鋰電池充放電特性的標定方法及充放電特性標定儀的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明具體涉及一種鋰電池充放電特性的標定方法及施行該方法所使用的充放 電特性標定儀，屬于鋰電池測量領域。
【背景技術(shù)】
[0002] 與普通鋰電池相比，磷酸鐵鋰電池具有電壓高、過放能力強、循環(huán)壽命長、安全性 能好、自放電少、可快速充電等優(yōu)點，磷酸鐵鋰電池被越來越多的運用到電動車輛、電動工 具、玩具、便攜醫(yī)療設備、警示燈等各種移動設備中。
[0003] 為了保護移動設備、延長電池的使用壽命，通常需要建立電池管理系統(tǒng)對磷酸鐵 鋰電池進行管理。電池管理系統(tǒng)的建立需要準確估算電池的充放電特性，以建立合理的管 理系統(tǒng)。
[0004] 傳統(tǒng)的電池充放電特性的標定主要是對荷電狀態(tài)（S0C)的估算和電壓-S0C曲線 的繪制。其中，S0C=Qc/QpQ。為電池的初始電量，為電池以恒定電流I放電時所具有的 最大荷電容量。
[0005] 常用的估算電池S0C的方法主要是開路電壓法和安時計量法。開路電壓法是利用 初始電量與電池開路電壓之間的對應關系，擬合出初始電量與開路電壓的一組函數(shù)曲線， 假設最大荷電容量即是額定電量，在電池接入測量系統(tǒng)后測量電池開路電壓，經(jīng)函數(shù)運算 或查表后計算出當前電池的初始電量。但磷酸鐵鋰電池的S0C在15%~85%時，S0C-電 壓的區(qū)分度明顯下降，采用該方法評估磷酸鐵鋰電池的S0C，會出現(xiàn)較大的誤判。專利 CN03113577. 3公開了一種鋰電子電池電量的測定方法，該方法將電壓劃分為不同區(qū)間，并 通過電壓的變化得到電池當前的荷電狀態(tài)，但是在區(qū)間內(nèi)，這種算法只能給出一個二次方 程的擬合結(jié)果，S0C值對應電壓變化的規(guī)律并不明顯，電池短時間（小于lmin)的斷電重連 也會由于電壓回升緩慢而產(chǎn)生較大誤差，也不適于對磷酸鐵鋰電池的S0C進行評估。
[0006] 安時計量法是用電流值在時間上的積分過程檢測電池的S0C，該方法在分容儀中 施行。但該方法缺少對電池老化狀態(tài)的判斷，認為電池的最大荷電容量為額定電量，而長時 間放置的電池或在極限環(huán)境中使用的電池，最大荷電容量通常達不到額定電量，采用這樣 的電池測得的S0C誤差較大，缺乏對電池管理系統(tǒng)建立的參考價值。并且，該方法僅對荷電 狀態(tài)進行檢測，不能給出電壓-S0C曲線，給出的電池充放電特性信息不全面。另外，施行該 方法所用的分容儀體積較大，難以與恒溫箱等環(huán)境設備共用，對環(huán)境溫度引起的測量誤差 缺少處理方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的之一是提供一種鋰電池充放電特性的標定方法，以解決上述問題； 本發(fā)明的目的之二是提供一種施行該方法的充放電特性標定儀。
[0008] 為了解決上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0009] 一種鋰電池充放電特性的標定方法，該方法在充放電特性標定儀中施行，計算部 分由單片機計算得到，其特征在于，包括以下三個工序：
[0010] 一、充放電工序：
[0011] 1.對待測鋰電池恒流充電，在充電過程中實時記錄電池電壓數(shù)據(jù)，當該電池電壓 達到額定最高電壓時，充電結(jié)束，充電完成所需的時間為， h
[0012] 根據(jù)公式：q=]"(??xi)☆，由單片機實時計算每個電壓數(shù)據(jù)所對應的電池電 0 量，式中，Qi為充電結(jié)束后的電池電量，i為充電電流，n為電池效率系數(shù)，其中，n=nTxntxnpnT為溫度影響系數(shù)，nt為老化系數(shù)，ni為充放電倍率系數(shù)，令ni=1;nt =1 ;當環(huán)境溫度T〈5°c，nT= 〇? 7 ;當 5°C彡T〈15°C，nT= 〇? 9 ;當 15°C彡T〈30°C，nT = 1 ;當 30°C彡T〈55°C，nT= 1. 05 ;當 55°C彡T，nT= 1. 1，
