CN104316877B - 一种磷酸铁锂电池的自放电检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磷酸铁锂电池的自放电检测方法，首先将经过分容后的磷酸铁锂电池进行充放电预处理，再分别在不同的温度环境中静置一段时间，测试开路电压OCV1与OCV2，计算K=OCV1‑OCV2的值，通过K值判断挑选出自放电较大的电池。该方法通过预处理消除电池极化，最大限度地降低极化和体系不稳定因素对电压的影响，能够在短期内快速将自放电过大电池在成组之前筛选出，测试准确有效，大大提高了产品质量，避免其自放电大电池影响整组电池的一致性，从而延长了电池组的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于锂离子动力电池技术领域，具体涉及一种磷酸铁锂离子电池自放电的检测方法。
背景技术
随着电动汽车产业的发展，由于磷酸铁锂电池比其他锂离子电池安全性能好，寿命长，磷酸铁锂电池应用于电动车已经成为一种趋势。
蓄电池和原电池在不与外电路连接时，由内部白发反应引起的电池容量损失，一般称为自放电。以每年或每月损失的容量百分数表示，如各种锂离子电池的自放电都很少，每月约1-2%，金属氢化物保电池则较大，达每月10%以上。由于生产工艺过程的不确定性，及各种生产过程的不可控，少量存在制造缺陷的电池总是存在，其自放电属性的数值往往超出同批电池数倍，当这些异常电池和正常电池一起串并联用于电路供电时，往往会造成整组供电电路的性能下降和不安定。因此有必要将那些自放电属性异常的电池筛选出来，作为等外品处理。
在磷酸铁锂电池生产工艺中，各个厂家都有自己的自放电挑选工艺，目前主要有以下几种：1.将电池充电到半电态，存储一段时间后挑选，就是在电压平坦区域间挑选，但是电池在这个区间内，电压与容量变化不明显，所需要的存储时间较长，并且较难挑选出来；2.将电池充电到满电态，存储一段时间后挑选，在这个区间内，电压与容量变化也不明显，较难精确挑出来，且电池在满电态下存储容量损失较大；3.电池分容后放完电（放电到2.0V或者2.5V）,存储一段时间后，通过检测反弹电压的方式进行挑选，这种方法存储时间短，可缩短流程时间，但是该方法对产品加工一致性要求较高，电池放电过程由于极化状态不一致会导致一部分电池无法通过反弹电压判断自放电。4.QC/T743-2006“电动汽车用锂离子蓄电池”规定的测试荷电保持率的方法为蓄电池在20±5℃下存储28天，这种方法由于存储时间过长，会对正常生产造成较大压力，不直接使用，一般都将该方法用于验证其他快速自放电测试方法的准确性，具体挑选标准由各个企业根据各自生产控制能力而定。
中国专利申请号201110186716公开了一种锂二次电池一致性筛选方法，单体电池在分容检测时对容量、平台、内阻分档，然后对单体电池使用分段恒流恒压充电，充电完成后对单体电池进行常温搁置，搁置时长不小于24h，搁置截止时对单体电池开路电压Vt进行测量，Vt≥V0-ΔV0-n*ΔV的单体电池判定为合格单体电池。这种方法对公式中的参数精确度要求很高，采用统一的经验数值，由于每支电池的差异性，无法反应单个电池的实际情况，因此需要在自放电测试前进行单体电池的容量、平台、内阻分档，同时测试时间较长，约为7天。
发明内容
本发明的目的是提供一种磷酸铁锂电池的自放电检测方法，能够在短期内快速挑选出自放电大电池，避免自放电大的电池配组到电池组中，造成整组电池的不一致，从而提高电池组使用寿命。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种磷酸铁锂电池的自放电检测方法，包括如下步骤:
（1）对磷酸铁锂电池的进行充放电预处理；
（2）将经过预处理的磷酸铁锂电池在第一设定温度环境中静置一段时间以消除电池极化，测试并记录开路电压OCV1，这段时间称为稳定时间；
（3）再将磷酸铁锂电池在第二设定温度环境中静置一段时间，测试并记录开路电压OCV2，这段时间称为自放电时间；
（4）计算OCV1与OCV2的差值K，再将K值与设定值进行比较，判断挑选出自放电大的电池。
步骤（1）中充放电预处理的过程如下：
ⅰ、将磷酸铁锂电池以第一设定倍率充电至充电截止电压，再恒压充电至截止电流，搁置一段时间后再以第一设定倍率恒流放电至放电截止电压，循环上述过程3～5次；
ⅱ、循环至最后一次放电到截止电压后，再以第二设定倍率恒流放电至第一设定电压V0，搁置一段时间后，再以第三设定倍率恒流放电至V0以消除极化，所述第三设定倍率小于第二设定倍率；
ⅲ、消除极化后将电池搁置一段时间，之后再以第四设定倍率恒流充电至第二设定电压。
所述稳定时间为10～24小时。
所述自放电时间为48～120小时。
所述第一设定倍率为0.3C～0.6C。
所述第二设定倍率为0.2～0.3C。
所述第三设定倍率为0.05C～0.2C。
所述第四设定倍率为0.05C～0.1C。
