CN106093787A - 一种电动自行车电池深循环寿命检测方法 - Google Patents

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郭志刚
赵海敏
方广民
李桂发
毛书彦
朱铭
陈跃武
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/385—Arrangements for measuring battery or accumulator variables

Abstract

本发明公开了一种电动自行车电池深循环寿命检测方法，包括以下步骤：(1)从待测批次中随机选取样品电池；(2)对样品电池进行补充电，达到额定容量；(3)将样品电池置于冷却水中，以0.8‑1C安培的电流放电至1.6‑1.75V/单格；(4)以恒压2.45‑2.48V/单格，限流值为0.8‑1C安培的电流进行充电；(5)重复步骤(3)和(4)，直至放电时间小于40分钟，以一次充放电记为一个循环，统计得到循环次数。本发明能够快速准确反映电池深循环的实际情况，采用本发明既可以判断不同厂家电池深循环性能的好坏，也可以用于测试电池不同配方/不同设计的性能差异，便于加快电池开发的进度。

Description

一种电动自行车电池深循环寿命检测方法
技术领域
本发明涉及蓄电池检测技术领域，具体涉及一种电动自行车电池深循环寿命检测方法。
背景技术
近十年是中国电动自行车快速发展的阶段，至今电动自行车保有量在2亿辆以上，电动自行车电池已经成为铅蓄电池最主要的应用之一。
电动自行车电池属于动力电池范畴，对电动自行车的深循环寿命有更高的要求，但现在电动自行车电池的平均寿命两年左右，一定程度上阻碍了电动自行车的发展。为了改变不利局面，电动自行车电池的生产厂家为了提高电池的寿命，在板栅合金/铅膏配方/隔板和电解液添加剂以及电池的设计方面做了大量的改进，对以上改进的结果的评价一般是按标准或按电动自行车生产厂家的要求进行评价。如国家于2009年4月1日起实施的GB/T22199-2008《电动助力车用密封铅酸蓄电池》中规定的现有铅蓄电池的循环方法为：蓄电池完全充电后，在温度为25℃±5℃的环境中以1.0I2电流放电1.6h，然后以恒压16.0V(限流0.4I2)充电6.4h为一个循环。当放电1.6h，蓄电池端电压连续三次低于10.50V时，认为蓄电池循环寿命终止，此三次循环不计入循环次数内，至此的循环寿命次数即作为此电池的循环寿命。
上述的评价方法周期很长，一般每天只能进行3次左右的循环，而深循环用的电池的寿命一般要达到500次左右(100％放电)，整个周期的测试时间要8个月左右，测试周期长。因此，研究人员想方设法寻找快速的寿命的测试方法。
申请公布号为CN 104237798 A的专利文献明公开了一种铅蓄电池加速寿命检测方法，包括(1)利用2hr率容量检测方法计算电池实际放电容量C2；(2)将充满电的电池置于40℃-70℃环境中，以0.3～0.8I2恒流放电至20％C2，以限压2.35～2.6V/单格(限流0.6I2)连续充电4～8h后进行1～3C大电流脉冲充电，脉冲宽度为1～5s，静置时间为1～5s，反复大电流脉冲充电循环300～1000次，以此为一个大循环；(3)每50次大循环后，按步骤(1)进行三次容量检测，当容量连续三次低于70％Cn，寿命终止，记录大循环次数N。整个检测周期约2～4个月，显著缩短检测时间。
申请公布号为CN 102012485 A的专利文献公开了一种快速检测铅酸蓄电池循环寿命的方法，包括下列步骤：首先进行实放容量检测，接着需确定蓄电池部分荷电态充放电电压，然后再进行部分荷电态充电电压确定、部分荷电态放电电压确定。以确定的充放电电压U1、U2进行电池的工作循环，以限流0.2-2C电流充电至电压值为U1/只，以2-4C倍率大电流放电至电压值降为U2/只为一个循环，循环若干次数后，再进行容量检测，并将所测放电容量与实际容量进行比对，检测容量低于80％实际容量时判定电池失效。整个检测一般需耗时1.5～2个月，显著缩短了检测时间，大大节约了成本和能源。
发明内容
本发明提供了一种电动自行车电池深循环寿命检测方法，利用快速充电和快速放电的方法检测电池的寿命，减少测试周期，便于电动自行车电池厂家的电池选型，也可应用于检测电池不同配方/不同设计的性能差异，便于加快电池开发的进度。
一种电动自行车电池深循环寿命检测方法，包括以下步骤：
(1)从待测批次中随机选取样品电池；
(2)对样品电池进行补充电，达到额定容量；
(3)将样品电池置于冷却水中，以0.8-1C安培的电流放电至1.6-1.75V/单格；
(4)以恒压2.45-2.48V/单格，限流值为0.8-1C安培的电流进行充电；
(5)重复步骤(3)和(4)，直至放电时间小于40分钟，以一次充放电记为一个循环，统计得到循环次数。
根据马斯三定律表明，阀控电池在充电前和充电中适当地放电可以提高充电接受能力。本发明的电动自行车电池在以0.8-1C安培的电流深放电后，在恒压充电时，可接受的电流大于1C安培，但考虑到在充电过程中电池内部温度升高，特别是端子处的温升，本发明将初期的充电电流设定在0.8-1C安培，充电时间要求在78分钟，这样既能保证电池在放电后充足电，又不至于过充，充电量控制在放电量的101-105％。
本发明通过0.8-1C安培电流的放电时间来判断性能的优劣，在大量的试验结果表明，当放电时间小于40分钟时可判断该电池失效，寿命终止。
采用本发明方法可以每天循环10-12.2次之间，明显缩短测试周期，快速判断电池的深循环寿命。
由于在快速充放电时，电池的温度上升容易引起隔板短路和正极板软化和板栅腐蚀等，从而影响检测结果的准确性，为了避免温度变化对检测结果的影响，本发明需要解决的问题是如何保持电池处于恒温的状态。由于水的热容量是空气的4倍，其导热能力是空气的15倍，使用水冷比风冷更有效，因此，本发明将电池放置于冷却水中，使得整个检测过程中电池处于20-25℃的恒温状态。
