一種鋰離子電池快速篩選的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鋰離子電池快速篩選的方法。該方法包括以下步驟：(1)測(cè)得恒流放電后的開路電壓值和放出的電量值，查表獲得對(duì)應(yīng)的荷電狀態(tài)數(shù)值。(2)測(cè)得動(dòng)態(tài)工況放電后的開路電壓值和放出的電量值，查表獲得對(duì)應(yīng)的荷電狀態(tài)數(shù)值。(3)估算鋰離子電池最大可用容量。(4)利用獲得的動(dòng)態(tài)工況數(shù)據(jù)結(jié)合等效電路模型對(duì)鋰離子電池歐姆內(nèi)阻進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)。(5)根據(jù)所得出的鋰離子電池最大可用容量及其歐姆內(nèi)阻對(duì)鋰離子電池進(jìn)行篩選。該方法實(shí)現(xiàn)鋰離子電池在最大可用容量和歐姆內(nèi)阻兩個(gè)參數(shù)的快速篩選，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中的鋰離子電池快速篩選方法具有判斷快捷，簡(jiǎn)便，精確度高的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)后續(xù)篩選電池進(jìn)行構(gòu)建具有較好一致性的電池組有重要意義。
【專利說明】
一種鋰離子電池快速篩選的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種鋰離子電池快速篩選的方法，屬于電池檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋰離子動(dòng)力電池作為電動(dòng)汽車的主要儲(chǔ)能設(shè)備，其具有能量密度大、循環(huán)壽命長(zhǎng)、 自放電低等特點(diǎn)，鋰離子動(dòng)力電池的應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)成為電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的主攻方向。
[0003] 為滿足設(shè)備功率需求，同時(shí)讓鋰離子電池工作在較合適輸出功率區(qū)域，多個(gè)鋰離 子電池單體通常通過串、并聯(lián)或串并混聯(lián)形成組成鋰離子電池組，以適合較大功率儲(chǔ)能、供 能應(yīng)用。由于電池所用材料、制造過程中的隨機(jī)誤差，使得電池單體參數(shù)如最大可用容量、 電壓、歐姆內(nèi)阻等存在差異。若不經(jīng)篩選隨意配組使用，會(huì)導(dǎo)致電池放電深度、放電倍率、放 電溫升等實(shí)際工作狀態(tài)不一致，進(jìn)而會(huì)嚴(yán)重影響整體電池組的使用壽命。依具體應(yīng)用需要， 從多顆電池單體中選出最大可用容量和內(nèi)阻值差異較小或者沒有差異的單體連接成電池 組，會(huì)極大減少對(duì)電池成組策略的負(fù)面影響。
[0004] 當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究人員估算電池最大可用容量方法主要有以下幾種:①小倍率放電 直接測(cè)量法:此測(cè)量方法耗時(shí)久、測(cè)量結(jié)果偏大。②基于電池模型估算方法:此估算方法需 要準(zhǔn)確辨識(shí)模型參數(shù)，其估算精度依賴于模型精度，資源開銷大。③基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法:此 統(tǒng)計(jì)方法需要數(shù)據(jù)量大且計(jì)算量較大。目前常用的內(nèi)阻篩選方法為內(nèi)阻匹配法，容易測(cè)量 但是精度不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于，針對(duì)現(xiàn)有獲取鋰離子電池最大可用容量方法耗時(shí)久、計(jì)算量 大和測(cè)量歐姆內(nèi)阻精度不高的問題，而且能夠同時(shí)快速進(jìn)行電池最大可用容量和歐姆內(nèi)阻 篩選的方法鮮有，提供一種對(duì)單個(gè)鋰離子電池的最大可用容量和歐姆內(nèi)阻的快速篩選方 法。其可實(shí)現(xiàn)鋰離子電池最大可用容量的快速估算和其歐姆內(nèi)阻的快速參數(shù)辨識(shí)。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
