CN102608535A - 一种锂离子电池容量的预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于锂离子电池技术领域，特别涉及一种锂离子电池容量的预测方法，包括以下步骤：取至少两个待化成电池，分别测量其容量值，并计算容量的平均值Cm；电池化成老化后，充电到设定的SOC)静置后，测量其OCV；根据OCV和容量平均值Cm来确定电池预测容量。本发明将电池的特定SOC的OCV值为输入，利用预测公式计算出预测容量，可应用于不同类型、容量的锂离子电池容量预测中，平均预测误差在3％以内，小于工业生产应用上允许的5％误差。本发明一方面克服了现有工业应用的容量测试周期长，能耗大，占用大量厂房和人员、生产成本高的问题。另一方面克服了实验室研究容量测试步骤繁琐、理论复杂高深、不适用工业应用的不足。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，特别涉及一种锂离子电池容量的预测方法。
背景技术
随着各种便携式电子设备和电动汽车的广泛应用及快速发展，它们对其动力系统——化学电源的需求急剧增长，对化学电源的性能要求也越来越高。锂离子电池因其具有能量密度高、循环寿命长、平均输出电压高、输出功率大、循环性能优越、使用寿命长和绿色环保等诸多优点，已经应用于移动电子设备、电动机车、太空和便携式设备等领域，并有望在电力储能领域发挥作用。
目前评价电池的质量有多项技术指标，其中电池的容量是重要的技术指标之一。电池容量大小将直接关系到电池在经过一次标准充电后能够使用的时间长短，而将单体电池组装成电池组后，单体电池的容量对电池组的放电容量和使用寿命极其重要。在容量一致的基础上进行电池电化学一致性的分选就是制作电池组的关键。所以锂离子电池无论是在生产过程中，还是在市场流通销售过程中，都需要对电池的容量给予关注、检测和监督。
目前评价锂离子电池容量的标准一般参照现行四个标准中的规定：一是锂离子蓄电池总规范；二是蜂窝电话锂离子电池总规范；三是USABC美国先进蓄电池协作体；四是QC-T743标准锂离子电池蓄电池标准。
目前四个标准测试流程均在环境温度20℃±5℃的条件下，对电池以0.2C～1C充电至限制电压后恒压充电直至充电电流小于0.01或0.1C，放置时间不小于1小时后，对电池恒流0.2C～1C放电直至终止电压，用1C(A)的电流值和放电时间数据计算容量(以A-h计)。
按照以上标准进行容量测试，耗费的时间较长(5-15h)，耗费的能量较大，特别对于大容量动力电池，电池生产厂家在电池生产工艺过程中，必须配备大量的测试设备，占用较大的厂房面积。同时为了保持测试境的温度，必须在测试环境安装空调设备，消耗大量电力。在电池的整个生产工艺过程中，电池容量的测试要花费较长的时间，同时是一项大的人力、物力和资金的投入，所以采用一种快速的测试方法来代替传统的测试方法成为电池行业的迫切需求。
目前文献和专利报道的容量预测的方法多采用数学模型，如借用统计软件的方法。由于输入因素较多，模型复杂，实用较困难，而目前已见报道的开路电压法在充电初期和末期的SOC(电池荷电状态)估计效果好，需与其他方法结合使用。
有鉴于此，确有必要提供一种能够快速预测锂离子电池的方法。
本发明在开路电压的基础上采用电池的OCV值为输入，利用预测公式计算出预测容量，可应用于不同类型、容量的锂离子电池容量预测中。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种能够快速预测锂离子电池的方法。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种锂离子电池容量的预测方法，包括以下步骤：
第一步，取至少两个待化成电池，分别测量其容量值，并计算容量的平均值Cm；
第二步，电池化成老化后，充电到设定的电池荷电状态(SOC)，静置后，测量其开路电压(OCV)；
第三步，根据开路电压(OCV)和容量平均值Cm来确定电池预测容量。
作为本发明锂离子电池容量的预测方法的一种改进，第二步所述充电的倍率为0.3C～0.5C。
作为本发明锂离子电池容量的预测方法的一种改进，第二步所述静置的时间为30min～10h。
作为本发明锂离子电池容量的预测方法的一种改进，第一步所述测量电池容量值是在常温下以0.5C恒流充电到终止电压，再恒压充电至终止电流，然后放电至终止电压，记为电池容量值。
作为本发明锂离子电池容量的预测方法的一种改进，第三步所述确定电池预测容量是将OCV和Cm作为输入，利用容量预测公式计算电池预测容量。
作为本发明锂离子电池容量的预测方法的一种改进，所述SOC的确定是以电池设计的额定容量为标准。
相对于现有技术，本发明将锂离子电池的特定SOC的OCV值为输入，利用预测公式计算出预测容量，可应用于不同类型、容量的锂离子电池容量预测中，平均预测误差在3％以内，小于工业生产应用上允许的5％误差。本发明一方面克服了现有工业应用的容量测试周期长，能耗大，占用大量厂房和人员、生产成本高的问题。另一方面克服了实验室研究容量测试步骤繁琐、理论复杂高深、不适用工业应用的不足。
具体实施方式
