锂离子电池差异温度同时进行SOC-OCV和HPPC优化测试方法及系统与流程

锂离子电池差异温度同时进行soc-ocv和hppc优化测试方法及系统
技术领域
1.本发明涉及新能源测试领域，具体涉及锂离子电池差异温度同时进行soc-ocv和hppc优化测试方法及系统。


背景技术：

2.各大车企越来越关注soc-ocv测试策略以及电池功率map图，尤其特别关注电池系统功率情况，因此越来越多的人研究soc-ocv测试方法和hppc测试方法。
3.公布号为cn115267539a的现有发明专利申请文献《面向车载应用的锂电池荷电状态和温度联合估计方法》包括：基于待测锂离子电池的相关参数，建立合适的电池的电模型和热模型，并利用电池温度与电模型参数之间的依赖关系建立电-热耦合模型，同时确定实现电池荷电状态和温度联合估计所需的模型参数；设计静态容量测试实验和hppc实验，基于hppc实验数据，利用带遗忘因子的递推最小二乘法辨识电模型参数，并建立电模型参数关于电池soc和温度之间的定量关系；同时，获取类实车工况实验数据，利用粒子群优化算法辨识热模型参数；最后基于电-热耦合模型，结合卡尔曼滤波算法，实现电池的荷电状态和温度联合估计。由该现有技术的具体实现内容可知，该现有方案利用电-热耦合模型，根据hppc实验数据对电池的荷电状态和温度进行评估，该现有方案对荷电状态和温度进行联合估计。以及公布号为cn114779107a的现有专利申请文献《一种考虑温度影响的锂离子电池soc估计方法》以锂离子电池为研究对象，基于锂离子电池的等效电路模型和生热功率方程，建立的热电耦合模型，引入了温度修正环节，形成了由电到热再到电的闭环耦合。前述传统测试方法中，soc-ocv和hppc测试方法均是在待测温度下调soc，但是在低温下必然会带来低soc下电芯容量放出不彻底，从而导致低soc下实际测试的soc均偏小，这就会导致低soc下静态电压不准以及功率map和dcr map均不准确，这就不能给电池系统功率参数和soc校准提供有利的数据支撑，进而会造成整车在实际启动/爬坡运转过程中会出现欠压和功率过大导致车熄火等意外事故发生。
4.综上，现有技术存在因温度变化引起锂电池测试数据不准确，导致行车安全隐患的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于如何解决现有技术中因温度变化引起锂电池测试数据不准确，导致行车安全隐患的技术问题。
6.本发明是采用以下技术方案解决上述技术问题的：锂离子电池差异温度同时进行soc-ocv和hppc优化测试方法包括：
7.s1、以搁-放-搁-充的方式，在预置温度下，进行不少于2次的标准循环定容操作，定义最后一次放电容量为c1，使得锂离子电池处于充满电状态；
8.s2、将锂离子电池放在不同待测温度下，直至电芯表面温度稳定于待测温度，分别
测量不同的待测温度下的开路电压ocv；
9.s3、将电池放在预置温度下，直至锂离子电池的表面温度稳定于预置温度，按照预置特定倍率，对锂离子电池进行预置百分比的恒流恒压放电；
10.s4、将锂离子电池置于不同的待测温度，直至锂离子电池表面温度稳定于待测温度，分别记录不同的待测温度下的开路电压ocv；
11.s5、在当前的荷电状态soc下加上预置hppc测试工部，其中，在预置高荷电状态soc下，第一个搁置时段t2经过，将脉放的容量充回，进行脉充操作，以测得直流阻抗dcr数据；
12.s6、重复以上步骤直至电池放空电，以得到测试开路电压数据、直流阻抗dcr数据及混合功率脉冲特性数据，据以绘制得到soc-ocv曲线。
13.本发明与传统的soc-ocv和hppc测试方法对比，在不同温度下同时进行soc-ocv和hppc优化测试，合并这2种测试方法，在soc-ocv方法基础上加上hppc测试工部，只需进行一次测试就能得到锂电池的soc-ocv放电曲线和锂电池充、放电功率map以及dcr map值。本发明简单易操作，通过该发明得到的soc-ocv测试数据与电池实际的soc-ocv数据更为接近，而且hppc测试后得到的功率map也更符合不同soc下的精确值，更能反映出锂电池的真实水平，这对于整车在实际启动、爬坡过程中具有的指导意义。
14.更重要的是，本发明专利通过一次测试就能得到2种不同测试项目的结果，既节省了人力，又节省了测试设备资源，同时至少缩短了一半的测试周期。
