一种动力锂离子电池功能状态估算方法

摘要

本发明公开了一种动力锂离子电池功能状态的估算方法，其包括采用小于1C的电流对分容后的锂电池进行充放电操作，测其重量、交流内阻、厚度以及外观评分；再次放电，检测得其放电容量和放电能量；当锂电池放电至其剩余电量为30‑80%时，用混合脉冲功率测试方法测试其功率而得到功率密度；再对其进行满充、满放循环，且每循环100周后重复上述步骤操作直至其功能状态SOF小于0.6为止，并分别记录每次操作所测得的数值；采用加权平均法得了锂电池的功能状态。通过电池功能状态的评估，提早发现隐患，做出针对性的防御措施，有利于电池的维护和使用。

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种动力锂离子电池功能状态估算方法。

背景技术

近年来面对环境污染、能源危机这些日益严峻问题的威胁，世界各国都在加紧研发电动汽车。电动汽车以其安全环保无污染的特点成为未来产业发展的重点，但其中作为电动汽车动力源的电池成为限制电动汽车发展的瓶颈。电池管理系统作为监控和管理电池系统的关键，通过充放电均衡管理，保证电池系统正常合理工作，而电池管理系统对电池及电池组的功能状态(SOF)估算对电池管理系统的管理至关重要，通过准确合理的功能状态输入，能提高电池系统的使用寿命，以及提高电池利用率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种动力锂离子电池功能状态的估算方法。

本发明采用的技术方案是：

一种动力锂离子电池功能状态的估算方法，其包括以下步骤：

(1)采用小于1C的电流对分容后的锂电池进行充放电操作，并且满充、满放循环五周；

(2)分别检测经步骤(1)处理后的锂电池的重量、交流内阻、厚度以及外观评分；

(3)对经步骤(2)检测后的锂电池进行再次放电，检测得其放电容量和放电能量数值；

(4)当锂电池放电至其剩余电量为30-80％时，用混合脉冲功率测试方法(HPPC)测试其功率，然后将该功率值除以锂电池的重量得到功率密度；

(5)将锂电池剩余电量放完后，再对其进行满充、满放循环，且每循环100周后重复上述步骤(2)-(4)操作直至其功能状态SOF小于0.6为止，并分别记录每次操作所测得的锂电池重量、交流内阻、厚度、外观评分、放电容量、放电能量和功率密度的数值；

(6)分别计算每次检测时相对于前一次检测时锂电池的厚度的增加率D、内阻增加率R、容量保持率C、能量保持率Q和功率保持率P，具体为：

厚度的增加率其中n表示检测的次数；Dn、Dn+1分别表示两次检测的锂电池的厚度；

内阻增加率其中n表示检测的次数；R_n、R_n+1分别表示两次检测的锂电池的交流内阻；

容量保持率其中n表示检测的次数；C_n、C_n+1分别表示两次检测的锂电池的放电容量；

能量保持率其中n表示检测的次数；Q_n、Q_n+1分别表示两次检测的锂电池的放电能量；

功率保持率其中n表示检测的次数；P_n、P_n+1分别表示两次检测的锂电池的功率密度；

(7)采用加权平均法，按以下公式计算锂电池的功能状态SOF，

SOF＝(C+R+P+Q+D+W)/6

式中：SOF为功能状态，C为容量保持率，R为内阻增加率，P为功率保持率，Q为能量保持率，D为厚度增加率、W为外观评分。

进一步方案，所述外观评分是指用显微镜对锂电池的外观进行观察，外观完整无破损的记为1，有破损则功能状态SOF评定为0；

当容量保持率降至首次容量保持率的80％时，则功能状态SOF评定为0；

当功率保持率降至首次功率保持率的50％时，则功能状态SOF评定为0；

当内阻增加率降至首次内阻增加率降的50％时，则功能状态SOF评定为0；

当厚度增加率降至首次厚度增加率的30％时，则功能状态SOF评定为0。

进一步方案，锂电池的充放电操作和锂电池重量、交流内阻、厚度、外观评分、放电容量、放电能量和功率密度的检测均在23±2℃温度下进行。

本发明通过对锂电池的质量、厚度、内阻增加率、外观评分以及放电容量、放电能量的检测，再分别计算出容量保持率、内阻增加率、功率保持率、能量保持率、厚度增加率；从而得出锂电池的功能状态SOF，从而提高电池系统的使用寿命，并提高电池利用率。

本发明的有益效果是：

本发明通过容量保持率、内阻增加率、功率保持率、能量保持率、厚度增加率和外观评分这六个功能状态估算模型的构建，突破了当前单一用容量作为判断动力锂离子电池状态的现状，从而更真实的反映了锂电池的功能状态，为动力锂离子电池管理系统提供可靠的数据基础，更真实的估算电池系统的综合状态，给新能源汽车使用者带来更好的驾驶体验。

