CN105244559B - 一种锂离子电池温度综合性能检测方法 - Google Patents

一种锂离子电池温度综合性能检测方法 Download PDF

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Abstract

一种锂离子电池温度综合性能检测方法，包括为多个高低温度下的放/充电性能，建立关于放/充电容量与初始放/充电容量的各比值范围以及放/充电能量与初始放/充电能量的各比值范围，与对应的预设值的第一/二关系数据库。本发明的方法能够方便、准确、直观地获得锂电池在多个高低温条件下的综合性能。

Description

一种锂离子电池温度综合性能检测方法
技术领域
本申请涉及电池测试技术，尤其涉及一种锂离子电池温度综合性能检测方法。
背景技术
目前市面上多数移动电源都是由锂电池(包括18650或聚合物)、电路板和外壳三大主要部分组合而成的，而移动电源的生产标准各有不同，检测标准缺乏，这就导致了市场上的移动电源质量良莠不齐。2014年国家质检总局开展了移动电源产品质量安全风险监测，结果显示，从市场上采集的32批次样品均存在质量安全风险。并且有研究显示，常用的锂离子蓄电池在-10℃时容量及工作电压会明显降低，-20℃时性能会明显恶化，在-40℃时放电容量只有室温容量的30％左右，甚至个别锂离子蓄电池在-40℃时无法工作，而在高温环境下(45℃)时容量也有所衰减。
目前我国目前还没有专门测试移动电源产品温度综合性能的检测方法，因此，需要建立一种锂电池温度综合性能检测方法，以获得锂电池移动电源在多个高低温条件下的综合性能，使消费者对购买的移动电源的高低温综合性能有一个直观的认知具有一定的社会价值和经济价值。
目前的电池检测方法，仅限于检测电池的一致性、安全性，无法对电池的高低温综合性能进行量化的比对。
发明内容
本申请的发明目的在于，提供一种锂离子电池温度综合性能检测方法，其能够方便、准确、直观地获得锂电池在多个高低温条件下的综合性能。其技术方案为：
一种锂离子电池温度综合性能检测方法，包括：
步骤1、对待测锂电池样品在20℃的室温下，以3倍的标准电流放电至电池生产商规定的终止电压，然后保持20℃的环境温度，用生产商规定的标准充电方式对该待测锂电池样品进行充电，如此进行10次的放充电循环；
步骤2、分别在-10℃、-20℃、-30℃和55℃的温度下搁置8小时后，对该待测锂电池样品以3倍的标准电流进行放电性能检测，获得-10℃、-20℃、-30℃和55℃所对应的放电容量FAh-10℃、FAh-20℃、FAh-30℃、FAh55℃，以及放电能量FWh-10℃、FWh-20℃、FWh-30℃、FWh55℃；
步骤3、将-10℃、-20℃、-30℃和55℃四个温度下的放电容量和放电能量，分别与该待测电池厂商规定的初始放电容量FAh初始和初始放电能量FWh初始对应相比，获得该四个温度下的放电容量与初始放电容量的比值FAh-10℃/FAh初始、FAh-20℃/FAh初始、FAh-30℃/FAh初始、FAh55℃/FAh初始，以及四个温度下的放电能量与初始放电能量的比值FWh-10℃/FWh初始、FWh-20℃/FWh初始、FWh-30℃/FWh初始、FWh55℃/FWh初始；
步骤4、为该四个温度下的放电性能，建立关于放电容量与初始放电容量的各比值范围以及放电能量与初始放电能量的各比值范围，与各自对应的预设值的第一关系数据库；在该第一关系数据库中，每个温度下的每个放电容量比值范围对应一个第一预设值S1，每个温度下的每个放电能量比值范围对应一个第二预设值S2，四个温度下的第一预设值分别为S1-10℃、S1-20℃、S1-30℃、S155℃，第二预设值分别为S2-10℃、S2-20℃、S2-30℃、S255℃；
