一种锂离子电池的峰值功率快速测试方法与流程

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池的峰值功率(stateofpower,sop)快速测试方法。

背景技术：

随着能源和科技的发展，动力汽车已成为各国未来交通发展的重点方向，锂离子电池因其具有能量密度高和成本低等优点，被广泛应用于电动汽车储能系统中。电动汽车在循环工况运行中应时刻保持电池的sop在安全范围内，测试电池不同持续时间的sop，为优化控制整车提供数据依据。锂离子电池峰值功率的快速测试对防止电池发生过充过放和保证电池系统使用的合理性具有重要的意义。

锂离子电池的峰值功率与荷电状态(stateofcharge,soc)、温度和持续时间等多种因素相关，其中峰值功率可用峰值电流表征。所述sop为电池当前一定持续时间内的最大输入或输出功率。目前对电池sop测试的方法主要包括：(1)恒功率(电流)测试：随机选择一个功率(电流)，对在某个荷电状态下的电池进行充电或放电到截止电压，记录实验时间，通过改变功率(电流)的大小重复实验，使记录时间逐渐逼近所求峰值功率(电流)的持续时间。恒功率(电流)测试也被称为直接测试，虽然精度高，但过程繁琐，反复随机试验导致测试效率也极低；(2)日本jevs功率测试：选取不同电流，对在某个荷电状态下的电池进行交替充放电，通过拟合电压与电流关系得到峰值电流。但对于高端soc峰值放电电流远大于峰值充电电流的情况，这种测试方法的适用性较差；(3)混合动力脉冲能力特性(hppc)测试：在不同荷电状态下，对电池进行交替充电或放电，通过电池充电欧姆内阻或放电欧姆内阻计算电池峰值电流。但该测试方法没有设定电流限制，可能损害电池的寿命。

在电池实际应用中需要依托于大量精确的实验数据，采用直接测试法会消耗大量时间，损坏电池的使用寿命。hppc测试和日本jevs测试虽提高了测试效率，但是由于hppc测试采用单一脉冲，精度较低，而日本jevs测试的精度在高端soc很差。

技术实现要素：

针对现有测试方法中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种锂离子电池的sop快速测试方法，在日本jevs测试的基础上进行改进，在高端soc通过充入相同的放电容量，保证soc不变，同时增加一系列放电脉冲，提高在高端soc测试峰值放电电流的精度。并且挖掘改进jevs测试与持续时间的潜在关系，找到一种能快速测试不同持续时间sop且高精度的方法，有利于提升电池利用率和降低车辆运行成本。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种锂离子电池的峰值功率(sop)快速测试方法，包括如下步骤：

s1、针对目标锂离子电池(锂电池)，判断锂离子电池的初始荷电状态；

当锂离子电池的初始荷电状态小于70％时，执行步骤s2；

当锂离子电池的初始荷电状态大于或等于70％时，执行步骤s3和s4；

s2、对锂离子电池进行日本jevs测试，获得锂离子电池的峰值功率测试数据，进而获得锂离子电池的峰值功率；

s3、采用以下步骤对锂离子电池进行峰值功率测试：

s31、对锂离子电池进行日本jevs测试，充电持续时间和放电持续时间均为ts；

s32、以2c的电流i对锂离子电池进行放电ts，然后静置；

s33、以0.5c的恒定电流对锂离子电池充入容量q，然后静置；

s34、将步骤s32和s33重复3-4次，但每重复一次，步骤s32中电流i的放电倍率增加2c；

s4、记录步骤s31中，每次进行充电ts结束时锂离子电池的电流和电压值，以及每次进行放电ts结束时锂离子电池的电流和电压值；

记录步骤s32和s34中，对锂离子电池进行放电ts结束时，锂离子电池的电压值和电流值；

采用直线拟合上述记录的电流值与电压值，则充电截止电压和放电截止电压分别对应的电流值是持续时间为ts的峰值充电电流和峰值放电电流；所述峰值功率(sop)用上述获得的峰值充电电流和峰值放电电流表征；

