CN109613436A - 电池管理系统、电池系统及电池析锂的检测方法、装置 - Google Patents

电池管理系统、电池系统及电池析锂的检测方法、装置 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种电池析锂的检测方法、电池析锂的检测装置、电池管理系统和电池系统。其中，检测方法包括：采用恒流充电方式对电池进行充电，其中，充电电流为第一充电电流；当电池的端电压达到充电截止上限电压时，停止充电，并将电池静置；获取第一静置时刻电池的端电压和第二静置时刻电池的端电压，并获取电池析锂状态判定公式；根据第一静置时刻电池的端电压、第二静置时刻电池的端电压和判定公式判断电池是否析锂。该检测方法根据电池充电后静置过程中电池的端电压变化，即可判断电池负极界面是否析锂，大大缩短了检测时间，提高了检测效率，且降低了操作成本，同时也避免了对检测人员造成危害。

Description

电池管理系统、电池系统及电池析锂的检测方法、装置
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池析锂的检测方法、电池析锂的检测装置、电池管理系统和电池系统。
背景技术
锂离子电池具有高能量密度和良好的循环性能等优点，广泛应用于多个领域，特别是对电池能量密度和安全有更高的要求的电动汽车领域。
在对锂离子电池进行充电时，正极失去电子后电位上升，负极得到电子后电位下降。当负极某区域的电位持续降低到0V及以下时，锂离子在负极表面得电子后无法及时扩散进入负极，容易在负极表面析出成为锂枝晶。如若继续充电，锂持续析出，锂枝晶则会持续增长，当其长度和硬度累积到足够刺穿隔膜时，极易造成电池正负极短路发热、电池容量下降，甚至可能引起电池起火燃烧等。
相关技术中，通过解剖电池的方式确认负极表面的析锂状况，该技术具有以下缺点：1)电池需要充电，保证负极界面的颜色具有辨识度；2)锂析出后表面活性非常高，对解剖环境的要求非常高，必须在低湿度的环境中操作；3)操作具有破坏性，拆解结束后正极、负极、隔膜、机械件需要分开报废处理；4)拆解过程有一定的技术难度(特别是动力电芯)，且拆解过程中易造成正负极短路，同时电解液挥发会导致操作人员吸入有毒有害气体，对人体健康和安全不利。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的第一个目的在于提出一种电池析锂的检测方法，使得无需解剖电池便可实现对电池析锂情况的检测。
本发明的第二个目的在于提出一种电池析锂的检测装置。
本发明的第三个目的在于提出一种电池管理系统。
本发明的第四个目的在于提出一种电池系统。
为达上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种电池析锂的检测方法，该方法包括：
采用恒流充电方式对电池进行充电，其中，充电电流为第一充电电流；当所述电池的端电压达到充电截止上限电压时，停止充电，并将所述电池静置；获取第一静置时刻所述电池的端电压和第二静置时刻所述电池的端电压，并获取电池析锂状态判定公式；根据所述第一静置时刻所述电池的端电压、所述第二静置时刻所述电池的端电压和所述判定公式判断所述电池是否析锂。
本发明实施例提出的电池析锂的检测方法，根据电池充电后静置过程中电池的端电压变化，即可判断电池负极界面是否析锂，大大缩短了检测时间，提高了检测效率，且降低了操作成本，同时也避免了对检测人员造成危害。
为达上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种电池析锂的检测装置，该装置包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序。其中，所述处理器执行所述计算机程序时，实现上述第一方面实施例所提出的电池析锂的检测方法。
本发明实施例提出的电池析锂的检测装置，在其存储器上存储的与上述第一方面实施例提出的电池析锂的检测方法相对应的计算机程序在被处理器执行时，能够根据电池充电后静置过程中电池的端电压变化，即可判断电池负极界面是否析锂，大大缩短了检测时间，提高了检测效率，且降低了操作成本，同时也避免了对检测人员造成危害。
为达上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种电池管理系统，该控制系统包括：