步骤5、对待测锂电池样品在20℃的室温下，以3倍的标准电流放电至电池生产商规定的终止电压，然后保持20℃的环境温度，用生产商规定的标准充电方式对该待测锂电池样品进行充电，如此进行10次的充放电循环；
步骤6、分别在-10℃、-20℃、-30℃和55℃的温度下搁置8小时后，对该待测锂电池样品以3倍的标准电流进行充电性能检测，获得-10℃、-20℃、-30℃和55℃所对应的充电容量CAh-10℃、CAh-20℃、CAh-30℃、CAh55℃，以及充电能量CWh-10℃、CWh-20℃、CWh-30℃、CWh55℃；
步骤7、将-10℃、-20℃、-30℃和55℃四个温度下的充电容量和充电能量，分别与该待测电池厂商规定的初始充电容量CAh初始和初始充电能量CWh初始对应相比，获得该四个温度下的充电容量与初始充电容量的比值CAh-10℃/CAh初始、CAh-20℃/CAh初始、CAh-30℃/CAh初始、CAh55℃/CAh初始，以及四个温度下的充电能量与初始充电能量的比值CWh-10℃/CWh初始、CWh-20℃/CWh初始、CWh-30℃/CWh初始、CWh55℃/CWh初始；
步骤8、为该四个温度下的充电性能，建立关于充电容量与初始充电容量的各比值范围以及充电能量与初始充电能量的各比值范围，与各自对应的预设值的第二关系数据库；在该第二关系数据库中，每个温度下的每个充电容量比值范围对应一个第三预设值S3，每个温度下的每个充电能量比值范围对应一个第四预设值S4，四个温度下的第三预设值分别为S3-10℃、S3-20℃、S3-30℃、S355℃，第四预设值分别为S4-10℃、S4-20℃、S4-30℃、S455℃；
步骤9、根据-10℃、-20℃、-30℃和55℃四个温度在工况中出现的实际几率来设定相应的权重系数Q-10℃、Q-20℃、Q-30℃、Q55℃，四个权重系数的和为100％，即Q-10℃+Q-20℃+Q-30℃+Q55℃＝100％；
步骤10、计算待测锂电池样品的放电因子SF和充电因子SC的大小；
放电因子SF＝(S1-10℃+S2-10℃)×Q-10℃+(S1-20℃+S2-20℃)×Q-20℃+(S1-30℃+S2-30℃)×Q-30℃+(S155℃+S255℃)×Q55℃，
充电因子SC＝(S3-10℃+S4-10℃)×Q-10℃+(S3-20℃+S4-20℃)×Q-20℃+(S3-30℃+S4-30℃)×Q-30℃+(S355℃+S455℃)×Q55℃；
步骤11、利用电池性能S＝SC+SF来计算电池的综合高低温性能，S值越大，电池综合高低温性能越好，S值越小，电池综合高低温性能越差。
本发明检测方法的优点在于，能够方便、快捷和直观的对锂电池进行高低温性能测试，能够对锂电池的高低温性能进行量化的比对。
附图说明
图1示出了采用本发明的方法而仅对一块电池进行测试的检测系统的一个实施方式。
在图中附图标记与部件名称的对应关系是：锂离子电池温度综合性能检测系统，1调温箱，2数据采集器，3计算设备，4显示设备，5为待测锂电池。
具体实施方式
如图1所示，锂离子电池温度综合性能检测系统，其包括调温箱1和数据采集器2；待测锂电池5设置在调温箱1中，调温箱1用于对待测锂电池5的测量环境的温度进行调节控制，对温度的调节控制包括提供常温、高温和低温环境；其中低温环境要求能够提供为-10±2摄氏度、-20±2摄氏度、以及-30±2摄氏度的环境；高温环境要求能够提供为55±2摄氏度的环境，数据采集器2用于采集待测锂电池5的放电容量、放电能量、充电容量以及充电能量；计算设备3用于对数据采集器2采集到的数据进行计算；显示设备4，用于将数据采集器2采集到的数据以及计算设备3计算得到的数据进行显示；该检测系统还包括充放电自动控制设备(图中未示出)，该充放电自动控制设备用于对待测锂电池5的充放电开始和中止时间、电池静置时间、充放电电流的大小、循环充放次数以及充放电中止条件进行设定；同时对所述数据采集器2采集到的数据进行记录。
