一种快速评估锂离子电池模组容量的方法与流程

1.本发明涉及动力模组技术领域，涉及一种快速评估锂离子电池模组容量的方法。


背景技术：

2.随着新能源汽车的高速发展，锂离子电池模组的使用量大幅增加，在实际使用中锂离子电池模组的容量估算具有重要意义。模组在出厂之前一般都需进行容量测试，现有模组容量估算是通过模组整体的特性，根据充放电曲线上的相关特征点，以部分容量充放电来进行整体容量估算，该技术方案在实际应用时，需要找到充放电曲线上的特征点，例如cn112578296a公开了一种电池容量估算方法，通过获取待测电池的第一放电曲线，分析所述第一放电曲线以确定电压平台拐点，获取所述电压平台拐点对应的拐点电压阈值和拐点电量；实时记录所述待测电池的第二放电曲线；根据所述第二放电曲线获得放电电压差分曲线；根据所述放电电压差分曲线确定放电截止条件；控制所述待测电池放电至所述放电截止条件，并获得放电容量；根据所述放电容量和所述拐点电量获得所述待测电池的总容量。又如cn107589374a公开了一种电动汽车电池包容量估算方法，该方法首先记录充电前电池包中单体最低电压和单体最高电压对应的soc值，其次根据本次充电数据画出电池包中最低单体电压和最高单体电压对应的ica曲线；再根据ica曲线两个峰之间充入电池电量及两个峰对应soc值的变化量求得最低单体电池电压和最高单体电池电压对应的电池包容量，从而计算电池包的实际容量。
3.但是，现有技术的方法进行模组的容量测试包含了充满电和放空电等过程，因此耗时长，大大增加了模组的制成周期，带来场地、人员、设备和能耗的损耗。上述方法存在着整个流程耗时较长的问题。另外，估算时只考虑整个模组的特性，估算精度不高。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种快速评估锂离子电池模组容量的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
5.(1)获取锂离子电池模组中的单体电池的荷电状态soc和开路电压ocv的关系模型；
6.(2)对待估算容量的锂离子电池模组进行活化后一次静置，并记录一次静置后每个单体电池的电压；
7.(3)继续放电，二次静置，并记录二次静置后每个单体电池的电压；
8.(4)根据步骤(1)所述的关系模型，以及步骤(2)和步骤(3)获得的电压数据，获得步骤(3)放电前每个单体电池的荷电状态soc
sx
和放电后每个单体电池的荷电状态soc
ex
，其中，x为1～n的整数，n为单体电池个数；
9.(5)根据步骤(3)放电期间的放电容量c
bt
、soc
sx
以及soc
ex
，计算每一个单体电池的容量；
10.(6)根据单体电池在步骤(3)放电前的荷电状态soc
sx
，计算每一个单体电池的初始
可充电容量，并取最小值c
acmin
；
11.根据单体电池在步骤(3)放电后的荷电状态soc
ex
，计算每一个单体电池的放电后还可以再放电容量，并取最小值c
admin
；
12.则锂离子电池模组的容量＝c
acmin
c
admin
c
bt
。
13.本发明的方法通过建立电池组的特性模型，根据电池组的单体电池两种状态下的电压分布情况和两种状态之间的放电电量，估算模组的放电容量。
14.本发明的方法无需寻找模组充放电曲线的特征点，大大降低了取得模组容量的时间，效率高。
15.本发明的方法考虑了组成模组的每一串单体电池的容量发挥，评估算法使用活化处理后到充满电的理论可充电容量加上实际放电流程(例如实际放电6min)中的放电容量再加上放电流程后到放空电理论可放电容量的方法，算法简单，精度高；而且，本发明的方法无需额外的硬件设备，易实施，具有成本低等优势。
16.本发明的方法对锂离子电池模组的种类不作具体限定，例如可以是三元锂离子电池模组。
17.以下作为本发明优选的技术方案，但不作为对本发明提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
18.作为本发明所述方法的一个优选技术方案，步骤(1)包括：
19.(a)准备一个由n个单体电池串联而成的锂离子电池模组，其中一个单体电池的容量略低于其它单体电池的容量，该单体电池记为触发单体电池；
20.(b)以预设电流将锂离子电池模组充电到触发单体的电压达到截止电压，静置时间t1，然后以一定的梯度降低电流，充电到触发单体的电压达到截止电压，静置时间t1，继续按照一定的梯度降低电流，充电到触发单体的电压达到截止电压，静置时间t1，以此方式进行降低电流、充电和静置的循环，直到电流达到预设电流的1/10～1/20时停止充电，静置时间t2，此时电池的soc记为soc1，soc1为100％，电压记为ocv1，
