CN110940923A - 锂离子电池的调荷方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种锂离子电池的调荷方法，包括：获得锂离子电池的温度‑电阻相关性系数K1和温度‑电压相关性系数K2；根据I＝K2/K1获得充放电电流值I；利用所述充放电电流值I对所述锂离子电池进行充放电，完成调荷过程。本申请采用设置充放电电流的调荷方法，可以准确地对不同型号的电池进行调荷，从而获取较高的电压一致性，避免了盲目尝试，提高了调荷效率。
Description
技术领域
本申请涉及锂离子电池制造领域，特别涉及一种锂离子电池的调荷方法。
背景技术
在锂离子电池制造技术领域，电池的荷电状态一致性是电池一项关键的技术指标。电池的荷电状态，即电池现有容量与电池总容量的百分比，而较高的荷电状态一致性是电池串并联的基础，因此荷电状态一致性在锂离子电池的制造领域属于一项关键性技术指标。
要提高电池的荷电状态一致性，需要对电池的荷电状态进行调整(调荷)，通常的方式有两种：一种是将电池放光电，而后充入固定的容量A，则此时电池的荷电状态为A/B(B为电池的总容量)，由于不同电池的总容量B存在差别，使得不同电池的荷电状态存在差别；另一种方式是，基于电池的荷电状态与电压存在对应关系(对于同一品种的电池，若拥有相同的电压，即拥有相同的荷电状态)，故在电池放光电后，将所有电池充电至统一的电压，计划得到较高的电压(荷电状态)一致性，但在实际生产过程中，这种方法得到的电压一致性往往不能满足要求。
发明内容
本申请要解决的技术问题是现有的调荷方法不能得到较高的荷电状态一致性。
为解决上述技术问题，本申请公开了一种锂离子电池的调荷方法，包括：
获得锂离子电池的温度-电阻相关性系数K1和温度-电压相关性系数K2；根据I＝K2/K1获得充放电电流值I；利用所述充放电电流值I对所述锂离子电池进行充放电，完成调荷过程。
可选的，获得所述锂离子电池的温度-电阻相关性系数K1包括：将所述锂离子电池放入不同温度的恒温装置进行保温，测量不同温度对应的电池电阻值；根据不同温度及其对应的电池电阻值获得所述温度-电阻相关性系数K1。
可选的，将不同温度及其对应的电池电阻值进行线性拟合，所得直线的斜率为温度-电阻相关性系数K1。
可选的，获得所述锂离子电池的温度-电压相关性系数K2包括：将所述锂离子电池放入不同温度的恒温装置进行保温，测量不同温度对应的电池电压值；根据不同温度及其对应的电池电压值获得所述温度-电压相关性系数K2。
可选的，将不同温度及其对应的电池电压进行线性拟合，所得直线的斜率为温度-电压相关性系数K2。
可选的，采用Minitab软件进行线性拟合。
可选的，所述利用所述充放电电流值I对所述锂离子电池进行充放电包括：以所述充放电电流值I对所述锂离子电池进行充放电，直至充放至预定电压。
可选的，所述充放电电流值I＝K2/K1根据下述方式推得：根据V0＝V-V1-V2＝V-I*(R0-K1T)-K2*(T-T0)＝V-I*R0+T0K2+(I*K1-K2)*T，为使锂离子电池在基准温度T0下的实际电压值V0达到一致性，则设定(I*K1-K2)*T＝0；其中，V为电池电压测量值，V1为电池极化导致的电压偏离值，V2为温度导致的电压偏离值，R0为基准电阻值，T为电池温度。
可选的，所述基准温度T0为25℃。
与现有技术相比，本申请技术方案至少具有如下有益效果：
利用锂离子电池的温度-电阻相关性系数和温度-电压相关性系数设置充放电电流值，对锂离子电池进行充放电，即可完成调荷过程，由于所设置的充放电电流值是以获取较高电压值一致性为前提，因此按照该充放电电流值对锂离子电池进行充放电，可以一次性完成调荷过程，且调荷后的锂离子电池呈现较高的电池电压一致性。
通过将影响电池电压一致性的因素均考虑在内，获得可以获取较高电压一致性的充放电电流公式，通过该充放电电流公式可以准确地计算出充放电的电流值。