15.在更具体的技术方案中，步骤s5中包括：
16.s51、在预设温度条件下，利用预置hppc测试工部调节荷电状态；
17.s52、在不同的待测温度下，对锂离子电池，分别做soc-ocv和hppc优化测试；
18.s53、进行脉放操作，将脉放的容量充回，测得直流阻抗dcr数据。
19.本发明针对现有技术在高soc下5c进行脉放30s，进行脉充测试会导致此脉充过程中soc值偏差的缺陷，在脉放后将此脉放的容量充回去再进行脉充测试，提高了脉充测试后得到的功率和dcr测试结果准确性。
20.在更具体的技术方案中，步骤s51中，不同的荷电状态soc包括：5％soc、10％soc、20％soc、30％soc、40％soc、50％soc、60％soc、70％soc、80％soc、90％soc以及95％soc。
21.在更具体的技术方案中，步骤s51中，在第一温度下搁置第一时长，在第二温度下搁置第二时长，在第三温度下搁置第三时长。
22.在更具体的技术方案中，步骤s51中，预置hppc测试工部包括：脉放时段t1、第一搁置时段t2、脉充时段t1、第二搁置时段t2。
23.在更具体的技术方案中，预设温度条件包括：预置常温条件。
24.在更具体的技术方案中，步骤s52中，待测温度包括：25℃、-30℃、-20℃、-10℃、0℃、10℃、45℃及55℃，
25.在更具体的技术方案中，步骤s52中，利用温箱联控充放电设备在每个待测温度下，在不少于2个不同的荷电状态soc下，测试获取锂离子电池的静态电压、功率以及直流阻抗dcr数据。
26.本发明通过一次测试就能得到2种不同测试项目的结果，既节省了人力，又节省了测试设备资源，同时至少缩短了一半的测试周期。使用一台温箱联控充放电设备进行测试，无需测试过程中使用不同的温箱对电池频繁上、下柜，有效减少人力、物力的投入使用，减
少电池因在不同待测温度下搁置时间太久对测试结果的干扰。本发明解决了高温条件下由于温度太高破坏电池充放电过程中的化学平衡，导致副反应发生的问题。
27.在更具体的技术方案中，步骤s53中，利用温箱联控充放电设备以小电流0.1c恒流将锂离子电池充至脉放操作前对应的荷电状态soc。
28.本发明采用小电流0.1c进行回充，能够有效防止锂电池在低温下出现析锂风险，提高了测试操作安全性。
29.本发明针对高soc下，由于是大电流脉放后再进行脉充会导致此脉充是在非真实的soc下进行的场景，在第一个搁置t2后再将脉放的容量充回去再进行脉充的过程，使得测试数据贴近实际soc下的锂离子电池数据。
30.在更具体的技术方案中，锂离子电池差异温度同时进行soc-ocv和hppc优化测试系统包括：
31.电池充放电模块，用于以搁-放-搁-充的方式，在预置温度下，进行不少于2次的标准循环定容操作，定义最后一次放电容量为c1，使得锂离子电池处于充满电状态；
32.开路电压测量模块，用以将锂离子电池放在不同待测温度下，直至电芯表面温度稳定于待测温度，分别测量不同的待测温度下的开路电压ocv；
33.恒流恒压放电模块，用以将电池放在预置温度下，直至锂离子电池的表面温度稳定于预置温度，按照预置特定倍率，对锂离子电池进行预置百分比的恒流恒压放电，与电池充放电模块及开路电压测量模块连接；
34.开路电压测量记录模块，用以将锂离子电池置于不同的待测温度，直至锂离子电池表面温度稳定于待测温度，分别记录不同的待测温度下的开路电压ocv，开路电压测量记录模块与恒流恒压放电模块连接；
35.回充脉充直流阻抗测量模块，用以在当前的荷电状态soc下加上预置hppc测试工部，其中，在预置高荷电状态soc下，第一个搁置时段t2经过，将脉放的容量充回，进行脉充操作，以测得直流阻抗dcr数据，回充脉充直流阻抗测量模块与开路电压测量记录模块连接；
36.soc-ocv曲线获取模块，用以重复调用前述模块，直至电池放空电，以得到测试开路电压数据、直流阻抗dcr数据及混合功率脉冲特性数据，据以绘制得到soc-ocv曲线，soc-ocv曲线获取模块与电池充放电模块及回充脉充直流阻抗测量模块连接。