充电模块，用于采用恒流充电方式对电池进行充电，并在所述电池的端电压达到充电截止上限电压时，停止对所述电池进行充电，以使所述电池静置，其中，充电电流为第一充电电流；获取模块，用于获取第一静置时刻所述电池的端电压和第二静置时刻所述电池的端电压，以及获取电池析锂状态判定公式；判断模块，用于根据所述第一静置时刻所述电池的端电压、所述第二静置时刻所述电池的端电压和所述判定公式判断所述电池是否析锂。
本发明实施例提出的电池管理系统，根据电池充电后静置过程中电池的端电压变化，即可判断电池负极界面是否析锂，大大缩短了检测时间，提高了检测效率，且降低了操作成本，同时也避免了对检测人员造成危害。
为了实现上述目的，本发明第四方面实施例提出了一种电池系统，该系统包括：电池；以及上述第二方面实施例提出的电池析锂的检测装置，或者，上述第三方面实施例提出的电池管理系统。
本发明实施例提出的电池系统，通过电池析锂的检测装置或者电池管理系统的正常工作，能够根据电池充电后静置过程中电池的端电压变化，即可判断电池负极界面是否析锂，大大缩短了检测时间，提高了检测效率，且降低了操作成本，同时也避免了对检测人员造成危害。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例提供的一种电池析锂的检测方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种电池析锂的检测方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的一种不同充电电流下电池静置过程中电池端电压变化曲线图；
图4为本发明实施例提出的一种电池析锂的检测装置的结构示意图；
图5为本发明实施例提出的一种电池管理系统的结构示意图；
图6为本发明实施例提出的一种电池系统的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述根据本发明实施例提出的电池析锂的检测方法、电池析锂的检测装置、电池管理系统和电池系统。
图1为本发明实施例所提供的一种电池析锂的检测方法的流程示意图。如图1所示，该方法具体包括以下步骤：
S101，采用恒流充电方式对电池进行充电，其中，充电电流为第一充电电流。
S102，当电池的端电压达到充电截止上限电压时，停止充电，并将电池静置。
其中，电池静置预设时间，第一静置时刻和第二静置时刻均发生在预设时间内。可选地，预设时间可以为60min。例如，第一静置时刻可发生在静置30min，第二静置时刻可发生在静置60min。
S103，获取第一静置时刻电池的端电压和第二静置时刻电池的端电压，并获取电池析锂状态判定公式。
其中，第一静置时刻和第二静置时刻均可发生在电池的端电压降低至第一预设电压之后，且第一预设电压小于充电截止上限电压。
在本发明的一个实施例中，电池析锂状态判定公式可预先通过如下实验获得：采用不同的第一充电电流，通过上述步骤S101、S102对电池充电后，解剖电池，获取析锂状态，并检测不同静置时刻对应的电池端电压。由此，可获得不同析锂状态与不同静置时刻的电池端电压的对应关系，进而通过数理统计，可得到通用的不同析锂状态与两静置时刻(t1、t2)的电池端电压差值之间的对应关系，即电池析锂状态判定公式。另外，通过上述实验，还可以确定电池的上限充电电流。
可选地，第一静置时刻和第二静置时刻可分别为上述确定电池析锂状态判定公式的t1、t2。
S104，根据第一静置时刻电池的端电压、第二静置时刻电池的端电压和判定公式判断电池是否析锂。
其中，判断电池是否析锂可包括：计算第一静置时刻电池的端电压与第二静置时刻电池的端电压之间的差值；获取判定公式对应的阈值参数；根据差值与阈值参数的比较结果判断电池是否析锂。
具体地，阈值参数可包括第一差值阈值、第二差值阈值和第三差值阈值，如果差值大于或者等于第一差值阈值，则判断电池不析锂；如果差值大于或者等于第二差值阈值且小于第一差值阈值，则判断电池轻微析锂；如果差值小于第二差值阈值，则判断电池严重析锂。
该电池析锂的检测方法，在已知电池析锂状态判定公式时，可根据电池充电后静置过程中，电池端电压的变化，判断电池负极界面是否析锂，由此，大大缩短了检测时间，提高了检测效率，且降低了操作成本，同时也避免了对检测人员造成危害。
图2为本发明实施例所提供的另一种电池析锂的检测方法的流程示意图。如图2所示，电池析锂的检测方法还包括以下步骤：
S201，当电池的端电压达到充电截止上限电压时，采用恒压充电方式对电池进行充电，直至电池的充电电流降低至第二充电电流时，停止充电，其中，第二充电电流小于第一充电电流。