[0007] 步驟1:將滿充且充分靜置的鋰離子電池，以一定放電倍率恒流放電一段時(shí)間，充 分靜置，然后記錄開路電壓OCVi、放出的電量Qi。根據(jù)鋰尚子電池開路電壓0CV與荷電狀態(tài) S0C的映射關(guān)系，查表獲得開路電壓〇〇^對(duì)應(yīng)的荷電狀態(tài)S0&;
[0008] 步驟2:設(shè)置動(dòng)態(tài)工況對(duì)鋰離子電池進(jìn)行一次循環(huán)放電，充分靜置，然后記錄開路 電壓0CV 2、放出的電量Q2。根據(jù)鋰離子電池開路電壓0CV與荷電狀態(tài)S0C的映射關(guān)系，查表獲 得開路電壓0CV2對(duì)應(yīng)的荷電狀態(tài)S0C2;
[0009] 步驟3:根據(jù)步驟：1、2所獲得的對(duì)應(yīng)時(shí)刻放出的電量值&、Q2和對(duì)應(yīng)的荷電狀態(tài)值 S0CjPS0C2,利用鋰離子最大可用容量計(jì)算公式
，計(jì)算鋰離 子電池最大可用容量Qmax;
[0010] 步驟4:利用步驟2所獲得的動(dòng)態(tài)工況數(shù)據(jù)結(jié)合等效電路模型對(duì)鋰離子電池歐姆內(nèi) 阻進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)；
[0011] 步驟5:根據(jù)步驟1到步驟4得出的鋰離子電池最大可用容量及其歐姆內(nèi)阻進(jìn)行鋰 離子電池篩選。
[0012] 上述的步驟1中以一定放電倍率恒流放電一段時(shí)間是指以給定大小的恒流放電倍 率對(duì)鋰離子電池放電使其剩余電量為額定容量的80 %的這段時(shí)間。以保證在動(dòng)態(tài)工況放電 時(shí)歐姆內(nèi)阻值在一段相對(duì)穩(wěn)定的區(qū)間。
[0013] 上述的步驟1和步驟2中充分靜置的目的是使電池內(nèi)部電化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。
[0014] 上述的步驟4中計(jì)算單個(gè)電池最大可用容量計(jì)算公式
[0015] 本發(fā)明創(chuàng)造的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：
[0016] 1、本發(fā)明采用通用電池信息采集和測(cè)試設(shè)備，具有較高適用性。
[0017] 2、本發(fā)明公開的鋰離子電池快速篩選的方法，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中的鋰離子電池快 速篩選的方法具有判斷快捷，簡(jiǎn)便，精確度高的優(yōu)點(diǎn)。
[0018] 3、本發(fā)明篩選出的鋰離子電池具有良好的一致性，且長(zhǎng)期循環(huán)性能良好，為后續(xù) 篩選電池進(jìn)行構(gòu)建具有較好一致性的電池組有重要意義。
【附圖說明】
[0019] 附圖1為本發(fā)明一種鋰離子電池快速篩選的方法的流程圖。
[0020] 附圖2為篩選過程典型實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)作詳細(xì)說明。
[0022] 本發(fā)明一種鋰離子電池快速篩選的方法，如圖1所示，包括如下步驟：
[0023] 步驟1:將單個(gè)鋰離子電池通過電池實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)。在室溫下首先以鋰離子電池產(chǎn) 品說明書所規(guī)定的恒定電流(此處由用戶設(shè)定為1.300A)對(duì)所需測(cè)試的鋰離子電池充電至 鋰離子電池產(chǎn)品說明書所規(guī)定的充電截止電壓(此處由用戶設(shè)定為4.200V)，然后保持電池 兩端電壓為充電截止電壓(此處由用戶設(shè)定為4.200V)不變，進(jìn)行恒定電壓充電，此時(shí)隨著 電池內(nèi)部沖入電量增加，充電電流逐漸減小；當(dāng)電池充電電流小于鋰離子電池產(chǎn)品說明書 所規(guī)定的充電截止電流(此處由用戶設(shè)定為0.026A)時(shí)認(rèn)為充電結(jié)束。