所述第一设定电压V0为2.0～2.8V。
所述设定第二设定电压为2.965～3.285V。
本发明的磷酸铁锂电池的自放电检测方法首先将经过分容后的磷酸铁锂电池进行充放电预处理，再分别在不同的温度环境中静置一段时间，测试开路电压OCV1与OCV2，计算K=OCV1-OCV2的值，通过K值判断挑选出自放电较大的电池。该方法通过预处理消除电池极化，最大限度地降低极化和体系不稳定因素对电压的影响，能够在短期内快速将自放电过大电池在成组之前筛选出，测试准确有效，大大提高了产品质量，避免其自放电大电池影响整组电池的一致性，从而延长了电池组的使用寿命。
附图说明
图1是磷酸铁锂电池SOC与OCV关系图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
本发明磷酸铁锂电池的自放电检测方法，其步骤如下：
（1）对磷酸铁锂电池的进行充放电预处理；
（2）将经过预处理的磷酸铁锂电池在第一设定温度环境中静置一段时间以消除电池极化，测试并记录开路电压OCV1，这段时间称为稳定时间；
（3）再将磷酸铁锂电池在第二设定温度环境中静置一段时间，测试并记录开路电压OCV2，这段时间称为自放电时间；
（4）计算OCV1与OCV2的差值K，再将K值与设定值进行比较，判断挑选出自放电大的电池。
本实施例步骤（1）中充放电预处理的过程如下：
ⅰ、将磷酸铁锂电池以第一设定倍率充电至充电截止电压，再恒压充电至截止电流，搁置一段时间后再以第一设定倍率恒流放电至放电截止电压，循环上述过程3～5次；
ⅱ、循环至最后一次放电到截止电压后，再以第二设定倍率恒流放电至第一设定电压V0，搁置一段时间后，再以第三设定倍率恒流放电至V0以消除极化，所述第三设定倍率小于第二设定倍率；
ⅲ、消除极化后再以第四设定倍率恒流充电至第二设定电压。
本实施例中磷酸铁锂电池静置的第一设定温度为常温25±5℃，第二设定温度为50±5℃；稳定时间为10～24小时，自放电时间为48～120小时。
预处理过程中的第一设定倍率为0.3C～0.6C，第二设定倍率为0.2～0.3C，第三设定倍率为0.05C～0.2C，第四设定倍率为0.05C～0.1C；第一设定电压V0为2.0～2.8V，设定第二设定电压为2.965～3.285V；充电截止电压为3.65V，放电截止电压为2.5V；步骤ⅰ中的搁置时间为10min，步骤ⅱ中的搁置时间为30min，步骤ⅲ中的搁置时间为30min～2h。
图1为磷酸铁锂电池SOC与OCV关系图，下面将结合具体实施例来详细说明，选取其中二十组实验数据说明K值与电池荷电保持率之间的关系。
实施例1
以容量为100AH的磷酸铁锂电池为例，先以0.5C倍率对磷酸铁锂电池满电充放电循环3次，以0.3C倍率放电至2.5V，搁置30min，再以0.05C倍率放电至2.5V；搁置30min，以0.1C恒流充电至3.21V，电池在常温20℃静置12小时，测试并记录开路电压OCV1；电池在高温50℃静置48小时，测试并记录开路电压OCV2，计算得出K=OCV1-OCV2的值，之后将该组所有电池按照GB/T743-2006荷电保持率方法测试荷电保持率数据，如表一所示：
从表一可以总结出，K＞7.0mV时，该电池的荷电保持率小于94％，K＜7.0mV时电池荷电保持率大于94％。表一中编号为A1308、A1316电池可认为其自放电大，应予以剔除，其他电池流转至下一工序。
实施例2
以容量为100AH的磷酸铁锂电池为例，先以0.5C倍率对磷酸铁锂电池满电充放电循环3次，以0.3C倍率放电至2.5V，搁置30min，再以0.05C倍率放电至2.5V，搁置30min，以0.1C恒流充电至3.21V，电池在常温20℃静置12小时，测试并记录开路电压OCV1；电池在高温50℃静置84小时，测试并记录开路电压OCV2；计算得出K=OCV1-OCV2的值，之后将该组所有电池按照GB/T743-2006荷电保持率方法测试荷电保持率数据，如表二所示：
从表二可以总结出，K＞10.0mV时，该电池的荷电保持率小于94％，若K＜10.0mV时电池荷电保持率大于94％。表二中编号为B1311、B1314电池可认为其自放电大，应予以剔除，其他电池流转至下一工序。
实施例3
以容量为100AH的磷酸铁锂电池为例，先以0.5C倍率对磷酸铁锂电池满电充放电循环3次，以0.3C倍率放电至2.5V，搁置30min，再以0.05C倍率放电至2.5V；搁置30min，以0.1C恒流充电至3.29V，电池在常温20℃静置12小时，测试并记录开路电压OCV1；电池在高温50℃静置48小时，测试并记录开路电压OCV2，计算得出K=OCV1-OCV2的值，之后将该组所有电池按照GB/T743-2006荷电保持率方法测试荷电保持率数据，如表三所示：
