发明内容
为了解决现有技术中锂离子动力电池最大充电和放电电流确定不准确的问题,本发明实施例提供了一种锂离子动力电池最大使用电流的确定方法。所述技术方案如下:
本发明实施例提供了一种锂离子动力电池最大使用电流的确定方法,所述方法包括:
采用待测的锂离子动力电池的额定容量的1/3大小的电流对所述锂离子动力电池充放电循环2~3次,循环操作完成并充满电后再搁置1~2h;
测量所述锂离子动力电池的端电压与测试设备的端电压;
采用标称容量大小1C的电流将所述锂离子动力电池放电到放电终止电压,搁置3~5min,采用所述标称容量大小1C的电流充电12min,搁置3~5min,分别采用0.5C*n电流放电,将放电时间为12S,测得的放电电压为放电设置电压时对应的电流确定为最大放电电流Idis-max1,所述放电设置电压为放电终止电压值减去所述锂离子动力电池的端电压与所述测试设备的端电压之差ΔV,其中,n∈[1,40]且为正整数,所述标称容量大小1C为采用所述锂离子动力电池额定容量的1/3大小的电流对所述锂离子动力电池充放电循环2~3次中的最后一次的放电容量;
采用标称容量大小1C的1/3的电流对所述锂离子动力电池充放电循环2~3次,循环操作完成并充满电后再搁置1~2h;
采用所述标称容量大小1C的电流对所述锂离子动力电池充电至充电上限电压,搁置3~5min,采用所述标称容量大小1C的电流放电18min,搁置3~5min,分别采用0.5C*m电流充电,将充电时间为12S,测得的充电电压为充电设置电压时对应的电流确定为最大充电电流Icharge-max1,所述充电设置电压为充电上限电压加上所述锂离子动力电池的端电压与所述测试设备的端电压之差ΔV,其中,m∈[1,40]且为正整数。
可选地,所述方法还包括:测量当放电时间为12S,放电电压为所述放电设置电压时的所述锂离子动力电池的正极极柱和中间位置的温度,当满足所述正极极柱与所述中间位置的温度的差值ΔT1≥25℃、所述正极极柱温度大于50℃、所述中间位置的温度大于50℃中的任一个或多个时,所述最大放电电流确定为Idis-max,且Idis-max=Idis-max1-0.1C*a,其中,a为1、2、3。
可选地,所述方法还包括:测量当充电时间为12S,充电电压为所述充电设置电压时的所述正极极柱和所述中间位置的温度,当满足所述正极极柱与所述中间位置的温度的差值ΔT2≥20℃、所述正极极柱的温度大于45℃、所述中间位置的温度大于45℃中的任一个或多个时,所述最大充电电流确定为Icharge-max,且Icharge-max=Icharge-max1-0.1C*b,其中,b为1、2、3。
优选地,所述中间位置为所述锂离子动力电池的壳体高度的1/2的加上所述正极极柱高度的1/2的位置。
可选地,在循环操作完成并充满电后再搁置1~2h之后,所述方法还包括:
观察所述锂离子动力电池的端电压30min内的变化是否为0。
优选地,所述锂离子动力电池的测试环境的温度为24.5~25.5℃。
进一步地,所述方法还包括:
将所述锂离子动力电池在所述测试环境的温度中搁置4~5h。
可选地,所述锂离子动力电池为金属、塑料硬壳、铝塑复合膜的软包锂离子动力电池中的一种。
优选地,所述最大放电电流Idis-max与Idis-max1、所述最大充电电流Icharge-max与Icharge-max1均为整数,且满足小数部分≥0.8时进位,小数部分<0.8时舍去。
可选地,所述方法还包括:
利用测试导线,将所述锂离子动力电池的正负极分别与所述测试设备的正负极相连接,所述测试导线的电阻小于等于10mΩ。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是:
