CN111458061A - 一种用于找寻减缓锂离子电池衰减用缓冲板的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于找寻减缓锂离子电池衰减用缓冲板的方法，包括以下步骤：步骤1：选取i块初始状态的单体电池，将每块电池的两侧按设计标准放置两块缓冲板；步骤2：对i块单体电池进行N次相同工况的充放电测试，且对充放电测试后的每块电池进行定容测试和直流内阻测试；步骤3：将步骤2循环进行n次；步骤4：依次对比剩余的单体电池的容量和直流内阻，将单体电池的容量作为第一优先级，将单体电池的直流内阻作为第二优先级，确定最优的缓冲板；本发明能够定量计算缓冲板的弹性模量，将不同弹性模量的缓冲板做对比，找寻减缓离子子电池衰减效果最佳的缓冲板，为锂离子电池的衰减延缓提供了一种新的方法，可以在电动汽车领域广泛推广。

Description

一种用于找寻减缓锂离子电池衰减用缓冲板的方法
技术领域
本发明涉及电动汽车用锂离子电池领域，尤其涉及一种用于找寻减缓锂离子电池衰减用缓冲板的方法。
背景技术
锂离子电池作为现今新能源汽车的核心部件，其性能直接决定新能源的汽车的发展关键，现如今，锂离子动力电池的市场与应用呈现爆发式发展。锂离子电池的应用必然存在着大量的充放电循环过程。
锂离子电池充电时，锂离子从正极脱出，嵌入负极石墨，负极膨胀；放电时，锂离子从负极脱出，嵌入层状的正极材料中膨胀。同时，在电池的老化过程中，电解液也会产生气体导致电池膨胀，电池膨胀将直接导致正负极材料的脱落与锂离子电池的快速衰减。这不仅影响电池的使用寿命及循环，而且对模组的电芯容纳电位，尺寸设计也带来了很大影响。
试验证明，在锂离子电池使用过程中，给锂离子电池合适的预紧力，使锂离子电池的膨胀保持在一定空间内，锂离子电池的循环寿命将有较大的提升。
现有的锂离子电池模组是由多块单体电池构成的，单体电池装入模组后由设置在单体电池之间的缓冲板隔断，在给定缓冲板一个预紧力或者定尺寸并在投入使用后便不会再对电池模组进行测试，直至寿命的终止。
授权公告号为CN205808609U的中国专利文件公开了一种用于测量锂离子电池电芯在电池模组中膨胀力的装置，通过该装置能够测量锂离子电池的膨胀力，且另一篇发明专利CN108828447公布了一种锂离子电池最佳预紧力测试方法和测试系统，用于锂离子电池最佳预紧力的测试。
但是锂离子电池在循环过程中最佳压紧力(锂离子电池膨胀力的反作用力)是一直变化的，伴随充电过程锂离子电池膨胀，需要一个合适的压紧力以保证锂离子电池的厚度维持在一定范围内，也就是说电芯内部极片需要保持一定间距：如果不施加外力或者外力过小，那么电芯内部的极片膨胀，间距增大，电芯的内阻增大，同时随着循环次数的增大多，极片的无限制膨胀和活性材料脱落，将加速锂离子电池的衰减与内阻增大；如果施加的外力过大，电芯内部的极片失去膨胀空间，那么极片极容易发生断裂，同时加大锂离子嵌入阻力，锂离子电池极化内阻增大，这样也会导致锂离子电池的快速衰减；由现有锂离子电池的结构可知，最佳压紧力是由设置在单体电池之间的缓冲板提供的，那么为了解决上述问题，找寻一种能够给予锂离子电池最佳压紧力地缓冲板就显得尤为重要了。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于找寻减缓锂离子电池衰减用缓冲板的方法，能够利用缓冲板弹性模量与锂离子电池衰减周期之间的关系，找寻能够为单体电池提供最佳压紧力的缓冲板。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于找寻减缓锂离子电池衰减用缓冲板的方法，包括以下步骤：
步骤1：选取i块初始状态的单体电池，将每块电池的两侧按设计标准放置两块缓冲板，第i块单体电池两侧的缓冲板的弹性模量对应定义为Ei，其中i≥5；