21.(c)以一定的倍率进行放电后静置时间t3，并按照原倍率放电后静置时间t3的方式循环放电直到触发单体的电压达到放电截止电压时停止，
22.记总的放电容量为c
d
，第一次放电的容量为c1，第一次放电并静置时间t3后的电压记为ocv2，第一次放电并静置时间t3后电池的soc记为soc2，soc2＝(c
d
‑
c1)/c
d
，按照此计算方法即可获得任意soc以及对应的电压值，根据多组soc和电压数据，建立荷电状态soc和开路电压ocv的关系模型。
23.优选地，所述锂离子电池模组的n个单体电池中，触发单体电池以外的n
‑
1个单体电池的容量均为c0，触发单体电池的容量比c0低1％～3％，例如1％、1.5％、2％或3％等。
24.优选地，所述降低电流、充电和静置的循环中，每一个循环时的电流相比于前次循环的电流降低5％～10％，例如5％、6％、7％、8％、9％或10％等。不同循环次数之间，降低幅度可以相同也可以不同。
25.优选地，t1＝5s～15s，例如5s、7s、8s、10s、12s或15s等。
26.优选地，t2＝5min～15min，例如5min、8min、10min、13min或15min等。
27.优选地，t3＝5min～15min，例如5min、8min、10min、12min或15min等。
28.作为本发明所述方法的一个优选技术方案，步骤(2)所述活化为：0.5c～1c放电
3min～5min，放电倍率例如0.5c、0.8c或1c等，放电时间例如3min、4min或5min等。
29.优选地，步骤(2)所述一次静置的时间为5min～15min，例如5min、6min、8min、10min、12min或15min等。
30.优选地，步骤(3)所述放电的倍率为0.5c～1c，例如0.5c、0.6c、0.8c或1c等。
31.优选地，步骤(3)所述放电的时间为6min～10min，例如6min、8min或10min等。
32.优选地，步骤(3)所述放电的倍率与建立荷电状态soc和开路电压ocv的关系模型过程中步骤(c)的放电倍率相等。
33.优选地，步骤(3)所述二次静置的时间与t3相等。
34.作为本发明所述方法的一个优选技术方案，步骤(5)所述计算的方法为：
35.记第x个单体电池的容量为c
x
，则c
x
＝c
bt
/(soc
sx
‑
soc
ex
)。
36.优选地，步骤(6)所述计算每一个单体电池的初始可充电容量的方法为：
37.记第x个单体电池的初始可充电容量为c
acx
，则c
acx
＝c
x
*(1
‑
soc
sx
)。
38.优选地，步骤(6)所述计算每一个单体电池的放电后还可以再放电容量的方法为：
39.记第x个单体电池的放电后还可以再放电容量为c
adx
＝c
x
*soc
ex
。
40.作为本发明所述方法的进一步优选技术方案，以评估模组1c容量为例进行说明，所述方法包括以下步骤：
41.(1)准备一个由n个单体电池串联而成的锂离子电池模组，其中一个单体电池的容量略低于其它单体电池的容量，该单体电池记为触发单体，所述触发单体以外的n
‑
1个单体电池的容量均为c0，触发单体电池的容量为c0的1％～3％；
42.以电流1c将锂离子电池模组充电到触发单体电池的电压达到截止电压，静置10s，将电流降低0.1c继续充电，触发单体电池的电压达到截止电压后再次静置10s，再次将电流降低0.1c继续充电，触发单体电池的电压达到截止电压后再次静置10s，以此类推，直到电流达到1/10c时停止充电，静置10min，此时电池的soc记为soc1，soc1为100％，电压记为ocv1，然后1c放电3min，静置10min，再1c放电3min，静置10min，以此方式循环放电直到触发单体电池电压达到放电截止电压时停止；
43.总的放电容量记为c
d
，第一次放电的容量为c1，第一次放电并静置10min后的电压记为ocv2，第一次放电并静置10min后电池的soc记为soc2，soc2＝(c
d
‑
c1)/c
d
，第二次放电的容量为c2，第二次放电并静置10min后的电压记为ocv3，第二次放电并静置10min后电池的soc记为soc3，soc3＝(c
d
‑
c1‑
c2)/c
d
，按照上述方法即可获得任意soc以及对应的电压值，根据多组soc和电压数据，建立荷电状态soc和开路电压ocv的关系模型。
44.(2)对待估算容量的锂离子电池模组以1c放电3min，一次静置10min，记录一次静置后每个单体电池的电压，分别为ocv
s1
，ocv
s2
，ocv
s3
，
……
ocv
sx
，
……
，ocv
sn
，其中，x为1～n的整数；
45.(3)再次1c放电6min，二次静置10min，记录二次静置后每个单体电池的电压，分别为ocv
e1
，ocv
e2
，ocv
e3
，
……
ocv
ex
，
……
，ocv
en