采用计算量化的调荷方法，可以准确的对不同型号的电池进行调荷，从而获取较高的电压一致性，避免了盲目尝试，提高了调荷效率。
通过将电池放入不同温度的恒温装置并对其电阻和电压进行测量，获得不同温度下的电池电阻及电池电压，再通过线性拟合的方式可以获得接近真实情况的温度-电阻相关性系数和温度-电压相关性系数，整个测量过程简单、易于操作。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例的锂离子电池的调荷方法的流程示意图；
图2为本申请实施例的温度-电阻相关性系数K1的测试方法流程图；
图3为本申请实施例的温度-电压相关性系数K2的测试方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。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的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
本申请实施例提供的一种锂离子电池的调荷方法，通过计算量化的方式，可以较为准确地确定调荷时的充放电电流值，按照计算获得的充放电电流值完成调荷过程，获得较高的电压一致性，实现了一次性精准调荷，避免了盲目尝试，提高了调荷效率。
请参考图1，本申请实施例的锂离子电池的调荷方法，包括：
S10：获得锂离子电池的温度-电阻相关性系数K1和温度-电压相关性系数K2；
S20：根据I＝K2/K1获得充放电电流值I；
S30：利用所述充放电电流值I对所述锂离子电池进行充放电，完成调荷过程。
其中，所述锂离子电池的温度-电阻相关性系数K1和温度-电压相关性系数K2可以是经验值，也可以是通过测量并计算获得。
本实施例中，请参考图2，获得所述锂离子电池的温度-电阻相关性系数K1包括：
S101：将所述锂离子电池放入不同温度的恒温装置进行保温，测量不同温度对应的电池电阻值；
S102：根据不同温度及其对应的电池电阻值获得所述温度-电阻相关性系数K1。
具体实施时，取一只锂离子电池，将其放入一定温度的恒温箱内保温至一固定温度，使用电阻测量仪测量该固定温度下锂离子电池的电阻值，该固定温度可以根据实际情况进行设定，需要注意的是，必须确保电阻测量仪在测量时，锂离子电池的温度保持恒定，以准确测量出在该固定温度下锂离子电池的电阻值。然后再将该锂离子电池放入其他温度的恒温箱内，重复上述操作，以获得不同温度对应的电阻值，重复实验尽可能多，以降低误差。
当然，也可同时准备若干只同一批次且型号一样的锂离子电池和若干个不同温度的恒温箱，在每个恒温箱中放入一只锂离子电池，待锂离子电池的温度恒定，用电阻测量仪分别测量锂离子电池的电阻值，获得不同温度对应的锂离子电池的电阻值。这种测量方式可以缩短测量时间，但是即便同一批次且型号一样的锂离子电池也会有差异，因此较采用同一只锂离子电池测试的误差大。在实际操作过程中，可以综合工作量及误差范围，选择合适的测试方法。
获得不同温度下的电阻值后，需要对温度与相应的电阻值进行数据处理，得到温度与电阻值之间的相关性。一般可以将不同温度及其对应的电阻值进行拟合，例如线性拟合，所得直线的斜率即为温度-电阻相关性系数K1，通过温度-电阻相关性系数K1就可以衡量温度与电阻值之间的相关性。
可以进行拟合的方法有很多，通常具有数据处理功能的软件均可以实现拟合操作。如Minitab软件、Origin软件、Mathematica软件等。以Minitab软件为例进行说明，首先以列为单位输入数据，变量一列，响应一列。
本申请的一个实例分别在10℃，15℃，20℃，25℃，30℃，35℃下测量了同一电池的电阻值，得到如表1的数据：
表1锂离子电池在不同温度下的电阻值
| 温度 | 电阻值 |
| 10℃ | 2mΩ |
| 15℃ | 1.8mΩ |
| 20℃ | 1.6mΩ |
