CN111198328A - 一种电池析锂检测方法及电池析锂检测系统 - Google Patents

一种电池析锂检测方法及电池析锂检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电池析锂检测方法及电池析锂检测系统，包括如下步骤：S1：对电池进行恒流充电至截止电压；S2：对完成步骤S1的电池以所述截止电压进行恒压充电，同时采集电池的电流数据；S3：根据所述电流数据获取电流的变化特征，根据所述电流的变化特征判定电池是否析锂。利用电池恒压充电阶段电流的异常变化特征作为判定电池析锂的依据，在不拆解电池的基础上实现电池的析锂检测，方法简单，提高检测效率，降低检测成本。

Description

一种电池析锂检测方法及电池析锂检测系统
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检测方法及电池析锂检测系统。
背景技术
当前，从消费电子到新能源动力汽车领域，锂离子电池都已经是主要的能量存储和转化系统。锂离子电池的寿命和安全是人们最关心的，也是衡量锂离子电池性能好坏的最重要指标。析锂现象的发生与锂电子电池在充电过程中极化现象有关，析锂会导致电池容量迅速衰减，析出的锂形成的锂枝晶还可能刺穿隔膜导致电池内短路并可能引起热失控等安全问题。预先检测锂电池可能发生析锂的条件并限定这种条件的发生，能够有效延长锂离子电池寿命且提高锂离子电池安全性。
现有技术中，判定析锂的方法通常包括以下几种：1、采用不同充放电倍率对锂离子电池进行充放电循环，拆解电池观察负极表面来判断电池是否析锂，该方法耗费人力和物力；2、对电池进行循环充放电观察库伦效率变化，该方式耗时较长，能耗较大，且普通充放电柜计算的库伦效率精度差，无法准确判定电芯是否析锂；3、采用检测仪器对电池负极端子与电池金属外壳间的电压差进行检测来判定电池内部是否析锂，当电压差高于一定电压时判定电池内部无析锂，但该方法的有效性受电池结构的影响大。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种电池析锂检测方法及电池析锂检测系统，在不拆解电池的前提下有效检测电池是否产生析锂，简化检测方法，提高检测效率。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明提供一种电池析锂检测方法，包括如下步骤：
S1：对电池进行恒流恒压充电充电至截止电压；
S2：对完成步骤S1的电池以所述截止电压进行恒压充电，同时采集电池的电流数据；
S3：根据所述电流数据获取电流的变化特征，根据所述电流的变化特征判定电池是否析锂。
正常状态下，电池在恒压充电过程中，电流呈减小趋势。若电池内部出现析锂，由于内部平衡需求，离隔膜较近的负极析出的锂通过电解液传递至离隔膜较远的负极并嵌入，这一过程中使得原有电流基础上增加腐蚀电流，进而使得电流的变化表现异常。将电流的异常变化特征作为电池析锂的检测依据，方法简单且可靠性高，提高检测效率，降低检测成本。
可选地，在对所述电池充电之前，将电池搁置在温度箱内，直至电池与温度箱的环境温度达到热平衡。温度也是影响电池析锂的重要因素，将电池放置在稳定的温度环境中进行检测，一方面有效提高判定准确率，另一方面也可在需要时用于电池充电温度安全性检测。
可选地，所述温度箱内的环境温度范围为-50℃～80℃。
可选地，所述步骤S3包括：根据所述电流数据获取各个电流值对时间的导数，根据各个所述电流值对时间的导数数值随时间的变化特征判定电池是否析锂。
可选地，所述步骤S3具体包括：根据所述电流数据获取各个电流值对时间的一阶导数，根据各个所述电流值对时间的一阶导数获取一阶导数数值在充电过程中随时间的变化曲线，当所述变化曲线出现峰谷时，则判定电池析锂。电池产生析锂时，在内部腐蚀电流的作用下，电流变小的速度降低。利用电流对时间的一阶导数数值的变化曲线能够有效监测这一变化，进而判定电池是否析锂。
