CN111490301A - 一种判断电池失效补救时间的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电池技术领域,尤其涉及一种判断电池失效补救时间的方法,包括:检测电池充电平台电压和放电平台电压,得到RVC曲线和SVC曲线;分别分析RVC曲线和SVC曲线的变化趋势;从RVC曲线的变化趋势开始出现异常到SVC曲线的变化趋势开始出现异常的时间段内,即为电池失效补救时间。通过该方法以及系统能够监控电池开始出现电解液不足的时间点,找到电池失效补液的最佳时间段,在最佳时间点补注电解液,延长电池使用寿命,同时对电池安全使用起到预警作用。
Description
技术领域
本发明属于电池领域,尤其涉及一种判断电池失效补救时间的方法及系统。
背景技术
锂电池在循环过程中,电解液中的溶剂和添加剂在逐渐消耗,当电解液中某几种起关键作用的添加剂或溶剂消耗殆尽后,随着循环的继续进行,电池内阻会急剧增加,使得电池容量保持率急剧下降。
随着对于锂电池能量密度的要求越来越高,电池正负极极片压实密度越来越高,隔离膜越来越薄,电池内部孔隙越来越少,导致锂电池电解液保有量越来越少。若想注入更多的电解液,电解液势必会浮于电池表面,不但影响电池外观,而且增加电池厚度,还会降低电池能量密度。因此,不能在电池的制作初期就注入过多电解液。那么在电池开始缺少电解液的时候再补注电解液,是这种高能量密度电池失效时很好的补救办法。
那么判断电池失效时可以补救的时间段,是本领域亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的之一在于:提供一种判断电池失效补救时间的方法,能够监控电池开始出现电解液不足的时间点,找到电池失效补液的最佳时间段,在最佳时间点补注电解液,延长电池使用寿命,同时对电池安全使用起到预警作用。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种判断电池失效补救时间的方法,包括:
检测电池充电平台电压和放电平台电压,得到RVC曲线和SVC曲线;
分别分析所述RVC曲线和所述SVC曲线的变化趋势;
从所述RVC曲线的变化趋势开始出现异常到所述SVC曲线的变化趋势开始出现异常的时间段内,即为电池失效补救时间。
发明人发现,在电池容量急剧下降初期,电池会首先表现出内阻急剧增加,主要是电池极化起到了决定性作用。将电池极化程度用RVC曲线表示,当RVC曲线的变化趋势开始出现异常时,表明电池极化开始急剧增大,通过补注电解液,电池极化可以恢复到正常水平,电池容量保持也可以恢复到下降之前的水平。
发明人又发现,随着循环的继续进行,到了电池容量急剧下降的后期,电池内阻增加到一定程度后,电池负极表面会形成析锂,形成不可逆的副产物,当SVC曲线的变化趋势开始出现异常时,则代表电池开始发生副反应,不可逆锂开始增加,就会对电池容量造成不可逆的影响,即使再补充电解液,不可逆容量也不会消除。同时电池因表面析锂,如果继续使用,也会带来安全隐患。
因此,从RVC曲线的变化趋势开始出现异常到SVC曲线的变化趋势开始出现异常的时间段内,是电池补注电解液的最佳时间段。在这个时间段内,电池可以通过补液几乎恢复到容量急剧下降之前的水平。
作为本发明所述的判断电池失效补救时间的方法的一种改进,每完成一周充放电循环时,对电池的充电平台电压和放电平台电压进行检测。
作为本发明所述的判断电池失效补救时间的方法的一种改进,以充放电循环的次数为自变量,以每周充放电循环次数对应的充电平台电压和放电平台电压差值的一半为因变量,进行曲线拟合,得到RVC曲线;
以充放电循环的次数为自变量,以每周充放电循环次数对应的充电平台电压和放电平台电压加和的一半为因变量,进行曲线拟合,得到SVC曲线。具体的,SVC=(每周充电平台电压+每周放电平台电压)/2,RVC=(每周充电平台电压-每周放电平台电压)/2。
作为本发明所述的判断电池失效补救时间的方法的一种改进,当所述RVC曲线的斜率变化率开始大于预设的RVC曲线斜率变化率的阈值,且所述SVC曲线的斜率变化率与预设的SVC曲线斜率变化率相同时,即为所述电池失效补救时间的起始点。其中,预设的RVC曲线可由保液系数较大的电池的RVC曲线来确定。