，其中，x为1～n的整数；
46.(4)根据步骤(1)所述的关系模型，以及步骤(2)和步骤(3)获得的电压数据，获得步骤(3)放电前每个单体电池的荷电状态soc
sx
和放电后每个单体电池的荷电状态soc
ex
，其中，x为1～n的整数，n为单体电池个数；
47.(5)计算每一个单体电池的容量：
48.记第x个单体电池的容量为c
x
，则c
x
＝c
bt
/(soc
sx
‑
soc
ex
)；
49.(6)计算每一个单体电池的初始可充电容量：
50.记第x个单体电池的初始可充电容量为c
acx
，则c
acx
＝c
x
*(1
‑
soc
sx
)；
51.取c
acx
中的最小值，记为c
acmin
；
52.计算每一个单体电池的放电后还可以再放电容量：
53.记第x个单体电池的放电后还可以再放电容量为c
adx
＝c
x
*soc
ex
；
54.取c
adx
中的最小值，记为c
admin
；则锂离子电池模组的容量＝c
acmin
c
admin
c
bt
。
55.本发明中，c代表电池的标称容量，1c即表示充放电的电流值等于1倍的电池的标称容量值。
56.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
57.(1)本发明的方法无需寻找模组充放电曲线的特征点，大大降低了取得模组容量的时间，效率高。
58.(2)本发明的方法考虑了组成模组的每一串单体电池的容量发挥，算法简单，精度高；而且，本发明的方法无需额外的硬件设备，易实施，具有成本低等优势。
具体实施方式
59.下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
60.实施例1
61.本实施例提供了一种快速评估锂离子电池模组容量的方法，所述方法包括以下步骤：
62.(1)准备一个由12个单体电池串联而成的锂离子电池模组，其中一个单体电池的容量略低于其它单体电池的容量，该单体电池记为触发单体，所述触发单体以外的n
‑
1个单体电池的容量均c0，触发单体电池的容量比c0低1％；
63.以电流1c将锂离子电池模组充电到触发单体电池的电压达到截止电压(4300mv)，静置10s，将电流降低0.1c继续充电，触发单体电池的电压达到截止电压后再次静置10s，再次将电流降低0.1c继续充电，触发单体电池的电压达到截止电压后再次静置10s，以此类推，直到电流达到1/10c时停止充电，静置10min，此时电池的soc记为soc1，soc1为100％，电压记为ocv1，然后1c放电3min，静置10min，再1c放电3min，静置10min，以此方式循环放电直到触发单体电池电压达到放电截止电压(2700mv)时停止；
64.总的放电容量记为c
d
，第一次放电的容量为c1，第一次放电并静置10min后的电压记为ocv2，第一次放电并静置10min后电池的soc记为soc2，soc2＝(c
d
‑
c1)/c
d
，第二次放电的容量为c2，第二次放电并静置10min后的电压记为ocv3，第二次放电并静置10min后电池的soc记为soc3，soc3＝(c
d
‑
c1‑
c2)/c
d
，第三次放电并静置10min后的电压记为ocv4，第三次放电并静置10min后电池的soc记为soc4，soc4＝(c
d
‑
c1‑
c2‑
c3)/c
d
，按照上述方法即可获得任意soc以及对应的电压值，本实施例获得多组soc和电压ocv数据，结果参见表1，根据多组soc和电压ocv数据，建立荷电状态soc和开路电压ocv的关系模型。
65.表1
[0066][0067]
拟合公式为：y＝
‑
44.231*x^6 6451.8*x^5
–
19911*x^4 23097*x^3
–
11463*x^2 2849.2*x 3310.3，其中，y代表电压值ocv，x代表soc。
[0068]
在一个实施例中，可以根据公式取得soc关于ocv的对照表。例如精度取两位小数，soc取值从0％开始，每次增加0.01％，计算出各自对应的ocv值，得到对照表。
[0069]
(2)对待估算容量的锂离子电池模组以1c放电3min，一次静置10min，记录一次静置后每个单体电池的电压，结果见表2(单位为mv)：
[0070]
表2
[0071]
ocv
s1
ocv
s2
ocv
s3
ocv
s4
ocv
s5
ocv
s6
ocv
s7
ocv
s8
ocv
s9
37173717.53718.53716.537203718.53717.537183718ocv
s10
ocv
s11
ocv
s12
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
37203717.53718.5