[0013] 2.對待測鋰電池進行放電，當實時電壓達到額定最低電壓時，放電結(jié)束，
[0014] 根據(jù)公式：4 0x ?.計算得到最大荷電容量Q2，式中，i為放電電流， t2為放電結(jié)束的時間，n為電池效率系數(shù)，電池效率系數(shù)的計算方法與上述電池效率系數(shù) 的計算方法相同；
[0015] 二、初始荷電狀態(tài)的標定工序：
[0016] 根據(jù)公式：(^=Q2-Qi，計算得到待測鋰電池的初始電量Q。，
[0017] 根據(jù)公式：SOQ^Q/Qs，計算得到待測鋰電池初始狀態(tài)下的電荷狀態(tài)S0C。，
[0018] 三、充電電壓-S0C函數(shù)曲線的繪制工序：
[0019] 對待測鋰電池再次恒流充電，在充電過程中實時記錄電池電壓數(shù)據(jù)，并由單片機 實時計算每個電壓數(shù)據(jù)所對應的電池電量，當該電池電量達到初始電量％，充電結(jié)束，
[0020] 根據(jù)兩次充電過程中實時記錄的電池電量計算得到每個電池電量數(shù)據(jù)所對應的 S0C值，將每個S0C值和所對應的電池電壓數(shù)據(jù)進行整理，以S0C值為橫軸，電池電壓為縱 軸，描點繪制得到電壓-S0C函數(shù)曲線。
[0021] 本發(fā)明所提供的鋰電池充放電特性的標定方法還可以具有這樣的特征：還包括老 化系數(shù)的標定工序， Q,
[0022] 根據(jù)公式：仏實際=，計算得到待測鋰電池的實際老化系數(shù)nt實際，式中， b額定 為環(huán)境溫度下待測鋰電池的額定電量，根據(jù)實際老化系數(shù)，對待測鋰電池是否老化進行 判斷。
[0023] 施行上述標定方法的充放電特性標定儀，具有檢測電路，控制器、充電源以及放電 負載，其特征在于：
[0024] 檢測電路包括電流檢測電路、電壓檢測電路以及溫度檢測電路，電流檢測電路與 待測鋰電池相連，用于測定待測鋰電池的實時電流并傳遞電流信息；電壓檢測電路與待測 鋰電池相連，用于測定鋰電池的實時電壓并傳遞電壓信息；溫度檢測電路用于檢測環(huán)境溫 度并傳遞溫度信息；
[0025] 控制器包括和充電源相連的充電控制模塊、和放電負載相連的放電控制模塊、存 儲模塊以及計算模塊，
[0026] 充電控制模塊控制充電源開始充電或停止充電；放電控制模塊控制放電負載開始 放電或者停止放電；存儲模塊與電流檢測電路、電壓檢測電路以及溫度檢測電路相連，用于 接收并存儲電流信息、電壓信息及溫度信息；計算模塊與存儲模塊相連，對電流信息、電壓 信息及溫度信息進行計算和處理。
[0027] 上述充放電特性標定儀還可以具有這樣的特征：控制器還包括設定模塊和與該設 定模塊相連的比較模塊，設定模塊用于設定待測鋰電池的額定最低電壓及額定最高電壓， 比較模塊還與存儲模塊、充電控制模塊、以及放電控制模塊相連，將存儲模塊接收到的電壓 信息與設定模塊設定的額定最低電壓或額定最高電壓進行比較，并根據(jù)比較結(jié)果對充電控 制模塊以及放電控制模塊進行控制。
[0028] 上述充放電特性標定儀還可以具有這樣的特征：還具有與控制器相連的顯示器， 該顯示器用于顯示電池電壓、電池電量以及電壓-S0C函數(shù)曲線。
[0029] 與【背景技術(shù)】相比，本發(fā)明所提供的鋰電池充放電特性的標定方法的優(yōu)點和積極效 果如下：
[0030] 1.計算結(jié)果準確
