CN107607874A

CN107607874A - 快速充/放电锂离子电池的三点式筛选方法

Info

Publication number: CN107607874A
Application number: CN201710678382.7A
Authority: CN
Inventors: 吴海霞; 郭守武
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2017-08-10
Filing date: 2017-08-10
Publication date: 2018-01-19
Anticipated expiration: 2037-08-10
Also published as: CN107607874B

Abstract

一种基于快速充/放锂离子电池的筛选方法，通过对单体电池一次性进行低、高、中三个不同倍率的充放电循环，并根据测得的电容量、开路电压、直流内阻和恒流比与平均值的差作为标准对电池进行配组，具体以0.2C作为低电流、以电芯使用的最大电流作为大电流、以(小电流+大电流)/2±50％作为中电流进行充放电循环。本发明可以提高快充/快放锂离子电池使用的安全性、可靠性以及循环使用寿命。可保证快充/快放电池在不同倍率下充放电过程中电池状态的一致性，可以应用于各种类型、体系及规格的锂离子电池筛选过程中。

Description

快速充/放电锂离子电池的三点式筛选方法

技术领域

本发明涉及的是一种锂离子电池检测领域的技术，具体是一种基于快速充/放电锂离子电池的筛选方法。

背景技术

由于原材料、生产环境、生产工艺等原因，锂离子电池会存在不一致的问题。传统的锂离子电池筛选方式通常是在较小的电流下进行容量、电压及电阻的筛选。如果在小电流下，可以认为电池内的电化学反应是一种准静态过程，这样的电池筛选配组使用时候问题不大。但是在大电流的情况下，电池内部的电化学反应程度会加剧，另外，极小的内阻差异如果在10倍乃至25倍大的电流下，就会出现100倍至625倍的热效应。由此导致的温度变化，会进一步加大电池内阻和电压的波动，形成不一致的状态，进而降低电池组的安全性、可靠性以及循环使用寿命。

发明内容

本发明针对现有技术中锂离子电池的筛选方法不能有效地测试锂离子电池在大电流充放电过程中的实际性能和状态，以及单体电池本身的衰减和老化程度存在一定差异性，及由此导致组装后电池包的安全性、可靠性、使用寿命较差的技术问题，提出一种基于快速充/放电锂离子电池的筛选方法，结合低倍率，中倍率及高倍率条件下电芯容量、电压、内阻及恒流充入比一致性的变化，以及搁置后不同荷电状态下电池交流电阻的一致性进行电芯的筛选配组，本发明可以提高快充/快放锂离子电池使用的安全性、可靠性以及循环使用寿命。可保证快充/快放电池在不同倍率下充放电过程中电池状态的一致性，可以应用于各种类型、体系及规格的锂离子电池筛选过程中。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明通过对单体电池一次性进行低、高、中三个不同倍率的充放电循环，并根据测得的电容量、开路电压、直流内阻和恒流比(即恒流充电占总充电容量的百分比)与平均值的差作为标准对电池进行配组。

所述的不同倍率的充放电循环具体是指：以0.2C作为低电流、以电芯使用的最大电流作为大电流、以(小电流+大电流)/2±50％作为中电流进行充放电循环。

所述的不同倍率的充放电循环优选为：0.2C、2.5C、5C。

本发明具体包括如下步骤：

步骤1、将多个单体电池固定于电池测试设备上，利用条码读取设备获取多个单体电池的编码信息及溯源信息。

步骤2、对多个单体电池进行低倍率充放电循环后记录电容量C1、开路电压U1、直流内阻R1以及恒流比η1。

步骤3、依照电池使用情况，对多个单体电池进行高倍率充放电循环，记录电容量C2、开路电压U2、直流内阻R2以及恒流比η2。

步骤4、依照电池使用情况，对多个单体电池进行中倍率充放电循环，记录电容量C3、开路电压U3、直流内阻R3以及恒流比以及恒流比η3。

所述的充放电循环包含以下步骤：

1)恒流充电至设定电压；

2)恒压充电至设定电流；

3)搁置0～300分钟后进行恒流放电。

步骤5、计算不同单体电池步骤2、步骤3和步骤4中电容量差ΔCi，电压差ΔUi，直流内阻差ΔRi及恒流比差Δηi，即X＝C，U，R，η；i＝1，2，3；为X的均值；