作为本发明所述的判断电池失效补救时间的方法的一种改进,当所述RVC曲线的斜率变化率大于预设的RVC曲线斜率变化率的阈值,且所述SVC曲线的斜率变化率开始大于预设的SVC曲线斜率变化率的阈值时,即为所述电池失效补救时间的终点。其中,预设的SVC曲线可由保液系数较大的电池的SVC曲线来确定。
优选的,可在电池的封装边预留有毛细管,在电池失效补救时间内,通过毛细管向电池注入电解液,无需补液时将管密封,需要补液时通过毛细管补液后再次密封。
作为本发明所述的判断电池失效补救时间的方法的一种改进,所述方法用于锂离子电池、聚合物电池、锂金属电池或钠离子电池。
本发明的目的之二在于:提供一种判断电池失效补救时间的系统,包括:
第一检测单元,用于检测电池的充电平台电压;
第二检测单元,用于检测电池的放电平台电压;
分析确定单元,用于分别分析RVC曲线和SVC曲线的变化趋势,并分别在所述RVC曲线和所述SVC曲线的变化趋势发生异常时,给予提示;所述电池、所述第一检测单元、所述第二检测单元和所述分析确定单元相互通过信号连接。
作为本发明所述的判断电池失效补救时间的系统的一种改进,还包括计数单元,所述计数单元用于在检测过程中对充放电循环的次数进行计数,所述计数单元、所述电池、所述第一检测单元、所述第二检测单元和所述分析确定单元相互通过信号连接。
作为本发明所述的判断电池失效补救时间的系统的一种改进,所述第一检测单元和所述第二检测单元设置为电路板。电路板优选为PCB印刷电路板,还可以是能够达到相同效果的其它设备,根据实际情况可以灵活地设置。
作为本发明所述的判断电池失效补救时间的系统的一种改进,所述分析确定单元设置为电池管理系统。在电池包中,电池管理系统不但能够检测每一块电池的循环性能数据,同时可以根据电路板提供的RVC和SVC数据,综合分析RVC和SVC的曲线是否发生异常,然后加以提示,以提高电池的使用寿命,对电池的安全起到预警的作用。
本发明的有益效果包括但不限于:本发明提供了一种判断电池失效补救时间的方法及系统,检测电池充电平台电压和放电平台电压,得到RVC曲线和SVC曲线;分别分析RVC曲线和SVC曲线的变化趋势;从RVC曲线的变化趋势开始出现异常到SVC曲线的变化趋势开始出现异常的时间段内,即为电池失效补救时间。通过该方法以及系统能够监控电池开始出现电解液不足的时间点,找到电池失效补液的最佳时间段,在最佳时间点补注电解液,延长电池使用寿命,同时对电池安全使用起到预警作用。
附图说明
图1为实施例1中编号分别为1#和2#的电池的循环周数和循环容量保持率的曲线图。
图2为实施例1中编号分别为1#和2#的电池的循环周数和RVC曲线的曲线图。
图3为实施例1中编号分别为1#和2#的电池的循环周数和SVC曲线的曲线图。
图4为实施例2中编号分别为3#和4#的电池的循环周数和循环容量保持率的曲线图。
图5为实施例2中编号分别为3#和4#的电池的循环周数和RVC曲线的曲线图。
图6为实施例2中编号分别为3#和4#的电池的循环周数和SVC曲线的曲线图。
图7为实施例3中判断电池失效补救时间的系统的结构框图。
图中:1-第一检测单元,2-第二检测单元,3-分析确定单元,4-计数单元,5-电池。
具体实施方式
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解,硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式,而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语,故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内,本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题,基本达到所述技术效果。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、水平”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发明和简化描述,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发明的限制。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明作进一步详细说明,但不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例提供一种判断电池失效补救时间的方法,包括:
