CN117930025A - 一种锂离子电池自放电测算方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种锂离子电池自放电测算方法及系统，涉及锂离子电池测算技术领域，包括：获取待测算锂离子电池，确定其自放电测算前的基本性能；设定待测算锂离子电池自放电天数，将所述待测算锂离子电池分别放进设定不同温度的环境下进行设定时长的自放电；将自放电天数作为自变量，输入自放电电压变化模型中，获取待测算锂离子电池自放电电压；其中，自放电电压变化模型的获取过程为：对样本锂离子电池进行自放电定容测试，将样本锂离子电池按照设定的电流进行充放电三圈测试，分别标定其自放电前的实际容量；根据标定的实际容量进行自放电测试，将样本锂离子电池分别放进设定不同温度的环境下进行预定时长的自放电，将自放电天数作为自变量，进行多次拟合，最终得到自放电电压变化模型。
Description
技术领域
本公开涉及锂离子电池测算技术领域，具体涉及一种锂离子电池自放电测算方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
锂离子电池是目前应用最广泛的电池之一，其具有高能量密度、长寿命、轻便等优点，被广泛应用于移动电子设备、电动汽车等领域。然而，锂离子电池在长期存储或使用过程中，会出现自放电现象,导致电池容量减少，甚至无法正常使用。因此，研究锂离子电池的自放电机理对电极材料的筛选、电池失效分析、以及智能电网的管理均具有指导意义。
现有针对锂离子自放电的方法和测试有很多，其中，《锂电池自放电检测技术的研究与应用》文中针对锂电池自放电难以快速准确测量的难题，提出了自己的解决方案，通过搭建实验电路，软硬件编程和调试，并通过大量实验验证测量结果,旨在达到对锂电池自放电的快速检测制的目的。《锂离子电池自放电机理及测量方法》文中将从锂离子电池自放电的产生机理、影响因素和测量方法3个方面，对锂离子电池自放电现象进行综述。首先，分别阐述锂离子电池不同结构部分的自放电产生机理，并介绍减少自放电的改良技术；然后，分析电池荷电状态(state of charge,SOC)、环境因素(温度和湿度)及静置时间对电池自放电的影响规律，归纳出锂离子电池最佳的存储方案；最后，简述近年来出现的各种自放电测量方法，分析各方法存在的问题和局限，并指出未来实现锂离子电池自放电率快速测量的发展方向。专利-一种锂离子电池自放电的测试方法，该发明涉及锂离子电池测试领域，公开了一种用于测试锂离子电池自放电大小的方法。该方法可以在短时间内测试挑选锂离子电池，即利用电池自放电电池本身存在微短路电流产生磁场感应原理，利用特斯拉计或高斯计测试其磁场感应强度大小差异即可判断电池自放电大小。
但是，目前上述方法仍然存在评估周期较长或评估维度受限的问题，增加了测试资源的占用时间，而且易受到外界试验环境的影响，无法高效准确的得出测试的结果。
发明内容
本公开为了解决上述问题，提出了一种锂离子电池自放电测算方法及系统，通过建立锂离子电池自放电测算的模型，快速且准确的得到N天后锂离子电池开路电压和交流内阻变化情况，更有利于判断锂离子电池池开路电压及健康状态的变化情况。
根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
一种锂离子电池自放电测算方法，包括：
获取待测算锂离子电池，确定其自放电测算前的基本性能；
设定待测算锂离子电池自放电天数，将所述待测算锂离子电池分别放进设定不同温度的环境下进行设定时长的自放电；
将自放电天数作为自变量，输入自放电电压变化模型中，获取待测算锂离子电池自放电电压；
其中，自放电电压变化模型的获取过程为：对样本锂离子电池进行自放电定容测试，将样本锂离子电池按照设定的电流进行充放电三圈测试，分别标定其自放电前的实际容量；根据标定的实际容量进行自放电测试，将样本锂离子电池分别放进设定不同温度的环境下进行预定时长的自放电，将自放电天数作为自变量，进行多次拟合，最终得到自放电电压变化模型。
根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
一种锂离子电池自放电测算系统，包括：
数据获取模块，用于获取待测算锂离子电池，确定其自放电测算前的基本性能；
自发电测算模块，用于设定待测算锂离子电池自放电天数，将所述待测算锂离子电池分别放进设定不同温度的环境下进行设定时长的自放电；
将自放电天数作为自变量，输入自放电电压变化模型中，获取待测算锂离子电池自放电电压；
其中，自放电电压变化模型的获取过程为：对样本锂离子电池进行自放电定容测试，将样本锂离子电池按照设定的电流进行充放电三圈测试，分别标定其自放电前的实际容量；根据标定的实际容量进行自放电测试，将样本锂离子电池分别放进设定不同温度的环境下进行预定时长的自放电，将自放电天数作为自变量，进行多次拟合，最终得到自放电电压变化模型。