步骤2：对i块单体电池进行N次相同工况的充放电测试，且对充放电测试后的每块电池进行定容测试和直流内阻测试；
步骤3：将步骤2循环进行n次，若在n次循环测试内，有一块或者多块单体电池达到了截止条件，则淘汰这一块或者多块单体电池；对剩余的单体电池继续进行相同工况的充放电测试，直至n次循环测试结束；
所述的截止条件为：
单体电池的容量衰减至初始容量的80％或者单体电池的直流内阻增加50％。
步骤4：依次对比剩余的单体电池的容量和直流内阻，将单体电池的容量作为第一优先级，将单体电池的直流内阻作为第二优先级，确定最优的缓冲板；具体的，采用以下方法：
若剩余的单体电池的容量不同，则剩余的单体电池中容量最大的那一块单体电池对应的缓冲板即为最优缓冲板；
若剩余的单体电池的容量相同，则剩余的单体电池中直流内阻最小的那一块单体电池对应的缓冲板即为最优缓冲板。
步骤1所述的缓冲板的弹性模量测试方法为：
步骤1.1：利用可变位移膨胀力测试装置，将一块初始状态的单体电池加装在可变位移膨胀力测试装置中，调节夹板之间距离为单体电池设计厚度L0，记录单体电池被夹板加持的面积A0，记录此时的单体电池膨胀力F0；
步骤1.2：将可变位移膨胀力测试装置设置为定力变位移模式，其中，膨胀力定为F0；对单体电池进行充放电测试，并记录电单体电池在充放电过程中的最大厚度变化△Lmax；
步骤1.3：将可变位移膨胀力测试装置设置为定位移变力模式，其中，加紧厚度为L0；对单体电池进行充放电测试，并记录电单体电池在充放电过程中的最大膨胀力Fmax；
记夹板的弹性模量
Figure BDA0002428794090000031
其中，L为夹板的厚度；
步骤1.4：定义第i块单体电池对应的缓冲板的弹性模量Ei：
Ei＝E0*Mi；
其中，M为第i块单体电池对应的缓冲板的弹性模量Ei与夹板的弹性模量E0之间比例系数。
步骤2所述的N的取值范围为20≤N≤1000。
步骤3所述的n的取值范围为n≤100。
所述缓冲板可采用塑料或者树脂材料制成。
本发明的有益效果：
本发明所述的一种用于找寻减缓锂离子电池衰减用缓冲板的方法，能够定量计算缓冲板的弹性模量，并将不同弹性模量的缓冲板做对比，找寻减缓离子子电池衰减效果最佳的缓冲板，为锂离子电池模组的衰减延缓提供了一种新的方法，可以在电动汽车领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明所述的一种用于找寻减缓锂离子电池衰减用缓冲板的方法，包括以下步骤：
步骤1：选取i块初始状态的单体电池，将每块电池的两侧按设计标准放置两块缓冲板，第i块单体电池两侧的缓冲板的弹性模量对应定义为Ei，其中i≥5；
步骤2：对i块单体电池进行N次相同工况的充放电测试，且对充放电测试后的每块电池进行定容测试和直流内阻测试；
步骤3：将步骤2循环进行n次，若在n次循环测试内，有一块或者多块单体电池达到了截止条件，则淘汰这一块或者多块单体电池；对剩余的单体电池继续进行相同工况的充放电测试，直至n次循环测试结束；
所述的截止条件为：
单体电池的容量衰减至初始容量的80％或者单体电池的直流内阻增加50％。
步骤4：依次对比剩余的单体电池的容量和直流内阻，将单体电池的容量作为第一优先级，将单体电池的直流内阻作为第二优先级，确定最优的缓冲板；具体的，采用以下方法：
若剩余的单体电池的容量不同，则剩余的单体电池中容量最大的那一块单体电池对应的缓冲板即为最优缓冲板；
若剩余的单体电池的容量相同，则剩余的单体电池中直流内阻最小的那一块单体电池对应的缓冲板即为最优缓冲板。
步骤1所述的缓冲板的弹性模量测试方法为：
