一种电池功率特性测试方法及装置与流程

1.本发明实施例涉及电池测试技术领域，尤其涉及一种电池功率特性测试方法及装置。


背景技术：

2.随着新能源领域电动汽车的发展和广泛应用，对锂离子电池的荷电状态、健康状态和功率状态等状态估计成为研究热点之一，其测试及估算精度直接影响了电池系统的利用效率和使用安全。动力电池功率状态(state of power，sop)用来表征电池在某一状态(温度/荷电状态/持续时间/预设截止电压)下可承受的最大峰值充放电功率，该参数对于电动汽车的加速启动、爬坡及制动力回收性能有重要的评估和策略控制意义。现有的sop测试方法存在测试周期长的问题。


技术实现要素：

3.本发明提供一种电池功率特性测试方法及装置，采用逐次逼近迭代结合对测试功率误差进行设定的方法，提高了测试精度，满足自动化大批量测试的需求的同时，缩短了测试周期。
4.第一方面，本发明实施例提供了一种电池功率特性测试方法，该方法包括：
5.在设定温度下，对设定荷电状态的待测电池，以第一设定功率p1进行电学测试，得到第一测试时间；其中，所述电学测试包括充电测试或放电测试；所述充电测试包括将所述待测电池充电到上限截止电压；所述放电测试包括将所述待测电池放电到下限截止电压。若所述第一测试时间小于设定时间，则将所述待测电池的荷电状态调整到所述设定荷电状态，并以第二设定功率p2进行电学测试，得到第二测试时间；其中，所述第二设定功率为所述第一设定功率的二分之一；
6.若所述第二测试时间不等于设定时间，则将所述待测电池的荷电状态调整到所述设定荷电状态，并以第三设定功率p3进行电学测试，得到第三测试时间；
7.……
；
8.若第n测试时间不等于设定时间，将所述待测电池的荷电状态调整到所述设定荷电状态，并以第n 1设定功率p
n 1
进行电学测试，得到第n 1测试时间；
9.……
；
10.若第m测试时间不等于设定时间，则计算第m设定功率pm与第m-1设定功率p
m-1
的差值δp，若δp满足设定误差条件，则将所述第m设定功率pm确定为所述待测电池的在设定温度和设定荷电状态下的待测功率值；
11.其中，第n测试时间大于设定时间时，第n 1设定功率第n测试时间小于设定时间时，第n 1设定功率n为大于或等于2，且小
于或等于m-1的正整数，m为大于或等于3的正整数，pn为第n设定功率。
12.可选地，若所述第一测试时间等于所述设定时间，则确定所述第一设定功率为所述待测电池在设定温度和设定荷电状态下的待测功率值；
13.所述第一设定功率为对待测电池进行电学测试的测试设备的最大功率，若所述第一测试时间大于所述设定时间，则在设定温度下对所述待测电池进行下一设定荷电状态下的电学测试。
14.可选地，若第n测试时间等于所述设定时间，则确定所述第n设定功率为所述待测电池的在设定温度和设定荷电状态下的待测功率值。
15.可选地，所述充电测试包括将所述待测电池充电到上限截止电压；所述放电测试包括将所述待测电池放电到下限截止电压。
16.可选地，将所述待测电池的荷电状态调整到所述设定荷电状态包括：
17.在预设温度下将所述待测电池恒流充电至满电状态，并在设定温度下将所述待测电池放电至所述设定荷电状态。
18.可选地，确定所述待测电池的在设定温度下和设定荷电状态待测功率值之后，还包括：
19.在所述设定温度下，对待测电池进行下一荷电状态的待测功率值测试；
20.确定所述待测电池在所述设定温度下所有荷电状态的待测功率值后，进行下一设定温度下不同荷电状态的待测功率值测试。
21.可选地，所述待测电池的封装形式包括方形、软包以及圆柱形电池；所述待测电池的电池材料包括为三元层状材料电池或磷酸铁锂电池。
22.第二方面，本发明实施例还提供了一种电池功率特性测试装置，该装置包括：
23.测试模块，用于在设定温度下，对设定荷电状态的待测电池，以第一设定功率p1进行电学测试，得到第一测试时间；其中，所述电学测试包括充电测试或放电测试；所述充电测试包括将所述待测电池充电到上限截止电压；所述放电测试包括将所述待测电池放电到下限截止电压；
24.第一测试时间判断模块，用于若所述第一测试时间小于设定时间，则将所述待测电池的荷电状态调整到所述设定荷电状态，并以第二设定功率p2进行电学测试，得到第二测试时间；其中，所述第二设定功率为所述第一设定功率的二分之一；