通过在锂离子动力电池的低SOC状态下,对其进行充电和放电,在不损坏电池电性能的前提下,通过确定多次充放电过程中,充放电时间为12S,且放电电压和充电电压分别达到放电终止电压和充电上限电压时的电流,准确计算出电池所能承受的最大放电电流和最大充电电流,方便、快捷,数据处理简单,易掌握,有效的避免了锂离子动力电池的过充电和过放电现象,保证了电池的使用寿命,降低了新能源汽车的成本,并有利于其推广。此外,准确的最大充电和放电电流可以为锂离子动力电池实际的需要的充放电电流提供有力的参考,进而解决其充放电电流选择不合理而带来的各种问题。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本发明实施例提供了一种锂离子动力电池最大使用电流确定方法,参见图1,方法包括:
步骤101:采用待测的锂离子动力电池的额定容量的1/3大小的电流对锂离子动力电池充放电循环2~3次,循环操作完成并充满电后再搁置1~2h。
步骤102:测量锂离子动力电池的端电压与测试设备的端电压。
步骤103:采用标称容量大小1C的电流将锂离子动力电池放电到放电终止电压,搁置3~5min,采用标称容量大小1C的电流充电12min,搁置3~5min,分别采用0.5C*n电流放电,将放电时间为12S,测得的放电电压为放电设置电压时对应的电流确定为最大放电电流Idis-max1,放电设置电压为放电终止电压值减去锂离子动力电池的端电压与测试设备的端电压之差ΔV,其中,n∈[1,40]且为正整数,标称容量大小1C为采用锂离子动力电池额定容量的1/3大小的电流对锂离子动力电池充放电循环2~3次中的最后一次的放电容量。
步骤104:采用标称容量大小1C的1/3的电流对锂离子动力电池充放电循环2~3次,循环操作完成并充满电后再搁置1~2h。
步骤105:采用标称容量大小1C的电流对锂离子动力电池充电至充电上限电压,搁置3~5min,采用标称容量大小1C的电流对待测电池放电18min,搁置3~5min,分别采用0.5C*m电流充电,将充电时间为12S,测得的充电电压为充电设置电压时对应的电流确定为最大充电电流Icharge-max1,充电设置电压为充电上限电压加上锂离子动力电池的端电压与测试设备的端电压之差ΔV,其中,m∈[1,40]且为正整数。
其中,最大使用电流包括最大放电电流和最大充电电流,放电终止电压和充电上限电压均由电池生产厂家提供,通常锂离子动力电池的放电终止电压为2.5V~2.7V,充电上限电压为3.7V~4.2V。
本发明实施例通过在锂离子动力电池的低SOC状态下,对其进行充电和放电,在不损坏电池电性能的前提下,通过确定多次充放电过程中,充放电时间为12S,且放电电压和充电电压分别达到放电终止电压和充电上限电压时的电流,准确计算出电池所能承受的最大放电电流和最大充电电流,方便、快捷,数据处理简单,易掌握,有效的避免了锂离子动力电池的过充电和过放电现象,保证了电池的使用寿命,降低了新能源汽车的成本,并有利于其推广。此外,准确的最大充电和放电电流可以为锂离子动力电池实际的需要的充放电电流提供有力的参考,进而解决其充放电电流选择不合理而带来的各种问题。
实施例二
本发明实施例提供了一种锂离子动力电池最大使用电流确定方法,参见图2,该方法包括:
步骤201:利用测试导线,将锂离子动力电池的正负极分别与测试设备的正负极相连,并确保牢固。
其中,测试设备为高精度的交流电转换为直流电的锂离子电池测试设备。在本实施例中,测试设备的电流分辨率0.0001A,电压分辨率为0.0001V,数据记录分辨率为0.001S,且测试设备的最大量程电流为锂离子动力电池实际放电容量的15~20倍。
具体实现时,还需要测试导线的电阻小于等于10mΩ,即需要测量锂离子动力电池正极与测量导线的接触内阻以及负极与测量导线的接触内阻,保证前述两者均在可控范围内,以减小误差保证结果的准确性。需要说明的是,接触内阻的具体控制范围还可能因测试设备、电池极耳等的不同而不同。
需要说明的是,可以采用扭力扳手,使锂离子动力电池与测试设备的连接达到扭力值来保证连接的牢固。
在本实施例中,锂离子动力电池为金属、塑料硬壳、铝塑复合膜的软包锂离子动力电池中的一种。
