一种计算电池热能转换效率的方法技术

本发明专利技术涉及一种计算电池热能转换效率的方法，该方法包括计算电池理论存储能量qn，充、放电时总的生成热q，q＝qrev+qirr，qrev为不同倍率充、放电时的可逆热，qirr为充、放电时的不可逆热；根据公式η＝q/qn计算出不同倍率充放电时热能转换效率。本发明专利技术提出了一种新的参数，即为热能转换效率，用于描述电池产生热能的相对值。电池工作时产生的热量决定了电池的温度分布，而本发明专利技术计算的热能转换效率能直观而有效的反应电池的生热量，进而预测电池的温度状态。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池能量的计算，具体地指一种计算电池热能转换效率的方法。
技术介绍
随着电动汽车市场规模的日益壮大，锂离子电池作为一种广泛认可的车用电池具有极其重要的意义，它具有循环寿命长，能量密度高，低自放电率等优点。然而，锂离子电池的性能、寿命和安全与电池温度关系密切。因此，合理的热管理能够提升电池的性能，延长循环寿命，并且保证电池安全性。优化电池的热管理系统，需要深入分析电池工作时的热行为，这就有必要发现一种参数来评估电池的热行为。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种计算电池热能转换效率的方法。实现本专利技术目的采用的技术方案是一种计算电池热能转换效率的方法，该方法包括以下步骤：计算电池理论存储能量qn，充、放电时总的生成热q，q＝qrev+qirr，qrev为不同倍率充、放电时的可逆热，qirr为充、放电时的不可逆热；根据公式η＝q/qn计算出不同倍率充放电时热能转换效率。在上述技术方案中，所述qn通过下式计算：根据荷电状态与开路电压的定量关系对荷电状态从0到1求积分可得，式中，UOCV为开路电压，Cn为额定容量，SOC为荷电状态。在上述技术方案中，其特征在于所述qrev通过下式计算：qrev=∫SOC0SOCt(T(dUocvdT)·Cn)dSOC]]>式中，为开路电压对温度的导数，Cn为额定容量，SOC(0)至SOC(t)为荷电状态区间，SOC(t)的计算式为：I为电流，t为充、放电时间。在上述技术方案中，所述所述qirr通过下式计算：ΔV＝Vt-VOCV是电池充、放电时电压Vt与开路电压VOCV之差。在上述技术方案中，所述中电池开路电压和荷电状态的定量关系式的建立过程为：1)将处于放电截止电压的电池组以0.04C恒流充电25h或至充电截止电压后停止，记录电池组单体充电电压随荷电状态变化的充电曲线；2)将所述电池组以0.04C恒流放电25h后或至放电截至电压后停止，记录电池组单体放电电压随荷电状态变化的放电曲线；3)将所述充电曲线和所述放电曲线相加取平均值，得到电池组单体开路电压随荷电状态变化的开路电压曲线；4)根据开路电压同荷电状态的关系式Uocv＝E0+K1lnSOC+K2ln(1-SOC)，式中Uocv为开路电压，SOC为荷电状态，E0、K1、K2为未知参数；以及所述开路电压曲线的对应值求出关系式中的未知参数，进而得到开路电压和荷电状态的定量关系式Uocv。在上述技术方案中，根据电池类型确定充电制度和放电制度；将电池按照确定的放电制度将其剩余电放完，接着按照确定的充电制度充电至充电截至电压，然后按照确定的放电制度放电至放电截至电压，将所放出的电荷值确定为电池组的额定容量。在上述技术方案中，将按照确定的放电制度放完电的电池以多个不同倍率的恒流充电至充电截止电压后停止，得到不同电流下的充电电压与SOC曲线；并确定荷电状态区间。在上述技术方案中，将按照确定的充电制度充满电的电池以多个不同倍率的恒流放电至放电截止电压后停止，得到不同电流下的放电电压与SOC曲线；并确定荷电状态区间。在上述技术方案中，充电或者放电完毕后，将所述电池组静止2h。在上述技术方案中，所述电池环境温度相同。本专利技术提出了一种新的参数，即为热能转换效率，用于描述电池产生热能的相对值。电池工作时产生的热量决定了电池的温度分布，而热能转换效率能直观而有效的反应电池的生热量，进而预测电池的温度状态。现有定性研究电池产热的技术很多，但只说明了电池产热可分为可逆热和不可逆热，而没有定量说明电池产热效率的。因此，本专利技术提出电池热能转换效率有以下优点：1)优化电池的工作参数降低热能转换效率，以提高电池的能量效率，节约资源。2)根据热能转换效率能够分析电池在工作中的产热量，便于对电池的热管理。3)能够通过热能转换率预测电池的温度分布，进而预测电池工作时的温度。4)电池的性能与电池热能转换效率密切相关，通过电池热能转换效率的比较能够辨别电池的优劣。