跃性为0。
需要说明的是，当冷却度Lt2≥1时，冷却度Lt2取1。时间单位为min。
下面通过两个示例进行具体说明。
示例1：某款新能源电动汽车在低温-10℃静置了12H，其中搭载电池数据：放电矩阵(-10～-5℃)允许0.7C持续放电；1C充放电运行15min时，电池激活度达到100％，车辆运行10min，20min时电池温度为-7℃，那么车辆运行10min和20min时实际允许的放电电流为多少？
由上可知，放电矩阵(-10～-5℃)允许0.7C持续放电，即I′＝0.7C，车辆在低温-10℃静置了12H，车辆由静置开始运行，则电池由静置状态进入运行状态，为上述第一种情况。
将各参数代入上述公式：
当车辆运行10min电池激活度为：J10＝t1×I0/T1＝10×1/15，J10<1，取实际值，则允许的放电电流为：I10＝J10×I′＝0.7×10×1/15＝0.47C。
当车辆运行20min电池激活度为：J20＝t1×I0/T1＝20×1/15，J10>1，取1，则允许的放电电流为：I20＝1×I′＝0.7C。
示例2：某款新能源电动汽车在低温-10℃低速行驶了1H，其中搭载电池数据：放电矩阵(-10～-5℃)允许0.7C持续放电；电池静置60min时，电池冷却度达到0％，车辆静置10min，20min时电池温度为-7℃，那么车辆分别静置10min和20min时再开始启动运行时允许的放电电流为多少？
由上可知，车辆静置或运行状态对应电池静置或运行状态。车辆静置60min时，电池活跃性或冷却度才达到0，因此，车辆分别静置10min和20min时，电池活跃性或冷却度未达到0，适用上述第二种情况。将各参数代入上述公式：
当车辆静置10min电池冷却度为：L10＝60/(60+10)，L10<1，取实际值，静置10min后电池允许的放电电流为：I10＝Lt2×I′＝0.7×60/(60+10)＝0.6C。
当车辆静置20min电池冷却度为：L20＝60/(60+20)，L20<1，取实际值，静置20min后电池允许的放电电流为：I20＝Lt2×I′＝0.7×60/(60+20)＝0.525C。
综上，本技术方案符合电池性能和温度相关性的趋势：低温车辆开始行驶时，动力电池实际放电性能差，但当运行一段时间后，动力电池时放电性能逐渐好转；低温车辆开始充电时，动力电池实际充性能差，但当运行一段时间后，动力电池时充性能逐渐好转。
最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本发明的技术方案作进一步详细地说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种锂离子动力电池系统充放电方法，其特征在于：电池由静置状态进入运行状态一段时间t1后，当前时刻t1实际允许的充放电电流为It1，则It1＝Jt1×I′，Jt1＝t1×I0/T1，
其中，I′为电池在设定温度范围内允许的放电电流，单位为C，设电池以充放电电流I0C充放电一段时间T1后，电池内阻变化率达到设定范围内；
电池由运行状态进入静置状态一段时间t2后再进入运行状态时，当前时刻t2实际允许的充放电电流为It2，则It2＝Lt2×I′，Lt2＝T2/(T2+t2)，
其中，T2是指电池停止充放电一段时间T2后，电池的电压不再变化；
运行状态指动力电池在进行充电或者放电，静置状态指动力电池不在进行充电或者放电；
Jt1为激活度，动力电池系统由静置状态进入运行状态开始进行充放电，充放电电流由0C达到0.05C，并以不小于0.05C的电流充放电设定时间段时，此时称为动力电池激活点，激活度为动力电池系统从激活点开始运行一段时间后，能够激活电池活跃性的程度；
Lt2为冷却度，动力电池系统由运行状态进入静置状态，充放电电流下降到0.05C，并以小于0.05C的电流静置设定时间段时，此时称为动力电池冷却点，冷却度为动力电池系统从冷却点开始静置一段时间后，使电池活跃性降低的程度。
2.根据权利要求1所述的充放电方法，其特征在于：当Jt1≥1时，激活度Jt1取1。
3.根据权利要求1所述的充放电方法，其特征在于：当Lt2≥1时，冷却度Lt2取1。
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