本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種動(dòng)力鋰離子電池功能狀態(tài)估算方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)面對(duì)環(huán)境污染、能源危機(jī)這些日益嚴(yán)峻問(wèn)題的威脅，世界各國(guó)都在加緊研發(fā)電動(dòng)汽車。電動(dòng)汽車以其安全環(huán)保無(wú)污染的特點(diǎn)成為未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)，但其中作為電動(dòng)汽車動(dòng)力源的電池成為限制電動(dòng)汽車發(fā)展的瓶頸。電池管理系統(tǒng)作為監(jiān)控和管理電池系統(tǒng)的關(guān)鍵，通過(guò)充放電均衡管理，保證電池系統(tǒng)正常合理工作，而電池管理系統(tǒng)對(duì)電池及電池組的功能狀態(tài)(SOF)估算對(duì)電池管理系統(tǒng)的管理至關(guān)重要，通過(guò)準(zhǔn)確合理的功能狀態(tài)輸入，能提高電池系統(tǒng)的使用壽命，以及提高電池利用率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種動(dòng)力鋰離子電池功能狀態(tài)的估算方法。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
一種動(dòng)力鋰離子電池功能狀態(tài)的估算方法，其包括以下步驟：
(1)采用小于1C的電流對(duì)分容后的鋰電池進(jìn)行充放電操作，并且滿充、滿放循環(huán)五周；
(2)分別檢測(cè)經(jīng)步驟(1)處理后的鋰電池的重量、交流內(nèi)阻、厚度以及外觀評(píng)分；
(3)對(duì)經(jīng)步驟(2)檢測(cè)后的鋰電池進(jìn)行再次放電，檢測(cè)得其放電容量和放電能量數(shù)值；
(4)當(dāng)鋰電池放電至其剩余電量為30-80％時(shí)，用混合脈沖功率測(cè)試方法(HPPC)測(cè)試其功率，然后將該功率值除以鋰電池的重量得到功率密度；
(5)將鋰電池剩余電量放完后，再對(duì)其進(jìn)行滿充、滿放循環(huán)，且每循環(huán)100周后重復(fù)上述步驟(2)-(4)操作直至其功能狀態(tài)SOF小于0.6為止，并分別記錄每次操作所測(cè)得的鋰電池重量、交流內(nèi)阻、厚度、外觀評(píng)分、放電容量、放電能量和功率密度的數(shù)值；
(6)分別計(jì)算每次檢測(cè)時(shí)相對(duì)于前一次檢測(cè)時(shí)鋰電池的厚度的增加率D、內(nèi)阻增加率R、容量保持率C、能量保持率Q和功率保持率P，具體為：
厚度的增加率其中n表示檢測(cè)的次數(shù)；Dn、Dn+1分別表示兩次檢測(cè)的鋰電池的厚度；
內(nèi)阻增加率其中n表示檢測(cè)的次數(shù)；Rn、Rn+1分別表示兩次檢測(cè)的鋰電池的交流內(nèi)阻；
容量保持率其中n表示檢測(cè)的次數(shù)；Cn、Cn+1分別表示兩次檢測(cè)的鋰電池的放電容量；
能量保持率其中n表示檢測(cè)的次數(shù)；Qn、Qn+1分別表示兩次檢測(cè)的鋰電池的放電能量；
功率保持率其中n表示檢測(cè)的次數(shù)；Pn、Pn+1分別表示兩次檢測(cè)的鋰電池的功率密度；
(7)采用加權(quán)平均法，按以下公式計(jì)算鋰電池的功能狀態(tài)SOF，
SOF＝(C+R+P+Q+D+W)/6
式中：SOF為功能狀態(tài)，C為容量保持率，R為內(nèi)阻增加率，P為功率保持率，Q為能量保持率，D為厚度增加率、W為外觀評(píng)分。
進(jìn)一步方案，所述外觀評(píng)分是指用顯微鏡對(duì)鋰電池的外觀進(jìn)行觀察，外觀完整無(wú)破損的記為1，有破損則功能狀態(tài)SOF評(píng)定為0；
當(dāng)容量保持率降至首次容量保持率的80％時(shí)，則功能狀態(tài)SOF評(píng)定為0；
當(dāng)功率保持率降至首次功率保持率的50％時(shí)，則功能狀態(tài)SOF評(píng)定為0；
當(dāng)內(nèi)阻增加率降至首次內(nèi)阻增加率降的50％時(shí)，則功能狀態(tài)SOF評(píng)定為0；