步骤1.1：利用可变位移膨胀力测试装置，将一块初始状态的单体电池加装在可变位移膨胀力测试装置中，调节夹板之间距离为单体电池设计厚度L0，记录单体电池被夹板加持的面积A0，记录此时的单体电池膨胀力F0；
步骤1.2：将可变位移膨胀力测试装置设置为定力变位移模式，其中，膨胀力定为F0；对单体电池进行充放电测试，并记录电单体电池在充放电过程中的最大厚度变化△Lmax；
步骤1.3：将可变位移膨胀力测试装置设置为定位移变力模式，其中，加紧厚度为L0；对单体电池进行充放电测试，并记录电单体电池在充放电过程中的最大膨胀力Fmax；
记夹板的弹性模量
Figure BDA0002428794090000051
其中，L为夹板的厚度；
步骤1.4：定义第i块单体电池对应的缓冲板的弹性模量Ei：
Ei＝E0*Mi；
其中，M为第i块单体电池对应的缓冲板的弹性模量Ei与夹板的弹性模量E0之间比例系数。
步骤2所述的N的取值范围为20≤N≤1000。
步骤3所述的n的取值范围为n≤100。
所述缓冲板可采用塑料或者树脂材料制成。
为了便于本领域技术人员进一步理解本发明的技术方案，下面将以具体的实施例对本发明所述的技术方案做进一步说明：
步骤1：选取i块初始状态的单体电池，将每块电池的两侧按设计标准加装两块缓冲板，第i块单体电池两侧的缓冲板的弹性模量对应定义为Ei；
其中，本实施例采用10AH的单体电池(三元/石墨体系，方形铝壳，功率型)，长厚高分别为：120mm*18mm*88mm；用于测试的电池外观无破损、毛刺以及凸起，电池厚度为设计值18*(1±1％)mm，电池的容量差≤0.1AH，内阻差≤0.02mΩ；
进一步的，缓冲板的弹性模量的测试方法为：
本实施例中，取i＝8，第i块单体电池的厚度、容量及直流内阻如下表1所示：
Figure BDA0002428794090000052
表1：第i块单体电池的厚度、容量及直流内阻；
并根据上述缓冲板的弹性模量的测试方法，测试过程如下：
步骤1.1：利用可变位移膨胀力测试装置，将1#单体电池加装在可变位移膨胀力测试装置中，调节夹板之间距离为1#单体电池设计厚度L0＝18.0mm，记录1#单体电池被夹板加持的面积A0＝0.01056m2，记录此时的1#单体电池膨胀力F0＝1100N；其中，夹板的厚度均为1mm；
步骤1.2：将可变位移膨胀力测试装置设置为定力变位移模式，其中，膨胀力定为F0＝1100N；对1#单体电池进行充放电测试，并记录1#单体电池在充放电过程中的最大厚度变化△Lmax＝0.2mm；
步骤1.3：将可变位移膨胀力测试装置设置为定位移变力模式，其中，加紧厚度为L0＝18.0mm；对1#单体电池进行充放电测试，并记录1#单体电池在充放电过程中的最大膨胀力Fmax＝1500N；
记夹板的弹性模量
Figure BDA0002428794090000061
其中，L为夹板的厚度；
提前测得M2＝1.2，M3＝1.5，M4＝1.8，M5＝2.1，M6＝2.4；由Ei＝E0*Mi可得到第i块单体电池两侧的缓冲板的弹性系数如下表2所示：
Figure BDA0002428794090000062
表2：第i块单体电池两侧的缓冲板的弹性系数；
步骤2：本实施例中，对各组电池以5C/5C进行相同工况的充放电测试，每1000次测试后定容并测试10S放电直流内阻，记录每个单体电池容量保持率与内阻变化；
其中，单体电池的直流内阻RDCR计算方法如下：
记单体电池的电压为U0，对该单体电池以电流I＝300A放电10s，记录电压为U1，则：
Figure BDA0002428794090000071
步骤3：将步骤2循环进行11次，本实施例以5#、7#、8#单体电池为例说明，8#单体电池在第10次循环时，容量衰减至71.5％，达到截止条件，直接淘汰，结果如下表所示：
