CN102944849A

CN102944849A - 一种锂离子电池的电池容量快速检测方法

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Publication number: CN102944849A
Application number: CN2012104886065A
Authority: CN
Inventors: 沈修岗; 贾学恒; 孟旭; 朱玉芹
Original assignee: Tianjin Lishen Battery JSCL
Current assignee: Tianjin Lishen Battery JSCL
Priority date: 2012-11-27
Filing date: 2012-11-27
Publication date: 2013-02-27

Abstract

本发明公开了一种锂离子电池的电池容量快速检测方法，包括步骤：第一步：选取全部电池中的任意数目作为样本电池组，然后测量样本电池组中每个电池的实际放电容量；第二步：测量样本电池组中每个电池的开路电压；第三步：根据样本电池组中每个电池的实际放电容量和开路电压，获得实际放电容量和开路电压之间的对应关系；第四步：对于除样本电池组之外剩下的每个电池分别测量开路电压；第五步：根据每个电池的实际放电容量和开路电压之间的对应关系，获得剩下每个电池的实际放电容量。本发明公开的一种锂离子电池的电池容量快速检测方法，其可以对多个锂离子电池在不同条件下实际放电容量进行高效、快捷地检测，大大提高对锂离子电池的检测效率。

Description

一种锂离子电池的电池容量快速检测方法

技术领域

本发明涉及电池检测技术领域，特别是涉及一种锂离子电池的电池容量快速检测方法。

背景技术

锂离子电池具有高能量密度、高电压、无污染、循环寿命高、无记忆效应、充电速度快等特点，不仅在便携式电子设备上如移动电话、数码摄像机和手提电脑得到广泛应用，而且也广泛应用于电动汽车、电动自行车以及电动工具等大中型电动设备方面，因此对锂离子电池的质量要求越来越高。

对于锂离子电池，评定锂离子电池质量有很多项技术指标，其中电池容量是非常重要的技术指标之一。电池容量表示在一定条件下（放电率、温度、放电截止电压等）电池放出的电量，通常以mAh或Ah为单位。电池容量一般分为标称容量和实际容量，标称容量是指制造商在电池出厂时确保电池容量的最低值，实际容量为电池在规定条件下的实际放电容量。

无论是在锂离子电池的生产制造商，还是电池客户，都需要对在一定条件（放电率、温度、放电截止电压等）下所生产或者使用电池的实际放电容量进行检测。

目前，为了检测锂离子电池在规定条件下的实际放电容量，都需要按照规定条件先对电池充满电，然后进行长时间的放电，将电池放电至放电截止电压，然后根据放电时间和放电电流的大小，最后计算获得锂离子电池在规定条件下的实际放电容量。

但是，目前检测锂离子电池在规定条件下实际放电容量所需要的时间都较长，一般都不小于11小时，检测过程复杂费时，同时由于每个电池都需要检测，因此需要占用大量的时间和人力成本，大大增加了锂离子电池的生产成本，影响了锂离子电池的广泛生产和推广应用。

因此，目前迫切需要研发出一种技术，其可以对锂离子电池在不同条件下的实际放电容量进行高效、快捷地检测，大大提高对锂离子电池的检测效率，进而降低了电池的生产成本，有利于提高电池生产厂家产品的市场应用前景，具有重大的生产实践意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种锂离子电池的电池容量快速检测方法，其可以对多个锂离子电池在不同条件下的实际放电容量进行高效、快捷地检测，大大提高对锂离子电池的检测效率，进而降低了电池组的生产成本，有利于提高电池生产厂家产品的市场应用前景，具有重大的生产实践意义。

为此，本发明提供了一种锂离子电池的电池容量快速检测方法，包括步骤：

第一步：选取全部多个锂离子电池中的任意数目作为样本电池组，然后在室温下测量样本电池组中每个锂离子电池的实际放电容量；

第二步：测量样本电池组中每个锂离子电池的开路电压；

第三步：根据样本电池组中每个锂离子电池的实际放电容量和开路电压，获得样本电池组中每个锂离子电池的实际放电容量和开路电压之间的对应关系，然后作为全部多个电池中每个锂离子电池的实际放电容量与开路电压之间的对应关系；

第四步：对于所述多个锂离子电池中除样本电池组之外剩下的每个锂离子电池，分别测量它们的开路电压；

第五步：根据每个锂离子电池的实际放电容量和开路电压之间的对应关系，计算获得剩下的每个锂离子电池对应的实际放电容量，最终获得全部多个锂离子电池的实际放电容量。

其中，所述第一步具体为：将样本电池组中每个锂离子电池以预定大小的电流进行恒流恒压充电，直到充电至电池的电压上限，然后再恒压充电至充电电流小于预设数值，放置一段时间后，恒流放电至电池的电压下限，然后根据放电时间和恒流放电电流的大小，计算获得样本电池组中每个锂离子电池的实际放电容量。