通过对电池功能状态的评估，可以得到电池从容量、能量、功率、阻值及外观和结构件方面的功能状态水平，提早发现隐患，做出针对性的防御措施，从而有利于电池的维护和使用。

具体实施方式

实施例1：

一种动力锂离子电池功能状态的估算方法，其包括以下步骤：

(1)采用小于1C的电流对分容后的锂电池进行充放电操作，并且满充、满放循环五周；

(2)分别检测经步骤(1)处理后的锂电池的重量、交流内阻、厚度以及外观评分；

(3)对经步骤(2)检测后的锂电池进行再次放电，检测得其放电容量和放电能量数值；

(4)当锂电池放电至其剩余电量为30-80％时，用混合脉冲功率测试方法(HPPC)测试其功率，然后将该功率值除以锂电池的重量得到功率密度；

(5)将锂电池剩余电量放完后，再对其进行满充、满放循环，且每循环100周后重复上述步骤(2)-(4)操作直至其功能状态SOF小于0.6为止，并分别记录每次操作所测得的锂电池重量、交流内阻、厚度、外观评分、放电容量、放电能量和功率密度的数值；

(6)分别计算每次检测时相对于前一次检测时锂电池的厚度的增加率D、内阻增加率R、容量保持率C、能量保持率Q和功率保持率P，具体为：

厚度的增加率其中n表示检测的次数；Dn、Dn+1分别表示两次检测的锂电池的厚度；

内阻增加率其中n表示检测的次数；R_n、R_n+1分别表示两次检测的锂电池的交流内阻；

容量保持率其中n表示检测的次数；C_n、C_n+1分别表示两次检测的锂电池的放电容量；

能量保持率其中n表示检测的次数；Q_n、Q_n+1分别表示两次检测的锂电池的放电能量；

功率保持率其中n表示检测的次数；P_n、P_n+1分别表示两次检测的锂电池的功率密度；

(7)采用加权平均法，按以下公式计算锂电池的功能状态SOF，

SOF＝(C+R+P+Q+D+W)/6

式中：SOF为功能状态，C为容量保持率，R为内阻增加率，P为功率保持率，Q为能量保持率，D为厚度增加率、W为外观评分。

进一步方案，所述外观评分是指用显微镜对锂电池的外观进行观察，外观完整无破损的记为1，有破损则功能状态SOF评定为0；

当容量保持率降至首次容量保持率的80％时，则功能状态SOF评定为0；

当功率保持率降至首次功率保持率的50％时，则功能状态SOF评定为0；

当内阻增加率降至首次内阻增加率降的50％时，则功能状态SOF评定为0；

当厚度增加率降至首次厚度增加率的30％时，则功能状态SOF评定为0。

进一步方案，锂电池的充放电操作和锂电池重量、交流内阻、厚度、外观评分、放电容量、放电能量和功率密度的检测均在23±2℃温度下进行。

实施例2：

(1)从生产车间领取1只分容完成的IFP20100140-20Ah的方形电池电芯，此时电芯的荷电状态是满电态；用0.1C(6.6A)的电流充放循环五周，充放电电压范围是2.0-3.7V，备用；

(2)检测该电芯的质量为439.5g，厚度为20.12mm，交流内阻值为0.65mΩ，目测外观良好，用显微镜观察无破损，记录其外观状态为1.0分；

(3)用20A电流放电至2.0V，测此时放电容量为20170mAh、放电能量为64.544Wh；

(4)用20A电流放电至电量的一半，静置1小时后记录其开路电压OCV为3286.8mV；然后用100A电流放电10秒，记录放电结束时的电压V₁为2660.5mV，则根据混合脉冲功率测试方法测得功率＝[(OCV-2000)*2*I/(OCV-V₁)]，计算所得的值为410.9193W，除以质量439.5g得出功率密度P₀为934.97W/KG；

(5)再用1C在常温下满充、满放进行循环，每间隔100周重复(2)、(3)、(4)步骤，直至功能状态SOF低于0.6以下，即为功能状态不满足使用要求。并分别记录每次操作所测得的锂电池重量、交流内阻、厚度、外观评分、放电容量、放电能量和功率密度的数值，如表1所示；

表1、5周测试数据：

(6)根据表1中的数据，分别计算每次检测时相对于前一次检测时锂电池的厚度的增加率D、内阻增加率R、容量保持率C、能量保持率Q和功率保持率P，具体为：

厚度的增加率其中n表示检测的次数；Dn、Dn+1分别表示两次检测的锂电池的厚度；

内阻增加率其中n表示检测的次数；R_n、R_n+1分别表示两次检测的锂电池的交流内阻；

容量保持率其中n表示检测的次数；C_n、C_n+1分别表示两次检测的锂电池的放电容量；

能量保持率其中n表示检测的次数；Q_n、Q_n+1分别表示两次检测的锂电池的放电能量；

功率保持率其中n表示检测的次数；P_n、P_n+1分别表示两次检测的锂电池的功率密度；并记录于表2中；

(7)采用加权平均法，按以下公式计算锂电池的功能状态SOF，

SOF＝(C+R+P+Q+D+W)/6

式中：SOF为功能状态，C为容量保持率，R为内阻增加率，P为功率保持率，Q为能量保持率，D为厚度增加率、W为外观评分。

表2数据处理

从表2中的数据，可以得出以下结论：

1、单一用容量保持率并不能真实反映动力锂离子电池的真实功能状态；

2、内阻增加率较其他几个模块的参数大；

3、厚度增加率及外观是累计决定性参数；

4、功能状态较接近于能量保持率和功率保持率状态，即认为能量保持率和功率保持率接近动力锂离子电池实际使用的参数。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的原则之内所做的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。