所述待测批次的电池可以为不同厂家生产的同一型号的电动自行车电池，也可以是同一生产厂家针对不同生产工艺或配方生产的同一型号的电动自行车电池。通过比较同一型号电池的循环次数的多少来评价深循环性能的优劣，循环次数多，说明该批次电池的深循环寿命长，反之，则说明该批次电池的深循环寿命短。
所述补充电：恒压2.45V-2.48V/单格，0.1C安培的电流充电10-12h。以补充电池在放置过程中的自放电损失。
作为优选，所述冷却水的温度为20-25℃，水位高于电池内极板，低于电池槽口。根据水快速导热的特点，控制水温即可保证电池内部的温度。待测电池应充分处于水环境中，避免水从电池的胶封口处渗入电池内部影响检测，冷却水水位低于电池槽与电池盖的胶封口处。
更为优选，冷却水的体积为待测电池电解液体积的5-10倍。
作为优选，以1C安培的电流放电至1.6V/单格。放电电流控制在1C，在不影响电池性能的前提下，加快放电，缩短放电时间。
作为优选，步骤(4)中，以恒压2.45V/单格，限流值为1C安培电流充电。充电量为放电量的101-105％。采用1C安培电流充电，增加充电速度，由于有恒压限制，选择合理的充电时间控制电池充放比，不会对电池寿命有明显影响。
保证检测结果的准确性，步骤(5)中，连续两次放电时间小于40分钟作为寿命终止。
本发明具备的有益效果：
(1)本发明根据电池在深放电后可在恒压充电时，前期可接受的电流显著增加的特点，对电池进行大电流的快速充放电，通过放电时间的来判断电池性能的优劣，快速准确反映电池深循环的实际情况，采用本发明既可以判断不同厂家电池深循环性能的好坏，也可以用于测试电池不同配方/不同设计的性能差异，便于加快电池开发的进度。
(2)本发明将待测样品电池置于冷却水中进行检测，避免温度的变化对电池寿命的影响，提高测试结果的准确性。
附图说明
图1为本发明中电池在水槽中放置方式。
图2为实施例1中6-DZM-12电动自行车电池恒压充电过程中电流值的变化图。
图3为实施例1恒压充电过程中电池表面温度和电池端子温度变化图。
图4为实施例1电池循环过程中电池的充放电的比值图。
图5为实施例1电池循环放电时间。
图6为实施例2中6-DZM-20电动自行车电池恒压充电过程中电流值的变化图。
图7为实施例2恒压充电过程中电池表面温度和电池端子温度变化图。
图8为实施例2电池循环过程中电池的充放电的比值图。
图9为实施例2电池循环放电时间。
具体实施方式
为更好的理解本发明，下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
实施例1
选取两个不同生产厂家的6-DZM-12电动自行车电池，进行下述测试。
A6-DZM-12电动自行车电池补充电
将电压控制在14.7V，限流值控制在1.2A的电流充电10h。
B将电池放置在水槽中，并放在25℃环境温度中，对电池采用12A进行放电至电池电压9.6V，恒压14.7V限流12A对电池充电78分钟，重复充放电循环。
C充放电过程中记录12A放电的时间，当放电时间为40分钟时作为电池寿命终止的条件。
电池在水槽中放置方式如附图1，水槽中冷却水的体积为待测电池电解液体积的10倍，冷却水的温度为25℃，水位高于电池内极板，低于电池槽口。
恒压充电过程中电流值的变化如附图2。
恒压充电过程中电池表面温度和电池端子温度如图3所示。在本发明的条件下，整个检测过程中电池表面温度和电池端子温度基本保持恒定。
电池循环过程中电池的充放电的比值如图4所示。在本实施例的充放电条件下，充放电控制在101-105％。
电池循环放电时间如图5所示。在1C的充放电循环中，以40分钟作为电池寿命终止的依据，循环次数见表1。
将本实施例的两种电池按照正常的充放电方式进行检测，正常充放电是指电池在恒压14.7-14.9V之间，限流值2.5A，充电10h，然后以6A放电至电池电压10.5V，在上述的充放电的条件，当放电时间连续2次低于96分作为寿命终止的条件。结果见表1。
表1.电池对比测试的实验结果
电池型号 快速寿命次数 正常充放电次数
6-DZM-12电池(1#) 760次 772次
6-DZM-12电池(2#) 598次 605次
从上述结果看出，以40分钟作为电池寿命终止依据的快速检测方法得到的结果和正常充放电的次数基本接近，可以作为本发明中12Ah电池寿命的判定依据。
实施例2
取同一厂家4种不同工艺生产的6-DZM-20电池，进行测试。
A6-DZM-20电池的补充电
将6-DZM-20电池用恒压14.7V限流2.0A充电10h。
B将电池放置在水槽中，并放在25℃环境温度中，对电池采用20A进行放电至电池电压9.6V，恒压14.7V限流20A对电池充电78分钟，重复充放电循环。
C充放电过程中记录20A放电的时间，当放电时间为40分钟时作为电池寿命终止的条件。
恒压充电过程中电流值的变化如附图6。
恒压充电过程中电池表面温度和电池端子温度如图7。
电池循环过程中电池的充放电的比值如图8所示。
循环放电时间如图9所示，在1C的充放电循环中，以40分钟作为电池寿命终止的依据，循环次数见表2。
将本实施例的四种电池按照正常的充放电方式检测，正常充放电是指电池在恒压14.7-14.9V之间，限流值4A，充电10h，然后以10A放电至电池电压10.5V，重复上述充放电，当放电时间连续2次低于96分作为寿命终止的条件。
表2.电池对比测试的实验结果
电池型号 快速寿命次数 正常充放电次数
6-DZM-20(1#) 135次 130次
6-DZM-20(2#) 130次 139次
6-DZM-20(3#) 270次 278次
6-DZM-20(4#) 580次 575次
从上述结果看出，以40分钟作为电池寿命终止依据的快速检测方法得到的结果和正常充放电的次数基本接近，可以作为本发明中20Ah电池寿命的判定依据。