其中，所述第二步具体为：将样本电池组中每个锂离子电池放电至电池的电压下限，然后以预定充电倍率大小的电流对该组锂离子电池进行恒流充电，直到将样本电池组中每个锂离子电池都充电至预设荷电状态，然后静置一段预设时间，实时检测样本电池组中每个锂离子电池的开路电压。

其中，所述锂离子电池的预设荷电状态根据以下步骤确定：

事先选择样本电池组中的任意一个电池，对该电池以预定充电倍率大小的电流进行恒流充电，实时检测并记录电池的电压和电池充电容量，计算电池的电压的变化值和电池充电容量的变化值之间的比值，将电池电压的变化值和电池充电容量的变化值的比值变化较大时所对应的电池充电容量百分比作为对样本电池组恒流充电的预设荷电状态。

其中，所述锂离子电池的预设荷电状态根据以下步骤确定：

事先选择样本电池组中的任意一个电池，对该电池以预定充电倍率大小的电流进行恒流充电，实时检测并记录电池的电压和电池充电容量，根据电池的电压和电池充电容量，形成电池的电压和电池充电容量的关系曲线，选择曲线中斜率较大位置处的电池充电容量百分比作为样本电池组恒流充电的预设荷电状态。

其中，所述第四步具体为：将所述多个锂离子电池中除样本电池组之外剩下的每个锂离子电池放电至电池的电压下限，然后以预定充电倍率大小的电流对该组锂离子电池进行恒流充电，直到将每个锂离子电池都充电至预设荷电状态，然后静置一段预设时间，实时检测除样本电池组之外剩下的每个锂离子电池的开路电压。

其中，所述预设荷电状态为80%。

由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种锂离子电池的电池容量快速检测方法，其可以对多个锂离子电池在不同条件下的实际放电容量进行高效、快捷地检测，大大提高对锂离子电池的检测效率，进而降低了电池组的生产成本，有利于提高电池生产厂家产品的市场应用前景，具有重大的生产实践意义。

附图说明

图1为本发明提供的一种锂离子电池的电池容量快速检测方法的流程图；

图2为本发明提供的一种锂离子电池的电池容量快速检测方法所选择的样本电池组中的一个锂离子电池以预定充电倍率大小（具体为电池实际放电容量的预设倍率大小）的电流进行充电时，其电池电压和电池充电容量的关系曲线图；

图3为本发明提供的一种锂离子电池的电池容量快速检测方法所选择的一组锂离子电池的实际放电容量和预设荷电状态下的开路电压之间的对应关系示意图；

图4为本发明提供的一种锂离子电池的电池容量快速检测方法所检测获得的锂离子电池容量与现有方法所测试的锂离子电池容量之间容量差值的分布示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1为本发明提供的一种锂离子电池的电池容量快速检测方法的流程图。

参见图1，本发明提供了一种锂离子电池的电池容量快速检测方法，该方法可以对同一种类的多个大批量锂离子电池（即标称容量相同的多个锂离子电池）在不同条件下的实际放电容量进行高效、快捷地检测，大大提高对锂离子电池的检测效率，该方法具体包括以下步骤：

第一步：选取全部多个锂离子电池中的任意数目作为样本电池组（该组电池数目小于总数，只是一部分电池，例如为选取1000个电池中的200个作为样本电池），然后在室温（例如25℃±5℃的温度）下测量样本电池组中每个锂离子电池的实际放电容量；

第二步：测量样本电池组中每个锂离子电池的开路电压；

第四步：对于所述多个锂离子电池中除样本电池组之外剩下的每个锂离子电池，按照第二步同样的方法，分别测量每个锂离子电池的开路电压；

第五步：根据所述第四步获得的锂离子电池的实际放电容量和开路电压之间的对应关系，计算获得剩下的每个锂离子电池对应的实际放电容量，最终获得全部多个锂离子电池的实际放电容量。

在本发明中，所述第一步具体为：将样本电池组中每个锂离子电池以预定大小的电流进行恒流恒压充电，直到充电至电池的电压上限，然后再恒压充电至充电电流小于预设数值，放置一段时间（例如1小时）后，恒流放电至电池的电压下限（即放电截止电压），然后根据放电时间（即恒流放电至电池的电压下限所花费的时间）和恒流放电电流（即恒流放电电流）的大小，计算获得样本电池组中每个锂离子电池的实际放电容量（即等于放电时间和放电电流之积）。需要说明的是，该方法为测量电池实际放电容量的标准方法，由于每次都需要进行充电、放电操作，费时较长，工作效率低下。