应用该检测系统进行测试时，可以采用以下的方法步骤：
1、放电性能检测
步骤1锂电池移动电源在环境温度(20℃±2℃)下，以3倍的标准电流放电至电池生产商规定的终止电压，然后在环境温度(20℃±2℃)下，用制造厂规定的方式对移动电源进行充电。循环10次后，分别在-10℃、-20℃、-30℃和55℃的温度下搁置8小时后，对移动电源以1I3的电流进行放电性能检测；
步骤2、分别在-10℃、-20℃、-30℃和55℃的温度下搁置8小时后，对该待测锂电池样品以3倍的标准电流进行放电性能检测，获得-10℃、-20℃、-30℃和55℃所对应的放电容量FAh-10℃、FAh-20℃、FAh-30℃、FAh55℃，以及放电能量FWh-10℃、FWh-20℃、FWh-30℃、FWh55℃；
步骤3、将-10℃、-20℃、-30℃和55℃四个温度下的放电容量和放电能量，分别与该待测锂电池厂商规定的初始放电容量FAh初始和初始放电能量FWh初始对应相比，获得该四个温度下的放电容量与初始放电容量的比值FAh-10℃/FAh初始、FAh-20℃/FAh初始、FAh-30℃/FAh初始、FAh55℃/FAh初始，以及四个温度下的放电能量与初始放电能量的比值FWh-10℃/FWh初始、FWh-20℃/FWh初始、FWh-30℃/FWh初始、FWh55℃/FWh初始；
步骤4、为该四个温度下的放电性能，建立关于放电容量与初始放电容量的各比值范围以及放电能量与初始放电能量的各比值范围，与各自对应的预设值的第一关系数据库；在该第一关系数据库中，每个温度下的每个放电容量比值范围对应一个第一预设值S1，每个温度下的每个放电能量比值范围对应一个第二预设值S2，四个温度下的第一预设值分别为S1-10℃、S1-20℃、S1-30℃、S155℃，第二预设值分别为S2-10℃、S2-20℃、S2-30℃、S255℃；
检测结果要求如表1。
表1放电性能检测
其中，第一预设值及第二预设值本身无物理意义，但同一温度下预设值越大反映电池的放电性能越好，可以根据经验数据来设定第一预设值及第二预设值的相对大小；
2、充电性能检测及结果要求
步骤5、对待测锂电池样品在20℃的室温下，以3倍的标准电流放电至电池生产商规定的终止电压，然后保持20℃的环境温度，用生产商规定的标准充电方式对该待测锂电池样品进行充电，如此进行10次的充放电循环；
步骤6、分别在-10℃、-20℃、-30℃和55℃的温度下搁置8小时后，对该待测锂电池样品以3倍的标准电流进行充电性能检测，获得-10℃、-20℃、-30℃和55℃所对应的充电容量CAh-10℃、CAh-20℃、CAh-30℃、CAh55℃，以及充电能量CWh-10℃、CWh-20℃、CWh-30℃、CWh55℃；
步骤7、将-10℃、-20℃、-30℃和55℃四个温度下的充电容量和充电能量，分别与该待测电池厂商规定的初始充电容量CAh初始和初始充电能量CWh初始对应相比，获得该四个温度下的充电容量与初始充电容量的比值CAh-10℃/CAh初始、CAh-20℃/CAh初始、CAh-30℃/CAh初始、CAh55℃/CAh初始，以及四个温度下的充电能量与初始充电能量的比值CWh-10℃/CWh初始、CWh-20℃/CWh初始、CWh-30℃/CWh初始、CWh55℃/CWh初始；
步骤8、为该四个温度下的充电性能，建立关于充电容量与初始充电容量的各比值范围以及充电能量与初始充电能量的各比值范围，与各自对应的预设值的第二关系数据库；在该第二关系数据库中，每个温度下的每个充电容量比值范围对应一个第三预设值S3，每个温度下的每个充电能量比值范围对应一个第四预设值S4，四个温度下的第三预设值分别为S3-10℃、S3-20℃、S3-30℃、S355℃，第四预设值分别为S4-10℃、S4-20℃、S4-30℃、S455℃；