當(dāng)厚度增加率降至首次厚度增加率的30％時(shí)，則功能狀態(tài)SOF評(píng)定為0。
進(jìn)一步方案，鋰電池的充放電操作和鋰電池重量、交流內(nèi)阻、厚度、外觀評(píng)分、放電容量、放電能量和功率密度的檢測(cè)均在23±2℃溫度下進(jìn)行。
本發(fā)明通過(guò)對(duì)鋰電池的質(zhì)量、厚度、內(nèi)阻增加率、外觀評(píng)分以及放電容量、放電能量的檢測(cè)，再分別計(jì)算出容量保持率、內(nèi)阻增加率、功率保持率、能量保持率、厚度增加率；從而得出鋰電池的功能狀態(tài)SOF，從而提高電池系統(tǒng)的使用壽命，并提高電池利用率。
本發(fā)明的有益效果是：
本發(fā)明通過(guò)容量保持率、內(nèi)阻增加率、功率保持率、能量保持率、厚度增加率和外觀評(píng)分這六個(gè)功能狀態(tài)估算模型的構(gòu)建，突破了當(dāng)前單一用容量作為判斷動(dòng)力鋰離子電池狀態(tài)的現(xiàn)狀，從而更真實(shí)的反映了鋰電池的功能狀態(tài)，為動(dòng)力鋰離子電池管理系統(tǒng)提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，更真實(shí)的估算電池系統(tǒng)的綜合狀態(tài)，給新能源汽車使用者帶來(lái)更好的駕駛體驗(yàn)。
通過(guò)對(duì)電池功能狀態(tài)的評(píng)估，可以得到電池從容量、能量、功率、阻值及外觀和結(jié)構(gòu)件方面的功能狀態(tài)水平，提早發(fā)現(xiàn)隱患，做出針對(duì)性的防御措施，從而有利于電池的維護(hù)和使用。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1：
一種動(dòng)力鋰離子電池功能狀態(tài)的估算方法，其包括以下步驟：
(1)采用小于1C的電流對(duì)分容后的鋰電池進(jìn)行充放電操作，并且滿充、滿放循環(huán)五周；
(2)分別檢測(cè)經(jīng)步驟(1)處理后的鋰電池的重量、交流內(nèi)阻、厚度以及外觀評(píng)分；
(3)對(duì)經(jīng)步驟(2)檢測(cè)后的鋰電池進(jìn)行再次放電，檢測(cè)得其放電容量和放電能量數(shù)值；
(4)當(dāng)鋰電池放電至其剩余電量為30-80％時(shí)，用混合脈沖功率測(cè)試方法(HPPC)測(cè)試其功率，然后將該功率值除以鋰電池的重量得到功率密度；
(5)將鋰電池剩余電量放完后，再對(duì)其進(jìn)行滿充、滿放循環(huán)，且每循環(huán)100周后重復(fù)上述步驟(2)-(4)操作直至其功能狀態(tài)SOF小于0.6為止，并分別記錄每次操作所測(cè)得的鋰電池重量、交流內(nèi)阻、厚度、外觀評(píng)分、放電容量、放電能量和功率密度的數(shù)值；
(6)分別計(jì)算每次檢測(cè)時(shí)相對(duì)于前一次檢測(cè)時(shí)鋰電池的厚度的增加率D、內(nèi)阻增加率R、容量保持率C、能量保持率Q和功率保持率P，具體為：
厚度的增加率其中n表示檢測(cè)的次數(shù)；Dn、Dn+1分別表示兩次檢測(cè)的鋰電池的厚度；
內(nèi)阻增加率其中n表示檢測(cè)的次數(shù)；Rn、Rn+1分別表示兩次檢測(cè)的鋰電池的交流內(nèi)阻；
容量保持率其中n表示檢測(cè)的次數(shù)；Cn、Cn+1分別表示兩次檢測(cè)的鋰電池的放電容量；
能量保持率其中n表示檢測(cè)的次數(shù)；Qn、Qn+1分別表示兩次檢測(cè)的鋰電池的放電能量；
功率保持率其中n表示檢測(cè)的次數(shù)；Pn、Pn+1分別表示兩次檢測(cè)的鋰電池的功率密度；
(7)采用加權(quán)平均法，按以下公式計(jì)算鋰電池的功能狀態(tài)SOF，
SOF＝(C+R+P+Q+D+W)/6
式中：SOF為功能狀態(tài)，C為容量保持率，R為內(nèi)阻增加率，P為功率保持率，Q為能量保持率，D為厚度增加率、W為外觀評(píng)分。
進(jìn)一步方案，所述外觀評(píng)分是指用顯微鏡對(duì)鋰電池的外觀進(jìn)行觀察，外觀完整無(wú)破損的記為1，有破損則功能狀態(tài)SOF評(píng)定為0；