25.第二测试时间判断模块，用于若所述第二测试时间不等于设定时间，则将所述待测电池的荷电状态调整到所述设定荷电状态，并以第三设定功率p3进行电学测试，得到第三测试时间；
26.……
；
27.第n测试时间判断模块，用于若第n测试时间不等于设定时间，将所述待测电池的荷电状态调整到所述设定荷电状态，并以第n 1设定功率p
n 1
进行电学测试，得到第n 1测试时间；
28.……
；
29.第m测试时间判断模块，用于若第m测试时间不等于设定时间，则计算第m设定功率pm与第m-1设定功率p
m-1
的差值δp，若δp满足设定误差条件，则将所述第m设定功率pm确定为所述待测电池的在设定温度和设定荷电状态待下的测功率值；
30.其中，第n测试时间大于设定时间时，第n 1设定功率第n测试时间小于设定时间时，第n 1设定功率n为大于或等于2，且小于或等于m-1的正整数，m为大于或等于3的正整数，pn为第n设定功率。
31.可选地，所述第一测试时间判断模块还用于若所述第一测试时间等于所述设定时间，则确定所述第一设定功率为所述待测电池的在设定温度和设定荷电状态下的待测功率值；
32.所述第一设定功率为对所述待测电池进行电学测试的测试设备的最大功率，所述第一测试时间判断模块还用于若所述第一测试时间大于所述设定时间，则在设定温度下对所述待测电池进行下一设定荷电状态下的电学测试；
33.所述第n测试时间判断模块还用于若第n测试时间等于所述设定时间，则确定所述第n设定功率为所述待测电池的在设定温度和设定荷电状态下的待测功率值。
34.可选地，电池功率特性测试装置还包括：
35.第一待测功率值测试模块，用于确定所述待测电池的在设定温度和设定荷电状态下的待测功率值之后，在所述设定温度下，对待测电池进行下一荷电状态的待测功率值测试；
36.第二待测功率值测试模块，用于确定所述待测电池在所述设定温度下所有荷电状态的待测功率值后，进行下一设定温度下不同荷电状态的待测功率值测试。
37.本实施例的技术方案在温度、荷电状态等多维度下对待测电池进行测试，覆盖面广，电池功率特性测试结果完整；测试采用逐次逼近迭代的方法，对测试功率误差进行设定，提高了测试精度，满足自动化大批量测试的需求，缩短测试周期。本实施例的技术方案解决了现有技术存在测试时间过长以及测试效率相对较低的问题，具有效缩短测试时间、提高测试倍率灵活性以及提高测试效率的技术效果。
附图说明
38.图1是本发明实施例一提供的一种电池功率特性测试方法的流程图；
39.图2是本发明实施例三提供的一种电池充电功率特性测试方法的流程图；
40.图3是本发明实施例四提供的一种电池功率特性测试装置的结构示意图。
具体实施方式
41.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
42.实施例一
43.图1是本发明实施例一提供的一种电池功率特性测试方法的流程图，本实施例可适用于电池功率特性测试的情况，该方法可以由电池功率特性测试装置来执行，该装置可以由软件和/或硬件实现。参考图1，该方法具体包括如下步骤：
44.s110、在设定温度下，对设定荷电状态的待测电池，以第一设定功率p1进行电学测
试，得到第一测试时间；其中，电学测试包括充电测试或放电测试；所述充电测试包括将所述待测电池充电到上限截止电压；所述放电测试包括将所述待测电池放电到下限截止电压。
45.具体的，依据待测电池的参数选取测试设备，测试设备可以为功率范围可调的充放电设备，充放电设备可以对待测电池进行充电，也可以对待测电池进行放电，充放电设备功率范围可调具体是指|p|≥αγuw，其中，p为充放电设备的最大充/放电功率，α为最大脉冲系数，γ为设备最大功率误差，u为待测电池的上限截止电压，w为待测电池的标称容量。依据测试所需环境温度最高点tmax及最低点tmin选取温度范围可调的温箱，温箱的温度范围包括[tmin-5℃，tmax 5℃]。在测试时，可以将待测电池放置于温箱中，调节温箱的温度，使电池处于设定温度。
[0046]
使用上述选取的充放电设备和温箱对待测电池进行电学测试，电学测试包括充电测试和放电测试。在温箱设定的温度下，以充放电设备的第一设定功率p1对设定荷电状态的待测电池进行电学测试，得到第一测试时间。第一设定功率p1对待测电池进行电学测试的充放电设备的最大功率，第一测试时间为待测电池实际进行电学测试持续的时间。例如，以第一设定功率p1对待测电池进行充电测试，得到第一充电时间；以第一设定功率p1对待测电池进行放电测试，得到第一放电时间。