步骤202:将锂离子动力电池在测试环境的温度中搁置4~5h。
优选地,锂离子动力电池的测试环境的温度为24.5~25.5℃。开启环境温度控制电源,并调节环境的温度,当监测到温度为25℃时,将锂离子动力电池搁置其中4~5h,在室温下搁置足够长的时间,使锂离子动力电池内部和外部环境温度达到基本一致,且稳定。
步骤203:采用锂离子动力电池的额定容量的1/3大小的电流对锂离子动力电池充放电循环2~3次,循环操作完成并充满电后再搁置1~2h。
对锂离子动力电池先进行2~3次的充放电测试,以保证待测的锂离子动力电池可以完成稳定的充放电。循环操作完成并充满电后再将锂离子动力电池搁置1~2h,以保证待测的电池充电后的电流、电压等已经达到稳定状态。
该方法还可以包括:观察锂离子动力电池的电压30min内的变化是否为0。该步骤在步骤203之后进行。当观察到30min内的电压变化时,可以继续延长观察时间,通常30min已经足够长,待测的锂离子动力电池已经稳定,即电压不再变化;当观察到电压不再变化时,可以继续进行下一步。通过观察待测的锂离子动力电池的电压的变化情况,进一步保证待测的锂离子动力电池已经达到稳定状态,进而保证测试结果的准确性。
步骤204:测量锂离子动力电池的端电压与测试设备的端电压。
具体地,可以采用万用表(例如,五位半数万用表)测量待测的锂离子动力电池的端电压和测试设备的端电压。
实现时,在步骤204之后该方法还可以包括:计算锂离子动力电池的端电压与测试设备的端电压之差ΔV,以方便后续步骤使用。ΔV实质是测试导线的电压损耗。
步骤205:采用标称容量大小1C的电流将锂离子动力电池放电到放电终止电压,搁置3~5min,采用标称容量大小1C的电流充电12min,搁置3~5min,分别采用0.5C*n电流放电,将放电时间为12S,测得的放电电压为放电设置电压时对应的电流确定为最大放电电流Idis-max1,放电设置电压为放电终止电压值减去锂离子动力电池的端电压与测试设备的端电压之差ΔV,其中,n∈[1,40]且为正整数。
标称容量大小1C为采用锂离子动力电池额定容量的1/3大小的电流对锂离子动力电池充放电循环2~3次中的最后一次的放电容量。由于电池厂家提供的锂离子动力电池的标称容量往往小于其实际的容量值,还有测试环境和设备的不同,锂离子动力电池1C的值也会有所不同,为了测试结果更准确,所以在本发明中重新定义了锂离子动力电池的标称容量大小1C。
采用标称容量大小1C的电流充电12min,使待测的锂离子动力电池的电量为20%,而不是处于完全放电的状态,可以有效地防止再次充电时的电池极化现象。这里的充电时间为多次试验后得到的结果。
在本实施例中,该方法还包括测量当放电时间为12S,且放电电压为放电设置电压时的锂离子动力电池的正极极柱和中间位置的温度,当满足正极极柱与中间位置的温度的差值ΔT1≥25℃、正极极柱温度大于50℃、中间位置的温度大于50℃中的任一个或多个时,最大放电电流确定为Idis-max,且Idis-max=Idis-max1-0.1C*a,其中,a为1、2、3。也就是说,步骤205还需要满足正极极柱与中间位置的温度差值ΔT1≤25℃,且正极极柱和中间位置的温度都不大于50℃。
相应地,在锂离子动力电池上安装至少2只温度传感器,1只固定在电池中间位置,以采集锂离子动力电池中心表面的温度数据,另1只固定在正极极柱处采集正极的温度数据。
其中,中间位置为锂离子动力电池的壳体高度的1/2的加上正极极柱高度的1/2的位置。参见图2a,41a和41b分别为正负极极柱、43为测试导线、44和45为两只温度传感器、46为壳体,B为锂离子动力电池的壳体高度的1/2,C正极极柱高度的1/2,A为中间位置。
步骤206:采用标称容量大小1C的1/3的电流对锂离子动力电池充放电循环2~3次,循环操作完成并充满电后再搁置1~2h。
