一种锂离子电池产热功率预测方法技术

本发明专利技术提供了一种锂离子电池产热功率的预测方法，包括如下步骤：在参考温度下以预定倍率的电流对锂离子电池进行放电，测试不同荷电状态SOC的电池在一定环境温度范围内的开路电压曲线和熵热系数曲线；在工况温度下以预定倍率的电流对电池进行放电，记录电池放电过程中不同时刻的电池电压；对电池放电建立第一数学模型；在工况温度下进行电池循环充放电试验并记录不同循环次数的放电容量衰减百分比；对放电容量衰减百分比建立第二数学模型；结合第一数学模型和第二数学模型建立电池循环充放电的第三数学模型；利用第三数学模型进行仿真计算，获得不同倍率和循环次数下的产热功率值。值。值。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池产热功率预测方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池领域，具体地涉及一种锂离子电池产热功率预测方法。

技术介绍

[0002]储能是促进可再生能源规模利用和构建能源互联网的重要支撑技术，其中以锂离子电池为代表的电化学储能技术因响应速度快、装机灵活等优势，近年来得到快速发展，但安全性成为制约电池储能技术大规模应用的首要问题。
[0003]锂离子电池的安全性与其产热特性密切相关。在充放电过程中，锂离子电池的内部产热一方面来源于电池欧姆内阻和极化内阻带来的不可逆焦耳热，另一方面主要是电化学反应带来的可逆熵热，温度过高、过低或不一致的温度分布都会影响电池寿命及安全性。在锂离子电池的实际使用过程中，需要依据电池的产热功率信息制定合适的热管理策略，以保证电池在安全温度范围内工作。锂离子电池的产热功率除受充放电电流、环境温度等工况条件影响外，在循环使用中，还会因电池容量下降、内阻增加等因素，导致产热加剧。因此获得不同工况和循环次数下的电池产热功率变化信息，对于制定电池全寿命周期动态热管理策略和提高电池运行过程中的安全性至关重要。
[0004]然而，目前，只是通过实验测定的方法获得某特定条件下的锂离子电池产热功率信息，无法预测电池全寿命周期不同工况和循环次数下的产热功率信息。

