CN104237802A - 一种锂离子电池低温性能一致性的检测方法 - Google Patents
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Abstract
一种锂离子电池低温性能一致性的检测方法，其包括步骤1、采用电压降低值的方法将自放电大的单体锂离子电池挑选出来；步骤2、对该单体锂离子电池B1采用分容处理后将具有相同容量差别标准的单体锂离子电池挑选出来；具体步骤为：步骤3、将该单体锂离子电池Bc1低温充放电后再次分档；步骤4、将多个单体锂离子电池Bc2选择配合形成电池组。本发明的优点在于，其在常温下进行常规的电压、内阻、容量、存储电压降等一致性的筛选检测之外，增加低温下充放电后的循环寿命检测，用以评价电池在低温下的电化学特性，从而保证各单体电池在低温下电性能的一致性，实现对电池合理的配组，保证电池组在低温以及常温充放电时均具有优异的性能。
Description
技术领域
本领域涉及动力电池检测领域，特别涉及一种锂离子电池低温性能一致性的检测方法。
背景技术
电动道路车辆(包括电动汽车、电动摩托车等)的研究与发展，被认为是当前解决世界能源危机和全球环境污染的最现实、最有效的途径之一。而作为电动道路车辆用的电池是制约其发展的关键零部件之一。
由于锂离子电池具有比能量高、比功率大、使用寿命长、工作范围宽等特点，已被成功应用在电动道路车辆上。电动道路车辆用锂离子电池通常需要将多个容量小、电压低的单体电池通过并/串联的方式组合成容量高、电压高的电池组。但是由于各单体电池的一致性差别，电池组经过一定的充放电循环之后性能会有不同程度的下降，表现为容量衰减率的加大和电池组内单体电池一致性差别变大。特别是在低温情况下，由于锂离子电池采用的是有机电解液体系，活性物质电导率也较低，其低温性能往往比铅酸电池和镍氢电池等二次电池差，尤其是多串并组合后电池组在低温下性能急剧减低，即使单体电池在常温下体现出良好的一致性，也会出现在低温下电池电性能不一致性加剧，使得电池组性能大大降低。
目前，主要通过以下措施来提高或检测锂离子电池组的一致性：(1)电池制造厂提高工艺水平，在电池出厂前，以电压、内阻等为标准对电池进行筛选，以此来保证一批电池性能尽可能一致；(2)在使用过程中定时测量单电池电压分布情况，对电池组中电压处于两端的电池及时进行调整更换，以保证电池组的不一致性不随使用时间而增大；(3)对电压测量中电压偏低的电池，进行单独充电，使其性能恢复；(4)间隔一定的时间对电池组进行小电流涓流充电，促进电池组自身的均衡；(5)避免电池过充电，尽量防止电池深放电；(6)加装电池组能量均衡系统，对电池组充放电进行智能管理等。
但是，上述检测方法都是针对在常规应用环境的电池一致性的检测与评价，而无法很好的保证电池组在低温环境下使用时的一致性。
因此，为了更好的检测和确保电动道路车辆用锂离子电池组在低温环境下的一致性，须研发出一种锂离子电池低温电性能一致性的检测方法，以快速、便捷的实现对锂离子电池在低温条件下的电性能一致性进行检测，有效地解决各个单体电池在常温条件下体现良好的电性能一致性，而在低温条件下电性能相差较大的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂离子电池电性能一致性的检测方法，可以对锂离子电池在低温条件下的电性能一致性进行检测，有效地解决各个单体电池在常温条件下体现良好的电性能一致性，而在低温条件下电性能相差大的问题。
为此，本发明提供了一种锂离子电池低温电性能一致性的检测方法，步骤如下：
步骤1、采用电压降低值的方法将自放电大的单体锂离子电池挑选出来；具体步骤为：
步骤1.1、将多个单体锂离子电池依次进行一段时间的化成存储和陈化存储后，对每个单体锂离子电池进行10次充放电活化，再充至满电状态；
步骤1.2、测量各单体锂离子电池的电压值V1后，在室温下存储7天后测量电池的电压值V2，然后计算每个单体锂离子电池存储前后的电压降低值△V＝V1-V2；其中，△V≥设定的电压降低阀值的电池，为自放电大的单体锂离子电池，而△V<设定的电压降低阀值的电池，为自放电小的单体锂离子电池B1；所述设定的电压降低阀值的确定因素包括电池型号和具体使用要求；
步骤2、对该单体锂离子电池B1采用分容处理后将具有相同容量差别标准的单体锂离子电池挑选出来；具体步骤为：
步骤2.1、测量各单体锂离子电池B1的实际电池容量C1；
步骤2.2、按容量差别对单体锂离子电池B1进行分档：用单体锂离子电池标称容量的10％作为对电池进行分档的容量差别标准△C1；对电池再次进行容量分档挑选，得到具有上述容量差别标准的多个单体电池Bc1；
步骤3、将该单体锂离子电池Bc1低温充放电后再次分档；具体步骤为：