Claims (8)

1.一种电动自行车电池深循环寿命检测方法，包括以下步骤：
(1)从待测批次中随机选取样品电池；
(2)对样品电池进行补充电，达到额定容量；
(3)将样品电池置于冷却水中，以0.8-1C安培的电流放电至1.6-1.75V/单格；
(4)以恒压2.45-2.48V/单格，限流值为0.8-1C安培的电流进行充电；
(5)重复步骤(3)和(4)，直至放电时间小于40分钟，以一次充放电记为一个循环，统计得到循环次数。
2.如权利要求1所述的电动自行车电池深循环寿命检测方法，其特征在于，所述补充电：恒压2.45-2.48V/单格，0.1C安培的电流充电10-12h。
3.如权利要求1所述的电动自行车电池深循环寿命检测方法，其特征在于，所述冷却水的温度为20-25℃，水位高于电池内极板，低于电池槽口。
4.如权利要求3所述的电动自行车电池深循环寿命检测方法，其特征在于，冷却水的体积为待测电池电解液体积的5-10倍。
5.如权利要求1所述的电动自行车电池深循环寿命检测方法，其特征在于，以1C安培的电流放电至1.6V/单格。
6.如权利要求1所述的电动自行车电池深循环寿命检测方法，其特征在于，步骤(4)中，以恒压2.45V/单格，限流值为1C安培电流充电。
7.如权利要求1所述的电动自行车电池深循环寿命检测方法，其特征在于，充电量为放电量的101-105％。
8.如权利要求1所述的电动自行车电池深循环寿命检测方法，其特征在于，步骤(5)中，连续两次放电时间小于40分钟作为寿命终止。
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