在本发明中，所述第二步具体为：将样本电池组中每个锂离子电池放电至电池的电压下限（即放电截止电压），然后以预定充电倍率大小的电流对该组锂离子电池进行恒流充电，直到将样本电池组中每个锂离子电池都充电至预设荷电状态（例如为80%），然后静置一段预设时间（优选为4~12小时），实时检测样本电池组中每个锂离子电池的开路电压。

在所述第二步中，所述以预定充电倍率大小的电流对该组锂离子电池进行恒流充电到预设荷电状态所需要的时间具体为：锂离子电池的预设荷电状态与预定充电倍率大小的电流之间的比值。

在本发明中，所述锂离子电池的预设荷电状态可以根据以下步骤确定：事先选择样本电池组中的任意一个电池，对该电池以预定充电倍率大小的电流进行恒流充电，实时检测并记录电池的电压和电池充电容量，计算电池的电压的变化值和电池充电容量的变化值之间的比值，将电池电压的变化值和电池充电容量的变化值的比值变化较大时所对应的电池充电容量百分比作为对样本电池组恒流充电的预设荷电状态。（即充电截止百分比电池容量）。

具体实现上，所述锂离子电池的预设荷电状态的确定步骤具体可以为：根据电池的电压和电池充电容量，形成电池的电压和电池充电容量的关系曲线，选择曲线中斜率较大位置处的电池充电容量百分比作为样本电池组恒流充电的预设荷电状态（即充电截止百分比电池容量）。

例如，参见图2，对于图2所示样本电池组中一个锂离子电池的电池电压和电池充电容量的关系曲线图，曲线中斜率较大位置处的电池充电容量百分比（即荷电状态）为80%，这时电池的电压和电池充电容量的比值变化最大，以80%的电池荷电状态作为对样本电池组恒流充电的预设荷电状态。在电池充电容量百分比为80%的位置，电池的开路电压数据散布大，可以更加准确地反映电池实际放电容量的差异。

在本发明中，在所述第二步中，所述预定充电倍率大小具体为电池实际放电容量的预设倍率大小，例如为0.5C，C为电池实际放电容量，即电池实际容量。

在本发明中，在所述第三步中，具体实现上，所述样本电池组中每个锂离子电池的实际放电容量和开路电压之间的对应关系具体可以为函数关系，将该函数关系作为全部电池中每个锂离子电池的实际放电容量与开路电压之间存在的对应关系。

需要说明的是，对于本发明，为了得出电池放电容量和开路电压之间的函数关系，可以将实际放电容量和开路电压数据进行曲线拟合，得出开路电压对电池放电容量的一元一次线性函数。例如，具体曲线拟合方法可以为：使用美国Minitab公司开发的数据统计软件Minitab15的曲线拟合功能即可。当然，还可以通过人工统计分析获得。

在本发明中，在所述第四步中，按照与第二步同样的方法，测量每个锂离子电池的开路电压。具体为：将所述多个锂离子电池中除样本电池组之外剩下的每个锂离子电池放电至电池的电压下限（即放电截止电压），然后以预定充电倍率大小的电流对该组锂离子电池进行恒流充电，直到将每个锂离子电池都充电至预设荷电状态（例如为80%），然后静置一段预设时间（优选为4~12小时），实时检测除样本电池组之外剩下的每个锂离子电池的开路电压。

在本发明中，在所述第五步中，对于已经选取样本电池组之外的每个锂离子电池，根据第四步获得的开路电压，结合第三步中获得的任意一个锂离子电池的实际放电容量和开路电压之间的对应关系，既可以获得剩下的每个锂离子电池对应的实际放电容量。

因此，基于本发明提供的上述技术方案，对于本发明，对于需要检测实际放电容量的同一种类多个锂离子电池，只需要选取部分电池作为样本电池组（即一批或几个批次电池，一般取100-1000只），对样本电池组所包括的部分电池，通过运用标准方法，即执行充电、静置和放电操作来进行实际放电容量（D0）的检测，并且测量样本电池组所包括部分电池的开路电压，获得样本电池组中每个锂离子电池的实际放电容量和开路电压之间的对应关系；

当对于全部电池剩下的其他部分电池（优选为大部分的电池），需要获知其实际放电容量时，只需要检测一个恒流充电后再放置一段时间的开路电压（OCV0），然后可以根据样本电池组中每个锂离子电池的实际放电容量和开路电压之间的对应关系（例如函数关系，作为同一类全部电池中每个锂离子电池的实际放电容量与开路电压之间的函数关系），通过计算，即可获得全部多个锂离子电池中每个锂离子电池的实际放电容量（D0），因此可以节约大量的时间，可以高效、方便地对大批量锂离子电池的实际放电容量进行检测，具有广泛的生产实践意义。