[0047]
充电测试包括将待测电池充电到上限截止电压；放电测试包括将待测电池放电到下限截止电压。
[0048]
其中，三元层状材料待测电池充电的上限截止电压可以为4.2v，放电的下限截止电压可以为2.5v-3.0v。磷酸铁锂待测电池充电的上限截止电压可以为3.65v，放电的下限截止电压可以为2.0v-2.5v。本发明实施例对上限截止电压和下限截止电压的具体数值并不进行限定，可以根据待测电池的种类进行设置。
[0049]
s120、若第一测试时间小于设定时间，则将待测电池的荷电状态调整到设定荷电状态，并以第二设定功率p2进行电学测试，得到第二测试时间；其中，第二设定功率为第一设定功率的二分之一。
[0050]
其中，若第一测试时间小于设定时间，表明此时对待测电池进行电学测试的第一设定功率偏大，需要降低第一设定功率并进行下一步更精确的迭代测试。因此，对待测电池荷电状态进行调整，进入下一荷电状态的电学测试。将待测电池的荷电状态调整到设定荷电状态具体是指在预设温度下将待测电池恒流充电至满电状态，并在预设温度下将待测电池放电至设定荷电状态。以第二设定功率p2进行电学测试，得到第二测试时间，第二设定功率p2为第一设定功率的二分之一。
[0051]
需要说明的是设定时间为电池功率特性测试的目标充电时间或目标放电时间，示例性的，预设时间可以为10s、30s或90s。
[0052]
s130、若第二测试时间不等于设定时间，则将待测电池的荷电状态调整到设定荷电状态，并以第三设定功率p3进行电学测试，得到第三测试时间。
[0053]
……
；
[0054]
s140、若第n测试时间不等于设定时间，将待测电池的荷电状态调整到设定荷电状态，并以第n 1设定功率p
n 1
进行电学测试，得到第n 1测试时间。
[0055]
……
；
[0056]
s150、若第m测试时间不等于设定时间，则计算第m设定功率pm与第m-1设定功率p
m-1
的差值δp，若δp满足设定误差条件，则将第m设定功率pm确定为待测电池的在设定温度和设定荷电状态下的待测功率值；
[0057]
其中，第n测试时间大于设定时间时，第n 1设定功率第n测试时间小于设定时间时，第n 1设定功率n为大于或等于2，且小于或等于m-1的正整数，m为大于或等于3的正整数，pn为第n设定功率。
[0058]
具体的，经过上述多次迭代测试后的待测功率可能仍然无法精确，此时会进行误差估算，迭代次数越多，误差越小。当迭代至m次时，若第m测试时间不等于设定时间时，需要进行条件判断，计算第m设定功率pm与第m-1设定功率p
m-1
的差值δp，进行线性参数校正后，若δp满足设定误差条件，将第m设定功率pm确定为待测电池在设定温度和设定荷电状态下的待测功率值，并进行下一荷电状态测试。若δp不满足设定误差条件，则继续进行迭代测试，直到搜寻到最优功率后结束。需要说明的是误差条件为预设的可接受功率特性测试误差范围。
[0059]
示例性的，m可以为3、4、5、6
……
，若第3测试时间不等于设定时间，计算第3设定功率p3与第2设定功率p2的差值δp，即δp＝p
3-p2。若δp满足设定误差条件，则将第3设定功率p3确定为待测电池的在设定温度下和设定荷电状态待测功率值。若δp不满足设定误差条件，则继续进行测试，重复上述操作。
[0060]
本实施例的技术方案在温度、荷电状态等多维度下对待测电池进行测试，覆盖面广，电池功率特性测试结果完整；测试采用逐次逼近迭代结合对测试功率误差进行设定的方法，提高了测试精度，满足自动化大批量测试的需求的同时，缩短了测试周期。本实施例的技术方案解决了现有技术存在测试时间过长以及测试效率相对较低的问题，具有效缩短测试时间、提高测试倍率灵活性以及提高测试效率的技术效果。
[0061]
实施例二
[0062]
在上述实施例的基础上，可选地，若第一测试时间等于设定时间，则第一设定功率为待测电池在设定温度和设定荷电状态下的待测功率值；第一设定功率为对待测电池进行电学测试的测试设备的最大功率，若第一测试时间大于设定时间，则在设定温度下对待测电池进行下一设定荷电状态下的电学测试。
[0063]