[0031] 由于在環(huán)境溫度過高時，鋰電池電解液活性增大，離子擴散運動能力增強，實際可 用電量增大，而在環(huán)境溫度過低時，電池溫度下降，實際可用電量減小，本發(fā)明的標定方法 在計算過程中根據(jù)環(huán)境溫度對計算數(shù)據(jù)進行溫度補償，采用溫度影響系數(shù)對充入電荷量Qi 和最大荷電容量Q2進行校正，采用校正后的充入電荷量Q1和最大荷電容量Q2標定初始荷 電狀態(tài)及繪制充電電壓-S0C函數(shù)曲線，而不是簡單的采用額定電量作為最大荷電電量進 行計算，計算結(jié)果準確，不僅可以用于電池管理系統(tǒng)的建立，還可以作為其他S0C算法的標 準，為其他算法準確與否提供評判依據(jù)。
[0032] 2.可用于磷酸鐵鋰電池充放電特性的標定
[0033] 本方法以充放電電流和時間為特征參數(shù)計算S0C，避免了電壓平坦區(qū)特性帶來的 影響，不僅可以準確的標定普通鋰電池的充放電特性，還可以標定磷酸鐵鋰電池的充放電 特性，適用范圍廣。
[0034] 另外，施行本發(fā)明的方法的充放電特性標定儀具有電流檢測電路以及電壓檢測電 路，可以實時監(jiān)測待測鋰電池的電壓和電流，存儲模塊能夠存儲電流信息和電壓信息，與背 景技術(shù)相比，該充放電特性標定儀能夠給出全面的電池運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，不僅能得到待測鋰 電池的S0C、也能繪制得到S0C-電壓曲線。并且，本發(fā)明所提供的充放電特性標定儀電路簡 單，設備小巧，與分容儀相比，不僅自身體積較小，也不需要與恒溫箱等環(huán)境設備共用；操作 簡單，完成完整的充放電周期后，電池的充放電特性與相關參數(shù)均已測得。
【附圖說明】
[0035] 圖1為本發(fā)明所涉及的充放電特性標定儀在實施例中的結(jié)構(gòu)框圖；
[0036] 圖2為實施例中電流檢測電路的電路圖；
[0037] 圖3為實施例中充電控制電路的電路圖；
[0038] 圖4為實施例中放電控制電路的電路圖；以及
[0039] 圖5為實施例中鋰電池充放電特性的標定方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0040] 以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明所涉及的鋰電池充放電特性的標定方法及施行該方法所 使用的充放電特性標定儀做進一步說明。
[0041]〈實施例〉
[0042] 圖1為本發(fā)明所涉及的充放電特性標定儀在實施例中的結(jié)構(gòu)框圖。
[0043] 本實施例所提供的鋰電池充放電特性的標定方法在如圖1所示的充放電特性標 定儀10中施行。
[0044] 充放電特性標定儀10具有檢測電路11，控制器12 (在本實施例中為單片機）、充 電源13、放電負載14、以及顯示器16。
[0045] 檢測電路11包括與待測鋰電池15相連的電流檢測電路111、與待測鋰電池15相 連的電壓檢測電路112以及溫度檢測電路113。電流檢測電路111用來測定待測鋰電池15 的實時電流并傳遞電流信息。電壓檢測電路112用來測定鋰電池18的實時電壓并傳遞電 壓信息。溫度檢測電路113用于檢測環(huán)境溫度并傳遞溫度信息。
[0046] 圖2為實施例中電流檢測電路的電路圖。
[0047] 如圖2所示，電流檢測電路111具有運算放大器114、六個比例電阻117、以及三 極管115。運算放大器114型號為LMV932,工作電壓1. 8V~5V，輸出電流100mA，將電流 放大并通過三極管115傳遞至單片機12的ADC引腳116,單片機12讀取ADC值后與內(nèi)部 參考源比較計算后得到充電電流，六個比例電阻117包括第一比例電阻117-a、第二比例電 阻117-b、第三比例電阻117-c、第四比例電阻117-d、第五比例電阻117-e、以及第六比例電 阻117-f。第一比例電阻117-a、第二比例電阻117-b、第三比例電阻117-c、第四比例電阻 117-d均為lk歐，第四比例電