锂电池充放电特性的标定方法及充放电特性标定仪的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明具体涉及一种锂电池充放电特性的标定方法及施行该方法所使用的充放 电特性标定仪，属于锂电池测量领域。
【背景技术】
[0002] 与普通锂电池相比，磷酸铁锂电池具有电压高、过放能力强、循环寿命长、安全性 能好、自放电少、可快速充电等优点，磷酸铁锂电池被越来越多的运用到电动车辆、电动工 具、玩具、便携医疗设备、警示灯等各种移动设备中。
[0003] 为了保护移动设备、延长电池的使用寿命，通常需要建立电池管理系统对磷酸铁 锂电池进行管理。电池管理系统的建立需要准确估算电池的充放电特性，以建立合理的管 理系统。
[0004] 传统的电池充放电特性的标定主要是对荷电状态（S0C)的估算和电压-S0C曲线 的绘制。其中，S0C=Qc/QpQ。为电池的初始电量，为电池以恒定电流I放电时所具有的 最大荷电容量。
[0005] 常用的估算电池S0C的方法主要是开路电压法和安时计量法。开路电压法是利用 初始电量与电池开路电压之间的对应关系，拟合出初始电量与开路电压的一组函数曲线， 假设最大荷电容量即是额定电量，在电池接入测量系统后测量电池开路电压，经函数运算 或查表后计算出当前电池的初始电量。但磷酸铁锂电池的S0C在15%~85%时，S0C-电 压的区分度明显下降，采用该方法评估磷酸铁锂电池的S0C，会出现较大的误判。专利 CN03113577. 3公开了一种锂电子电池电量的测定方法，该方法将电压划分为不同区间，并 通过电压的变化得到电池当前的荷电状态，但是在区间内，这种算法只能给出一个二次方 程的拟合结果，S0C值对应电压变化的规律并不明显，电池短时间（小于lmin)的断电重连 也会由于电压回升缓慢而产生较大误差，也不适于对磷酸铁锂电池的S0C进行评估。
[0006] 安时计量法是用电流值在时间上的积分过程检测电池的S0C，该方法在分容仪中 施行。但该方法缺少对电池老化状态的判断，认为电池的最大荷电容量为额定电量，而长时 间放置的电池或在极限环境中使用的电池，最大荷电容量通常达不到额定电量，采用这样 的电池测得的S0C误差较大，缺乏对电池管理系统建立的参考价值。并且，该方法仅对荷电 状态进行检测，不能给出电压-S0C曲线，给出的电池充放电特性信息不全面。另外，施行该 方法所用的分容仪体积较大，难以与恒温箱等环境设备共用，对环境温度引起的测量误差 缺少处理方法。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的之一是提供一种锂电池充放电特性的标定方法，以解决上述问题； 本发明的目的之二是提供一种施行该方法的充放电特性标定仪。
[0008] 为了解决上述目的，本发明所采用的技术方案是：
[0009] 一种锂电池充放电特性的标定方法，该方法在充放电特性标定仪中施行，计算部 分由单片机计算得到，其特征在于，包括以下三个工序：
[0010] 一、充放电工序：
[0011] 1.对待测锂电池恒流充电，在充电过程中实时记录电池电压数据，当该电池电压 达到额定最高电压时，充电结束，充电完成所需的时间为， h
[0012] 根据公式：q=]"(??xi)☆，由单片机实时计算每个电压数据所对应的电池电 0 量，式中，Qi为充电结束后的电池电量，i为充电电流，n为电池效率系数，其中，n=nTxntxnpnT为温度影响系数，nt为老化系数，ni为充放电倍率系数，令ni=1;nt =1 ;当环境温度T〈5°c，nT= 〇? 7 ;当 5°C彡T〈15°C，nT= 〇? 9 ;当 15°C彡T〈30°C，nT = 1 ;当 30°C彡T〈55°C，nT= 1. 05 ;当 55°C彡T，nT= 1. 1，
[0013] 2.对待测锂电池进行放电，当实时电压达到额定最低电压时，放电结束，
[0014] 根据公式：4 0x ?.计算得到最大荷电容量Q2，式中，i为放电电流， t2为放电结束的时间，n为电池效率系数，电池效率系数的计算方法与上述电池效率系数 的计算方法相同；
[0015] 二、初始荷电状态的标定工序：
[0016] 根据公式：(^=Q2-Qi，计算得到待测锂电池的初始电量Q。，
[0017] 根据公式：SOQ^Q/Qs，计算得到待测锂电池初始状态下的电荷状态S0C。，
[0018] 三、充电电压-S0C函数曲线的绘制工序：
[0019] 对待测锂电池再次恒流充电，在充电过程中实时记录电池电压数据，并由单片机 实时计算每个电压数据所对应的电池电量，当该电池电量达到初始电量％，充电结束，
[0020] 根据两次充电过程中实时记录的电池电量计算得到每个电池电量数据所对应的 S0C值，将每个S0C值和所对应的电池电压数据进行整理，以S0C值为横轴，电池电压为纵 轴，描点绘制得到电压-S0C函数曲线。
[0021] 本发明所提供的锂电池充放电特性的标定方法还可以具有这样的特征：还包括老 化系数的标定工序， Q,
[0022] 根据公式：仏实际=，计算得到待测锂电池的实际老化系数nt实际，式中， b额定 为环境温度下待测锂电池的额定电量，根据实际老化系数，对待测锂电池是否老化进行 判断。