37.本发明相比现有技术具有以下优点：与传统的soc-ocv和hppc测试方法对比，在不同温度下同时进行soc-ocv和hppc优化测试，合并这2种测试方法，在soc-ocv方法基础上加上hppc测试工部，只需进行一次测试就能得到锂电池的soc-ocv放电曲线和锂电池充、放电功率map以及dcr map值。本发明简单易操作，通过该发明得到的soc-ocv测试数据与电池实际的soc-ocv数据更为接近，而且hppc测试后得到的功率map也更符合不同soc下的精确值，更能反映出锂电池的真实水平，这对于整车在实际启动、爬坡过程中具有的指导意义。
38.本发明针对现有技术在高soc下5c进行脉放30s，进行脉充测试会导致此脉充过程中soc值偏差的缺陷，在脉放后将此脉放的容量充回去再进行脉充测试，提高了脉充测试后得到的功率和dcr测试结果准确性。
39.本发明通过一次测试就能得到2种不同测试项目的结果，既节省了人力，又节省了测试设备资源，同时至少缩短了一半的测试周期。使用一台温箱联控充放电设备进行测试，
无需测试过程中使用不同的温箱对电池频繁上、下柜，有效减少人力、物力的投入使用，减少电池因在不同待测温度下搁置时间太久对测试结果的干扰。本发明解决了高温条件下由于温度太高破坏电池充放电过程中的化学平衡，导致副反应发生的问题。
40.本发明采用小电流0.1c进行回充，能够有效防止锂电池在低温下出现析锂风险，提高了测试操作安全性。
41.本发明针对高soc下，由于是大电流脉放后再进行脉充会导致此脉充是在非真实的soc下进行的场景，在第一个搁置t2后再将脉放的容量充回去再进行脉充的过程，使得测试数据贴近实际soc下的锂离子电池数据。本发明解决了现有技术中存在的因温度变化引起锂电池测试数据不准确，导致行车安全隐患的技术问题。
附图说明
42.图1为本发明实施例1的锂离子电池差异温度同时进行soc-ocv和hppc优化测试方法步骤示意图；
43.图2为本发明实施例2的锂离子电池差异温度同时进行soc-ocv和hppc优化测试方法具体实施示意图；
44.图3为本发明实施例1的传统测试方法处理结果示意图；
45.图4为本发明实施例1的锂离子电池差异温度同时进行soc-ocv和hppc优化测试方法具体实施结果示意图。
具体实施方式
46.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
47.实施例1
48.如图1所示，本发明提供的方法，包括以下基本步骤：
49.s1、在室温下进行标准循环定容(搁-放-搁-充)3次，并定义最后一次放电容量为c1，定容最后一步电池处于充满电状态；
50.s2、将电池放在不同待测温度下搁置若干小时直至电芯表面温度稳定在待测温度下，分别测量不同待测温度下的ocv(对应100％soc)；
51.s3、将电池放在室温下搁置直至电池表面温度稳定在室温，按照特定的倍率对电池进行一定百分比的恒流恒压放电；
52.s4、再将电池放在不同待测温度下搁置直至电池表面温度稳定在待测温度下，分别记录不同待测温度下的ocv，然后在此soc下再进行脉放t1-搁置t2-脉充t1-搁置t2工部，在高soc下，在第一个搁置t2后再将脉放的容量充回去再进行脉充的过程，重复以上步骤s1至s4直至电池放空电。
53.在本实施例中，测试8个不同温度，分别为25/-30/-20/-10/0/10/45/55℃，每个温度下均测试11个不同soc下的静态电压和功率以及dcr值。
54.在本实施例中，对电芯分别进行调soc至：
55.5％/10％/20％/30％/40％/50％/60％/70％/80％/90％/95％soc，调soc倍率以0.33c进行。常温下调soc，待测温度下做soc-ocv和hppc优化测试。
56.在本实施例中，不同待测温度下搁置时间定义：常温下搁置1h，高温下搁置3h，低温下搁置5h。t1定义为30s，t2定义为40s。以25℃为例，在高soc下5c进行脉放30s，低soc下2c进行脉放30s，在低soc下3.75c进行脉充30s，高soc下1c进行脉充30s。其他温度下脉放、充电流按照对应电流矩阵表进行。
57.在本实施例中，高soc下5c进行脉放30s继而进行脉充测试会导致此脉充过程中soc值偏差太大，脉充测试后得到的功率和dcr均不准确，因而脉放后需将此脉放的容量充回去再进行脉充测试。
58.在本实施例中，脉放后将此脉放的容量充回去方法：小电流0.1c恒流充至脉放前对应的soc下。小电流0.1c进行回充原因为防止锂电池在低温下出现析锂风险。
59.在本实施例中，以公司三元55ah电芯为例，电芯充、放电过程电压上、下限范围定义为：t＞0℃，2.8-4.3v，t≤0℃，2.4-4.3v。