步骤6、将多个单体电池进行搁置后，测量将电池补充电荷至不同状态下的交流内阻Ri，i＝4，5，6，......。

所述的搁置，其时间为3～100天。

步骤7、计算不同单体电池步骤6中测量的交流内阻差ΔRi，i＝4，5，6，......。

步骤8、按照不同倍率测试情况下对容量差别作为标准分档各单体电池，再将同一档的多个单电池电压差作为标准分档各单体电池，再将同一类别的单体电池按交流内阻值差作为标准进行分档，最后将同一类别单体电池按恒流充入比差作为标准进行分档。

所述的容量差别作为标准，是指：额定容量的0.1％-1％。

所述的电压差作为标准，是指：额定电压的0.03％-0.3％。

所述的恒流充入比差作为标准，是指：额定恒流充入比的90％-110％。

所述的交流内阻值差作为标准，是指：额定电阻的1％-10％。

技术效果

与现有技术相比，本发明采用三点法对电芯进行筛选。即在大电流(该电池所使用的最大充放电电流)，小电流(0.2C)，以及中电流(大电流+小电流)/2三种状态下电池的容量，电压，内阻及恒流充入比一致性变化进行电池筛选。在此基础上，本发明还考虑了电池本身的衰减和老化程度存在一定差异性，因此又引入一个时间维度的筛选指标，即搁置后不同荷电下电池的交流内阻。本发明通过比较不同倍率下电池容量、电压、内阻以及恒流比及不同荷电状态下电池的内阻，能够很好的消除大电流放电过程及动态过程对电池使用过程的影响，使得锂离子电池的一致性提高，实现了电池系统的动态平衡，从而利于提高锂离子电池或者锂离子电池系统的综合能力和市场竞争力。