根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，实现所述的一种锂离子电池自放电测算方法。
根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
一种电子设备，包括：处理器、存储器以及计算机程序；其中，处理器与存储器连接，计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，所述处理器执行所述存储器存储的计算机程序，以使电子设备执行实现所述的一种锂离子电池自放电测算方法。
与现有技术相比，本公开的有益效果为：
本公开针对锂离子电池自放电测算的模型，通过新建立的锂离子电池自放电测算的模型，可以快速且准确的得到N天后锂离子电池开路电压和交流内阻变化情况，这样更有利于判断锂离子电池池开路电压及健康状态的变化情况，可以减少测试资源的占用时间，更好的节约测试成本提高测试利用率，且本发明具有高效、节约、准确性更高的特点。
本公开能够减少进行传统的测试周期长，无需进行繁琐的电压测试，不受实验环境影响，更高效准确的得出测试结果，且计算值与实际测试值的误差能控制在1％以内。
与现有测试方法相比较，本公开提供的一种评估锂离子电池自放电过程中电压变化模型的方法，只需通过测试天数，便可以快速准确的得到电池的电压，对优化电池开发过程具有指导意义。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为本公开实施例的测算方法流程图；
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例1
本公开的一种实施例中提供了一种锂离子电池自放电测算方法，包括：
获取待测算锂离子电池，确定其自放电测算前的基本性能；
设定待测算锂离子电池自放电天数，将所述待测算锂离子电池分别放进设定不同温度的环境下进行设定时长的自放电；
将自放电天数作为自变量，输入自放电电压变化模型中，获取待测算锂离子电池自放电电压；
其中，自放电电压变化模型的获取过程为：对样本锂离子电池进行自放电定容测试，将样本锂离子电池按照设定的电流进行充放电三圈测试，分别标定其自放电前的实际容量；根据标定的实际容量进行自放电测试，将样本锂离子电池分别放进设定不同温度的环境下进行预定时长的自放电，将自放电天数作为自变量，进行多次拟合，最终得到自放电电压变化模型。
作为一种实施例，电动汽车的电池包健康状态来源于电芯的电压、容量，其中容量是需要专门设备进行测量，而电芯的电压是由BMS监控，正常工况试验的温度取25℃和45℃，本公开用实际BMS采取的真值与现有值通过多次公式拟合，正向逆向的推出差值在1％内。
具体的，推算的过程如下：
1、将自放电天数作为自变量，电压变化作为因变量，分别令作x和f(x)。
2、将25℃和45℃环境下自放电电压记录，并按照天数绘制带平滑曲线的数据标记的散点图。
3、通过观察散点图，发现轨迹类似于指数函数
4、通过拟合得到自放电电压函数表达式：
25℃(f(x)＝3.30181e(0.00003)x)；45℃(f(x)＝3.30091e(0.00003)x)
5、通过多次拟合，最终确定电压变化模型：25℃自放电电压变化模型为：3.30192e-0.00003395x；45℃自放电电压变化模型为：3.30109e-0.00009557x。
通过现有值的一定规律，推算出公式，推算公式过程初期误差较大，经过不断完善后，最后得到25℃、45℃的指数函数模型公式。
本公开的一种锂离子电池自放电测算方法的测试的具体实施过程为：
步骤1、选取6只73Ah磷酸铁锂电池平行样，测量其的自放电测试前基本性能。1#、2#和3#做25℃自放电测试，4#、5#和6#做45℃自放电测试。
步骤2、对这些锂电池进行自放电前定容测试，将这些锂离子电池按照1C的电流进行充放电三圈测试，分别标定其自放电前的实际容量。
步骤3、按照1充电50％SOC做自放电测试，做完自放电后保存并记录数据。
步骤4、将锂离子电池分别放进25℃和45℃的温度下进行预定时长的自放电。
5、按照每3天进行一次电压测试并记录数据。
通过验证，对测试数据进行处理，将自放电天数作为自变量，进行多次拟合。最终得到25℃自放电电压变化模型为：3.30192e-0.00003395x的函数表达式，其中x表示自放电天数，f(x)相对应的电池电压；45℃自放电电压变化模型为：3.30109e-0.00009557x的函数表达式，其中x表示自放电天数，f(x)相对应的电池电压。
作为一种实施例，自放电的具体实施方法包括：
1、取6只73Ah方形磷酸铁锂电池1#、2#、3#、4#、5#、6#；
2、静置30min；