60.可使用一台温箱联控充放电设备进行测试，无需测试过程中使用不同的温箱对电池频繁上、下柜，有效减少人力、物力的投入使用，减少电池因在不同待测温度下搁置时间太久对测试结果带来较大偏差后果。
61.实施例2
62.以25℃具体测试为例：
63.s1’、25℃下,搁置30mins，以1/3c的倍率对电池进行恒流放电，搁置30mins，以1/3c的倍率对电池进行恒流恒压充电，循环“搁-放-搁-充”3次，取最后一次放电容量为电池的实际放电容量c1；
64.s2’、搁置1h，测量ocv；
65.s3’、以1/3c的倍率对电池进行恒流恒压放电调至95％soc，搁置1h，测量ocv；
66.s4’、以5c进行脉放30s，搁置40s；
67.s5’、以0.1c恒流充电调至脉放前soc水平；
68.s6’、以1c进行脉充30s，搁置40s；
69.s7’、以1/3c的倍率对电池进行恒流恒压放电调至90％soc，搁置1h，测量ocv；
70.s8’、以5c进行脉放30s，搁置40s；
71.s9’、以0.1c恒流充电调至脉放前soc水平；
72.s10’、以3.75c进行脉充30s，搁置40s；
73.s11’、循环7～10步骤9次，调soc从90％soc降至10％soc；
74.s12’、以1/3c的倍率对电池进行恒流恒压放电调至5％soc，搁置1h，测量ocv；
75.s13’、以2c进行脉放30s，搁置40s；
76.s14’、以0.1c恒流充电调至脉放前soc水平；
77.s15’、以3.75c进行脉充30s，搁置40s；
78.s16’、放空结束下柜。
79.其他不同温度均按照此测试方法类似进行。
80.目前该测试方法已应用在公司三元电芯上，以55ah电芯为例，以下具体展示测试结果：
81.如图3所示，方法一：传统测试方法：待测温度下调soc。
82.如图4所示，方法二：本发明展示的测试方法。
[0083][0084][0085][0086]
通过以上测试结果来看，方法1测试低温soc-ocv与常温差异较大，尤其是低温低soc段这种差异尤为明显；方法2测试不同温度soc-ocv差异在10mv左右，该测试方法很好的避开了低温低soc带来的soc不准后果。另外，在方法2下测试得到的功率map值在整车测试上也得到了很好的反馈，对于整车在启动、爬坡中由于欠压、过压造成的事故也明显少了很
多。
[0087]
综上，与传统的soc-ocv和hppc测试方法对比，在不同温度下同时进行soc-ocv和hppc优化测试，合并这2种测试方法，在soc-ocv方法基础上加上hppc测试工部，只需进行一次测试就能得到锂电池的soc-ocv放电曲线和锂电池充、放电功率map以及dcr map值。本发明简单易操作，通过该发明得到的soc-ocv测试数据与电池实际的soc-ocv数据更为接近，而且hppc测试后得到的功率map也更符合不同soc下的精确值，更能反映出锂电池的真实水平，这对于整车在实际启动、爬坡过程中具有的指导意义。
[0088]
本发明针对现有技术在高soc下5c进行脉放30s，进行脉充测试会导致此脉充过程中soc值偏差的缺陷，在脉放后将此脉放的容量充回去再进行脉充测试，提高了脉充测试后得到的功率和dcr测试结果准确性。
[0089]
本发明通过一次测试就能得到2种不同测试项目的结果，既节省了人力，又节省了测试设备资源，同时至少缩短了一半的测试周期。使用一台温箱联控充放电设备进行测试，无需测试过程中使用不同的温箱对电池频繁上、下柜，有效减少人力、物力的投入使用，减少电池因在不同待测温度下搁置时间太久对测试结果的干扰。本发明解决了高温条件下由于温度太高破坏电池充放电过程中的化学平衡，导致副反应发生的问题。
[0090]
本发明采用小电流0.1c进行回充，能够有效防止锂电池在低温下出现析锂风险，提高了测试操作安全性。
[0091]
本发明针对高soc下，由于是大电流脉放后再进行脉充会导致此脉充是在非真实的soc下进行的场景，在第一个搁置t2后再将脉放的容量充回去再进行脉充的过程，使得测试数据贴近实际soc下的锂离子电池数据。本发明解决了现有技术中存在的因温度变化引起锂电池测试数据不准确，导致行车安全隐患的技术问题。
[0092]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。