S1、对电池进行充放电循环测试,检测电池每周充电平台电压和每周放电平台电压,计算SVC值,SVC=(每周充电平台电压+每周放电平台电压)/2;计算RVC值,RVC=(每周充电平台电压-每周放电平台电压)/2。
以充放电循环的次数为自变量,以RVC值为因变量,进行曲线拟合,得到RVC曲线;
以充放电循环的次数为自变量,以SVC值为因变量,进行曲线拟合,得到SVC曲线。
S2、分别分析RVC曲线和SVC曲线的变化趋势;
S3、当RVC曲线的斜率变化率开始大于预设的RVC曲线斜率变化率的阈值,且SVC曲线的斜率变化率与预设的SVC曲线斜率变化率相同时,即为电池失效补救时间的起始点。
当RVC曲线的斜率变化率大于预设的RVC曲线斜率变化率的阈值,且SVC曲线的斜率变化率开始大于预设的SVC曲线斜率变化率的阈值时,即为电池失效补救时间的终点。
也就是说,从RVC曲线的变化趋势开始出现异常到SVC曲线的变化趋势开始出现异常的时间段内,即为电池失效补救时间。
事先在电池的封装边预留有毛细管,在电池失效补救时间内,通过毛细管向电池注入电解液,无需补液时将管密封,需要补液时通过毛细管补液后再次密封。
进一步地,该方法用于锂离子电池、聚合物电池、锂金属电池或钠离子电池。
下面结合具体实施例进行解释说明。
制备仅保液系数不同,其余相同的385872镍钴锰酸锂电池2只,编号为1#和2#,其中,1#电池的保液量低于2#电池的保液量。
容量和循环性能测试:在25℃下,以0.5C恒流充电至4.35V,4.35V恒压至1.0C,然后0.5C放电至3.0V,反复N次这种充放电循环,测定1#电池和2#电池第一次循环时的放电容量和第N次循环时的放电容量。
循环后的容量保持率=(第N次循环放电容量)/(第1次循环放电容量)×100%。
测试结果如图1~3所示,其中,S1阶段表示1#电池和2#电池的循环容量保持率曲线、RVC曲线和SVC曲线基本重合;S2阶段表示1#电池的RVC曲线的斜率开始发生突变,但是SVC曲线仍然重合;S3阶段表示1#电池的SVC曲线的斜率开始发生突变。
由图1~3可以看出,1#电池的保液系数比较低,2#电池保液系数较高,在循环过程中由于2#电池保的电解液比较多,未出现跳水。1#电池的电解液少,在1#电池的RVC曲线斜率开始出现变化时,即循环周数为280周时,电池极化开始增大,循环容量开始出现下降,此时可以开始补注电解液。在1#电池的SVC曲线斜率开始出现变化时,即循环周数为380周时,循环容量开始出现大幅度下降,电池已经开始发生副反应,不可逆锂已经开始增加,此时再补充电解液已经不能消除不可逆容量,而且电池表面开始出现析锂,不能继续使用。
实施例2
本实施例提供一种判断电池失效补救时间的方法,制备与1#电池相同的电池,编号为3#,制备与2#电池相同的电池,编号为4#,其中,3#电池的保液量低于4#电池的保液量。
容量和循环性能测试:在25℃下,以0.5C恒流充电至4.35V,4.35V恒压至1.0C,然后0.5C放电至3.0V,反复N次这种充放电循环,测定3#电池和4#电池第一次循环时的放电容量和第N次循环时的放电容量。
循环后的容量保持率=(第N次循环放电容量)/(第1次循环放电容量)×100%。
测试结果如图4~6。
从图4~6中可以看出,3#电池的保液系数比较低,4#电池保液系数较高,在循环过程中由于4#电池保的电解液比较多,未出现跳水。3#电池的电解液少,则需要补液。在3#电池的RVC曲线斜率开始发生显著变化,即循环周数为220~240周时,发生跳水,此时补入适当的电解液,补液后循环容量保持率恢复到未跳水之前的水平。
实施例3
如图7所示,本实施例提供一种判断电池失效补救时间的系统,用于实现实施例1~2中的判断电池失效补救时间的方法,包括:
第一检测单元1,用于检测电池5的充电平台电压;