具体的，当第一测试时间等于设定时间时，对待测电池进行电学测试的第一设定功率即为功率特性测试所需的功率。当第一测试时间大于设定时间时，表明第一设定功率偏小，需要增大第一设定功率，但此时第一设定功率已经达到充放电设备最大功率的极限，无法再增加功率，本次测试无法探测到实际功率特性测试的最大功率。因此，在设定温度下对待测电池进行下一设定荷电状态下的电学测试。
[0064]
可选地，若第n测试时间等于设定时间，则第n设定功率为待测电池的在设定温度和设定荷电状态下的待测功率值。
[0065]
其中，若第n测试时间等于设定时间，则第n设定功率为待测电池的在设定温度和设定荷电状态下的待测功率值，需要对待测电池进行相同温度下的下一荷电状态测试。
[0066]
可选地，将待测电池的荷电状态调整到设定荷电状态包括：
[0067]
在预设温度下将待测电池恒流充电至满电状态，并在设定温度下将待测电池放电至设定荷电状态。
[0068]
示例性的，在预设温度25
±
1℃下将待测电池以恒流恒压充电方式满充，调整温箱温度至指定温度k，待温度稳定后，以0.33c放电至设定荷电状态(state of charge，soc)。其中，c表示电池一小时完全放电时电流强度。soc∈[100％，95％，90％，
……
10％，5％，0％]，本实施例对soc的具体范围并不进行限定，可以根据需要进行设置。
[0069]
可选地，确定待测电池的在设定温度下和设定荷电状态待测功率值之后，还包括：
[0070]
在设定温度下，对待测电池进行下一荷电状态的待测功率值测试；
[0071]
确定待测电池在设定温度下所有荷电状态的待测功率值后，进行下一设定温度下不同荷电状态的待测功率值测试。
[0072]
具体的，多次迭代测试后可确定待测电池的在设定温度下和设定荷电状态待测功率值，表明该设定温度和设定荷电状态下的测试过程结束，需要在当前设定温度下，调整待测电池的荷电状态，进行下一荷电状态的待测功率值测试。确定待测电池在设定温度下所有荷电状态的待测功率值后，调整温箱的设定温度，进行下一设定温度下的不同荷电状态的待测功率值测试。最后根据上述测试结果进行待测电池功率特性图谱绘制及建模。
[0073]
可选地，待测电池的封装形式包括方形、软包以及圆柱形电池；待测电池的电池材料包括为三元层状材料电池或磷酸铁锂电池。
[0074]
实施例三
[0075]
图2是本发明实施例三提供的一种电池充电功率特性测试方法的流程图，参考图2，下面以待测电池充电的功率特性测试为例进行说明：
[0076]
s201、在设定温度下，对设定荷电状态的待测电池，以第一设定功率p1进行充电测试，得到第一测试时间；充电测试包括将待测电池充电到上限截止电压。
[0077]
s202、判断第一测试时间与设定时间的关系。若第一测试时间等于设定时间，则执行s203；若第一测试时间大于设定时间，则执行s204；若第一测试时间小于设定时间，则执行s205。
[0078]
s203、对待测电池进行充电测试的第一设定功率即为功率特性测试所需的功率，功率特性测试结束。
[0079]
s204、在设定温度下对待测电池进行下一设定荷电状态下的充电测试。
[0080]
s205、将待测电池的荷电状态调整到设定荷电状态，并以第二设定功率p2进行充电测试，得到第二测试时间；其中，第二设定功率为第一设定功率的二分之一。
[0081]
其中，若第一测试时间小于设定时间，表明此时对待测电池进行充电测试的第一设定功率偏大，需要降低第一设定功率并进行下一步更精确的迭代测试。
[0082]
s206、若第二测试时间不等于设定时间，则将待测电池的荷电状态调整到设定荷电状态，并以第三设定功率p3进行充电测试，得到第三测试时间。
[0083]
……
；
[0084]
s207、判断第n测试时间与设定时间的关系。若第n测试时间不等于设定时间，则执行s208；若第n测试时间等于设定时间，则执行s209。
[0085]
s208、将待测电池的荷电状态调整到设定荷电状态，并以第n 1设定功率p
n 1
进行充电测试，得到第n 1测试时间。
[0086]
第n测试时间大于设定时间时，第n 1设定功率第n测试时间小于设定时间时，第n 1设定功率n为大于或等于2，且小于或等于m-1的正整数，m为大于或等于3的正整数，pn为第n设定功率。
[0087]
……
；
[0088]
s210、若第m测试时间不等于设定时间，则计算第m设定功率pm与第m-1设定功率p