以下结合具体实施例详细描述本发明的具体内容和有益效果，但是，本发明的实施例并不局限于此。
一种锂离子电池容量的预测方法，包括以下步骤：
第一步，随机抽取10个待化成电池，其额定容量为60Ah，分别测量其容量值，具体的测量方法为：在常温下以0.5C恒流充电到终止电压，再恒压充电至终止电流，然后放电至终止电压，记为电池容量值，然后计算容量的平均值Cm；
第二步，电池化成老化后，以0.3C～0.5C的充电倍率充电到设定的电池荷电状态(SOC)，静置30min～10h后，测量其开路电压(OCV)；
第三步，根据开路电压(OCV)和容量平均值Cm来确定电池预测容量，具体而言，确定电池预测容量是将OCV和Cm作为输入，利用容量预测公式计算电池预测容量。其中，所述SOC的确定是以电池设计的额定容量为标准。
对于容量预测公式，首先研究各因素如温度，电流，内阻，开路电压(OCV)与容量的关系，在放电电流和温度确定的条件下，OCV与SOC关系密切，进一步研究发现不同容量的电池在同一SOC下存在差异，并且不同SOC下差异大小不同，在差异很大的SOC下，OCV与容量具有相关性，将此SOC下的OCV与容量的关系进行模拟得到容量预测公式，并进行大量的验证实验。
将上述十个电池的预测容量和实际容量的结果列于表1。
表1中的误差为相对误差，计算方法为：
误差容量＝实测容量-预测容量
误差百分比率＝(误差容量/实测容量)×100％
由表1可以看出，预测容量和实测容量的误差小于3％，能够满足工业生产的需求。同时，相比传统测试，本发明的测试时间减少，能耗大大降低，仪器利用率大大提高。
表1：电池的预测容量和实际容量。
| 序号 | 额定容量(Ah) | 预测容量(Ah) | 实测容量(Ah) | 误差(％) |
| 1 | 22 | 23.998 | 23.340 | -2.8 |
| 2 | 22 | 23.943 | 23.685 | -1.1 |
| 3 | 22 | 24.389 | 23.792 | -2.5 |
| 4 | 60 | 65.766 | 64.625 | -1.8 |
| 5 | 60 | 65.134 | 66.026 | 1.4 |
| 6 | 60 | 23.049 | 22.907 | -0.6 |
| 7 | 20 | 23.049 | 22.907 | -0.6 |
| 8 | 1.2 | 1.202 | 1.214 | 1.0 |
| 9 | 35 | 38.604 | 39.049 | 1.1 |
| 10 | 35 | 38.881 | 38.420 | -1.2 |
本发明只需检测一个待测电池批次中抽取的少量样品的容量，剩余其他电池的容量只需充电到一定SOC或放电到DOD(放电深度)测量OCV，利用预测公式得到其容量值，所用时间是正常容量测试时间的1/3，大大提高了预测效率，其中，DOD和SOC的计算以电池设计的额定容量为标准。
相对于现有技术，本发明将锂离子电池的特定SOC的OCV值为输入，利用预测公式计算出预测容量，可应用于不同类型、容量的锂离子电池容量预测中，平均预测误差在3％以内，小于工业生产应用上允许的5％误差。本发明一方面克服了现有工业应用的容量测试周期长，能耗大，占用大量厂房和人员、生产成本高的问题。另一方面克服了实验室研究容量测试步骤繁琐、理论复杂高深、不适用工业应用的不足。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (6)
1.一种锂离子电池容量的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，取至少两个待化成电池，分别测量其容量值，并计算容量的平均值Cm；
第二步，电池化成老化后，充电到设定的电池荷电状态(SOC)，静置后，测量其开路电压(OCV)；
第三步，根据开路电压(OCV)和容量平均值Cm来确定电池预测容量。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池容量的预测方法，其特征在于：第二步所述充电的倍率为0.3C～0.5C。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池容量的预测方法，其特征在于：第二步所述静置的时间为30min～10h。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池容量的预测方法，其特征在于：第一步所述测量电池容量值是在常温下以0.5C恒流充电到终止电压，再恒压充电至终止电流，然后放电至终止电压，记为电池容量值。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池容量的预测方法，其特征在于：第三步所述确定电池预测容量是将OCV和Cm作为输入，利用容量预测公式计算电池预测容量。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池容量的预测方法，其特征在于：所述SOC的确定是以电池设计的额定容量为标准。
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