步骤3.1、在-40℃～0℃的低温条件下，将单体电池Bc1搁置4小时，再进行10次充放电循环后，充至满电状态；
步骤3.2、测量各单体电池Bc1的实际电池容量C2；
步骤3.3、按低温容量差别标准△C2将单体电池Bc1进行分档：用单体电池标称容量的20％作为对电池进行分档的低温容量差别标准△C2，对电池再次进行容量分档挑选，得到具有上述容量差别标准的多个单体电池Bc2；
步骤3.4、将分档挑选后的各单体电池Bc2充电至同一荷电状态；
(1)在-30℃±2℃的低温条件下，将单体锂离子电池Bc1搁置4小时以后，进行10次充放电循环，充至满电状态；(2)记录充放电过程中各单体锂离子电池的放电容量；并计算第10次充放电循环后的循环寿命L10，即第10次充放电循环时的放电容量/第1次充放电循环的放电容量×100％；(3)按可根据环境温度、电池的放电时间以及电池的平均放电容量所设定的电池循环寿命的标准对单体锂离子电池Bc1进行再次分档：即循环寿命LM>设定的循环寿命的标准，为低温环境下挑选的合格单体锂离子电池Bc2；(4)将再次分档挑选后的各单体电池Bc2充电至同一荷电状态；
步骤4、将多个单体锂离子电池Bc2选择配合形成电池组。
本发明的优点在于，其在常温下进行常规的电压、内阻、容量、存储电压降等一致性的筛选检测之外，增加低温下充放电后的循环寿命检测，用以评价电池在低温下的电化学特性，从而保证各单体电池在低温下电性能的一致性，实现对电池合理的配组，保证电池组在低温以及常温充放电时均具有优异的性能。
附图说明
附图1本发明的充电容量曲线图；
图2为本发明的放电容量曲线图；
具体实施方式
以下结合具体的实验过程来对本发明的方法进行更细致的说明。
仪器：综合电池测试仪(MACCOR 3400)，高精度电池测试系统((新威TC53)，调温调湿箱(SPHH-101)和数据采集器(型号FLUKE 2620)和万用表(优利德UT33B)。
检测对象：国产动力锂离子单体电池，额定电压3.7V，标称容量10Ah；外形尺寸(长×宽×高)为：133mm×66mm×18mm；电池的正极活性材料为LiMn2O4，负极活性材料为石墨，电解液的主要成分为LiPF6、EC(碳酸乙烯酯)和DMC(碳酸二甲酯)，隔膜为celgard 2325。
该锂离子电池低温性能一致性检测方法，步骤如下：
(1)将10块单体锂离子电池在室温(20℃±2℃)条件下，采用恒流恒压充电制度和恒流放电制度进行10次充放电循环，即将待测电池在试验温度条件下以3500mA电流放电，至电池电压达到2.7V，静置1h，然后以3500mA恒流充电，至电池电压达4.2V时转恒压充电，至充电电流降至350mA时停止充电，如此循环充放电10次后，测量各单体锂离子电池的电压值V1，并在室温(20℃±2℃)下存储7天，然后测量各单体锂离子电池的电压值V2，计算每个单体电池存储前后的电压降低值△V＝V1-V2，测量及计算结果如表1所示。
表1
| 电池编号 | 电压值V1/V | 电压值V2/V | 电压降低值△V |
| 1 | 4.197 | 4.175 | 0.022 |
| 2 | 4.197 | 4.191 | 0.006 |
| 3 | 4.196 | 4.187 | 0.009 |
| 4 | 4.199 | 4.196 | 0.003 |
| 5 | 4.198 | 4.194 | 0.004 |
| 6 | 4.198 | 4.192 | 0.006 |
| 7 | 4.196 | 4.191 | 0.005 |
| 8 | 4.193 | 4.173 | 0.020 |
| 9 | 4.197 | 4.185 | 0.012 |
| 10 | 4.197 | 4.191 | 0.006 |
本实验设定电压降低阀值为0.020V，由表1可知1号和8号单体锂离子电池的△V≥设定的电压降低阀值即△V≥0.020V，为自放电大的单体锂离子电池(不合格单体锂离子电池)，其余的单体电池为合格单体锂离子电池B1(电池编号：2,3,4,5,6,7,9,10)。
2)测量各单体锂离子电池B1的实际电池容量C1，并计算相应的容量差别，如表2所示。
表2
| 电池编号 | 实际电池容量C1/mAh | 容量差别/mAh |
| 2 | 10683.87 | 6.84 |
| 3 | 10675.01 | 6.75 |
| 4 | 10659.94 | 6.60 |
| 5 | 10646.68 | 6.47 |
| 6 | 10352.08 | 3.52 |
| 7 | 10364.25 | 3.64 |
| 9 | 10352.88 | 3.53 |
| 10 | 10338.21 | 3.38 |
由表2可知各单体锂离子电池的容量差别均在容量差别标准△C1(△C1＝(实际电池容量C1-标称容量)/标称容量×100％＝±10％)的范围内，因此，表2中的所有单体锂离子电池均为容量差别分档后的电池Bc1(电池编号：2,3,4,5,6,7,9,10)，并将Bc1充电至100％荷电状态。
