一种车用锂离子电池的充放电性能测试方法与流程
本发明涉及锂离子电池性能测试技术领域，具体涉及一种车用锂离子电池的充放电性能测试方法。
背景技术：
随着社会经济的不断发展，人民生活水平的大幅度提高，也带来了能源需求的激增，随之而来的就是越来越严峻的环境问题。电动汽车因其能源需求量低、污染小而得到广泛推广，既缓解了能源压力，也改善了环境污染问题。
电动汽车(纯电动汽车和混动汽车)采用锂离子电池作为汽车的动力源，来提供车辆行驶过程中的动力需求，但是电动汽车的电池往往会存在充放电不充分的情况，导致行驶公里数降低，而充电桩又不普及，人们必须为锂离子电池留有一定的电量去寻找充电桩，这成为人们不愿意购买和使用电动汽车的主要原因之一。因此，锂离子电池的充放电性能成为人们研究的热点问题。
专利号为201810961546.1、授权公告日为2020.06.19，名称为“一种锂离子电池建模仿真及状态诊”的专利公开了一种锂离子电池建模仿真及状态诊断方法，通过锂离子电池以恒定工作制度充放电的放电电压和放电容量建模仿真模拟锂离子电池的状态。但是该模型是在恒定工作制度下进行的状态诊断，而车用锂离子电池由于路况、工况和电池本身状态的不同，其工作模式并非一成不变的，需要时刻根据车辆的行驶状态的需求功率进行工作，如果使用该模型进行车载锂离子电池的充放电性能测试，并不能很好的体现车辆的行驶工况，因此测出的结果也不能很好的反映车载电池的充放电性能，误差较大。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的是提供一种车用锂离子电池的充放电性能测试方法，通过选取锂离子电池充放电性能参数以及影响充放电性能的影响因子，并基于影响因子模拟不同工况下电池的充放电，得到电池的充电性能指数和放电性能指数，最终得到电池的综合充放电性能指数，有效解决了测试模型不能很好反映车载电池的充放电性能的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种车用锂离子电池的充放电性能测试方法，包括以下步骤：
s1、选取锂离子电池充放电性能参数以及影响所述充放电性能的影响因子；
其中，所述电池充放电性能参数为电池充电性能和电池放电性能；
所述影响因子包括：环境温度、电池温度、电池soc、充放电次数、路面平整度以及电池充放电的均衡性系数；
s2、模拟不同环境温度、不同充电次数下的电池充电工况，获电池从相同荷电状态充至不同设定荷电状态的时间，并确定电池的充电性能指数sc：
其中，sc为电池的充电性能指数，ntc为电池的充电寿命，nc为电池已经完成的充电次数，αi为第i个环境温度下电池的充电性能权重，socj为电池的第j个设定荷电状态，tj为电池从相同荷电状态充至荷电状态为socj时所用时间，soc0为电池的初始荷电状态，m为测试的环境温度点的数量，n为测试的设定荷电状态点的数量，vsoc，c0为电池单位时间的标准充入荷电状态值；
s3、模拟不同放电次数、不同电池温度以及不同路面平整度下的电池放电工况，获得不同电池soc的车辆的最大行驶里程，并确定电池的放电性能指数sd：
其中，sd为电池的放电性能指数，ntd为电池的放电寿命，nd为电池已经完成的放电次数，αp，q为第p个电池温度、第q个荷电状态对应的路面平整度下的电池的放电性能权重，smaxq为荷电状态为socp的电池在路面平整度为eq的形况下的最大行驶里程，eh为高速路面的路面平整度，k为测试的电池温度点的数量，l为测试的不同电池soc的数量，vsoc，d0为电池单位荷电状态行驶的标准里程；
s4、根据所述电池的充电性能指数和所述电池的放电性能指数得到电池的综合充放电性能指数scp。
优选地，在所述s4中，所述电池的综合充放电性能指数通过模糊控制器按照以下过程得到：
将电池的充电性能指数sc、电池的放电性能指数sd输入模糊控制器，所述模糊控制器中电池的充电性能指数sc和电池的放电性能指数sd分为7个等级；
模糊控制器输出电池的综合充放电性能指数scp，输出分为7个等级；
所述电池的充电性能指数sc的模糊论域为[0,1]，其量化因子为1；所述电池的放电性能指数sd的模糊论域为[0,1]，定量化因子为1；输出电池的综合充放电性能指数scp的模糊论域为[0,1]，定量化因子为1；
输入和输出的模糊集为{nb，nm，ns，0，ps，pm，pb}。
优选地，所述电池的综合充放电性能指数的得到还包括采用模糊pid控制器：
输入第i个测试过程的电池的理想充放电均衡性系数
优选地，所述电池的理想充放电均衡性系数
所述输出pid的比例系数的模糊论域为[-1,1]，其定量化因子为0.1；比例积分系数的模糊论域为[-1,1]，其定量化因子为0.1；微分系数的模糊论域为[-1,1]，其定量化因子为0.0001；
所述偏差e和偏差变化率ec分为7个等级；所述输出pid的比例系数、比例积分系数和微分系数分为7个等级；