當(dāng)容量保持率降至首次容量保持率的80％時(shí)，則功能狀態(tài)SOF評(píng)定為0；
當(dāng)功率保持率降至首次功率保持率的50％時(shí)，則功能狀態(tài)SOF評(píng)定為0；
當(dāng)內(nèi)阻增加率降至首次內(nèi)阻增加率降的50％時(shí)，則功能狀態(tài)SOF評(píng)定為0；
當(dāng)厚度增加率降至首次厚度增加率的30％時(shí)，則功能狀態(tài)SOF評(píng)定為0。
進(jìn)一步方案，鋰電池的充放電操作和鋰電池重量、交流內(nèi)阻、厚度、外觀評(píng)分、放電容量、放電能量和功率密度的檢測(cè)均在23±2℃溫度下進(jìn)行。
實(shí)施例2：
(1)從生產(chǎn)車間領(lǐng)取1只分容完成的IFP20100140-20Ah的方形電池電芯，此時(shí)電芯的荷電狀態(tài)是滿電態(tài)；用0.1C(6.6A)的電流充放循環(huán)五周，充放電電壓范圍是2.0-3.7V，備用；
(2)檢測(cè)該電芯的質(zhì)量為439.5g，厚度為20.12mm，交流內(nèi)阻值為0.65mΩ，目測(cè)外觀良好，用顯微鏡觀察無(wú)破損，記錄其外觀狀態(tài)為1.0分；
(3)用20A電流放電至2.0V，測(cè)此時(shí)放電容量為20170mAh、放電能量為64.544Wh；
(4)用20A電流放電至電量的一半，靜置1小時(shí)后記錄其開路電壓OCV為3286.8mV；然后用100A電流放電10秒，記錄放電結(jié)束時(shí)的電壓V1為2660.5mV，則根據(jù)混合脈沖功率測(cè)試方法測(cè)得功率＝[(OCV-2000)*2*I/(OCV-V1)]，計(jì)算所得的值為410.9193W，除以質(zhì)量439.5g得出功率密度P0為934.97W/KG；
(5)再用1C在常溫下滿充、滿放進(jìn)行循環(huán)，每間隔100周重復(fù)(2)、(3)、(4)步驟，直至功能狀態(tài)SOF低于0.6以下，即為功能狀態(tài)不滿足使用要求。并分別記錄每次操作所測(cè)得的鋰電池重量、交流內(nèi)阻、厚度、外觀評(píng)分、放電容量、放電能量和功率密度的數(shù)值，如表1所示；
表1、5周測(cè)試數(shù)據(jù)：
(6)根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)，分別計(jì)算每次檢測(cè)時(shí)相對(duì)于前一次檢測(cè)時(shí)鋰電池的厚度的增加率D、內(nèi)阻增加率R、容量保持率C、能量保持率Q和功率保持率P，具體為：
厚度的增加率其中n表示檢測(cè)的次數(shù)；Dn、Dn+1分別表示兩次檢測(cè)的鋰電池的厚度；
內(nèi)阻增加率其中n表示檢測(cè)的次數(shù)；Rn、Rn+1分別表示兩次檢測(cè)的鋰電池的交流內(nèi)阻；
容量保持率其中n表示檢測(cè)的次數(shù)；Cn、Cn+1分別表示兩次檢測(cè)的鋰電池的放電容量；
能量保持率其中n表示檢測(cè)的次數(shù)；Qn、Qn+1分別表示兩次檢測(cè)的鋰電池的放電能量；
功率保持率其中n表示檢測(cè)的次數(shù)；Pn、Pn+1分別表示兩次檢測(cè)的鋰電池的功率密度；并記錄于表2中；
(7)采用加權(quán)平均法，按以下公式計(jì)算鋰電池的功能狀態(tài)SOF，
SOF＝(C+R+P+Q+D+W)/6
式中：SOF為功能狀態(tài)，C為容量保持率，R為內(nèi)阻增加率，P為功率保持率，Q為能量保持率，D為厚度增加率、W為外觀評(píng)分。
表2數(shù)據(jù)處理
從表2中的數(shù)據(jù)，可以得出以下結(jié)論：
1、單一用容量保持率并不能真實(shí)反映動(dòng)力鋰離子電池的真實(shí)功能狀態(tài)；
2、內(nèi)阻增加率較其他幾個(gè)模塊的參數(shù)大；
3、厚度增加率及外觀是累計(jì)決定性參數(shù)；
4、功能狀態(tài)較接近于能量保持率和功率保持率狀態(tài)，即認(rèn)為能量保持率和功率保持率接近動(dòng)力鋰離子電池實(shí)際使用的參數(shù)。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則之內(nèi)所做的修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。