可选地，步骤S3具体包括：根据所述电流数据获取各个电流值对时间的二阶导数，当所述电流值对时间的二阶导数数值出现小于0时，则判定电池析锂。电流对时间的二阶导数数值的变化同样有效监测电流的变化特征。
可选地，所述电流数据的采集时间间隔小于等于10秒。
可选地，所述截止电压根据电池的荷电状态获得，所述电池的荷电状态为65％～100％。
可选地，所述电池的荷电状态为80％～100％。选用这一区域荷电状态对应的电压作为截止电压，使得后期恒压充电阶段的电流异常变化更易观察。
可选地，所述S2还包括：当电池达到截止电流时停止恒压充电，所述截止电流为0.01C～1C。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种用于实现上述析锂检测方法的析锂检测系统，包括电流采集模块，用于采集电池在恒流恒压充电过程中的恒压充电阶段的电流数据；识别模块，用于根据所述电流数据获取电流的变化特征；判断模块，根据所述电流的变化特征判断电池是否析锂。
本发明提供一种电池析锂检测方法及电池析锂检测系统。与现有技术相比，利用电池恒压充电阶段电流的变化特征作为判定电池析锂的依据，在不拆解电池的基础上实现电池的析锂检测，方法简单，提高检测效率，降低检测成本；在检测之前将电池放置在稳定的温度环境中进行检测，有效提高判定准确率。
附图说明
图1是本发明实施例一、实施例二、实施例三以及实施例四中电流值对时间的一阶导数变化曲线图；
图2是本发明实施例五和实施例六中电流值对时间的二阶导数变化曲线图；
图3是本发明实施例七和实施例八中电流值对时间的二阶导数变化曲线图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例一
本实施例提供一种电池析锂检测方法，包括如下步骤：
本实施例的测试条件：在25℃温度环境中，充电倍率为2C。
步骤1：将锂电池放置在环境温度为25℃的温度箱内5小时，使锂电池与温度箱内部达到热平衡；本实施例选用正极材料为三元材料和负极材料为石墨的锂电池作为检测对象。
步骤2：对锂电池以2C充电倍率进行恒流充电至电池OCV(电压)值达到4.138V，具体地，在进行恒流充电前，根据SOC(荷电状态)-OCV对应表获取电池在95％SOC时对应的OCV值为4.138V，将4.138V作为本实施例中锂电池的截止电压。
步骤3：对锂电池以4.138V的电压进行恒压充电直至锂电池达到截止电流，本实施例截止电流为0.05C，与此同时，采集锂电池电流数据，采集时间间隔为5s。
步骤4：根据所述电流数据计算采集到的各个电流值对时间的一阶导数dI/dt，进而获得各个dI/dt数值在充电过程中随时间的变化曲线，为方便说明，将这里的变化曲线定义为第一变化曲线，当第一变化曲线出现峰谷时，则判定电池析锂。如图1所示，第一变化曲线呈平滑增大趋势，因此判定锂电池未出现析锂。
验证：对完成检测的锂电池以1C放电倍率进行放电直至放空为止，接着拆解锂电池，未发现锂电池有析锂现象，确认本实施例的检测结果与事实相符。
实施例二
本实施例的测试条件：在-10℃温度环境中，充电倍率为2C。
将锂电池放置在环境温度为-10℃的温度箱内5小时，使得锂电池与温度箱达到热平衡。其余检测步骤与实施例一均相同，这里不再复述。计算采集到的各个电流值对时间的一阶导数dI/dt，获得各个dI/dt数值在充电过程中随时间的变化曲线，这里的变化曲线定义为第二变化曲线。如图1所示，第二变化曲线出现了峰谷，因此判定锂电池出现析锂。
验证：对完成检测的锂电池以1C放电倍率进行放电直至放空为止，接着拆解锂电池，发现锂电池有析锂现象，确认本实施例的检测结果与事实相符。