所述模糊pid控制器的输入和输出的模糊集为{nb，nm，ns，0，ps，pm，pb}。
优选地，当scp≥0.75时，所述电池满足车用电池的要求；当scp＜0.75时，所述电池不满足车用电池的要求。
优选地，在所述s2中，所述电池的充电性能权重的确定过程为：
将电池在恒定充电工作制度，不同环境温度下进行充电测试，记录不同温度下电池从荷电状态为0充至荷电状态为100的充电时间；
以环境温度为横坐标，充电时间为纵坐标绘制电池的温度充电时间曲线；
确定曲线的最大斜率和最小斜率，并确定差值；
记录不同温度点的曲线斜率与曲线的最大斜率和最小斜率的差值的比值为电池在不同温度点的充电性能权重。
优选地，所述恒定充电工作制度为车型相同，电池型号相同，且车辆处于驻车状态。
优选地，在所述s3中，所述电池的放电性能权重的确定过程为：
将电池在恒定放电工作制度，不同电池温度下进行放电测试，分别记录在对应路面平整度、不同温度下电池从荷电状态为100放电至荷电状态为0的放电时间；
以电池温度为横坐标，放电时间为纵坐标绘制不同路面平整度对应的电池的温度放电时间曲线；
确定不同路面平整度对应的曲线的最大斜率和最小斜率，并确定差值；
记录不同路面平整度、不同温度点的曲线斜率与对应曲线的最大斜率和最小斜率的差值的比值为电池在对应路面平整度下不同温度点的放电性能权重。
优选地，所述恒定放电工作制度为车型相同，电池型号相同且车辆行驶状态为标准恒定状态
优选地，在所述s1中，所述路面平整度包括根据不同平整度分类的城市路面、高速路面和乡村路面。
本发明的有益效果是：
本发明通过选取锂离子电池充放电性能参数以及影响充放电性能的影响因子，并基于影响因子模拟不同工况下电池的充放电，得到电池的充电性能指数和放电性能指数，最终得到电池的综合充放电性能指数，有效解决了测试模型不能很好反映车载电池的充放电性能的问题；同时本发明还能基于模糊控制法结合电池的充电性能指数和放电性能指数确定电池的综合充放电性能指数，测试结果更加准确。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种车用锂离子电池的充放电性能测试方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种车用锂离子电池的充放电性能测试方法中电池的充电性能指数sc的隶属函数；
图3为本发明实施例提供的一种车用锂离子电池的充放电性能测试方法中电池的放电性能指数sd的隶属函数；
图4为本发明实施例提供的一种车用锂离子电池的充放电性能测试方法中电池的综合充放电性能指数scp的隶属函数；
图5为本发明实施例提供的一种车用锂离子电池的充放电性能测试方法中电池的理想充放电均衡性系数
图6为本发明实施例提供的一种车用锂离子电池的充放电性能测试方法中偏差变化率ec的隶属函数；
图7为本发明实施例提供的一种车用锂离子电池的充放电性能测试方法中输出pid的隶属函数；
图8为本发明实施例提供的一种车用锂离子电池的充放电性能测试方法中比例积分系数的隶属函数；
图9为本发明实施例提供的一种车用锂离子电池的充放电性能测试方法中微分系数的隶属函数。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种车用锂离子电池的充放电性能测试方法，如图1所示，包括如下步骤：
s1、选取锂离子电池充放电性能参数以及影响所述充放电性能的影响因子；
其中，所述的电池充放电性能参数为电池充电性能和电池放电性能；
所述的影响因子包括：环境温度、电池温度、电池soc、充放电次数、路面平整度以及电池充放电的均衡性系数；
所述路面平整度包括根据不同平整度分类的城市路面、高速路面和乡村路面；即根据路面平整度将路面分为城市、高速和乡村路面。
s2、模拟不同环境温度、不同充电次数下电池的充电工况，电池从相同荷电状态充至不同设定荷电状态的时间，并确定电池的充电性能指数sc：
其中，sc为电池的充电性能指数，ntc为电池的充电寿命，nc为电池已经完成的充电次数，αi为第i个环境温度下电池的充电性能权重，socj为电池的第j个设定荷电状态，tj为电池从相同荷电状态充至荷电状态为socj时所用时间，soc0为电池的初始荷电状态，m为测试的环境温度点的数量，n为测试的设定荷电状态点的数量，vsoc，c0为电池单位时间的标准充入荷电状态值。
所述的电池的充电性能权重的确定过程为：
将电池在恒定充电工作制度，不同环境温度下进行充电测试，记录不同温度下电池从荷电状态为0充至荷电状态为100的充电时间；
以环境温度为横坐标，充电时间为纵坐标绘制电池的温度充电时间曲线；
确定曲线的最大斜率和最小斜率，并确定差值；
记录不同温度点的曲线斜率与曲线的最大斜率和最小斜率的差值的比值为电池在不同温度点的充电性能权重。
需要说明的是，所述的恒定充电工作制度包括车型相同，电池型号相同，且车辆处于驻车状态。
s3、模拟不同放电次数、不同电池温度以及不同路面平整度下电池的放电工况，不同电池soc的车辆的最大行驶里程，并确定电池的放电性能指数sd：