此時(shí)將鋰離子電池放 入高低溫實(shí)驗(yàn)箱中靜置一段時(shí)間，該時(shí)間值的大小由用戶設(shè)定確定（此處由用戶設(shè)定為 3600秒），其目的是使得電池內(nèi)部電化學(xué)趨于平衡，且保證鋰離子電池穩(wěn)定在實(shí)驗(yàn)所需溫度 (此處由用戶設(shè)定為35°C)。此時(shí)電池狀態(tài)如圖2所示的放電時(shí)間為0的起始狀態(tài)。將鋰離子 電池連接電子負(fù)載儀，設(shè)置電子負(fù)載儀以一定恒流放電倍率(此處由用戶設(shè)定為0.52C)放 電一段時(shí)間(此處由用戶設(shè)定為3600秒），其目的是使鋰離子剩余電量為額定容量的80%以 保證在動(dòng)態(tài)工況放電時(shí)歐姆內(nèi)阻值在一段相對(duì)穩(wěn)定的區(qū)間。隨后靜置一段時(shí)間，該時(shí)間值 的大小由用戶設(shè)定確定(此處由用戶設(shè)定為3600秒），其目的是使得電池內(nèi)部電化學(xué)趨于平 衡。如圖2所示，放電時(shí)間由0秒到3600秒的時(shí)間段為恒流放電時(shí)間，放電時(shí)間由3600秒到 7200秒時(shí)間段為靜置時(shí)間。靜置結(jié)束后，記錄下此時(shí)開路電壓值讀數(shù)OCVi和放出的電量值 讀數(shù)&。其對(duì)應(yīng)圖2所示放電時(shí)間為7200秒處的開路電壓值和電量值。根據(jù)鋰離子電池開路 電壓ocv與荷電狀態(tài)soc的映射關(guān)系，查表獲得開路電壓〇〇^對(duì)應(yīng)的荷電狀態(tài)S0&;
[0024] 步驟2:設(shè)置電子負(fù)載儀以動(dòng)態(tài)工況(此處用戶設(shè)定為UDDS工況)放電1個(gè)循環(huán)，隨 后靜置一段時(shí)間，該時(shí)間值的大小由用戶設(shè)定確定(此處由用戶設(shè)定為3600秒），其目的是 使得電池內(nèi)部電化學(xué)趨于平衡。如圖2所示，放電時(shí)間由7200秒到8400秒時(shí)間段為動(dòng)態(tài)工況 放電時(shí)間。放電時(shí)間由8400秒到12000秒時(shí)間段為靜置時(shí)間。靜置結(jié)束后，記錄下此時(shí)開路 電壓值讀數(shù)〇CV 2和放出的電量值讀數(shù)Q2。其對(duì)應(yīng)如圖2所示12000秒處開路電壓值和電量值。 根據(jù)鋰離子電池開路電壓0CV與荷電狀態(tài)S0C的映射關(guān)系，查表獲得開路電壓0CV 2對(duì)應(yīng)的荷 電狀態(tài)S0C2;
[0025] 步驟3:根據(jù)步驟：1、2所獲得的對(duì)應(yīng)時(shí)刻放出的電量值&、Q2和對(duì)應(yīng)的荷電狀態(tài)值 S0CjPS0C2,利用鋰離子最大可用容量計(jì)算
，得鋰離子 電池最大可用容量Qmx;
[0026] 步驟4:建立1階RC模型，其表達(dá)式（1)為：
[0028]其中II為電池所受激勵(lì)電流(II符號(hào)以電池放電時(shí)電流方向?yàn)檎?，以電池充電時(shí)電 流方向?yàn)樨?fù)）。仏為電池端電壓，Ur，_Un分別為1~N個(gè)RC網(wǎng)絡(luò)部分兩端電壓。Ro表示鋰離子電 池歐姆內(nèi)阻部分。Ri為電池極化內(nèi)阻。
[0029]式（1)經(jīng)過離散化處理后變換成式(2):
[0030] Ut(k) = (l-ai)U〇c(k)+aiUt(k-l )+a2lL(k)+a3lL(k-l) (2)
[0031] 其中k為采樣序列時(shí)刻序號(hào)，1^ = 1，2,3，~，11。其中1^(1〇為1^時(shí)刻電池端電壓，以1〇
為咼散系統(tǒng)米樣時(shí)間間隔。
[0032] 由式(2)可以推出系統(tǒng)數(shù)據(jù)矩陣H(k)和系統(tǒng)參數(shù)矩陣θ(1〇,兩者表達(dá)式(3)為：