实施例三
本实施例的测试条件：在25℃温度环境中，充电倍率为5C。
本实施例与实施例一的区别在于，对锂电池以5C充电倍率进行恒流充电至电池OCV值达到4.138V，其余检测步骤与实施例一均相同，这里不再复述。计算采集到的各个电流值对时间的一阶导数dI/dt，获得各个dI/dt数值在充电过程中随时间的变化曲线，这里的变化曲线定义为第三变化曲线。如图1所示，第三变化曲线出现了峰谷，因此判定锂电池出现析锂。
验证：对完成检测的锂电池以1C放电倍率进行放电直至放空为止，接着拆解锂电池，发现锂电池有析锂现象，确认本实施例的检测结果与事实相符。
实施例四
本实施例的测试条件：在65℃温度环境中，充电倍率为2C。
本实施例与实施例一的区别在于将锂电池放置在环境温度为65℃的温度箱内5小时，使得锂电池与温度箱达到热平衡。其余检测步骤与实施例一均相同，这里不再复述。计算采集到的各个电流值对时间的一阶导数dI/dt，获得各个dI/dt数值在充电过程中随时间的变化曲线，这里的变化曲线定义为第四变化曲线。如图1所示，第四变化曲线呈平滑增大趋势，因此判定锂电池未出现析锂。
验证：对完成检测的锂电池以1C放电倍率进行放电直至放空为止，接着拆解锂电池，未发现锂电池有析锂现象，确认本实施例的检测结果与事实相符。
实施例五
本实施例的测试条件为：在20℃环境温度中，充电倍率为1.5C。
步骤1：先将锂电池放置在环境温度为20℃的温度箱内5小时，使得锂电池与温度箱达到热平衡。本实施例检测的锂电池类型与上述实施例均相同。
步骤2：对锂电池以1.5C充电倍率进行恒流充电至电池OCV值达到4.05V，具体地在进行恒流充电前，根据SOC-OCV对应表获取电池在85％SOC时对应的OCV值为4.05V，将4.05V作为本实施例中锂电池的截止电压。
步骤3：对锂电池以4.05V的电压进行恒压充电直至锂电池达到截止电流，本实施例中的截止电流为0.06C，与此同时，采集锂电池的电流数据，采集时间间隔为6s。
步骤4：根据电流数据计算采集到的各个电流值对时间的二阶导数d2I/dt2，进而获得各个d2I/dt2数值在充电过程中的变化曲线，这里的变化曲线定义为第五变化曲线，如图2所示，从第五变化曲线可以看出d2I/dt2值均大于0，因此判定锂电池未出现析锂。
验证：对完成检测的锂电池以1C放电倍率进行放电直至放空为止，接着拆解锂电池，未发现锂电池有析锂现象，确认本实施例的检测结果与事实相符。
实施例六
本实施例的测试条件为：在-15℃环境温度中，充电倍率为1.5C。
本实施例与实施例五的区别在于：将锂电池放置在环境温度为-15℃的温度箱内5小时，使得锂电池与温度箱内部达到热平衡。其余检测步骤与实施例五均相同，计算采集到的各个电流值对时间的二阶导数d2I/dt2，进而获得各个d2I/dt2数值在充电过程中的变化曲线，这里的变化曲线定义为第六变化曲线，如图2所示，从第六变化曲线可以看出，d2I/dt2出现小于0的波动阶段，因此判定锂电池出现析锂。
验证：对完成检测的锂电池以1C放电倍率进行放电直至放空为止，接着拆解锂电池，发现锂电池有析锂现象，确认本实施例的检测结果与事实相符。
实施例七
实施例的测试条件为：在20℃环境温度中，充电倍率为5.5C。
本实施例与实施例五的区别在于，对锂电池以5.5C充电倍率进行恒流充电至电池OCV值达到4.05V，其余检测步骤与实施例五均相同，这里不再复述。根据电流数据计算采集到的各个电流值对时间的二阶导数d2I/dt2，进而获得各个d2I/dt2数值在充电过程中的变化曲线，这里的变化曲线定义为第七变化曲线，如图2所示，从第七变化曲线可以看出d2I/dt2出现小于0的波动阶段，因此判定锂电池出现析锂。
验证：对完成检测的锂电池以1C放电倍率进行放电直至放空为止，接着拆解锂电池，发现锂电池出现析锂现象，确认本实施例的检测结果与事实相符。
