CN106338642A - 单体电池一致性测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种单体电池一致性测试方法：1)以恒流对电池充电至电池达到预定电压值；2)以恒压对电池充电至电池达到预定电流值；3)搁置预定时间；4)以恒定电流对电池放电设定时间；5)搁置预定时间；6)记录所述4)放电前电池电压值V1、所述4)放电结束时电池电压值V2、所述5)搁置预定时间后电池电压值V3；7)计算δV1＝V1‑V2和δV2＝V3‑V2；8)将获得的δV1和δV2与设定的标准δV1和标准δV2区间比较，判定被测试的电池是否合格。以上这些分选方法的优点是简单、方便，但分选参数单一，不能全面反映电池的性能，分选出的电池性能一致性不高，数据精确度不够。

Description

单体电池一致性测试方法

技术领域

本发明涉及属于电动汽车动力电池技术领域，具体涉及一种电动汽车动力电池单体电池一致性评价及配组方法。

背景技术

随着全球环境恶化和资源减少等问题的不断出现，各大汽车厂将视线转移到新能源汽车上。混合动力汽车、纯电动汽车、增程式电动车等各种电动汽车层出不穷。

电动汽车的不断发展，客户对电动汽车的续航里程要求不断增加；相应的对电池系统的容量要求也不断提高。考虑到电池自身的散热、尺寸及结构设计等方面的问题，单体电池的容量也会受到一定的限制。这样在系统中电池必然会存在并联、串联共存的状态。

锂离子电池单体、模块和电池组的性能有明显差异，从电池单体到电池模块再到电池组，性能有明显衰减。衰减的主要原因主要来自于单体之间的不一致性。实际上电池在车辆运行期间，会由于不一致性而不能正常工作，大大降低电池成组后的整体性能。严重时导致充放电受影响，而且产生一系列安全隐患例如爆炸、泄露等，影响电动车辆的行驶安全，所以，必须对生产的锂离子电池一致性差异进行筛选配组。

由于目前锂离子电池采用的是化学储能的方式，其内部是一种动态的状态，传统电池配组主要是通过综合电池容量、欧姆内阻、开路电压这三个参数分选电池，作为配组的依据。

电池容量标示电池的储能性能，欧姆内阻体现电池内部各导电状态，开路电压表征电池目前的荷电状态。

中国专利(申请号CN201510067986.9)中提到对电池采用脉冲充电的方式，得到一个突变电压，来标定电池的极化内阻。但此方法必须对电池进行脉冲充电或放电，操作性不强。

中国专利(申请号CN201310098224.6)提到采用拟合电池充&放电取现的方式来标定电池的计划内阻。但次方法数据处理量大，不适合批量生产。

还有部分厂家会引入电池的极化电阻。极化电阻可以准确的衡量电池内部化学反应状态。一般来讲极化阻值可以衡量电池内部的两种化学反应状态：1.锂离子电池的嵌入脱出的反应阻力，2.锂离子在电解液及电池正负极片内部的迁移阻力。

通过极化电阻拉配组可以做到近似精确的保证电池的一致性。但极化电阻与电池的状态有关，批量电池要准确、精确测量极化电阻有很大难度，只能通过近似测量的方法定性分类。

以上这些分选方法的优点是简单、方便，但分选参数单一，不能全面反映电池的性能，分选出的电池性能一致性不高，数据精确度不够。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是实现一种操作简单、测试可靠性高、可大批量检测的单体电池一致性测试方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：单体电池一致性测试方法：1)以恒流对电池充电至电池达到预定电压值；2)以恒压对电池充电至电池达到预定电流值；3)搁置预定时间；4)以恒定电流对电池放电设定时间；5)搁置预定时间；6)记录所述4)放电前电池电压值V1、所述4)放电结束时电池电压值V2、所述5)搁置预定时间后电池电压值V3；7)计算δV1＝V1-V2和δV2＝V3-V2；将获得的δV1和δV2与设定的标准δV1和标准δV2区间比较，若δV1属于标准δV1区间内，且δV2属于标准δV2区间内，则判定被测试的电池为合格。

所述4)中电池脉冲放电。

所述1)以0.5C对电池恒流充电至3.5V；

所述2)以3.5V对电池恒压充电至0.05C；

所述3)搁置时间15-45min；

所述4)以2C电流对电池脉冲放电8-15S

所述5)搁置时间为45-75S；

所述8)中标准δV1区间为0.685V-0.690V，标准δV2区间为0.612V-0.617V。

所述1)以0.5C对电池恒流充电至3.9V；

所述2)以3.9V对电池恒压充电至0.05C；

所述3)搁置时间15-45min；

所述4)以2C电流对电池脉冲放电8-15S

所述5)搁置时间为45-75S；

所述8)中标准δV1区间为1.143V-1.153V，标准δV2区间为1.068V-1.078V。

本发明通过分析电池最基本的电化学本质，简化操作方法，通过对测试设备的简单改造就可以具备相关功能实现单体电池一致性测试，该方法能够在现有的电池分容或分选设备上使用，并可以应用在大批量生产中。通过表征了电池极化内阻中的锂离子嵌入脱出能力及锂离子迁移速度，同时与容量、开路电压、交流阻止相结合，全面评价电池性能。