第二检测单元2,用于检测电池5的放电平台电压;
分析确定单元3,用于分别分析RVC曲线和SVC曲线的变化趋势,并分别在RVC曲线和SVC曲线的变化趋势发生异常时,给予提示;电池5、第一检测单元1、第二检测单元2和分析确定单元3相互通过信号连接。
计数单元4,计数单元4用于在检测过程中对充放电循环的次数进行计数;计数单元4、电池5、第一检测单元1、第二检测单元2和分析确定单元3相互通过信号连接。
进一步地,第一检测单元1和第二检测单元2设置为电路板。电路板优选为PCB印刷电路板,还可以是能够达到相同效果的其它设备,根据实际情况可以灵活地设置。
进一步地,分析确定单元3设置为电池管理系统。在电池包中,电池管理系统不但能够检测每一块电池5的循环性能数据,同时可以根据电路板提供的RVC和SVC数据,综合分析RVC和SVC的曲线是否发生异常,然后加以提示,以提高电池5的使用寿命,对电池5的安全起到预警的作用。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施方式,但如前所述,应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式,不应看作是对其他实施方式的排除,而可用于各种其他组合、修改和环境,并能够在本文所述发明构想范围内,通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围,则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种判断电池失效补救时间的方法,其特征在于,包括:
检测电池充电平台电压和放电平台电压,得到RVC曲线和SVC曲线;
分别分析所述RVC曲线和所述SVC曲线的变化趋势;
从所述RVC曲线的变化趋势开始出现异常到所述SVC曲线的变化趋势开始出现异常的时间段内,即为电池失效补救时间。
2.根据权利要求1所述的判断电池失效补救时间的方法,其特征在于,每完成一周充放电循环时,对电池的充电平台电压和放电平台电压进行检测。
3.根据权利要求2所述的判断电池失效补救时间的方法,其特征在于,以充放电循环的次数为自变量,以每周充放电循环次数对应的充电平台电压和放电平台电压差值的一半为因变量,进行曲线拟合,得到RVC曲线;
以充放电循环的次数为自变量,以每周充放电循环次数对应的充电平台电压和放电平台电压加和的一半为因变量,进行曲线拟合,得到SVC曲线。
4.根据权利要求3所述的判断电池失效补救时间的方法,其特征在于,当所述RVC曲线的斜率变化率开始大于预设的RVC曲线斜率变化率的阈值,且所述SVC曲线的斜率变化率与预设的SVC曲线斜率变化率相同时,即为所述电池失效补救时间的起始点。
5.根据权利要求4所述的判断电池失效补救时间的方法,其特征在于,当所述RVC曲线的斜率变化率大于预设的RVC曲线斜率变化率的阈值,且所述SVC曲线的斜率变化率开始大于预设的SVC曲线斜率变化率的阈值时,即为所述电池失效补救时间的终点。
6.根据权利要求1所述的判断电池失效补救时间的方法,其特征在于,所述方法用于锂离子电池、聚合物电池、锂金属电池或钠离子电池。
7.一种判断电池失效补救时间的系统,其特征在于,包括:
第一检测单元,用于检测电池的充电平台电压;
第二检测单元,用于检测电池的放电平台电压;
分析确定单元,用于分别分析RVC曲线和SVC曲线的变化趋势,并分别在所述RVC曲线和所述SVC曲线的变化趋势发生异常时,给予提示;所述电池、所述第一检测单元、所述第二检测单元和所述分析确定单元相互通过信号连接。
8.根据权利要求7所述的判断电池失效补救时间的系统,其特征在于,还包括计数单元,所述计数单元用于在检测过程中对充放电循环的次数进行计数,所述计数单元、所述电池、所述第一检测单元、所述第二检测单元和所述分析确定单元相互通过信号连接。
9.根据权利要求7所述的判断电池失效补救时间的系统,其特征在于,所述第一检测单元和所述第二检测单元设置为电路板。
10.根据权利要求7所述的判断电池失效补救时间的系统,其特征在于,所述分析确定单元设置为电池管理系统。
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