充电过程/放电过程中电池最大允许电流的确定方法与流程

1.本发明涉及一种充电过程/放电过程中电池最大允许电流的确定方法，属于电池测试技术领域。


背景技术：

2.随着绿色能源和环保理念的逐渐升级，人们越来越多开始选择电动车的出行方式，动力锂离子电池产品的近几年呈爆发式增长。为了确保锂离子动力电池的性能能够满足客户日常使用需求，需要对动力电池进行各种性能测试。为了确定整车在不同温度、soc下在运行时能否满足启动、爬坡、超车和反馈策略的需求，需要对动力电池进行试电流测试，试电流测试在某个soc下与温度下允许充(放)电一定的时间(t)的最大电流，放电过程中的试电流测试如图1-1所示：放电结束瞬间电压u
ns
与放电截止电压u
截止
相差10mv以内，则当前放电电流为该soc、温度下的最大允许放电电流；充电过程中的试电流测试如图1-2所示：充电结束瞬间电压u
ns
与充电截止电压u
截止
相差10mv以内，则当前充电电流为该soc、温度下的最大允许充电电流。
3.现有的试电流测试方法步骤如下：
4.1)确定要进行测试的为充电试电流还是放电试电流，确定需要测试的soc点，通常下每隔5％soc，如(100％soc，95％soc，
……
，10％soc，5％soc)，确定测试温度，通常测试温度为25℃，30℃，35℃，45℃，40℃，45℃，50℃，55℃，20℃，15℃，10℃，5℃，0℃(只测试放电)，-5℃(只测试放电)，-10℃(只测试放电)，-15℃(只测试放电)，-20℃(只测试放电)，-25℃(只测试放电)，-30℃(只测试放电)等，确定进行试电流测试时的最大电流和时间；
5.2)在某个温度、某个soc下使用0.5c～1.0c的电流对电池进行充电或者放电，使得电池的soc达到指定的soc，然后进行长时间搁置，确定搁置时长一般为常温下搁置3h，高温(》25℃)搁置12h，低温(《25℃)搁置18h，待电压稳定；
6.3)在指定的soc下以设定电流和设定时长对电池进行脉冲充放电，记录脉冲充放电完成时的瞬间电压u
ns
，若u
ns
与充放电截止电压差在10mv以内，则设定电流即为最大电流，若不满足条件则反复进行尝试，经验丰富的工程师测试单个soc点需要2-3次尝试，直至满足要求；
7.4)调整soc进行下一个soc点的试电流测试，在完成一个温度下的试电流测试后进行下一个温度点试电流测试。
8.现有的试电流测试方法存在的问题有：
9.测试时间较长，设备占有率高：常温的试电流测试需要进行至少60次的测试，时长约为1个月，高温的soc-dcr测试时长约为3个月，低温的soc-dcr测试时长约为5个月。
10.综上，现有的测试方法周期长，设备占有率高。


技术实现要素：

11.本技术的目的在于提供一种充电过程/放电过程中电池最大允许电流的确定方
法，用以解决现有测试方式周期长、设备占有率高的问题。
12.为实现上述目的，本技术提出了一种充电过程中电池最大允许电流的确定方法的技术方案，包括以下步骤：
13.1)确定电池在充电过程中，不同测试温度、不同soc下的开路电压；
14.2)对于某个测试温度、某个soc，计算电池按照初始的最大允许充电电流、设定充电时长进行脉冲充电后的充电容量，进而根据该soc以及充电容量计算出充电后的soc
充
；
15.3)根据soc
充
对应的开路电压以及充电截止电压计算出电池的充电电流，所述充电电流为电池电压从soc
充
对应的开路电压达到充电截止电压时的电流；
16.4)判断步骤3)得到的充电电流与步骤2)中的初始的最大允许充电电流是否相等，若不相等，则调整初始的最大允许充电电流，根据调整后的最大允许充电电流重复步骤2)～步骤3)，直至计算出的充电电流与最大允许充电电流相等，此时的最大允许充电电流即为充电过程中，该测试温度、该soc下的电池最大允许电流。
17.本发明的充电过程中电池最大允许电流的确定方法的技术方案的有益效果是：本发明在得到充电过程中，不同测试温度、不同soc下的开路电压的基础上，通过计算得出电池按照初始的最大允许充电电流、设定充电时长进行脉冲充电后的开路电压，根据充电后的开路电压和充电截止电压计算出充电电流，在充电电流和初始的最大允许充电电流不相等的情况下，调整初始的最大允许充电电流，直至调整后的最大允许充电电流与充电电流相等，调整后的最大允许充电电流即为充电过程中，电池最大允许电流。本发明通过计算的方式，大大缩短了测试的周期。