其中，第三预设值及第四预设值本身无物理意义，但同一温度下预设值越大反映电池的充电性能越好，可以根据经验数据来设定第三预设值及第四预设值的相对大小；
检测结果要求如表2。
表2充电性能检测及结果要求
步骤9、根据-10℃、-20℃、-30℃和55℃四个温度在工况中出现的实际几率来设定相应的权重系数Q-10℃、Q-20℃、Q-30℃、Q55℃，四个权重系数的和为100％，即Q-10℃+Q-20℃+Q-30℃+Q55℃＝100％；
步骤10、计算待测锂电池样品的放电因子SF和充电因子SC的大小；
放电因子SF＝(S1-10℃+S2-10℃)×Q-10℃+(S1-20℃+S2-20℃)×Q-20℃+(S1-30℃+S2-30℃)×Q-30℃+(S155℃+S255℃)×Q55℃，
充电因子SC＝(S3-10℃+S4-10℃)×Q-10℃+(S3-20℃+S4-20℃)×Q-20℃+(S3-30℃+S4-30℃)×Q-30℃+(S355℃+S455℃)×Q55℃；
步骤11、利用电池性能S＝SC+SF来计算电池的综合高低温性能，S值越大，电池综合高低温性能越好，S值越小，电池综合高低温性能越差。
实例1、将4块移动电源在室温(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，即将待测移动电源在试验温度条件下以1 800mA电流放电，至移动电源最后一颗蓝色LED灯熄灭或者闪烁电，静置1h，然后以1 800mA恒流充电，至移动电源电压达3.7V时转恒压充电，至充电电流降至180mA时停止充电，如此循环充放电10次后，将移动电源分别在-10℃(1块)、-20℃(1块)、-30℃(1块)和55℃(1块)的温度下搁置8小时后，对移动电源以1 800mA的电流进行放电性能检测，检测结果如表4所示。对移动电源以1 800mA的电流进行充电性能检测，检测结果如表5所示。
表4检测结果
根据表1和表4，
SF＝3×0.4+2×0.4+3×0.3+3×0.3+2×0.2+2×0.2+2×0.1+2×0.1＝5.0
表5检测结果
根据表2和表5，
SC＝2×0.4+2×0.4+2×0.3+1×0.3+1×0.2+1×0.2+2×0.1+2×0.1＝3.3
从而，电池温度综合性能S＝SF+SC＝5.0+3.3＝8.3，S值越大，电池高低温综合性能越好，反之越差。
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。本实用新型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)

1.一种锂离子电池温度综合性能检测方法，包括：
步骤1、对待测锂电池样品在20℃的室温下，以3倍的标准电流放电至电池生产商规定的终止电压，然后保持20℃的环境温度，用生产商规定的标准充电方式对该待测锂电池样品进行充电，如此进行10次的放充电循环；
步骤2、分别在-10℃、-20℃、-30℃和55℃的温度下搁置8小时后，对该待测锂电池样品以3倍的标准电流进行放电性能检测，获得-10℃、-20℃、-30℃和55℃所对应的放电容量FAh-10℃、FAh-20℃、FAh-30℃、FAh55℃，以及放电能量FWh-10℃、FWh-20℃、FWh-30℃、FWh55℃；
步骤3、将-10℃、-20℃、-30℃和55℃四个温度下的放电容量和放电能量，分别与该待测电池厂商规定的初始放电容量FAh初始和初始放电能量FWh初始对应相比，获得该四个温度下的放电容量与初始放电容量的比值FAh-10℃/FAh初始、FAh-20℃/FAh初始、FAh-30℃/FAh初始、FAh55℃/FAh初始，以及四个温度下的放电能量与初始放电能量的比值FWh-10℃/FWh初始、FWh-20℃/FWh初始、FWh-30℃/FWh初始、FWh55℃/FWh初始；