对步骤s31中，每次进行充电ts过程中锂离子电池的电流和电压值，以及每次进行放电ts过程中锂离子电池的电流和电压值进行数据采样记录；

对步骤s32和s34中，锂离子电池进行放电ts过程中锂离子电池的电压值和电流值进行数据采样记录；

利用数值分析，对上述数据采样记录的电压值和电流值数据进行线性拟合(描点)，找出充电截止电压和放电截止电压分别对应的峰值充电电流和峰值放电电流，获得锂离子电池在任意持续时间的峰值充电电流和峰值放电电流，并用以表征峰值功率，实现快速测试锂离子电池的sop。

在上述技术方案的基础上，步骤s2中所述：对锂离子电池进行日本jevs测试的步骤为：

s21、采用0.5c的电流对锂离子电池进行充电ts，然后静置；

s22、采用0.5c的电流对锂离子电池进行放电ts，然后静置；

s23、采用1c的电流对锂离子电池进行充电ts，然后静置；

s24、采用1c的电流对锂离子电池进行放电ts，然后静置；

s25、采用1.5c的电流对锂离子电池进行充电ts，然后静置；

s26、采用1.5c的电流对锂离子电池进行放电ts，然后静置；

s27、采用2c的电流对锂离子电池进行充电ts，然后静置；

s28、采用2c的电流对锂离子电池进行放电ts，然后静置。

在上述技术方案的基础上，步骤s31中所述：对锂离子电池进行日本jevs测试的具体步骤为：

步骤s311：采用0.5c的电流对锂离子电池进行充电ts，然后静置；

步骤s312：采用0.5c的电流对锂离子电池进行放电ts，然后静置；

步骤s313：采用1c的电流对锂离子电池进行充电ts，然后静置；

步骤s314：采用1c的电流对锂离子电池进行放电ts，然后静置。

在上述技术方案的基础上，步骤s33中的容量q根据公式(1)计算，

其中i的单位为：a，t的单位为：s，q的单位为：ah。

在上述技术方案的基础上，所述锂离子电池的峰值功率快速测试方法的持续时间t一般取10、30或60等数值。

在上述技术方案的基础上，所述锂离子电池的峰值功率快速测试方法的测试温度为10℃、20℃或45℃。

在上述技术方案的基础上，所述锂离子电池为钛酸锂动力电池或三元材料动力电池。

在上述技术方案的基础上，所述数据采样记录的数据采样间隔为10ms。

本发明具有以下有益技术效果：

在高端soc避免了：在交替充放电时，峰值充电电压超出截止电压；通过增加一系列放电脉冲，线性拟合电压电流关系，获取峰值放电电流，提高sop的测试精度；

利用持续时间为ts的sop测试数据，获取持续时间在ts以内的任意sop数据，避免大量重复随机试验，提高sop的测试效率；

本发明所述锂离子电池的sop快速测试方法，估计精度控制在10％以内。

本发明所述方法对于不同温度下的不同类型锂离子电池具有很好的适应性。

附图说明

本发明有如下附图：

图1是基于改进jevs测试方法的sop测试流程示意图；

图2是常温下soc80％改进jevs测试的拟合结果；

图3是常温下改进jevs测试的sop实验结果；

图4是常温下改进jevs测试的sop测试误差；

图5是常温下soc50％估算不同持续时间的sop估计结果；

图6是常温下soc50％估算不同持续时间sop的估计误差；

图7是不同温度下soc50％测试的sop实验结果；

图8是不同温度下soc50％测试的sop测试误差。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明所述的锂离子电池的sop快速测试方法，基于日本jevs测试法，从ts脉冲测试数据获取不同持续时间的电压电流值，利用直线拟合不同持续时间电压电流的曲线关系，得到不同持续时间的sop，实现sop的快速测试，具体步骤为：