Figure BDA0002428794090000072
表3：5#、7#、8#单体电池循环测试后的容量及直流内阻；
步骤4：依次对比剩余的单体电池的容量和直流内阻，将单体电池的容量作为第一优先级，将单体电池的直流内阻作为第二优先级，确定最优的缓冲板；由上表可知，5#单体电池的容量衰减至89.3％，优于7#单体电池的85.3％，因此，5#单体电池对应的弹性模量为1.491MPa缓冲板即为最佳缓冲板，可以有效减缓电池的衰减。
本发明的有益效果：
本发明所述的一种用于找寻减缓锂离子电池衰减用缓冲板的方法，能够定量计算缓冲板的弹性模量，并将不同弹性模量的缓冲板做对比，找寻减缓离子子电池衰减效果最佳的缓冲板，为锂离子电池模组的衰减延缓提供了一种新的方法，可以在电动汽车领域广泛推广。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种用于找寻减缓锂离子电池衰减用缓冲板的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：选取i块初始状态的单体电池，将每块电池的两侧按设计标准放置两块缓冲板，第i块单体电池两侧的缓冲板的弹性模量对应定义为Ei，其中i≥5；
步骤2：对i块单体电池进行N次相同工况的充放电测试，且对充放电测试后的每块电池进行定容测试和直流内阻测试；
步骤3：将步骤2循环进行n次，若在n次循环测试内，有一块或者多块单体电池达到了截止条件，则淘汰这一块或者多块单体电池；对剩余的单体电池继续进行相同工况的充放电测试，直至n次循环测试结束；
所述的截止条件为：
单体电池的容量衰减至初始容量的80％或者单体电池的直流内阻增加50％。
步骤4：依次对比剩余的单体电池的容量和直流内阻，将单体电池的容量作为第一优先级，将单体电池的直流内阻作为第二优先级，确定最优的缓冲板；具体的，采用以下方法：
若剩余的单体电池的容量不同，则剩余的单体电池中容量最大的那一块单体电池对应的缓冲板即为最优缓冲板；
若剩余的单体电池的容量相同，则剩余的单体电池中直流内阻最小的那一块单体电池对应的缓冲板即为最优缓冲板。
2.根据权利要求1所述的一种用于找寻减缓锂离子电池衰减用缓冲板的方法，其特征在于，步骤1所述的缓冲板的弹性模量测试方法为：
步骤1.1：利用可变位移膨胀力测试装置，将一块初始状态的单体电池加装在可变位移膨胀力测试装置中，调节夹板之间距离为单体电池设计厚度L0，记录单体电池被夹板加持的面积A0，记录此时的单体电池膨胀力F0；
步骤1.2：将可变位移膨胀力测试装置设置为定力变位移模式，其中，膨胀力定为F0；对单体电池进行充放电测试，并记录电单体电池在充放电过程中的最大厚度变化△Lmax；
步骤1.3：将可变位移膨胀力测试装置设置为定位移变力模式，其中，加紧厚度为L0；对单体电池进行充放电测试，并记录电单体电池在充放电过程中的最大膨胀力Fmax；
记夹板的弹性模量
Figure FDA0002428794080000021
其中，L为夹板的厚度；
步骤1.4：定义第i块单体电池对应的缓冲板的弹性模量Ei：
Ei＝E0*Mi；
其中，M为第i块单体电池对应的缓冲板的弹性模量Ei与夹板的弹性模量E0之间比例系数。
3.根据权利要求1所述的一种用于找寻减缓锂离子电池衰减用缓冲板的方法，其特征在于：步骤2所述的N的取值范围为20≤N≤1000。
4.根据权利要求1所述的一种用于找寻减缓锂离子电池衰减用缓冲板的方法，其特征在于：步骤3所述的n的取值范围为n≤100。
5.根据权利要求1所述的一种用于找寻减缓锂离子电池衰减用缓冲板的方法，其特征在于：所述缓冲板可采用塑料或者树脂材料制成。
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