对锂离子动力电池充放电循环2~3次,循环操作完成并充满电后再搁置1~2h,使其内部充分平衡、材料结构恢复,消除极化造成的SEI(Solid ElectrolyteInterface,固体电解质界面)膜不平整,从而保证测试结果的准确性。
同样地,在步骤206之后也可以采用观察到锂离子动力电池的电压30min内的变化是否为0,来确定锂离子动力电池是否达到稳定状态。
步骤207:采用标称容量大小1C的电流对锂离子动力电池充电至充电上限电压,搁置3~5min,采用标称容量大小1C的电流对锂离子动力电池放电18min,搁置3~5min,分别采用0.5C*m电流充电,将充电时间为12S,测得的充电电压为充电设置电压时对应的电流确定为最大充电电流Icharge-max1,充电设置电压为充电上限电压加上锂离子动力电池的端电压与测试设备的端电压之差ΔV,其中,m∈[1,40]且为正整数。
采用标称容量大小1C的电流放电18min,使待测的锂离子动力电池的电量为70%,以防止大电流充电时电池极化过大引起的内部副反应过多,这里的放电时间也为多次试验后得到的结果。
在本实施例中,该方法还包括:测量当充电时间为12S,且充电电压为充电设置电压时的正极极柱和中间位置的温度,当满足正极极柱与中间位置的温度的差值ΔT2≥20℃、正极极柱的温度大于45℃、中间位置的温度大于45℃中的任一个或多个时,最大充电电流为Icharge-max,且Icharge-max=Icharge-max1-0.1C*b,其中,b为1、2、3。也就是说,步骤207还应该满足正极极柱与中间位置的温度差值ΔT2≤20℃,且正极极柱和中间位置的温度都不大于45℃。
实现时,最大放电电流Idis-max与Idis-max1、最大充电电流Icharge-max与Icharge-max1均为整数,且满足小数部分≥0.8时进位,小数部分<0.8时舍去。
在步骤205和207中,搁置3~5min,优选的为5min。为了保证测试的结果的准确性,每次搁置的时间都应当相同,例如,均为5min。需要说明的是,搁置的时间还会受到待测的锂离子动力电池的精确度等条件的影响,故还可以根据具体的待测的电池适当的延长或缩短搁置的时间。
需要说明的是,在实现的过程中,一般严格要求当放电时间为12S,放电电压和充电电压必须分别正好等于放电设置电压和充电设置电压。但是因测试环境等的影响,此时的放电电压和充电电压也可以分别在放电设置电压和充电设置电压的上下浮动。容易理解地,该浮动越小越好,通常接近率应该为99.999%。
下面以钢壳磷酸铁锂材料的45Ah锂离子动力电池的最大充电电流Icharge-max和最大放电电流Idis-max放确定过程为例对步骤201~206进行说明。其中,电池厂家提供的充电上限电压为3.7V,放电终止电压为2.5V。
将该锂离子动力电池固定在测试设备的正负极导线上,确保牢固后,测试电池正、负极极柱与测量导线的接触内阻,正极与测量导线为3mΩ,负极与测量导线为0.8mΩ。同时将1只温度传感器位固定在中间位置(参见图2a,该电池的壳体高度为180mm,正极极柱高度为20mm,则中间位置为高度方向的(180+20/2)/2=95mm处),另1只固定在正极极柱处。
开启环境温度控制电源,使该锂离子动力电池在25±0.5℃环境下搁置4~5h。然后,开启测试设备电源,用厂家提供的电池额定容量45Ah的1/3大小的电流做3圈稳定充放电测试,充满电后搁置1~2h,当观察到该电池的电压在30min内的变化为0时,用万用表测量该电池的端电压与测试设备的端电压,并计算前述两者的差值ΔV,得到ΔV=0.003V。同时测量得到标称容量大小1C=45.5237Ah。
采用1C电流将该电池放电到2.5V,搁置5min,采用标称容量大小1C的电流充电12min,搁置5min,分别采用0.5C*n(其中n=1、2、3、…、16)的电流放电,此时的放电设置电压为2.497V。测试数据见表1:
表1最大放电电流测试数据
序号 |
电流 |
时间 |
对应电压 |
正极温度 |