其中，sd为电池的放电性能指数，ntd为电池的放电寿命，nd为电池已经完成的放电次数，αp，q为第p个电池温度、第q个荷电状态对应的路面平整度下的电池的放电性能权重，smaxq为荷电状态为socp的电池在路面平整度为eq的形况下的最大行驶里程，eh为高速路面的路面平整度，k为测试的电池温度点的数量，l为测试的不同电池soc的数量，vsoc，d0为电池单位荷电状态行驶的标准里程。
所述的电池的放电性能权重的确定过程为：
将电池在恒定放电工作制度，不同电池温度下进行放电测试，分别记录在对应路面平整度、不同温度下电池从荷电状态为100放电至荷电状态为0的放电时间；
以电池温度为横坐标，放电时间为纵坐标绘制不同路面平整度对应的电池的温度放电时间曲线；
确定不同路面平整度对应的曲线的最大斜率和最小斜率，并确定差值；
记录不同路面平整度、不同温度点的曲线斜率与对应曲线的最大斜率和最小斜率的差值的比值为电池在对应路面平整度下不同温度点的放电性能权重。
需要说明的是，所述的恒定放电工作制度包括车型相同，电池型号相同且车辆行驶状态为标准恒定状态。
s4、根据电池的充电性能指数sc和电池的放电性能指数sd确定电池的综合充放电性能指数scp；
当scp≥0.75时，所述电池满足车用电池的要求；
当scp＜0.75时，所述电池不满足车用电池的要求。
所述的电池的综合充放电性能指数的确定包括模糊控制器和模糊pid控制器，具体包括如下步骤：
s4.1、将电池的充电性能指数sc、电池的放电性能指数sd和电池的综合充放电性能指数scx进行模糊处理；在无控制时，电池的充电性能指数sc的模糊论域为[0,1]，其量化因子为1；电池的放电性能指数sd的模糊论域为[0,1]，定量化因子为1；输出电池的综合充放电性能指数scp的模糊论域为[0,1]，定量化因子为1。为了保证测试的精度，得到更好的测试结果，反复进行实验，确定了最佳的输入和输出等级，其中，所述模糊控制器中电池的充电性能指数sc、电池的放电性能指数sd分为7个等级；输出电池的综合充放电性能指数scp，输出分为7个等级；输入和输出的模糊集均为{nb，nm，ns，0，ps，pm，pb}，输入和输出的隶属度函数均采用三角形隶属函，详见图2、3和4。其中所述模糊控制器的模糊测试规则为：
(1)电池的充电性能指数sc一定，电池的放电性能指数sd增大，需要增大电池的综合充放电性能指数scp；
(2)电池的放电性能指数sd一定，电池的充电性能指数sc增大，需要增大电池的综合充放电性能指数scp；
模糊控制的具体控制规则详见表1。
表1电池的综合充放电性能指数scp的模糊输出表
模糊控制器的输入电池的充电性能指数sc和电池的放电性能指数sd，用模糊控制规则表1得出模糊控制器的输出电池的综合充放电性能指数scp，电池的综合充放电性能指数scp利用重心法解模糊化。
s4.2、模糊pid控制器
将第i个测试过程的电池的理想充放电均衡性系数
1、当偏差|e|较大时，增大kp的取值，从而使偏差快速减小，但同时产生了较大的偏差变化率，应取较小的kd，通常取ki＝0；
2、当|ec|和|e|取值处于中等时，为避免超调，适当减小kp的取值，使ki较小，选择适当大小的kd；
3、当偏差|e|较小时，增大kp、ki的取值，为避免出现在系统稳态值附近震荡的不稳定现象，通常使当|ec|较大时，取较小的kd；当|ec|较小时，取较大的kd；具体的模糊控制规则详见表2、3和4。
表2pid的比例系数kp的模糊控制表
表3pid的比例积分系数ki的模糊控制表
表4pid的微分系数kd的模糊控制表
输入第i个测试过程的电池的理想充放电均衡性系数
本发明还选取10组已知电池的综合充放电性能的锰酸锂电池，并进行标号，具体充放电性能如表5所示。
表5试验数据
采用本发明提供的车用锂离子电池的充放电性能测试方法对上述一致性能的电池进行测试，测试结果如表6所示。
表6测试结果
由表5、6可知，根据本发明提供的车用锂离子电池的充放电性能测试方法测得的电池的充放电性能指数所确定的电池是否满足车用动力源的需求结果与电池已知的实际性能基本一致，说明本发明提供的车用锂离子电池的充放电性能测试方法是准确可靠的。
本发明设计开发的车用锂离子电池的充放电性能测试方法，能够综合多方面影响因素分别获得电池的充电性能指数和放电性能指数，并确定电池的综合充放电性能指数，测试结果更加综合全面。本发明还能基于模糊控制法结合电池的充电性能指数和放电性能指数确定电池的综合充放电性能指数，测试结果更加准确。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，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利要求的保护范围为准。
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