一种锂离子电池的峰值功率(sop)快速测试方法，包括如下步骤：

s1、针对目标锂离子电池(锂电池)，判断锂离子电池的初始荷电状态；

当锂离子电池的初始荷电状态小于70％时，执行步骤s2；

当锂离子电池的初始荷电状态大于或等于70％时，执行步骤s3和s4；

s2、对锂离子电池进行日本jevs测试，获得锂离子电池的峰值功率测试数据，进而获得锂离子电池的峰值功率；

s3、采用以下步骤对锂离子电池进行峰值功率测试：

s31、对锂离子电池进行日本jevs测试，充电持续时间和放电持续时间均为ts；

s32、以2c的电流i对锂离子电池进行放电ts，然后静置；

s33、以0.5c的恒定电流对锂离子电池充入容量q，然后静置；

s34、将步骤s32和s33重复3-4次，但每重复一次，步骤s32中电流i的放电倍率增加2c；

s4、记录步骤s31中，每次进行充电ts结束时锂离子电池的电流和电压值，以及每次进行放电ts结束时锂离子电池的电流和电压值；

记录步骤s32和s34中，对锂离子电池进行放电ts结束时，锂离子电池的电压值和电流值；

采用直线拟合上述记录的电流值与电压值，则充电截止电压和放电截止电压分别对应的电流值是持续时间为ts的峰值充电电流和峰值放电电流；所述峰值功率(sop)用上述获得的峰值充电电流和峰值放电电流表征；

对步骤s31中，每次进行充电ts过程中锂离子电池的电流和电压值，以及每次进行放电ts过程中锂离子电池的电流和电压值进行数据采样记录；

对步骤s32和s34中，锂离子电池进行放电ts过程中锂离子电池的电压值和电流值进行数据采样记录；

利用数值分析，对上述数据采样记录的电压值和电流值数据进行线性拟合(描点)，找出充电截止电压和放电截止电压分别对应的峰值充电电流和峰值放电电流，获得锂离子电池在任意持续时间的峰值充电电流和峰值放电电流，并用以表征峰值功率，实现快速测试锂离子电池的sop。

在上述技术方案的基础上，步骤s2中所述：对锂离子电池进行日本jevs测试的步骤为：

s21、采用0.5c的电流对锂离子电池进行充电ts，然后静置；

s22、采用0.5c的电流对锂离子电池进行放电ts，然后静置；

s23、采用1c的电流对锂离子电池进行充电ts，然后静置；

s24、采用1c的电流对锂离子电池进行放电ts，然后静置；

s25、采用1.5c的电流对锂离子电池进行充电ts，然后静置；

s26、采用1.5c的电流对锂离子电池进行放电ts，然后静置；

s27、采用2c的电流对锂离子电池进行充电ts，然后静置；

s28、采用2c的电流对锂离子电池进行放电ts，然后静置。

在上述技术方案的基础上，步骤s31中所述：对锂离子电池进行日本jevs测试的具体步骤为：

步骤s311：采用0.5c的电流对锂离子电池进行充电ts，然后静置；

步骤s312：采用0.5c的电流对锂离子电池进行放电ts，然后静置；

步骤s313：采用1c的电流对锂离子电池进行充电ts，然后静置；

步骤s314：采用1c的电流对锂离子电池进行放电ts，然后静置。

在上述技术方案的基础上，步骤s33中的容量q根据公式(1)计算，

其中i的单位为：a，t的单位为：s，q的单位为：ah。

在上述技术方案的基础上，所述锂离子电池的峰值功率快速测试方法的持续时间t一般取10、30或60等数值。

在上述技术方案的基础上，所述锂离子电池的峰值功率快速测试方法的测试温度为10℃、20℃或45℃。

在上述技术方案的基础上，所述锂离子电池为钛酸锂动力电池或三元材料动力电池。

在上述技术方案的基础上，所述数据采样记录的数据采样间隔为10ms。

调整锂离子电池的荷电状态至设定初始荷电状态的方法步骤如下：首先以0.5c的电流对锂离子电池充电至上限电压4.2v，再转恒压对锂离子电池充电至电流小于0.05a，最后采用恒定电流以1c的倍率将锂离子电池调整至设定初始荷电状态。