从表三可以总结出，该荷电状态下电压变化较为缓慢，整体K值较小，易受其他因素干扰，K值＞5.0mV时，该电池的荷电保持率小于94％，C1306、C1307两支电池可认为自放电大，应剔除；另外，由于本发明中设定第二设定电压为2.965～3.285V，本实施例的试验选用的第二设定电压为3.29V，超出设定范围，试验结果证明会造成C1304电池漏检，且该电压值越大，造成漏检的可能性也就越大。
实施例4
以容量为100AH的磷酸铁锂电池为例，不增加预处理过程，直接将分选后的电池以0.1C恒流充电至3.21V，电池在常温20℃静置12小时，测试并记录开路电压OCV1；电池在高温50℃静置48小时，测试并记录开路电压OCV2；计算K=OCV1-OCV2的值，之后将该组所有电池按照GB/T743-2006荷电保持率方法测试荷电保持率数据，如表四所示：
如表四所示，由于没有在测试前进行消除极化预处理，测试出来的结果误差很大，K值与荷电保持率没有对应关系，因此无法判定电池是否合格。
实施例5
按照本申请的检测方法，先以0.5C倍率对磷酸铁锂电池满电充放电循环3次，以0.3C倍率放电至2.5V，搁置30min，再以0.05C倍率放电至2.5V；搁置30min，以0.1C恒流充电至3.21V，电池在常温20℃静置12小时，测试并记录开路电压OCV1；电池在高温50℃静置48小时，测试并记录开路电压OCV2，计算得出K=OCV1-OCV2的值。与申请号为201110186716的现有技术的方法，选定V0为3.215V，使用0.3C恒流充电至V0，而后恒定电压为V0进行恒压充电，当充电电流为0.1C充电停止转搁置；搁置10分钟后继续以0.1C恒流充电至V0，而后恒定电压为V0进行恒压充电，当充电电流为0.05C充电停止转搁置；搁置10分钟后继续以0.05C恒流充电至V0，而后恒定电压为V0进行恒压充电，当充电电流为0.03C充电停止转搁置；搁置10分钟后继续以0.03C恒流充电至V0，而后恒定电压为V0进行恒压充电，当充电电流为0.01C充电停止，对单体电池进行常温搁置7天后测量单体电池开路电压。用两种测试方法共同对一组电池100Ah进行试验测试，根据现有测试技术，选定ΔV0为10mV，ΔV为2mV，n值为14，为Vt≥V0-ΔV0-n×ΔV=3.177V。之后将该组所有电池按照GB/T743-2006荷电保持率方法测试荷电保持率数据，验证两种测试方法的准确性，如表五所示：
如表五所示，以按照GB/T743-2006荷电保持率方法测试荷电保持率数据为依据，本发明方法，K＜7mV，荷电保持率＜94%，判定为不合格，需挑出。现有技术的测试方法采用统一经验值作为判定依据，对电池一致性要求较高，存在误判和漏判现象，且测试时间较长，不利于正常生产的顺利进行。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体例子对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适合于帮助理解本发明事实例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书不应理解为对本发明的限制。
Claims (1)
1.一种磷酸铁锂电池的自放电检测方法，其特征在于,包括如下步骤:
(1)对磷酸铁锂电池进行充放电预处理；
(2)将经过预处理的磷酸铁锂电池在第一设定温度环境中静置一段时间以消除电池极化，测试并记录开路电压OCV1，这段时间称为稳定时间；
(3)再将磷酸铁锂电池在第二设定温度环境中静置一段时间，测试并记录开路电压OCV2，这段时间称为自放电时间；
(4)计算OCV1与OCV2的差值K，再将K值与设定值进行比较，判断挑选出自放电大的电池；
步骤(1)中充放电预处理的过程如下：
ⅰ、将磷酸铁锂电池以第一设定倍率充电至充电截止电压，再恒压充电至截止电流，搁置一段时间后再以第一设定倍率恒流放电至放电截止电压，循环上述过程3～5次；
ⅱ、循环至最后一次放电到截止电压后，再以第二设定倍率恒流放电至第一设定电压V0，搁置一段时间后，再以第三设定倍率恒流放电至V0以消除极化，所述第三设定倍率小于第二设定倍率；
ⅲ、消除极化后将电池搁置一段时间，之后再以第四设定倍率恒流充电至第二设定电压；
所述稳定时间为10～24小时；
所述自放电时间为48～120小时；
所述第一设定倍率为0.3C～0.6C；
所述第二设定倍率为0.2～0.3C；
所述第三设定倍率为0.05C～0.2C；
所述第四设定倍率为0.05C～0.1C；
所述第一设定电压V0为2.0～2.8V；
所述第二设定电压为2.965～3.285V；
所述第一设定温度为25±5℃，第二设定温度为50±5℃；充电截止电压为3.65V，放电截止电压为2.5V；步骤ⅰ中的搁置时间为10min，步骤ⅱ中的搁置时间为30min，步骤ⅲ中的搁置时间为30min～2h。
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