3、将6只电池1C恒流放电至2V；
4、静置30min；
5、将6只电池1C恒流恒压充至3.65V；
6、静置30min；
7、将1#、2#、3#电池放进25℃下，按照每3天进行电压测试并记录数据；
8、将4#、5#、6#电池放进45℃下，按照每3天进行电压测试并记录数据；
9、重复上述7～8步骤，对应预定时长的自放电测试；
按照上述方法测试后得到的自放电电压数据，来计算不同温度下每次自放电电压。每种条件下得到的自放电数据如表1、表2、表3、表4、表5以及表6所示。
表1样品1#25℃自放电数据
表2样品2#25℃自放电数据
| 天数/d | 实际电压 | 仿真模型测算电压变化 | 电压变化误差 |
| 3 | 3.30175 | 3.30158 | -0.00510％ |
| 6 | 3.30135 | 3.30125 | -0.00317％ |
| 9 | 3.30082 | 3.30091 | 0.00269％ |
| 12 | 3.30046 | 3.30057 | 0.00342％ |
| 15 | 3.30017 | 3.30024 | 0.00202％ |
| 18 | 3.29993 | 3.29990 | -0.00090％ |
| 21 | 3.29968 | 3.29956 | -0.00351％ |
| 24 | 3.29930 | 3.29923 | -0.00218％ |
| 27 | 3.29908 | 3.29889 | -0.00569％ |
| 30 | 3.29887 | 3.29856 | -0.00951％ |
表3样品3#25℃自放电数据
| 天数/d | 实际电压 | 仿真模型测算电压变化 | 电压变化误差 |
| 3 | 3.30173 | 3.30158 | -0.00450％ |
| 6 | 3.30129 | 3.30125 | -0.00136％ |
| 9 | 3.30081 | 3.30091 | 0.00300％ |
| 12 | 3.30045 | 3.30057 | 0.00372％ |
| 15 | 3.30015 | 3.30024 | 0.00262％ |
| 18 | 3.29988 | 3.29990 | 0.00062％ |
| 21 | 3.29963 | 3.29956 | -0.00199％ |
| 24 | 3.29921 | 3.29923 | 0.00055％ |
| 27 | 3.29898 | 3.29889 | -0.00266％ |
| 30 | 3.29869 | 3.29856 | -0.00406％ |
表4样品4#45℃自放电数据
表5样品5#45℃自放电数据
| 天数/d | 实际电压 | 仿真模型测算电压变化 | 电压变化误差 |
| 3 | 3.30089 | 3.30078 | -0.00346％ |
| 6 | 3.30035 | 3.30046 | 0.00335％ |
| 9 | 3.29997 | 3.30015 | 0.00531％ |
| 12 | 3.29982 | 3.29983 | 0.00029％ |
| 15 | 3.29969 | 3.29951 | -0.00532％ |
| 18 | 3.29928 | 3.29920 | -0.00245％ |
| 21 | 3.29887 | 3.29888 | 0.00042％ |
| 24 | 3.29861 | 3.29857 | -0.00126％ |
| 27 | 3.29815 | 3.29825 | 0.00313％ |
| 30 | 3.29802 | 3.29794 | -0.00249％ |
表6样品6#45℃自放电数据
根据拟合结果，最终可以得到25℃自放电电压变化模型为：3.30192e-0.00003395x，其中x表示自放电天数，f(x)相对应的电池电压。45℃自放电电压变化模型为：3.30109e-0.00009557x的函数表达式，其中x表示自放电天数，f(x)相对应的电池电压。
先根据不同温度自放电得到电压的变化模型，再将变量天数代入x就能得到其电压，且误差能控制在1％以内。
实施例2
本公开的一种实施例中提供了一种锂离子电池自放电测算系统，包括：
数据获取模块，用于获取待测算锂离子电池，确定其自放电测算前的基本性能；
自发电测算模块，用于设定待测算锂离子电池自放电天数，将所述待测算锂离子电池分别放进设定不同温度的环境下进行设定时长的自放电；
将自放电天数作为自变量，输入自放电电压变化模型中，获取待测算锂离子电池自放电电压；
其中，自放电电压变化模型的获取过程为：对样本锂离子电池进行自放电定容测试，将样本锂离子电池按照设定的电流进行充放电三圈测试，分别标定其自放电前的实际容量；根据标定的实际容量进行自放电测试，将样本锂离子电池分别放进设定不同温度的环境下进行预定时长的自放电，将自放电天数作为自变量，进行多次拟合，最终得到自放电电压变化模型。