技术实现思路

[0005]针对以上存在的问题，本专利技术提供一种锂离子电池产热功率的预测方法，包括如下步骤：在参考温度下以预定倍率的电流对锂离子电池进行放电，测试不同荷电状态SOC的电池在一定环境温度范围内的开路电压曲线和熵热系数曲线；在工况温度下以预定倍率的电流对电池进行放电，记录电池放电过程中不同时刻的电池电压；对电池放电建立第一数学模型；在工况温度下进行电池循环充放电试验并记录不同循环次数的放电容量衰减百分比；对放电容量衰减百分比建立第二数学模型；结合第一数学模型和第二数学模型建立电池循环充放电的第三数学模型；利用第三数学模型进行仿真计算，获得不同倍率和循环次数下的产热功率值。本专利技术提供的锂离子电池产热功率预测方法，通过建立锂离子电池在不同工况和循环次数下的电池电压数学模型，并利用该数学模型进行仿真计算，可以定量地分析锂离子电池全寿命周期不同工况和循环次数下的产热功率变化，从而为锂离子电池储能系统全寿命周期热管理设计及安全运行提供有效的依据。
[0006]本专利技术提供的技术方案如下：
[0007]根据本专利技术提供一种锂离子电池产热功率的预测方法，该预测方法包括以下步骤：
[0008]S1：在参考温度T
ref
下以预定倍率的电流对锂离子电池进行放电，测试不同荷电状态 SOC的电池在一定环境温度范围内的开路电压曲线E
ocv
(SOC,T)，获得熵热系数曲线；参考温度T
ref
指的是后续开路电压曲线计算的参考温度，通常是室温20～
25℃。
[0009]S2：在工况温度下，以预定倍率的电流将锂离子电池充电至100％SOC的满电状态，再以预定倍率的电流将锂离子电池放电至0％SOC，记录不同放电时刻t的电池电压E(t)；工况温度指的是电池工作的环境温度。
[0010]S3：利用测试的开路电压曲线E
ocv
(SOC,T)及熵热系数曲线建立锂离子电池在工况温度下以预定倍率的电流进行放电的第一数学模型E(t)
I
，利用电池电压E(t)标定第一数学模型E(t)
I
，第一数学模型E(t)
I
为锂离子电池在工况温度下以预定倍率的电流进行放电时不同时刻t的电池电压；
[0011]S4：在工况温度下以预定倍率的电流对电池进行循环充放电实验，记录多个不同循环放电中不同时刻t的电池电压E
’
(t,NN)及放电容量衰减百分比Y(NN)，NN为循环次数；
[0012]S5：建立锂离子电池在工况温度下以预定倍率的电流进行循环充放电的第二数学模型 Y(NN)
II
，利用放电容量衰减百分比Y(NN)标定第二数学模型Y(NN)
II
，第二数学模型Y(NN)
II
为在工况温度下以预定倍率的电流进行循环充放电时不同循环次数NN对应的放电容量衰减百分比；
[0013]S6：结合第一数学模型E(t)
I
和第二数学模型Y(NN)
II
，建立锂离子电池在工况温度下以预定倍率的电流进行循环充放电的第三数学模型E
’
(t,NN)
III
，利用电池电压E
’
(t,NN)标定第三数学模型E
’
(t,NN)
III
，第三数学模型E
’
(t,NN)
III
为锂离子电池在工况温度下以预定倍率的电流进行循环充放电时第NN个循环放电时不同时刻t的电池电压；
[0014]S7：利用第三数学模型E
’
(t,NN)
III
进行仿真计算，获得锂离子电池在工况温度下不同倍率和循环次数下的产热功率值。
[0015]在本专利技术的预测方法中，步骤S1和步骤S2中对锂离子电池进行的放电以及在步骤S4 中记录多个不同循环放电中不同时刻的电池电压也可以改为充电，此时在S3中的第一数学模型、S4中的第二数学模型以及S6中的第三数学模型也是与充电相关联的数学模型。上述方法中的参考温度可以为20℃～25℃，预定倍率可以为0.25C～1C。
[0016]在步骤S1中，电池开路电压曲线E
ocv
(SOC,T)的测试及熵热系数曲线的获得步骤可以如下：S11：将锂离子电池在参考温度T
ref
下以预定倍率的电流充电至100％SOC 的满电状态；S12：将锂离子电池在第一环境温度下静置2h～10h，记录稳定后的电池开路电压E
ocv
(SOC,T)；此处的环境温度是指测试电池开路电压随环境温度变化时电池所处的环境温度。S13：将锂离子电池在第二环境温度下静置2h～10h，记录稳定后的电池开路电压 E
ocv
(SOC,T)；S14：将锂离子电池在第三环境温度下静置2h～10h，记录稳定后的电池电压 E
ocv
(SOC,T)；S15：将锂离子电池在第四环境温度下静置2h～10h，记录稳定后的电池开路电压E
ocv
(SOC,T)；S16：将S12～S15获得的开路电压E