附图说明

下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容作简要说明：

图1为单体电池一致性测试脉冲放电示意图。

具体实施方式

实施例1：

将一个批次内的电池安装到测试通道内；

以0.5C或其它合适电流对电池恒流充电至3.5V或其它适合电压，转3.5V恒压至0.05C；

搁置30min；

以2C电流对电池脉冲放电10S,

搁置60S，

记录放电过程中电压值起始电压V1，放电结束时电压V2，60S后电压回复值V3值，

计算δV1＝V1-V2和δV2＝V3-V2

选在一个合适的电池δV1和δV2范围值：

按照实验数据电池按照δV1＝0.685V-0.690VδV2＝0.612V-0.617V两个范围双重挑选。挑选后电池再按照电池容量及开路电压再进行分组。

按上述方法配组完毕后，可以保证电池的一致性在正常电流范围内电压差值≤15mV,5C以下脉冲放电电压差值≤50mV。此结果大大好于主流BMS要求的300mV的电压差值要求。

实施例2：

将一个批次内的电池安装到测试通道内；

以0.5C或其它合适电流对电池恒流充电至3.9V或其它适合电压，转3.9V恒压至0.05C；

搁置30min；

以5C电流对电池脉冲放电10S,

搁置60S，

记录放电过程中电压值起始电压V1，放电结束时电压V2，60S后电压回复值V3值，

计算δV1＝V1-V2和δV2＝V3-V2

选在一个合适的电池δV1和δV2范围值：

按照实验数据电池按照δV1＝1.143V-1.153VδV2＝1.068V-1.078V两个范围双重挑选。挑选后电池再按照电池容量及开路电压再进行分组。

按上述方法配组完毕后，可以保证电池的一致性在正常电流范围内电压差值≤15mV,5C以下脉冲放电电压差值≤100mV。次结果大大好于主流BMS要求的300mV的电压差值要求。

上述操作方法，操作简单可以降筛选过程加入到电池容量筛选流程内，通过电脑设置在分容柜上对电池进行首轮筛选，简化操作工序。

当电池系统功率要求及BMS控制精度要求不同时可以适当的调整上述参数，以达到最优化的配组。

该测试原理是基于电池在相同电流下，电压变化与电池极化内阻中锂离子嵌入脱出能力成正比，放电结束后，电池电压回复与电池极化内阻锂离子迁移速度成反比。通过上述两个参数，分别表征了电池极化内阻中的锂离子嵌入脱出能力及锂离子迁移速度。同时与容量、开路电压、交流阻止相结合，全面评价电池性能，且操作简单。

如图1测试过程中电池电压所产生的变化数据图形，电压值V1是电池在充电完成，经过一段时间静止后电池的开路电压，电池静止一段时间后电压不再变化则可以认定V1的值。这个电压的选择需根据电池的基本性能参数来确定，比如电池的电压平台、容量、电池倍率特性等性能。

电压值V2是电池在脉冲放电结束后电池的实时电压。此电压值的大小受电池的欧姆阻值、极化阻值等因素及选择的脉冲倍率的影响。在流程确定后，单个电池所能达到的V2值就可以确定。

电压值V1-V2即δV1反映的是电池的极化阻值之一的锂离子在正负极之前嵌入/脱出的阻力。δV1值越接近说明电池嵌入/脱出锂离子的能力趋于一致，反之则能力差别较大

电压值V3是电池在脉冲放电结束后搁置60S电池的实时电压。电压值V3-V2即δV2反映的电池的极化阻值中的锂离子在电解液及电池正负极片内部的迁移阻力。δV2值越接近说明锂离子的迁移能力趋于一致，反之则能力差别较大。

Claims (4)

1.单体电池一致性测试方法，其特征在于：

1)以恒流对电池充电至电池达到预定电压值；

2)以恒压对电池充电至电池达到预定电流值；

3)搁置预定时间；

4)以恒定电流对电池放电设定时间；

5)搁置预定时间；

6)记录所述4)放电前电池电压值V1、所述4)放电结束时电池电压值V2、所述5)搁置预定时间后电池电压值V3；

7)计算δV1＝V1-V2和δV2＝V3-V2；

8)将获得的δV1和δV2与设定的标准δV1和标准δV2区间比较，若δV1属于标准δV1区间内，且δV2属于标准δV2区间内，则判定被测试的电池为合格。

2.根据权利要求1所述的单体电池一致性测试方法，其特征在于：所述4)中电池脉冲放电。

3.根据权利要求1或2所述的单体电池一致性测试方法，其特征在于：

所述1)以0.5C对电池恒流充电至3.5V；

所述2)以3.5V对电池恒压充电至0.05C；

所述3)搁置时间15-45min；

所述4)以2C电流对电池脉冲放电8-15S

所述5)搁置时间为45-75S；

所述8)中标准δV1区间为0.685V-0.690V，标准δV2区间为0.612V-0.617V。

4.根据权利要求1或2所述的单体电池一致性测试方法，其特征在于：

所述1)以0.5C对电池恒流充电至3.9V；

所述2)以3.9V对电池恒压充电至0.05C；

所述3)搁置时间15-45min；

所述4)以2C电流对电池脉冲放电8-15S

所述5)搁置时间为45-75S；

所述8)中标准δV1区间为1.143V-1.153V，标准δV2区间为1.068V-1.078V。