步骤4、为该四个温度下的放电性能，建立关于放电容量与初始放电容量的各比值范围以及放电能量与初始放电能量的各比值范围，与各自对应的预设值的第一关系数据库；在该第一关系数据库中，每个温度下的每个放电容量比值范围对应一个第一预设值S1，每个温度下的每个放电能量比值范围对应一个第二预设值S2，四个温度下的第一预设值分别为S1-10℃、S1-20℃、S1-30℃、S155℃，第二预设值分别为S2-10℃、S2-20℃、S2-30℃、S255℃；
在所述第一关系数据库中，同一温度下预设值越大反映电池的放电性能越好，根据经验数据来设定第一预设值及第二预设值的相对大小；
步骤5、对待测锂电池样品在20℃的室温下，以3倍的标准电流放电至电池生产商规定的终止电压，然后保持20℃的环境温度，用生产商规定的标准充电方式对该待测锂电池样品进行充电，如此进行10次的充放电循环；
步骤6、分别在-10℃、-20℃、-30℃和55℃的温度下搁置8小时后，对该待测锂电池样品以3倍的标准电流进行充电性能检测，获得-10℃、-20℃、-30℃和55℃所对应的充电容量CAh-10℃、CAh-20℃、CAh-30℃、CAh55℃，以及充电能量CWh-10℃、CWh-20℃、CWh-30℃、CWh55℃；
步骤7、将-10℃、-20℃、-30℃和55℃四个温度下的充电容量和充电能量，分别与该待测电池厂商规定的初始充电容量CAh初始和初始充电能量CWh初始对应相比，获得该四个温度下的充电容量与初始充电容量的比值CAh-10℃/CAh初始、CAh-20℃/CAh初始、CAh-30℃/CAh初始、CAh55℃/CAh初始，以及四个温度下的充电能量与初始充电能量的比值CWh-10℃/CWh初始、CWh-20℃/CWh初始、CWh-30℃/CWh初始、CWh55℃/CWh初始；
步骤8、为该四个温度下的充电性能，建立关于充电容量与初始充电容量的各比值范围以及充电能量与初始充电能量的各比值范围，与各自对应的预设值的第二关系数据库；在该第二关系数据库中，每个温度下的每个充电容量比值范围对应一个第三预设值S3，每个温度下的每个充电能量比值范围对应一个第四预设值S4，四个温度下的第三预设值分别为S3-10℃、S3-20℃、S3-30℃、S355℃，第四预设值分别为S4-10℃、S4-20℃、S4-30℃、S455℃；
在所述第二关系数据库中，同一温度下预设值越大反映电池的充电性能越好，根据经验数据来设定第三预设值及第四预设值的相对大小；
步骤9、根据-10℃、-20℃、-30℃和55℃四个温度在工况中出现的实际几率来设定相应的权重系数Q-10℃、Q-20℃、Q-30℃、Q55℃，四个权重系数的和为100％，即Q-10℃+Q-20℃+Q-30℃+Q55℃＝100％；
步骤10、计算待测锂电池样品的放电因子SF和充电因子SC的大小；
放电因子SF＝(S1-10℃+S2-10℃)×Q-10℃+(S1-20℃+S2-20℃)×Q-20℃+(S1-30℃+S2-30℃)×Q-30℃+(S155℃+S255℃)×Q55℃，
充电因子SC＝(S3-10℃+S4-10℃)×Q-10℃+(S3-20℃+S4-20℃)×Q-20℃+(S3-30℃+S4-30℃)×Q-30℃+(S355℃+S455℃)×Q55℃；
步骤11、利用电池性能S＝SC+SF来计算电池的综合高低温性能，S值越大，电池综合高低温性能越好，S值越小，电池综合高低温性能越差。
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