18.进一步的，为了缩短测试周期，所述步骤1)中确定电池在充电过程中，不同测试温度、不同soc下的开路电压的步骤包括：
19.在不同测试温度下，采用至少两种不同的充电倍率对电池进行充电；
20.在充电过程中，记录在同一设定soc下不同充电倍率对应的电压；
21.对同一设定soc下的不同充电倍率及其对应的电压进行线性拟合，根据拟合出的直线计算充电倍率为零时的电压，并将充电倍率为零时的电压作为开路电压。
22.进一步的，所述步骤4)中，初始的最大允许充电电流的调整过程为：若计算出的充电电流大于初始的最大允许充电电流，则增加初始的最大允许充电电流；若计算出的充电电流小于初始的最大允许充电电流，则减小初始的最大允许充电电流。
23.进一步的，所述soc
充
的计算过程为：其中，i
max充
最大允许充电电流、t
充
设定充电时长、c为电池额定容量。
24.进一步的，所述充电电流的计算过程为：
[0025][0026]
其中，i
充
为充电电流，r为电池的内阻，ocv
ns充
为soc
充
对应的开路电压，u
充截
为充电截止电压。
[0027]
另外，本技术还提出一种放电过程中电池最大允许电流的确定方法的技术方案，包括以下步骤：
[0028]
1)确定电池在放电过程中，不同测试温度、不同soc下的开路电压；
[0029]
2)对于某个测试温度、某个soc，计算电池按照初始的最大允许放电电流、设定放电时长进行脉冲放电后的放电容量，进而根据该soc以及放电容量计算出放电后的soc
放
；
[0030]
3)根据soc
放
对应的开路电压以及放电截止电压计算出电池的放电电流，所述放电电流为电池电压从soc
放
对应的开路电压达到放电截止电压时的电流；
[0031]
4)判断步骤3)得到的放电电流与步骤2)中的初始的最大允许放电电流是否相等，若不相等，则调整初始的最大允许放电电流，根据调整后的最大允许放电电流重复步骤2)～步骤3)，直至计算出的放电电流与最大允许放电电流相等，此时的最大允许放电电流即为放电过程中，该测试温度、该soc下的电池最大允许电流。
[0032]
本发明的放电过程中电池最大允许电流的确定方法的技术方案的有益效果是：本发明在得到放电过程中，不同测试温度、不同soc下的开路电压的基础上，通过计算得出电池按照初始的最大允许放电电流、设定放电时长进行脉冲放电后的开路电压，根据放电后的开路电压和放电截止电压计算出放电电流，在放电电流和初始的最大允许放电电流不相等的情况下，调整初始的最大允许放电电流，直至调整后的最大允许放电电流与放电电流相等，调整后的最大允许放电电流即为放电过程中，电池最大允许电流。本发明通过计算的方式，大大缩短了测试的周期。
[0033]
进一步的，为了缩短测试周期，所述步骤1)中确定电池在放电过程中，不同测试温度、不同soc下的开路电压的步骤包括：
[0034]
在不同测试温度下，采用至少两种不同的放电倍率对电池进行放电；
[0035]
在放电过程中，记录在同一设定soc下不同放电倍率对应的电压；
[0036]
对同一设定soc下的不同放电倍率及其对应的电压进行线性拟合，根据拟合出的直线计算放电倍率为零时的电压，并将放电倍率为零时的电压作为开路电压。
[0037]
进一步的，所述步骤4)中，初始的最大允许放电电流的调整过程为：若计算出的放电电流大于初始的最大允许放电电流，则增加初始的最大允许放电电流；若计算出的放电电流小于初始的最大允许放电电流，则减小初始的最大允许放电电流。
[0038]
进一步的，所述soc
放
的计算过程为：其中，i
max放
最大允许放电电流、t
放
设定放电时长、c为电池额定容量。
[0039]
进一步的，所述放电电流的计算过程为：
[0040][0041]
其中，i
放
为放电电流，r为电池的内阻，ocv
ns放
为soc
放
对应的开路电压，u
放截
为放电截止电压。
附图说明
[0042]
图1-1是现有技术放电过程中的试电流测试示意图；
[0043]
图1-2是现有技术充电过程中的试电流测试示意图；
[0044]
图2是本发明充电过程中电池最大允许电流的确定方法的流程图；
[0045]
图3是本发明放电过程中电池最大允许电流的确定方法的流程图。
具体实施方式
[0046]
充电过程中电池最大允许电流的确定方法实施例：
[0047]
本发明的主要构思在于，在确定出充电过程中，不同测试温度、不同soc下的ocv(开路电压)后，无需进行实际的脉冲式充电试验，只需通过初始的最大允许充电电流和设定充电时长计算充电容量，进而确定充电后的soc