m-1
的差值δp，若δp满足设定误差条件，则将第m设定功率pm确定为待测电池的在设定温度和设定荷电状态下的待测功率值。
[0089]
s211、在设定温度下对待测电池进行下一设定荷电状态下的充电测试。
[0090]
当迭代至m次时，若第m测试时间不等于设定时间时，需要进行条件判断，计算第m设定功率pm与第m-1设定功率p
m-1
的差值δp，进行线性参数校正后，若δp小于设定误差，将第m设定功率pm确定为待测电池在设定温度和设定荷电状态下的待测功率值，并进行下一荷电状态测试。若δp大于设定误差，则继续进行迭代测试，直到搜寻到最优功率后结束。
[0091]
s209、第n设定功率为待测电池的在设定温度和设定荷电状态下的待测功率值，需要对待测电池进行相同温度下的下一荷电状态测试。
[0092]
需要说明的是待测电池放电的功率特性测试与充电功率特性测试过程相同，只是将充电过程变为放电过程，其他过程可参考上文，在此不再赘述。
[0093]
实施例四
[0094]
图3是本发明实施例四提供的一种电池功率特性测试装置的结构示意图，参考图3，该电池功率特性测试装置300包括：
[0095]
测试模块301，用于在设定温度下，对设定荷电状态的待测电池，以第一设定功率p1进行电学测试，得到第一测试时间；其中，电学测试包括充电测试或放电测试；所述充电测试包括将所述待测电池充电到上限截止电压；所述放电测试包括将所述待测电池放电到下限截止电压；
[0096]
第一测试时间判断模块302，用于若第一测试时间小于设定时间，则将待测电池的荷电状态调整到设定荷电状态，并以第二设定功率p2进行电学测试，得到第二测试时间；其中，第二设定功率为第一设定功率的二分之一；
[0097]
第二测试时间判断模块303，用于若第二测试时间不等于设定时间，则将待测电池的荷电状态调整到设定荷电状态，并以第三设定功率p3进行电学测试，得到第三测试时间；
[0098]
……
；
[0099]
第n测试时间判断模块304，用于若第n测试时间不等于设定时间，将待测电池的荷电状态调整到设定荷电状态，并以第n 1设定功率p
n 1
进行电学测试，得到第n 1测试时间；
[0100]
……
；
[0101]
第m测试时间判断模块305，用于若第m测试时间不等于设定时间，则计算第m设定功率pm与第m-1设定功率p
m-1
的差值δp，若δp满足设定误差条件，则将第m设定功率pm确定为待测电池的在设定温度和设定荷电状态下的待测功率值；
[0102]
其中，第n测试时间大于设定时间时，第n 1设定功率第n测试时间小于设定时间时，第n 1设定功率n为大于或等于2，且小于或等于m-1的正整数，m为大于或等于3的正整数，pn为第n设定功率。
[0103]
本发明实施例所提供的电池功率特性测试装置可执行本发明任意实施例所提供的电池功率特性测试方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
[0104]
值得注意的是，上述电池功率特性测试装置的实施例中，所包括的各个模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
[0105]
可选地，第一测试时间判断模块302还用于若第一测试时间等于设定时间，则确定第一设定功率为待测电池的在设定温度和设定荷电状态下的待测功率值；
[0106]
第一设定功率为对待测电池进行电学测试的测试设备的最大功率，第一测试时间判断模块302还用于若第一测试时间大于设定时间，则在设定温度下对待测电池进行下一设定荷电状态下的电学测试；
[0107]
第n测试时间判断模块304还用于若第n测试时间等于设定时间，则第n设定功率为待测电池的在设定温度和设定荷电状态下的待测功率值。
[0108]
可选地，电池功率特性测试装置还包括：
[0109]
第一待测功率值测试模块，用于确定待测电池的在设定温度和设定荷电状态下的待测功率值之后，在设定温度下，对待测电池进行下一荷电状态的待测功率值测试；
[0110]
第二待测功率值测试模块，用于确定待测电池在设定温度下所有荷电状态的待测功率值后，进行下一设定温度下不同荷电状态的待测功率值测试。
[0111]
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。