实施例3
本公开的一种实施例中提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，实现所述的一种锂离子电池自放电测算方法。
实施例4
本公开的一种实施例中提供了一种电子设备，包括：处理器、存储器以及计算机程序；其中，处理器与存储器连接，计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，所述处理器执行所述存储器存储的计算机程序，以使电子设备执行实现所述的一种锂离子电池自放电测算方法。
本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种锂离子电池自放电测算方法，其特征在于，包括：
获取待测算锂离子电池，确定其自放电测算前的基本性能；
设定待测算锂离子电池自放电天数，将所述待测算锂离子电池分别放进设定不同温度的环境下进行设定时长的自放电；
将自放电天数作为自变量，输入自放电电压变化模型中，获取待测算锂离子电池自放电电压；
其中，自放电电压变化模型的获取过程为：对样本锂离子电池进行自放电定容测试，将样本锂离子电池按照设定的电流进行充放电三圈测试，分别标定其自放电前的实际容量；根据标定的实际容量进行自放电测试，将样本锂离子电池分别放进设定不同温度的环境下进行预定时长的自放电，将自放电天数作为自变量，进行多次拟合，最终得到自放电电压变化模型。
2.如权利要求1所述的一种锂离子电池自放电测算方法，其特征在于，分别对多个样本锂离子电池进行分类，一半进行25℃温度的环境下的自放电测试，另一半进行45℃温度的环境下的自放电测试。
3.如权利要求1所述的一种锂离子电池自放电测算方法，其特征在于，对样本锂离子电池进行自放电前定容测试，将样本锂离子电池按照1C的电流进行充放电三圈测试，分别标定其自放电前的实际容量。
4.如权利要求1所述的一种锂离子电池自放电测算方法，其特征在于，按照1C0充电50％SOC做自放电测试，做完自放电后保存并记录数据，将样本锂离子电池分别放进25℃和45℃的温度下进行预定时长的自放电。
5.如权利要求1所述的一种锂离子电池自放电测算方法，其特征在于，利用BMS对电芯进行监控，通过对测试数据进行处理，将自放电天数作为自变量，采集实际BMS的测量值与现有值进行多次拟合，获取自放电电压变化模型，将差值控制在1％内。
6.如权利要求5所述的一种锂离子电池自放电测算方法，其特征在于，所述自放电电压变化模型为25℃以及45℃的指数函数模型公式。
7.如权利要求6所述的一种锂离子电池自放电测算方法，其特征在于，25℃自放电电压变化模型为：f(x)＝3.30192e-0.00003395x，其中x表示自放电天数，f(x)相对应的电池电压；45℃自放电电压变化模型为：f(x)＝3.30109e-0.00009557x的函数表达式，其中x表示自放电天数，f(x)相对应的电池电压。
8.一种锂离子电池自放电测算系统，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于获取待测算锂离子电池，确定其自放电测算前的基本性能；
自发电测算模块，用于设定待测算锂离子电池自放电天数，将所述待测算锂离子电池分别放进设定不同温度的环境下进行设定时长的自放电；
将自放电天数作为自变量，输入自放电电压变化模型中，获取待测算锂离子电池自放电电压；
其中，自放电电压变化模型的获取过程为：对样本锂离子电池进行自放电定容测试，将样本锂离子电池按照设定的电流进行充放电三圈测试，分别标定其自放电前的实际容量；根据标定的实际容量进行自放电测试，将样本锂离子电池分别放进设定不同温度的环境下进行预定时长的自放电，将自放电天数作为自变量，进行多次拟合，最终得到自放电电压变化模型。
9.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，实现如权利要求1-7任一项所述的一种锂离子电池自放电测算方法。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储器以及计算机程序；其中，处理器与存储器连接，计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，所述处理器执行所述存储器存储的计算机程序，以使电子设备执行实现如权利要求1-7任一项所述的一种锂离子电池自放电测算方法。
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2024
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