附图说明

图1为本发明流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例包括以下步骤：

步骤1、将同一批次设计容量为1500mAH的18650磷酸铁锂电芯固定于电池测试设备上，利用条码读取设备获取多个单体电池的编码信息及溯源信息

步骤2、对多个单体电芯进行低倍率0.2C充放电循环后记录电容量C1、开路电压U1、直流内阻R1以及恒流比η1，具体包括以下步骤：

1)以0.2C即0.3A电流恒流充电至额定电压3.7V，获得恒流充入容量C₀₁；

2)在此电压下，以恒压充电至电流为30mA，获得电池容量C1；

3)搁置5分钟；

4)进行0.3A电流恒流放电至电压2.0V。同时记录电池的容量C1、开路电压U1、直流内阻R1以及恒流比η1＝恒流充入容量C₀₁/充入总容量C1。

步骤3、依照电池使用情况，对多个单体电池进行大倍率5C充放电循环，记录电容量C2、开路电压U2、直流内阻R2以及恒流比η2，具体包括以下步骤：

1)以5C即7.5A电流恒流充电至额定电压3.7V，获得恒流充入容量C₀₂；

2)在此电压下，以恒压充电至电流为100mA，获得电池容量C2；

3)搁置10分钟；

4)进行7.5A电流恒流放电至电压2V。同时记录电池的容量C2、开路电压U2、直流内阻R2以及恒流比η2＝恒流充入容量C₀₂/充入总容量C2。

步骤4、依照电池使用情况，对多个单体电池进行中倍率2.5C充放电循环，记录电容量C3、开路电压U3、直流内阻R3以及恒流比以及恒流比η3，具体包括以下步骤：

1)以2.5C即3.75A电流恒流充电至额定电压3.7V，获得恒流充入容量C₀₃；

2)在此电压下，以恒压充电至电流为100mA，获得电池容量C3；

3)搁置10分钟；

4)进行3.75A电流恒流放电至电压2V。同时记录电池的容量C3、开路电压U3、直流内阻R3以及恒流比η3＝获得恒流充入容量C₀₃/充入总容量C3。

步骤5、将不同单体电池分别依照步骤2、步骤3和步骤4进行检测并得到对应的电容量差Δci、电压差Δui、直流内阻差ΔRi及恒流比差Δηi，i＝1，2，3分别指代低高中三种不同的充放电循环。

步骤8、按照不同倍率测试情况下对容量差别标准分档各单体电池，再将同一档的多个单电池电压降标准分档各单体电池，再将同一类别的单体电池按交流内阻值进行分档，最后将同一类别单体电池按恒流充入比进行分档。

上述的容量差别标准为：额定容量的0.1％-1％。

上述的电压差标准为：额定电压的0.03％-0.3％。

上述的直流内阻差标准为：额定电阻的1％-10％。

上述的恒流充入比差标准为：额定恒流充入比的90％-110％。

上述的交流内阻值差标准为，额定电阻的1％-10％

按照上述流程筛选的电池组装成4串1并，15串6并，及12串7并电池组各3组。采用三点式筛选方案后，电池的循环次数明显增强。至今，上述电池包在5C充放电下循环600周容量保持率还在90％以上，而采用单点式筛选后电池包通常循环100周以后容量衰减为初始的80％以下。此外，我们对电池包的温度进行监控，采用此筛选方式后，大电流情况下，电池包的温度由原先的70℃以上，控制到55℃以下，大大提高了大电流充放电电池的安全性。据于此，我们认为该筛选技术具有明显的先进性。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims

1.一种基于快速充/快锂离子电池的筛选方法，其特征在于，通过对单体电池一次性进行低、高、中三个不同倍率的充放电循环，并根据测得的电容量、开路电压、直流内阻和恒流比与平均值的差作为标准对电池进行配组；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的不同倍率的充放电循环为：0.2C、2.5C、5C。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，具体包括如下步骤：

步骤1、将多个单体电池固定于电池测试设备上，利用条码读取设备获取多个单体电池的编码信息及溯源信息；

步骤2、对多个单体电池进行低倍率充放电循环后记录电容量C1、开路电压U1、直流内阻R1以及恒流比η1；

步骤3、依照电池使用情况，对多个单体电池进行高倍率充放电循环，记录电容量C2、开路电压U2、直流内阻R2以及恒流比η2；

步骤4、依照电池使用情况，对多个单体电池进行中倍率充放电循环，记录电容量C3、开路电压U3、直流内阻R3以及恒流比以及恒流比η3；

步骤6、将多个单体电池进行搁置后，测量将电池补充电荷至不同状态下的交流内阻Ri，i＝4，5，6，......；

步骤7、计算不同单体电池步骤6中测量的交流内阻差ΔRi，i＝4，5，6，......；

步骤8、按照不同倍率测试情况下对容量差别作为标准分档各单体电池，再将同一档的多个单电池电压降作为标准分档各单体电池，再将同一类别的单体电池按交流内阻值作为标准进行分档，最后将同一类别单体电池按恒流充入比差作为标准进行分档。

4.根据权利要求1～3中任一所述的方法，其特征是，所述的充放电循环包含以下步骤：

1)恒流充电至设定电压；

2)恒压充电至设定电流；

3)搁置0～300分钟后进行恒流放电。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征是，所述的搁置，其时间为3～100天。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征是，所述的容量差别作为标准，是指：额定容量的0.1％-1％；

所述的电压差作为标准，是指：额定电压的0.03％-0.3％；

所述的恒流充入比差作为标准，是指：额定恒流充入比的90％-110％；

所述的交流内阻值差作为标准，是指：额定电阻的1％-10％。