ocv
(SOC,T)对温度T作图并进行线性拟合，取线性拟合曲线的斜率值作为相应荷电状态时的熵热系数S17：将锂离子电池在参考温度T
ref
下静置2h～10h，以预定倍率的电流每次将电池放电5％SOC，重复步骤S12～S16，分别获得荷电状态为95％SOC、90％SOC，85％SOC、80％SOC、75％SOC、 70％SOC、65％SOC、60％SOC、55％SOC、50％SOC、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池产热功率的预测方法，其特征在于，所述预测方法包括以下步骤：S1：在参考温度T
ref
下以预定倍率的电流对锂离子电池进行放电，测试不同荷电状态SOC的电池在一定环境温度范围内的开路电压曲线E
ocv
(SOC,T)，获得熵热系数曲线；S2：在工况温度下，以所述预定倍率的电流将锂离子电池充电至100％SOC的满电状态，再以所述预定倍率的电流将锂离子电池放电至0％SOC，记录不同放电时刻t的电池电压E(t)；S3：利用测试的所述开路电压曲线E
ocv
(SOC,T)及所述熵热系数曲线建立锂离子电池在所述工况温度下以所述预定倍率的电流进行放电的第一数学模型E(t)
I
，利用所述电池电压E(t)标定所述第一数学模型E(t)
I
，所述第一数学模型E(t)
I
为锂离子电池在所述工况温度下以所述预定倍率的电流进行放电时不同时刻t的电池电压；S4：在所述工况温度下以所述预定倍率的电流对电池进行循环充放电实验，记录多个不同循环放电中不同时刻t的电池电压E
’
(t,NN)及放电容量衰减百分比Y(NN)，NN为循环次数；S5：建立锂离子电池在所述工况温度下以所述预定倍率的电流进行循环充放电的第二数学模型Y(NN)
II
，利用所述放电容量衰减百分比Y(NN)标定所述第二数学模型Y(NN)
II
，所述第二数学模型Y(NN)
II
为在所述工况温度下以所述预定倍率的电流进行循环充放电时不同循环次数NN对应的放电容量衰减百分比；S6：结合所述第一数学模型E(t)
I
和所述第二数学模型Y(NN)
II
，建立锂离子电池在所述工况温度下以所述预定倍率的电流进行循环充放电的第三数学模型E
’
(t,NN)
III
，利用所述电池电压E
’
(t,NN)标定所述第三数学模型E
’
(t,NN)
III
，所述第三数学模型E
’
(t,NN)
III
为锂离子电池在所述工况温度下以所述预定倍率的电流进行循环充放电时第NN个循环放电时不同时刻t的电池电压；S7：利用所述第三数学模型E
’
(t,NN)
III
进行仿真计算，获得锂离子电池在所述工况温度下不同倍率和循环次数下的产热功率值。2.根据权利要求1所述的锂离子电池产热功率的预测方法，其中，所述参考温度为20℃～25℃，所述预定倍率为0.25C～1C。3.根据权利要求1所述的锂离子电池产热功率的预测方法，其中，在步骤S1中，所述电池开路电压曲线E
ocv
(SOC,T)及熵热系数曲线的获得步骤如下：S11：将锂离子电池在所述参考温度T
ref
下以所述预定倍率的电流充电至100％SOC的满电状态；S12：将锂离子电池在第一环境温度下静置2h～10h，记录稳定后的电池开路电压E
ocv
(SOC,T)；S13：将锂离子电池在第二环境温度下静置2h～10h，记录稳定后的电池开路电压E
ocv
(SOC,T)；S14：将锂离子电池在第三环境温度下静置2h～10h，记录稳定后的电池电压E
ocv
(SOC,T)；
S15：将锂离子电池在第四环境温度下静置2h～10h，记录稳定后的电池开路电压E
ocv
(SOC,T)；S16：将S12～S15获得的开路电压E
ocv
(SOC,T)对温度T作图并进行线性拟合，取线性拟合曲线的斜率值作为相应荷电状态时的熵热系数S17：将锂离子电池在所述参考温度T
ref
下静置2h～10h，以所述预定倍率的电流每次将电池放电5％SOC，重复步骤S12～S16，分别获得荷电状态为95％SOC、90％SOC，85％SOC、80％SOC、75％SOC、70％SOC、65％SOC、60％SOC、55％SOC、50％SOC、45％SOC、40％SOC、35％SOC、30％SOC、25％SOC、20％SOC、15％SOC、10％SOC、5％SOC、0％SOC时...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘丹丹，张彬，何颖源，陈永翀，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：