在该实施例中，在获取电池析锂状态判定公式时，实验中采用步骤S101、S201对电池进行充电。可以理解，先恒流充电再恒压充电，能够在防止过充的同时，保证电池的容量。
为了便于理解，下面结合图3与表1、表2，通过一个具体实施例对上述的电池析锂的检测方法进行详细的说明：
当电池充电时，会伴随着极化现象的出现，即电池的端电压大于开路电压。充电结束后，电池内部电化学反应停止，逐渐消除极化，端电压逐渐回落。当用不同大小的充电电流对电池充电时，电池负极界面的反应速率不一致，极化程度不一致，休眠后端电压回落的速度也不一致，如图3所示。
当充电电流超出负极的能力，Li+在负极表面得电子还原成Li的速度高于Li进入负极石墨层扩散的速度时，就会在负极表面析出，形成锂枝晶，当改变负极表面的状态时，电池端电压的回落速度就发生明显的变化。
对于采用NCM三元(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2)材料，负极采用人造石墨体系的锂离子电池，通过预先实验，得到电池析锂状态的判定公式如下表1所示：
表1
根据上述判定公式，本发明的电池析锂检测的具体步骤如下：
(1)使用第一充电电流将电池充电至充电截止上限电压，再恒压充电至0.05C(C为电池标称容量)；
其中，恒压充电是为了防止恒流充电时可能造成的虚电，以免电池端电压的回跳，避免了电池容量不同对电压回落速度的影响，由此能够保证测试结果的准确性。
(2)静置60min并监控电池的端电压；
(3)当静置阶段端电压降低到一定程度后，截取一定时间段内的端电压差，例如，可截取充电结束后静置1800s时的端电压与静置3600s时的端电压之间的差值。
(4)套用判定公式，分析获取的端电压差值，判断电池的析锂状态。
另外，本发明还通过如下实验证明本发明检测方法的有效性：
实验中，对于采用NCM三元(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2)材料，负极采用人造石墨体系的锂离子电池，分别用不同的充电电流对电池进行充电后静置，同时为了确保实验数据的准确程度，针对一个充电电流设置三组电池。充电完成后，解剖电池确定负极表面的析锂情况，并截取充电完成后静置1800s和静置3600s时电池的端电压差值，结果如下表2所列：
表2
参照表2，在充电电流为1C、2C和3C时，通过解剖可知电池不析锂，此时截取的端电压差值分别约为1.3mV、1.1mV和1.0mV，通过本发明检测方法，也判断电池不析锂；在充电电流为4C时，通过解剖可知电池轻微析锂，截取的端电压差值约为0.8mV，通过本发明检测方法，也判断电池轻微析锂；在充电电流为5C时，通过解剖可知电池严重析锂，截取的端电压差值约为0.2mV，通过本发明检测方法，也判断电池轻微析锂。
也就是说，根据实际解剖结果，与通过本发明的检测方法的判定结果有极高的吻合度，由此可以说明本发明的检测方法切实有效，可以无损快速高效地判定锂离子电池的析锂状态。
综上所述，本发明实施例提出的电池析锂的检测方法，根据电池充电后静置过程中电池的端电压变化，即可判断电池负极界面是否析锂，大大缩短了检测时间，提高了检测效率，且降低了操作成本，同时也避免了对检测人员造成危害。
为了实现上述实施例，本发明提出一种电池析锂的检测装置。
图4为本发明实施例提出的一种电池析锂的检测装置的结构示意图。如图4所示，检测装置40包括存储器41、处理器42及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序43，其特征在于，处理器执行计算机程序43时，实现上述实施例中提出的电池析锂的检测方法。
本发明实施例提出的电池析锂的检测装置，在其存储器上存储的与上述实施例提出的电池析锂的检测方法相对应的计算机程序在被处理器执行时，能够根据电池充电后静置过程中电池的端电压变化，即可判断电池负极界面是否析锂，大大缩短了检测时间，提高了检测效率，且降低了操作成本，同时也避免了对检测人员造成危害。
为了实现上述实施例，本发明提出一种电池管理系统。
图5为本发明实施例提出的一种电池管理系统的结构示意图。如图5所示，电池管理系统50包括：充电模块51、获取模块52和判断模块53。
其中，充电模块51，用于采用恒流充电方式对电池进行充电，并在电池的端电压达到充电截止上限电压时，停止对电池进行充电，以使电池静置，其中，充电电流为第一充电电流。