[0034] 由于存在隨著算法協(xié)方差矩陣呈指數(shù)式增長(zhǎng)時(shí)發(fā)生局部發(fā)散和飽和現(xiàn)象，為了準(zhǔn) 確給出足夠穩(wěn)定的結(jié)果，引入帶遺忘因子的遞推最小二乘算法（forgetting factor recursive least squares，簡(jiǎn)稱FFRLS)作為參數(shù)辨識(shí)及模型在線更新算法。得(4)式：
[0035] Y(k)=H(k)9(k)+e(k) (4)
[0036] 其中e (k)為算法對(duì)電池端電壓值預(yù)測(cè)誤差，具體FFRLS算法表達(dá)式(5)為：
[0038]其中K(k)為算法增益矩陣在k時(shí)刻的值，P(k)為算法協(xié)方差矩陣在k時(shí)刻的值，Θ (k)為算法估算的k時(shí)刻系統(tǒng)參數(shù)矩陣，λ為FFRLS遺忘因子系數(shù)，Y (k)為系統(tǒng)輸出變量，值與 Ut (k)相同。對(duì)λ、Θ (1)、P (1)賦值以進(jìn)行算法初始化，將步驟2電池工作時(shí)采集到的電流值U (k)、端電壓值Ut(k)等數(shù)據(jù)構(gòu)成的序列作為輸入，遞推求解出每一時(shí)刻θ(1〇值，即可辨識(shí)出 1階RC模型中的參數(shù)歐姆內(nèi)阻R〇。
[0039] 步驟5:根據(jù)步驟1到步驟4得出的鋰離子電池最大可用容量及其歐姆內(nèi)阻對(duì)多個(gè) 顆鋰離子電池進(jìn)行篩選。
[0040] 經(jīng)過以上步驟可實(shí)現(xiàn)鋰離子電池快速篩選，此方法為后續(xù)篩選電池進(jìn)行構(gòu)建具有 較好一致性的電池組有重要意義。
[0041] 最后說明的是以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的一種實(shí)施方式，其描述較為具體 和詳細(xì)。所述內(nèi)容僅為本專利較佳實(shí)施例，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限 制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可 以做出若干均等變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍 應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鋰離子電池快速篩選的方法，其特征包括以下步驟： 步驟1:將滿充且充分靜置的鋰離子電池，以一定放電倍率恒流放電一段時(shí)間，充分靜 置，然后記錄開路電壓OCVi、放出的電量Qi; 步驟2:設(shè)置動(dòng)態(tài)工況對(duì)鋰尚子電池進(jìn)行一次放電，充分靜置，然后記錄開路電壓0CV2、 放出的電量Q2; 步驟3 :計(jì)算鋰離子電池最大可用容量Qmax; 步驟4:利用步驟2所獲得的動(dòng)態(tài)工況數(shù)據(jù)結(jié)合等效電路模型對(duì)鋰離子電池歐姆內(nèi)阻進(jìn) 行參數(shù)辨識(shí)； 步驟5:根據(jù)步驟1到步驟4得出的鋰離子電池最大可用容量及其歐姆內(nèi)阻對(duì)鋰離子電 池進(jìn)行篩選。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池快速篩選的方法，其特征在于:所述步驟1中 的以一定放電倍率恒流放電一段時(shí)間是指以給定大小的恒流放電倍率對(duì)鋰離子電池放電 使其剩余電量為額定容量的80%的這段時(shí)間。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池快速篩選的方法，其特征在于:所述步驟1和 步驟2中充分靜置的目的是使電池內(nèi)部電化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池快速篩選的方法，其特征在于:所述步驟4中 計(jì)算單個(gè)電池最大可用容量計(jì)算公式為霉中：荷電狀態(tài)S0& 由步驟1中開路電壓OCVi查表獲得;荷電狀態(tài)S0C2由步驟2中開路電壓0CV2查表獲得。
【文檔編號(hào)】G01R27/08GK105866700SQ201610367427
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年5月30日
【發(fā)明人】陳琳, 潘海鴻, 王崢崢
【申請(qǐng)人】廣西大學(xué)