充
对应的开路电压，以模拟充电试验的过程，最后根据充电后的开路电压以及充电截止电压得到充电电流，充电电流与初始的最大允许充电电流不相等时调整初始的最大允许充电电流，直至调整后的最大允许充电电流与充电电流相等，此时的最大允许充电电流即为充电过程中的电池最大允许电流，本发明通过计算的方式大大的缩短的测试的周期。
[0048]
具体的，充电过程中电池最大允许电流的确定方法，如图2所示，包括以下步骤：
[0049]
1)确定电池在充电过程中，不同测试温度、不同soc下的ocv。
[0050]
本步骤中，以测试温度为25℃为例对不同soc下的ocv的确定过程进行详细说明：
[0051]
a.在测试温度为25℃，采用至少两种不同的充电倍率(两种充电倍率一般选0.33c和0.5c，三种充电倍率一般选0.33c、0.5c和0.8c)对电池进行充电，使电池的soc从0上升到100％，在充电过程中，记录同一设定soc下不同充电倍率对应的电压。
[0052]
b.对同一设定soc下的不同充电倍率及其对应的电压进行线性拟合，拟合出同一设定soc下充电倍率与电压的直线曲线，根据拟合出的直线计算充电倍率为零时的电压，并将充电倍率为零时的电压作为开路电压ocv。
[0053]
c.得到不同soc下的开路电压。
[0054]
d.更换测试温度，重复步骤a、步骤b、步骤c得到充电过程中，不同测试温度下，不同soc下的ocv。
[0055]
2)计算出在某个测试温度、某个soc下，电池按照初始的最大允许充电电流、设定充电时长进行脉冲充电后的充电容量，进而根据该soc以及充电容量计算出充电后的soc
充
，确定soc
充
对应的ocv
ns充
。
[0056]
soc
充
的计算过程如下：
[0057]
其中，i
max充
最大允许充电电流、t
充
设定充电时长、c为电池额定容量；这里t
充
一般选取60s；i
max充
×
t
充
为充电容量。
[0058]
这里采用步骤1)中的方法确定soc
充
对应的ocv
ns充
。
[0059]
3)根据ocv
ns充
、充电截止电压u
充截
得到电池电压从ocv
ns充
达到充电截止电压时的充电电流。
[0060]
充电电流的计算过程如下：
[0061][0062]
其中，i
充
为充电电流，r为电池的内阻。
[0063]
4)判断步骤3)中计算出的充电电流与步骤2)中的初始的最大允许充电电流是否相等，若不相等，则调整初始的最大允许充电电流，根据调整后的最大允许充电电流重复步骤2)～步骤3)，直至计算出的充电电流与调整后的最大允许充电电流相等，此时的调整后的最大允许充电电流即为充电过程中，该测试温度、该soc下的电池最大允许电流。
[0064]
本步骤中，初始的最大允许充电电流的调整过程为：若计算出的充电电流大于初始的最大允许充电电流，则增加初始的最大允许充电电流；若计算出的充电电流小于初始的最大允许充电电流，则减小初始的最大允许充电电流。作为其他实施方式，也可以根据经验，结合计算出的充电电流调整增大或者减少充电电流的大小。
[0065]
5)对所有测试温度、soc进行计算后得出最终的充电过程中，电池最大允许电流的mapping图。
[0066]
例如：充电过程中，某电池额定容量为230ah的电池在25℃、90％soc下的电池最大允许电流为：
[0067]
假设初始的最大允许充电电流i
max充
为460a，设定充电时长为60s，因此，充电容量为7.667ah，进而得到soc
充
＝90％+(7.667/230)＝93.33％。
[0068]
soc
充
为93.33％时对应的ocv
ns充
为3.343v，u
充截
为3.65v，电池内阻为0.667mω，得到：
[0069]i充
＝(3650-3343)/0.667＝460a。
[0070]
可以看出i
max充
与i
充
相等，因此电池在25℃、90％soc下的电池最大允许电流为460a。
[0071]
上述实施例中，为了提高测试效率，采用拟合的方式得到开路电压，作为其他实施方式，也可以通过长时间搁置的试验方式确定开路电压。
[0072]
放电过程中电池最大允许电流的确定方法实施例：
[0073]
本发明的主要构思在于，在确定出放电过程中，不同测试温度、不同soc下的ocv(开路电压)后，无需进行实际的脉冲式放电试验，只需通过初始的最大允许放电电流和设定放电时长计算放电容量，进而确定放电后的soc
充