3)在低温条件下(-30℃±2℃)将单体电池Bc1搁置4小时以后，进行10次充放电循环，并计算第10次充放电循环后的循环寿命L10(即第10次充放电循环时的放电容量/第1次充放电循环的放电容量×100％)，如表3所示。
表3
| 电池编号 | 循环寿命 |
| 2 | 95.38 |
| 3 | 94.86 |
| 4 | 95.97 |
| 5 | 95.57 |
| 6 | 93.11 |
| 7 | 96.21 |
| 9 | 93.98 |
| 10 | 95.66 |
本实验设定电池循环寿命的标准为95％，即循环寿命L10>95％的单体锂离子电池为低温环境下挑选的电池。根据表3选取得到循环寿命L10>95％的单体锂离子电池，即电池编号为2,4,5,7,10的电池为低温环境下挑选的合格单体锂离子电池Bc2。
4)在单体锂离子电池Bc2中，选取电池编号为5和10的电池串联成电池组1。图1和图2分别是-30℃±2℃条件下，电池组1和电池组2(用普通方法进行电压差、内阻差、容量差筛选后得到的电池组)以0.2C倍率进行5次充放电循环时的充电容量曲线图和放电容量曲线图。从图1和图2的对比可以看出，采用本发明方法得到的电池组在低温下充放电容量衰减慢，放电容量相对较高，且电池组之间一致性较好。
与现有技术相比较，本发明提供的一种锂离子电池电性能一致性的检测方法，其可以快速、便捷的对锂离子电池在低温条件下的电性能一致性进行检测，有效地解决各个单体电池在常温条件下体现良好的电性能一致性，而在低温下电性能可能相差较大的缺点，可推广应用于大批量电池的检测以及电池配组的筛选。可以提高锂离子电池组的质量，节约消费者更换电池的成本，具有一定的经济意义和社会意义。
虽然上面已详细描述了本发明的实施方式，但在不偏离本发明的精神或实质特征的情况下，本发明还可以用其它的形式来体现。因此，以上的描述仅仅是为了说明，而不是为了限制。本发明的保护范围应由所附权利要求而不是说明书中的以上描述来限定。所有在权利要求含义内的等价变换均应落入本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种锂离子电池低温电性能一致性的检测方法，步骤如下：
步骤1、采用电压降低值的方法将自放电大的单体锂离子电池挑选出来；具体步骤为：
步骤1.1、将多个单体锂离子电池依次进行一段时间的化成存储和陈化存储后，对每个单体锂离子电池进行10次充放电活化，再充至满电状态；
步骤1.2、测量各单体锂离子电池的电压值V1后，在室温下存储7天后测量电池的电压值V2，然后计算每个单体锂离子电池存储前后的电压降低值△V＝V1-V2；其中，△V≥设定的电压降低阀值的电池，为自放电大的单体锂离子电池，而△V<设定的电压降低阀值的电池，为自放电小的单体锂离子电池B1；所述设定的电压降低阀值的确定因素包括电池型号和具体使用要求；
步骤2、对该单体锂离子电池B1采用分容处理后将具有相同容量差别标准的单体锂离子电池挑选出来；具体步骤为：
步骤2.1、测量各单体锂离子电池B1的实际电池容量C1；
步骤2.2、按容量差别对单体锂离子电池B1进行分档：用单体锂离子电池标称容量的10％作为对电池进行分档的容量差别标准△C1；对电池再次进行容量分档挑选，得到具有上述容量差别标准的多个单体电池Bc1；
步骤3、将该单体锂离子电池Bc1低温充放电后再次分档；具体步骤为：
步骤3.1、在-40℃～0℃的低温条件下，将单体电池Bc1搁置4小时，再进行10次充放电循环后，充至满电状态；
步骤3.2、测量各单体电池Bc1的实际电池容量C2；
步骤3.3、按低温容量差别标准△C2将单体电池Bc1进行分档：用单体电池标称容量的20％作为对电池进行分档的低温容量差别标准△C2，对电池再次进行容量分档挑选，得到具有上述容量差别标准的多个单体电池Bc2；
步骤3.4、将分档挑选后的各单体电池Bc2充电至同一荷电状态；
(1)在-30℃±2℃的低温条件下，将单体锂离子电池Bc1搁置4小时以后，进行10次充放电循环，充至满电状态；(2)记录充放电过程中各单体锂离子电池的放电容量；并计算第10次充放电循环后的循环寿命L10，即第10次充放电循环时的放电容量/第1次充放电循环的放电容量×100％；(3)按可根据环境温度、电池的放电时间以及电池的平均放电容量所设定的电池循环寿命的标准对单体锂离子电池Bc1进行再次分档：即循环寿命LM>设定的循环寿命的标准，为低温环境下挑选的合格单体锂离子电池Bc2；(4)将再次分档挑选后的各单体电池Bc2充电至同一荷电状态；
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