实施例八
本实施例的测试条件为：在70℃环境温度中，充电倍率为1.5C
本实施例与实施例五的区别在于：将锂电池放置在环境温度为70℃的温度箱内5小时，使得锂电池与温度箱内部达到热平衡。其余检测步骤与实施例五均相同，计算采集到的各个电流值对时间的二阶导数d2I/dt2，进而获得各个d2I/dt2数值在充电过程中的变化曲线，这里的变化曲线定义为第八变化曲线，如图2所示，从第八变化曲线可以看出，d2I/dt2值均大于0，因此判定锂电池未出现析锂。
验证：对完成检测的锂电池以1C放电倍率进行放电直至放空为止，接着拆解锂电池，发现锂电池未发生析锂现象，确认本实施例的检测结果与事实相符。
实施例九
基于上述实施例提供的电池析锂检测方法，本实施例进一步给出实现上述方法的电池析锂检测系统，包括：电流采集模块，锂电池在恒流恒压充电过程中，电流采集模块用于采集恒压充电阶段的电流数据；识别模块，用于根据所述电流数据获取采集到的各个电流值对时间的一阶导数数值的变化特征，或者各个电流值对时间的二阶导数数值的变化特征；检测模块，用于根据一阶导数数值的变化特征或二阶导数数值的变化特征判断电池是否析锂。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种电池析锂检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：对电池进行恒流充电至截止电压；
S2：对完成步骤S1的电池以所述截止电压进行恒压充电，同时采集电池的电流数据；
S3：根据所述电流数据获取电流的变化特征，根据所述电流的变化特征判定电池是否析锂。
2.如权利要求1所述的电池析锂检测方法，其特征在于，在对所述电池充电之前，将电池搁置在温度箱内，直至电池与温度箱的环境温度达到热平衡。
3.如权利要求2所述的电池析锂检测方法，其特征在于，所述温度箱内的环境温度范围为-50℃～80℃。
4.如权利要求1所述的电池析锂检测方法，其特征在于，所述步骤S3包括：根据所述电流数据获取各个电流值对时间的导数，根据各个所述电流值对时间的导数数值随时间的变化特征判定电池是否析锂。
5.如权利要求4所述的电池析锂检测方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：根据所述电流数据获取各个电流值对时间的一阶导数，根据各个所述电流值对时间的一阶导数获取一阶导数数值在充电过程中随时间的变化曲线，当所述变化曲线出现峰谷时，则判定电池析锂。
6.如权利要求4所述的电池析锂检测方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：根据所述电流数据获取各个电流值对时间的二阶导数，当所述电流值对时间的二阶导数数值出现小于0时，则判定电池析锂。
7.如权利要求1所述的电池析锂检测方法，其特征在于，所述电流数据的采集时间间隔小于等于10秒。
8.如权利要求1所述的电池析锂检测方法，其特征在于，所述截止电压根据电池的荷电状态获得，所述电池的荷电状态为65％～100％。
9.如权利要求1所述的电池析锂检测方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：当电池达到截止电流时停止恒压充电，所述截止电流为0.01C～1C。
10.一种用于实施权利要求1-9中任一所述电池析锂检测方法的电池析锂检测系统，其特征在于，包括电流采集模块，用于采集电池在恒流恒压充电过程中的恒压充电阶段的电流数据；识别模块，用于根据所述电流数据获取电流的变化特征；判断模块，根据所述电流的变化特征判断电池是否析锂。
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