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
[0072]
(3)再次1c放电6min，二次静置10min，记录二次静置后每个单体电池的电压，结果见表3(单位为mv)：
[0073]
表3
[0074]
ocv
e1
ocv
e2
ocv
e3
ocv
e4
ocv
e5
ocv
e6
ocv
e7
ocv
e8
ocv
e9
36613661.53662.5366136633662.536623661.53662ocv
e10
ocv
e11
ocv
e12
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
366336623662.5
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
[0075]
(4)根据步骤(1)所述的关系模型，以及步骤(2)和步骤(3)获得的电压数据，获得步骤(3)放电前每个单体电池的荷电状态soc
sx
和放电后每个单体电池的荷电状态soc
ex
，其中，x为1～n数，n为单体电池个数，n＝12；
[0076]
查询对照表，得到每个单体电池放电前的soc值，见表4：
[0077]
表4
[0078]
soc
s1
soc
s2
soc
s3
soc
s4
soc
s5
soc
s6
soc
s7
soc
s8
soc
s9
50.55％50.62％50.74％50.49％50.94％50.74％50.62％50.68％50.68％soc
s10
soc
s11
soc
s12
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
50.94％50.62％50.74％
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
[0079]
查询对照表，得到每个单体电池放电后的soc值，见表5：
[0080]
表5
[0081]
soc
e1
soc
e2
soc
e3
soc
e4
soc
e5
soc
e6
soc
e7
soc
e8
soc
e9
42.07％42.16％42.35％42.07％42.44％42.35％42.25％42.07％42.25％soc
e10
soc
e11
soc
e12
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
42.44％42.25％42.35％
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
[0082]
(5)计算每一个单体电池的容量：
[0083]
记第x个单体电池的容量为c
x
，则c
x
＝c
bt
/(soc
sx
‑
soc
ex
)；
[0084]
放电容量c
bt
为步骤(3)放电期间的放电容量，c
bt
＝9.72107ah，则各单体电池容量值见表6(单位为ah)：
[0085]
表6
[0086][0087][0088]
(6)计算每一个单体电池的初始可充电容量：
[0089]
记第x个单体电池的初始可充电容量为c
acx
，则c
acx
＝c
x
*(1
‑
soc
sx
)；
[0090]
各单体电池的初始可充电容量参见表7(单位为ah)：
[0091]
表7
[0092][0093]
取其中的最小值，记为c
acmin
，c
acmin
＝55.68446ah；
[0094]
计算每一个单体电池的放电后还可以再放电容量：
[0095]
记第x个单体电池的放电后还可以再放电容量为c
adx
＝c
x
*soc
ex
；
[0096]
各单体电池的放电后还可以再放电容量见表8(单位为ah)：
[0097]
表8
[0098][0099]
取其中的最小值，记为c
admin
，c
admin
＝47.49889ah，则锂离子电池模组的容量＝c
acmin
cadmin c
bt
＝55.68446ah 47.49889ah 9.72107ah＝112.90442ah。
[0100]
本发明所使用的容量评估方法，无需对充放电曲线进行拟合，只需对模组进行短时间(前后共计9分钟)、少量电量(共计15％的标称容量)的放电即可完成对模组的容量的评估，具有简单、高效的优点。另外，本容量评估算法使用活化处理后到充满电的理论可充电容量加上实际6分钟放电流程中的放电容量再加上放电流程后到放空电理论可放电容量的方法，提高了估算的准确度。
[0101]
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局
限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。