附图说明图1为本专利技术计算电池热能转换效率的方法流程图。图2为在不同倍率充电时充电电压与SOC关系的充电曲线，以及开路电压与SOC关系的充电曲线。图3为在不同倍率放电时放电电压与DOD(放电深度，DOD＝1-SOC)关系的放电曲线，以及开路电压与DOD关系的放电曲线。图4为在不同倍率充电时可逆热、不可逆热和总的生成热与充电倍率关系的柱状图。图5为在不同倍率放电时可逆热、不可逆热和总的生成热与放电倍率关系的柱状图。图6为在不同倍率充电时计算得到的热能转换效率与充电倍率的关系图。图7为在不同倍率放电时计算得到的热能转换效率与放电倍率的关系图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。在说明本专利技术蓄电池能量效率测量方法之前，先对涉及的几个概念进行说明。电池的充、放电热能转换效率：当对电池进行充、放电至结束，该过程产生的总的生成热为q，电池理论存储能量为qn，则电池充、放电过程中的热能转换效率的表达式为：η＝q/qn充、放电时总的生成热q，包括两部分可逆热(qrev)和不可逆热(qirr)，即q＝qrev+qirr。下面对本专利技术电池热能转换效率的计算方法进行详细说明，本实施例以电池为某公司生产的LiFePO4型锂离子动力电池为例，该锂离子动力电池额定容量为60Ah。如图1所示，本专利技术电池热能转换效率的计算方法具体包括如下步骤：步骤S1、根据电池类型确定充电制度和放电制度确定充电制度和放电制度是对电池实施操作的前提，根据这些制度可以确定如何将电池充满电、如何将电池电放完、测定额定容量和剩余容量、确定充电截至电压或结束条件、放电截至电压或结束条件，在充电制度和放电制度中包含了静止时间，在每完成一个充电或放电过程电池组都要静止一段时间才能进行下一步操作，静止时间以电池电压不在发生任何变动为准。本实施例中电池类型为LiFePO4电池，其充电制度和放电制度既可由电池生产厂家提供，也可依据国家标准如QC/T742-2006、QC/T743-2006和QC/T744-2006分别对应铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池来设定。每完成一个充电或放电过程电池组都需要静止2h。步骤S2、确定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计算电池热能转换效率的方法，其特征在于，包括以下步骤：计算电池理论存储能量qn，充、放电时总的生成热q，q＝qrev+qirr，qrev为不同倍率充、放电时的可逆热，qirr为充、放电时的不可逆热；根据公式η＝q/qn计算出不同倍率充放电时热能转换效率。

【技术特征摘要】
1.一种计算电池热能转换效率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
计算电池理论存储能量qn，充、放电时总的生成热q，q＝qrev+qirr，qrev为不同倍率充、放电时的可逆热，qirr为充、放电时的不可逆热；根据公式
η＝q/qn计算出不同倍率充放电时热能转换效率。
2.根据权利要求1所述计算电池热能转换效率的方法，其特征在于所
述qn通过下式计算：
根据荷电状态与开路电压的定量关系对荷电状态
从0到1求积分可得，式中，UOCV为开路电压，Cn为额定容量，SOC为荷
电状态。
3.根据权利要求1所述计算电池热能转换效率的方法，其特征在于所
述qrev通过下式计算：
qrev=∫SOC0SODt(T(dUocvdT)·Cn)dSOC]]>式中，为开路电压对温度的导数，Cn为额定容量，SOC(0)至
SOC(t)为荷电状态区间，SOC(t)的计算式为：I为电流，
t为充、放电时间。
4.根据权利要求1所述计算电池热能转换效率的方法，其特征在于所
述所述qirr通过下式计算：
ΔV＝Vt-VOCV是电池充、放电时电压Vt与
开路电压VOCV之差。
5.根据权利要求2所述计算电池热能转换效率的方法，其特征在于所
述中电池开路电压和荷电状态的定量关系式的建立过程为：
1)将处于放电截止电压的电池组以0.04C恒流充电25h或至充电截止
电压后停止，记录电池组单体充电电压随荷电状态变化的充电曲线；
2)将所述电池组以0.04C恒流放电25h后或至放电截至电压后停止，
记录电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：康健强，周兆华，赵鹏举，颜伏伍，杜常清，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42