[0023] 施行上述标定方法的充放电特性标定仪，具有检测电路，控制器、充电源以及放电 负载，其特征在于：
[0024] 检测电路包括电流检测电路、电压检测电路以及温度检测电路，电流检测电路与 待测锂电池相连，用于测定待测锂电池的实时电流并传递电流信息；电压检测电路与待测 锂电池相连，用于测定锂电池的实时电压并传递电压信息；温度检测电路用于检测环境温 度并传递温度信息；
[0025] 控制器包括和充电源相连的充电控制模块、和放电负载相连的放电控制模块、存 储模块以及计算模块，
[0026] 充电控制模块控制充电源开始充电或停止充电；放电控制模块控制放电负载开始 放电或者停止放电；存储模块与电流检测电路、电压检测电路以及温度检测电路相连，用于 接收并存储电流信息、电压信息及温度信息；计算模块与存储模块相连，对电流信息、电压 信息及温度信息进行计算和处理。
[0027] 上述充放电特性标定仪还可以具有这样的特征：控制器还包括设定模块和与该设 定模块相连的比较模块，设定模块用于设定待测锂电池的额定最低电压及额定最高电压， 比较模块还与存储模块、充电控制模块、以及放电控制模块相连，将存储模块接收到的电压 信息与设定模块设定的额定最低电压或额定最高电压进行比较，并根据比较结果对充电控 制模块以及放电控制模块进行控制。
[0028] 上述充放电特性标定仪还可以具有这样的特征：还具有与控制器相连的显示器， 该显示器用于显示电池电压、电池电量以及电压-S0C函数曲线。
[0029] 与【背景技术】相比，本发明所提供的锂电池充放电特性的标定方法的优点和积极效 果如下：
[0030] 1.计算结果准确
[0031] 由于在环境温度过高时，锂电池电解液活性增大，离子扩散运动能力增强，实际可 用电量增大，而在环境温度过低时，电池温度下降，实际可用电量减小，本发明的标定方法 在计算过程中根据环境温度对计算数据进行温度补偿，采用温度影响系数对充入电荷量Qi 和最大荷电容量Q2进行校正，采用校正后的充入电荷量Q1和最大荷电容量Q2标定初始荷 电状态及绘制充电电压-S0C函数曲线，而不是简单的采用额定电量作为最大荷电电量进 行计算，计算结果准确，不仅可以用于电池管理系统的建立，还可以作为其他S0C算法的标 准，为其他算法准确与否提供评判依据。
[0032] 2.可用于磷酸铁锂电池充放电特性的标定
[0033] 本方法以充放电电流和时间为特征参数计算S0C，避免了电压平坦区特性带来的 影响，不仅可以准确的标定普通锂电池的充放电特性，还可以标定磷酸铁锂电池的充放电 特性，适用范围广。
[0034] 另外，施行本发明的方法的充放电特性标定仪具有电流检测电路以及电压检测电 路，可以实时监测待测锂电池的电压和电流，存储模块能够存储电流信息和电压信息，与背 景技术相比，该充放电特性标定仪能够给出全面的电池运行状态数据，不仅能得到待测锂 电池的S0C、也能绘制得到S0C-电压曲线。并且，本发明所提供的充放电特性标定仪电路简 单，设备小巧，与分容仪相比，不仅自身体积较小，也不需要与恒温箱等环境设备共用；操作 简单，完成完整的充放电周期后，电池的充放电特性与相关参数均已测得。
【附图说明】
[0035] 图1为本发明所涉及的充放电特性标定仪在实施例中的结构框图；
[0036] 图2为实施例中电流检测电路的电路图；
[0037] 图3为实施例中充电控制电路的电路图；
[0038] 图4为实施例中放电控制电路的电路图；以及
[0039] 图5为实施例中锂电池充放电特性的标定方法的流程图。
【具体实施方式】
[0040] 以下结合附图，对本发明所涉及的锂电池充放电特性的标定方法及施行该方法所 使用的充放电特性标定仪做进一步说明。
[0041]〈实施例〉
[0042] 图1为本发明所涉及的充放电特性标定仪在实施例中的结构框图。
[0043] 本实施例所提供的锂电池充放电特性的标定方法在如图1所示的充放电特性标 定仪10中施行。
[0044] 充放电特性标定仪10具有检测电路11，控制器12 (在本实施例中为单片机）、充 电源13、放电负载14、以及显示器16。
[0045] 检测电路11包括与待测锂电池15相连的电流检测电路111、与待测锂电池15相 连的电压检测电路112以及温度检测电路113。电流检测电路111用来测定待测锂电池15 的实时电流并传递电流信息。电压检测电路112用来测定锂电池18的实时电压并传递电 压信息。温度检测电路113用于检测环境温度并传递温度信息。
[0046] 图2为实施例中电流检测电路的电路图。
[0047] 如图2所示，电流检测电路111具有运算放大器114、六个比例电阻117、以及三 极管115。运算放大器114型号为LMV932,工作电压1. 8V~5V，输出电流100mA，将电流 放大并通过三极管115传递至单片机12的ADC引脚116,单片机12读取ADC值后与内部 参考源比较计算后得到充电电流，六个比例电阻117包括第一比例电阻117-a、第二比例电 阻117-b、第三比例电阻117-c、第四比例电阻117-d、第五比例电阻117-e、以及第六比例电 阻117-f。第一比例电阻117-a、第二比例电阻117-b、第三比例电阻117-c、第四比例电阻 117-d均为lk欧，第四比例电