本发明所述的锂离子电池的峰值功率快速测试方法，所述锂离子电池能在电动车辆中使用，可以是钛酸锂动力电池或三元材料动力电池。

不同类型汽车的峰值功率不同，一般混合动力轿车、纯电动车和混合动力客车的功率测试脉宽分别为10s、30s和60s，所以本发明所述锂离子电池的峰值功率持续时间一般取10s、30s或60s等数值。

由于不同类型锂离子电池的正负极材料不同，各种电池在同一荷电状态下的输入或输出功率会存在差异，但是对于某一种电池，本发明所述的sop快速测试方法可以快速获取其峰值功率。

以下具体实施例以某公司的三元材料动力锂电池为例进行说明。

测试目标电池为2.75ah三元材料动力锂电池，以soc80％为例。电池按照以下工况进行峰值功率测试：

首先以0.5c的恒流充电至上限电压4.2v，再转恒压充电至电流小于0.05a；以1c的恒流放出0.55ah的电容量，获得soc80％的锂电池；

采用恒定电流以0.5c和1c的倍率对锂电池进行交替充放电，充电持续时间和放电持续时间均为10s，同时，对每次充电10s结束时锂电池的电流和电压进行数据记录，作为充电数据；对每次放电10s结束时锂电池的电流和电压进行数据记录，作为放电数据；

然后以2c的电流i对锂电池进行放电10s，采用恒流(恒定电流)以0.5c的倍率对锂电池充入电容量0.0153ah；

以4c的电流i对锂电池进行放电10s，以0.5c的恒流对锂电池充入电容量0.0306ah；

以6c的电流i对锂电池进行放电10s，以0.5c的恒流对锂电池充入电容量0.0459ah；

以8c的电流i对锂电池进行放电10s，以0.5c的恒流对锂电池充入电容量0.0612ah。

对每次锂离子电池进行放电10s结束时的电压与电流进行数据记录，线性拟合上述记录的电压与电流，得到常温下soc80％改进jevs测试10s峰值放电电流和峰值充电电流的拟合结果，如图2所示。

可以观察到，改进的jevs测试通过增加放电脉冲测试，明显提高了拟合峰值放电电流的精度。基于上述测试可得到常温下改进jevs测试在soc全区间内的sop测试结果及测试误差，分别如图3和图4所示。可以发现，改进jevs测试在soc全区间内的精度均小于10％。

在电动汽车用锂离子电池的使用过程中，需要提供不同持续时间的sop，以soc50％为例，基于日本jevs测试测得60s的峰值电流，从60s测试数据中选取10s和30s电流及相对应的电压，分别拟合10s、30s以及60s电压与电流的关系，得到常温下soc50％估算不同持续时间的sop估计结果及误差，分别如图5和图6所示，估算不同持续时间的sop误差在10％以内。考虑在不同温度下的峰值电流有所变化，在10℃和45℃测试soc50％的峰值电流，得到不同温度soc50％测试sop的实验结果及测试误差，分别如图7和图8所示，可以发现本专利所述方法在不同温度下测试sop的误差仍在10％以内。

本发明公开了一种锂离子电池的峰值功率快速测试方法，所述方法基于改进jevs测试方法，从测试数据获取不同持续时间的电压电流值，不要求电池单独测试，得到不同持续时间的sop，且电池无需再测试大量随机试验，提高了电池的测试效率。

选取日本jevs测试完成部分荷电状态的sop测试，避免大量随机性重复实验；在高端soc对jevs测试方法进行改进，在保证荷电状态不变的情况下增加放电脉冲测试，减小采用线性拟合时因极化内阻与放电电流不成线性关系而产生的误差，提高测试精度，同时避免电池在交替充放电时充电电压超出安全阈值，在不同温度soc全区间内验证测试精度；利用60s测试sop的数据估计出60s以内不同持续时间的sop，验证估计结果，提高测试效率；本发明所述锂离子电池的sop快速测试方法，测试精度控制在10％以内。

显然，以上所述仅仅为本发明所做的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，对于熟悉本领域的任何技术人员，在上述说明的基础上引申出其它不同形式的变化或变动，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权力要求的保护范围为准。

本说明书中未做详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。