| 25℃ | 1.4mΩ |
| 30℃ | 1.2mΩ |
| 35℃ | 1mΩ |
将表1的温度与电阻值以列为单位输入Minitab软件中，温度一列，电阻值一列。完成数据的输入，即开始进行线性拟合，点击菜单栏的“统计”按钮，选择“统计”栏中的“回归”选项，选中下拉菜单中的“拟合线图”。之后，在弹出的窗口中响应一栏输入“电阻值”，预测变量一栏输入“温度”，回归模型选择“线性”。点击“图形”选项，在弹出的窗口中选择残差图→正规，四合一，残差与变量选择“温度”，之后点击“确定”，出现拟合结果。通过拟合曲线的方程式，获得拟合直线的斜率，即为温度-电阻相关性系数K1＝0.04mΩ/℃。
类似的方式，请参考图3，获得所述锂离子电池的温度-电压相关性系数K2包括：
S111：将所述锂离子电池放入不同温度的恒温装置进行保温，测量不同温度对应的电池电压值；
S112：根据不同温度及其对应的电池电压值获得所述温度-电压相关性系数K2。
与获得锂离子电池的温度-电阻相关性系数K1的方法相似，取一只锂离子电池，将其放入一定温度的恒温箱内保温至一固定温度，使用电压测量仪测量该固定温度下锂离子电池的电压值，该固定温度可以根据实际情况进行设定，需要注意的是，必须确保电压测量仪在测量时，电池的温度保持恒定，以准确测量出在该固定温度下离锂子电池的电压值。然后再将该锂离子电池放入其他温度的恒温箱内，重复上述操作，以获得不同温度对应的电压值，重复实验尽可能多，以降低误差。
当然，也可同时准备若干只同一批次且型号相同的锂离子电池和若干个不同温度的恒温箱，在每个恒温箱中放入一只锂离子电池，待锂离子电池的温度恒定，用电压测量仪分别测量电池的电压值，获得不同温度对应的电压值。这种测量方式可以缩短测量时间，但是即便同一批次且型号一样的锂离子电池也会有差异，因此较同一只锂离子电池测试的误差大。在实际操作过程中，可以综合工作量及误差范围，选择合适的测试方法。
获得不同温度下的电压值后，需要对温度与相应的电压值进行数据处理，得到温度与电压值之间的相关性。一般可以将不同温度及其对应的电池电压值进行拟合，例如线性拟合，所得直线的斜率即为温度-电压相关性系数K2，通过温度-电压相关性系数K2就可以衡量温度与电压值之间的相关性。
可以进行拟合的方法有很多，同样以Minitab软件为例，进行线性拟合。例如，本申请一实例分别在10℃，15℃，20℃，25℃，30℃，35℃下测量了同一锂离子电池的电压值，得到如表2的数据：
表2锂离子电池在不同温度下的电压值
| 温度 | 电压值 |
| 10℃ | 3500mV |
| 15℃ | 3501mV |
| 20℃ | 3502mV |
| 25℃ | 3503mV |
| 30℃ | 3504mV |
| 35℃ | 3505mV |
将表2的温度与电压值输入Minitab软件中，温度一列，电压值一列。完成数据的输入，开始进行线性拟合。点击菜单栏的“统计”，选择“统计”栏中的“回归”选项，选中下拉菜单中的“拟合线图”。之后，在弹出的窗口中响应一栏输入“电压值”，预测变量一栏输入“温度”，回归模型选择“线性”。点击“图形”选项，在弹出的窗口中选择残差图→正规，四合一，残差与变量选择“温度”。之后点击“确定”，出现拟合结果。通过拟合曲线的方程式，获得拟合直线的斜率，即为温度-电压相关性系数K2＝0.2mV/℃。
获得温度-电阻相关性系数K1和温度-电压相关性系数K2的值，即可根据I＝K2/K1计算获得充放电电流值I，利用充放电电流值I对锂离子电池进行充放电。
在一具体实例中，利用充放电电流值I对锂离子电池进行充放电包括：以所述充放电电流值I对所述锂离子电池进行充放电，直至充放至预定电压。其中，预定电压的大小不作要求，根据实际需求进行设置。
进一步，所述充放电电流值I＝K2/K1的具体推导过程如下：