中间温度 |
ΔT |
1 |
22.7618A |
12S |
3.0135V |
25.07℃ |
25.53℃ |
0.46℃ |
2 |
45.5237A |
12S |
3.0110V |
25.97℃ |
26.74℃ |
0.77℃ |
3 |
68.2855A |
12S |
3.0091V |
28.08℃ |
29.94℃ |
1.86℃ |
…… |
|
|
|
|
|
|
14 |
341.4277A |
12S |
2.5333V |
32.41℃ |
38.97℃ |
6.56℃ |
15 |
364.1896A |
12S |
2.4971V |
33.25℃ |
41.72℃ |
8.47℃ |
16 |
386.9514A |
9.75S |
2.4968V |
35.22℃ |
44.92℃ |
9.7℃ |
通过上述数据可以看出该45Ah磷酸铁锂钢壳电池的最大放电电流Idis-max=364A。
最大放电电流测试完成以后,采用标称容量大小1C的1/3的电流充放电循环3次,充满电后搁置1~2h,当观察该电池的电压在30min内的变化为0时,采用标称容量大小1C的电流对该电池充电至3.7V,搁置5min,采用标称容量大小1C的电流对电池放电18min,搁置5min,分别采用0.5C*m(其中,m=1、2、3、……、8)的电流充电,此时的充电设置电压为3.703V。测试数据见表2:
表2最大充电电流测试结果一
序号 |
电流 |
时间 |
对应电压 |
正极温度 |
中间温度 |
ΔT |
1 |
22.7618A |
12S |
3.3933V |
25.07℃ |
25.01℃ |
-0.06℃ |
2 |
45.5237A |
12S |
3.4532V |
26.38℃ |
26.74℃ |
0.36℃ |
3 |
68.2855A |
12S |
3.4811V |
29.99℃ |
29.94℃ |
-0.05℃ |
…… |
|
|
|
|
|
|
7 |
182.0948A |
12S |
3.6924V |
39.75℃ |
41.11℃ |
1.36℃ |
8 |
203.5665A |
12S |
3.7036V |
45.96℃ |
47.73℃ |
1.77℃ |
从表2可以看出在Icharge-max1=203.5665A时,电池中间温度大于45℃,则此时,Icharge-max=203.5665-0.1C*b,其中,b=1、2、3。测试数据见表3:
表3最大充电电流测试结果二
序号 |
电流 |
时间 |
对应电压 |
正极温度 |
中间温度 |
ΔT |
1 |
199.0141A |
12S |
3.7003V |
44.07℃ |
45.01℃ |
0.94℃ |
2 |
194.4618A |
12S |
3.6991V |
43.33℃ |
44.68℃ |
1.35℃ |
3 |
189.9095A |
12S |
3.6972V |
43.71℃ |
44.44℃ |
0.73℃ |
由表3可以看出通过温度修正后的该45Ah磷酸铁锂电池的最大充电电流Icharge-max为194A。
本发明实施例通过在锂离子动力电池的低SOC状态下,对其进行充电和放电,在不损坏电池电性能的前提下,通过确定多次充放电过程中,充放电时间为12S,且放电电压和充电电压分别达到放电终止电压和充电上限电压时的电流,准确计算出电池所能承受的最大放电电流和最大充电电流,方便、快捷,数据处理简单,易掌握,有效的避免了锂离子动力电池的过充电和过放电现象,保证了电池的使用寿命,降低了新能源汽车的成本,并有利于其推广。此外,准确的最大充电和放电电流可以为锂离子动力电池实际的需要的充放电电流提供有力的参考,进而解决其充放电电流选择不合理而带来的各种问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。