对应的开路电压，以模拟放电试验的过程，最后根据放电后的开路电压以及放电截止电压得到放电电流，放电电流与初始的最大允许放电电流不相等时调整初始的最大允许放电电流，直至调整后的最大允许放电电流与放电电流相等，此时的最大允许放电电流即为放电过程中的电池最大允许电流，本发明通过计算的方式大大的缩短的测试的周期。
[0074]
具体的，放电过程中电池最大允许电流的确定方法，如图3所示，包括以下步骤：
[0075]
1)确定电池在放电过程中，不同测试温度、不同soc下的ocv。
[0076]
本步骤中，以测试温度为25℃为例对不同soc下的ocv的确定过程进行详细说明：
[0077]
a.在测试温度为25℃，采用至少两种不同的放电倍率(两种放电倍率一般选0.33c和0.5c，三种放电倍率一般选0.33c、0.5c和0.8c)对电池进行放电，使电池的soc从0上升到100％，在放电过程中，记录同一设定soc下不同放电倍率对应的电压。
[0078]
b.对同一设定soc下的不同放电倍率及其对应的电压进行线性拟合，拟合出同一设定soc下放电倍率与电压的直线曲线，根据拟合出的直线计算放电倍率为零时的电压，并将放电倍率为零时的电压作为开路电压ocv。
[0079]
c.得到不同soc下的开路电压。
[0080]
d.更换测试温度，重复步骤a、步骤b、步骤c得到放电过程中，不同测试温度下，不同soc下的ocv。
[0081]
2)计算出在某个温度、某个soc下，电池按照初始的最大允许放电电流、设定放电时长进行脉冲放电后的放电容量，进而根据soc以及放电容量计算出放电后的soc
放
，确定
soc
放
对应的ocv
ns放
。
[0082]
soc
放
的计算过程如下：
[0083]
其中，i
max放
最大允许放电电流、t
放
设定放电时长、c为电池额定容量；这里t
放
一般选取60s；i
max放
×
t
放
为放电容量。
[0084]
这里采用步骤1)中的方法确定soc
放
对应的ocv
ns放
。
[0085]
3)根据ocv
ns放
、放电截止电压u
放截
得到电池电压从ocv
ns放
达到放电截止电压时的放电电流。
[0086]
放电电流的计算过程如下：
[0087][0088]
其中，i
放
为放电电流，r为电池的内阻。
[0089]
4)判断步骤3)中计算出的放电电流与步骤2)中的初始的最大允许放电电流是否相等，若不相等，则调整初始的最大允许放电电流，根据调整后的最大允许放电电流重复步骤2)～步骤3)，直至计算出的放电电流与调整后的最大允许放电电流相等，此时最大允许放电电流即为放电过程中，该测试温度、该soc下的电池最大允许电流。
[0090]
本步骤中，初始的最大允许放电电流的调整过程为：若计算出的放电电流大于初始的最大允许放电电流，则增加初始的最大允许放电电流；若计算出的放电电流小于初始的最大允许放电电流，则减小初始的最大允许放电电流。作为其他实施方式，也可以根据经验，结合计算出的放电电流调整增大或者减少放电电流的大小
[0091]
5)对所有测试温度、soc进行计算后得出最终的放电过程中，电池最大允许电流的mapping图。
[0092]
例如：放电过程中，某电池额定容量为230ah的电池在25℃、20％soc下的电池最大允许电流为：
[0093]
假设初始的最大允许放电电流i
max放
为345a，设定放电时长为60s，因此，放电容量为5.75ah，进而得到soc
放
＝20％-(5.75/230)＝17.5％。
[0094]
soc
放
为17.5％时对应的ocv
ns放
为3.083v，u
放截
为2.5v，电池内阻为1.69mω，得到：
[0095]i放
＝(3083-2500)/1.69＝345a。
[0096]
可以看出i
max放
与i
放
相等，因此电池在25℃、20％soc下的电池最大允许电流为345a。
[0097]
本发明确定所有测试温度ocv的测试时间为20天(所有测试温度包括充电状态的10个温度点与放电状态的14个温度点，一个温度点为18h左右得到总的测试时间为20天)，然后通过计算即可得到不同测试温度、不同soc允许充/放电设定时长的最大电流，最终得到的计算结果与实际测得结果的极差小于5％，而且使用发明的方法计算mapping图可由原先的9个月缩短到20天，极大的提高了测试效率，缩减测试成本，减少设备的安装投入。本发明的方法适用于所有锂离子电池，材料类型包括三元电池，磷酸铁锂电池，钴酸锂电池，电池类型包括软包电池，铝壳电池，圆柱电池等。