对目前的调荷方式进行深入分析，得出影响目前的调荷方式无法获得较好的电压一致性的两个因素，其一是由于锂离子电池在充放电过程中，锂离子电池的电压会出现偏离真实电压的现象，即极化现象；其二是锂离子电池的电压测量值与电池温度呈现一定的相关性，例如同一只锂离子电池在25℃下和在35℃下测得的电压值不同，因此导致无法对锂离子电池进行准确的调荷，使得电压一致性受到影响。
基于上述分析可知，锂离子电池的电压测量值V为：
V＝V0+V1+V2 (1)
其中V0为锂离子电池在基准温度T0下的实际电压值，基准温度T0一般为25℃，V1为电池极化导致的电压偏离值，V2为温度导致的电压偏离值。
根据极化理论可知，电池极化导致的电压偏离值V1可通过如下关系式计算：
V1＝I*R (2)
其中，I为充放电电流值，R为电池电阻值。
电池电阻值R与电池温度T呈负相关性，二者之间的关系如下：
R＝R0-K1T (3)
其中，R0为基准电阻值，K1温度-电阻相关性系数。
温度导致的电压偏离值V2与电池温度T呈正相关性，满足的关系式为：
V2＝K2*(T-T0) (4)
其中，K2为温度-电压的相关性系数。
根据关系式(1)～(4)，得到关于锂离子电池在基准温度T0下的实际电压值V0：
V0＝V-V1-V2＝V-I*(R0-K1T)-K2*(T-T0)＝V-I*R0+T0K2+(I*K1-K2)*T (5)
对关系式(5)进行分析可知，由于锂离子电池充电是以电压作为截止条件的，故所有锂离子电池拥有相同的电压测量值V；对于同一种型号的锂离子电池，其I*R0值及K2值均相同；不同的锂离子电池在充电时的电池温度T各不相同。因此，要想使锂离子电池在基准温度T0下的实际电压值V0具有较好的一致性，需要使：
(I*K1-K2)*T＝0 (6)
通过关系式(6)可以确定出充放电电流值I＝K2/K1。
整个推导过程综合考虑了影响调荷准确度的因素，由此获得的充放电电流值I最为贴近实际调荷的充放电电流值，所以采用本申请提出的方法设置充放电电流值I进行充放电后，获得的电池电压一致性远远高于目前的调荷方式。
在实际的调荷过程中，首先根据前述方法获得K1和K2的值，再将K1和K2的值代入关系式I＝K2/K1，计算获得充放电电流值I，按照充放电电流值I对所述锂离子电池进行充放电，完成调荷过程，即可获得较高的电池电压一致性，避免了盲目尝试，提高了调荷效率。
综上所述，在阅读本详细公开内容之后，本领域技术人员可以明白，前述详细公开内容可以仅以示例的方式呈现，并且可以不是限制性的。尽管这里没有明确说明，本领域技术人员可以理解本申请意图囊括对实施例的各种合理改变，改进和修改。这些改变，改进和修改旨在由本公开提出，并且在本公开的示例性实施例的精神和范围内。
此外，本申请中的某些术语已被用于描述本公开的实施例。例如，“一个实施例”，“实施例”和/或“一些实施例”意味着结合该实施例描述的特定特征，结构或特性可以包括在本公开的至少一个实施例中。因此，可以强调并且应当理解，在本说明书的各个部分中对“实施例”或“一个实施例”或“替代实施例”的两个或更多个引用不一定都指代相同的实施例。此外，特定特征，结构或特性可以在本公开的一个或多个实施例中适当地组合。
应当理解，在本公开的实施例的前述描述中，为了帮助理解一个特征，出于简化本公开的目的，本申请有时将各种特征组合在单个实施例、附图或其描述中。或者，本申请又是将各种特征分散在多个本申请的实施例中。然而，这并不是说这些特征的组合是必须的，本领域技术人员在阅读本申请的时候完全有可能将其中一部分特征提取出来作为单独的实施例来理解。也就是说，本申请中的实施例也可以理解为多个次级实施例的整合。而每个次级实施例的内容在于少于单个前述公开实施例的所有特征的时候也是成立的。