获取模块52，用于获取第一静置时刻电池的端电压和第二静置时刻电池的端电压，以及获取电池析锂状态判定公式。
判断模块53，用于根据第一静置时刻电池的端电压、第二静置时刻电池的端电压和判定公式判断电池是否析锂。
需要说明的是，前述对电池析锂的检测方法实施例的解释说明也适用于该实施例的电池管理系统，此处不再赘述。
本发明实施例提出的电池管理系统，根据电池充电后静置过程中电池的端电压变化，即可判断电池负极界面是否析锂，大大缩短了检测时间，提高了检测效率，且降低了操作成本，同时也避免了对检测人员造成危害。
为了实现上述实施例，本发明还提出一种电池系统。
图6为本发明实施例提出的一种电池系统的结构示意图。
在本发明的一个实施例中，如图6所示，电池系统包括：电池60和电池析锂的检测装置40。
在本发明的另一个实施例中，电池系统包括：电池60和电池管理系统50。
本发明实施例提出的电池系统，通过其上电池析锂的检测装置和电池管理系统的正常工作，能够根据电池充电后静置过程中电池的端电压变化，即可判断电池负极界面是否析锂，大大缩短了检测时间，提高了检测效率，且降低了操作成本，同时也避免了对检测人员造成危害。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种电池析锂的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
采用恒流充电方式对电池进行充电，其中，充电电流为第一充电电流；
当所述电池的端电压达到充电截止上限电压时，停止充电，并将所述电池静置；
获取第一静置时刻所述电池的端电压和第二静置时刻所述电池的端电压，并获取电池析锂状态判定公式；
根据所述第一静置时刻所述电池的端电压、所述第二静置时刻所述电池的端电压和所述判定公式判断所述电池是否析锂。
2.根据权利要求1所述的电池析锂的检测方法，其特征在于，还包括：
当所述电池的端电压达到充电截止上限电压时，采用恒压充电方式对所述电池进行充电，直至所述电池的充电电流降低至第二充电电流时，停止充电，其中，所述第二充电电流小于所述第一充电电流。
3.根据权利要求1或2所述的电池析锂的检测方法，其特征在于，所述根据所述第一静置时刻所述电池的端电压、所述第二静置时刻所述电池的端电压和所述判定公式判断所述电池是否析锂，包括：
计算所述第一静置时刻所述电池的端电压与所述第二静置时刻所述电池的端电压之间的差值；
获取所述判定公式对应的阈值参数；
根据所述差值与所述阈值参数的比较结果判断所述电池是否析锂。
4.根据权利要求3所述的电池析锂的检测方法，其特征在于，所述阈值参数包括第一差值阈值、第二差值阈值和第三差值阈值，所述根据所述差值与所述阈值参数的比较结果判断所述电池是否析锂，包括：
如果所述差值大于或者等于所述第一差值阈值，则判断所述电池不析锂；
如果所述差值大于或者等于第二差值阈值且小于所述第一差值阈值，则判断所述电池轻微析锂；
如果所述差值小于所述第二差值阈值，则判断所述电池严重析锂。
5.根据权利要求1所述的电池析锂的检测方法，其特征在于，所述第一静置时刻和所述第二静置时刻均发生在所述电池的端电压降低至第一预设电压之后，其中，所述第一预设电压小于所述充电截止上限电压。
6.根据权利要求1或5所述的电池析锂的检测方法，其特征在于，所述电池静置预设时间，所述第一静置时刻和所述第二静置时刻均发生在所述预设时间内。
7.根据权利要求6所述的电池析锂的检测方法，其特征在于，所述预设时间为60min。
8.一种电池析锂的检测装置，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1-7中任一项所述的电池析锂的检测方法。
9.一种电池管理系统，其特征在于，包括：
充电模块，用于采用恒流充电方式对电池进行充电，并在所述电池的端电压达到充电截止上限电压时，停止对所述电池进行充电，以使所述电池静置，其中，充电电流为第一充电电流；
获取模块，用于获取第一静置时刻所述电池的端电压和第二静置时刻所述电池的端电压，以及获取电池析锂状态判定公式；
判断模块，用于根据所述第一静置时刻所述电池的端电压、所述第二静置时刻所述电池的端电压和所述判定公式判断所述电池是否析锂。
10.一种电池系统，其特征在于，包括：
电池；以及
根据权利要求8所述的电池析锂的检测装置，或者，根据权利要求9所述的电池管理系统。
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