因此，对于本发明提供的一种锂离子电池的电池容量快速检测方法，其具有如下优点：

1、本发明充分考虑充电曲线的斜率，选取合适的SOC状态作为容量测试点，容量测试精度高；

2、本发明快速测试容量所需的时间大约是标准方法的20%~30%，大大提高生产效率，同时可以节省大量的充放电设备和电能。

下面通过具体实施例来说明本发明的技术方案。

具体实施例

选取同一种类多个锂离子电池（即同一标称容量的多个锂离子电池）中的50个作为样本电池组，对其进行充电，如图2所示，对于图2所示样本电池组中的一个锂离子电池的电池电压和电池充电容量的关系曲线图，选取曲线斜率较大的80%的电池荷电状态SOC处作为恒流充电的截止点，然后用于恒流充电的电流大小选取为1105mA（0.5C₂A，C₂表示以2h放电速率将电池放电至终止电压时的放电容量），根据80%的电池荷电状态SOC，可以计算出恒流充电所需要的时间可以设定为97分钟（min）。

然后采用标准检测方法，测量样本电池组中每个电池的实际放电容量D0和恒流充电后静置5个小时的开路电压（OCV0）。如图3所示，将二者进行曲线拟合，得到二者函数关系为：D0=11544-2.275* OCV0，然后将该函数关系作为该类锂离子电池容量与开路电压的函数关系。

所述标准检测方法为：对于样本电池组中每个锂离子电池，以预定大小的电流进行恒流恒压充电，直到充电至电池的电压上限，然后再恒压充电至充电电流小于预设数值，放置一段时间（例如1小时）后，恒流放电至电池的电压下限（即放电截止电压），然后根据放电时间和放电电流的大小，计算获得样本电池组中每个锂离子电池的实际放电容量。

在具体生产实际中，对于需要检测的多个同一种类多个锂离子电池，需要需要检测其中200个电池，那么将该200个电池使用本发明的快速方法进行容量检测。具体操作为：在恒流充电之前，将电池放电至电压下限（即放电截止电压），然后以1105mA（0.5C₂A，C₂表示以2h放电速率将电池放电至终止电压时的放电容量）电流进行恒流充电97min，充电完成放置5个小时后进行开路电压检测，开路电压记为OCV0，将OCV0代入函数D0=11544-2.275* OCV0中，即得出通过本发明快速检测出的电池容量D0，每个锂离子电池与其容量数据一一对应。

使用标准方法再对这些电池进行容量检测，记为D1，其中电池与其容量数据一一对应。使用两种检测方法检测出的电池容量差值ΔD= D1- D0。如图4所示，使用本发明的方法快速检测出的电池实际放电容量较使用标准方法检测出的容量最大差异4.3mAh，误差率小于0.5%。而且本发明的容量测试只进行了97min中的恒流充电，相比较标准的容量检测方法和常规的容量检测方法，至少节省了3个小时的充放电时间，不仅大大提高了生产效率，而且也节省了大量的充电设备和电能。

综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种锂离子电池的电池容量快速检测方法，其可以对多个锂离子电池在不同条件下的实际放电容量进行高效、快捷地检测，大大提高对锂离子电池的检测效率，进而降低了电池组的生产成本，有利于提高电池生产厂家产品的市场应用前景，具有重大的生产实践意义。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种锂离子电池的电池容量快速检测方法，其特征在于，包括步骤：

第一步：选取全部多个锂离子电池中的任意数目作为样本电池组，然后测量样本电池组中每个锂离子电池的实际放电容量；

第二步：测量样本电池组中每个锂离子电池的开路电压；

2.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述第一步具体为：将样本电池组中每个锂离子电池以预定大小的电流进行恒流恒压充电，直到充电至电池的电压上限，然后再恒压充电至充电电流小于预设数值，放置一段时间后，恒流放电至电池的电压下限，然后根据放电时间和恒流放电电流的大小，计算获得样本电池组中每个锂离子电池的实际放电容量。

3.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述第二步具体为：将样本电池组中每个锂离子电池放电至电池的电压下限，然后以预定充电倍率大小的电流对该组锂离子电池进行恒流充电，直到将样本电池组中每个锂离子电池都充电至预设荷电状态，然后静置一段预设时间，实时检测样本电池组中每个锂离子电池的开路电压。

4.如权利要求3所述的检测方法，其特征在于，所述锂离子电池的预设荷电状态根据以下步骤确定：

5.如权利要求3所述的检测方法，其特征在于，所述锂离子电池的预设荷电状态根据以下步骤确定：

6.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述第四步具体为：将所述多个锂离子电池中除样本电池组之外剩下的每个锂离子电池放电至电池的电压下限，然后以预定充电倍率大小的电流对该组锂离子电池进行恒流充电，直到将每个锂离子电池都充电至预设荷电状态，然后静置一段预设时间，实时检测除样本电池组之外剩下的每个锂离子电池的开路电压。

7.如权利要求3至6中任一项所述的检测方法，其特征在于，所述预设荷电状态为80%。