在一些实施方案中，表达用于描述和要求保护本申请的某些实施方案的数量或性质的数字应理解为在某些情况下通过术语“约”，“近似”或“基本上”修饰。例如，除非另有说明，否则“约”，“近似”或“基本上”可表示其描述的值的±20％变化。因此，在一些实施方案中，书面描述和所附权利要求书中列出的数值参数是近似值，其可以根据特定实施方案试图获得的所需性质而变化。在一些实施方案中，数值参数应根据报告的有效数字的数量并通过应用普通的舍入技术来解释。尽管阐述本申请的一些实施方案列出了广泛范围的数值范围和参数是近似值，但具体实施例中都列出了尽可能精确的数值。
本文引用的每个专利，专利申请，专利申请的出版物和其他材料，例如文章，书籍，说明书，出版物，文件，物品等，可以通过引用结合于此。用于所有目的的全部内容，除了与其相关的任何起诉文件历史，可能与本文件不一致或相冲突的任何相同的，或者任何可能对权利要求的最宽范围具有限制性影响的任何相同的起诉文件历史。现在或以后与本文件相关联。举例来说，如果在与任何所包含的材料相关联的术语的描述、定义和/或使用与本文档相关的术语、描述、定义和/或之间存在任何不一致或冲突时，使用本文件中的术语为准。
最后，应理解，本文公开的申请的实施方案是对本申请的实施方案的原理的说明。其他修改后的实施例也在本申请的范围内。因此，本申请披露的实施例仅仅作为示例而非限制。本领域技术人员可以根据本申请中的实施例采取替代配置来实现本申请中的申请。因此，本申请的实施例不限于申请中被精确地描述过的哪些实施例。
Claims (9)
1.一种锂离子电池的调荷方法，其特征在于，包括：
获得锂离子电池的温度-电阻相关性系数K1和温度-电压相关性系数K2；
根据I＝K2/K1获得充放电电流值I；
利用所述充放电电流值I对所述锂离子电池进行充放电，完成调荷过程。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池的调荷方法，其特征在于，获得所述锂离子电池的温度-电阻相关性系数K1包括：
将所述锂离子电池放入不同温度的恒温装置进行保温，测量不同温度对应的电池电阻值；
根据不同温度及其对应的电池电阻值获得所述温度-电阻相关性系数K1。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池的调荷方法，其特征在于，将不同温度及其对应的电池电阻值进行线性拟合，所得直线的斜率为温度-电阻相关性系数K1。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池的调荷方法，其特征在于，获得所述锂离子电池的温度-电压相关性系数K2包括：
将所述锂离子电池放入不同温度的恒温装置进行保温，测量不同温度对应的电池电压值；
根据不同温度及其对应的电池电压值获得所述温度-电压相关性系数K2。
5.根据权利要求4所述的锂离子电池的调荷方法，其特征在于，将不同温度及其对应的电池电压进行线性拟合，所得直线的斜率为温度-电压相关性系数K2。
6.根据权利要求3或5所述的锂离子电池的调荷方法，其特征在于，采用Minitab软件进行线性拟合。
7.根据权利要求1所述的锂离子电池的调荷方法，其特征在于，所述利用所述充放电电流值I对所述锂离子电池进行充放电包括：
以所述充放电电流值I对所述锂离子电池进行充放电，直至充放至预定电压。
8.根据权利要求1所述的锂离子电池的调荷方法，其特征在于，所述充放电电流值I＝K2/K1根据下述方式推得：
根据V0＝V-V1-V2＝V-I*(R0-K1T)-K2*(T-T0)＝V-I*R0+T0K2+(I*K1-K2)*T，
为使锂离子电池在基准温度T0下的实际电压值V0达到一致性，则设定(I*K1-K2)*T＝0；其中，V为电池电压测量值，V1为电池极化导致的电压偏离值，V2为温度导致的电压偏离值，R0为基准电阻值，T为电池温度。
9.根据权利要求8所述的锂离子电池的调荷方法，其特征在于，所述基准温度T0为25℃。
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