CN112271317A - 一种调控批量电芯soc的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种调控批量电芯SOC的方法，首先基于工作电压范围的恒流充电数据，绘制容量微分和恒流SOC‑U曲线，划分特征区间；然后选取多个序列作为恒压电压，采用恒流‑恒压制式充电，获得SOC‑U_cv数据样本；然后绘制恒流恒压SOC‑U_cv曲线，划分多个特征区间，分段拟合出恒压电压U_cv与SOC之间的关系式U_cv＝f(SOC)；然后，将目标SOC₀数值代入关系式U_cv＝f(SOC)，导出对应的恒压电压U₀；最后，对待化成电芯，采用恒流‑恒压制式进行充电，恒压电压设定为U₀，实现指定SOC区间的化成工序。本发明可以减小极化差异以及环境温度波动对电芯实际荷电状态的影响，保证化成工艺的一致性。

Description

一种调控批量电芯SOC的方法

技术领域

本发明涉及调控电芯荷电状态技术领域，特别是涉及一种调控批量电芯SOC的方法。

背景技术

电芯的化成需要在特定的SOC(即荷电状态，也叫剩余电量)区间进行。例如：在某些特定的SOC，可以获得较好的热压粘接效果；在特定的温度和SOC区间，电芯活性材料表面易于形成结构良好的SEI膜；在某个SOC下老化，促进SEI膜结构的重整和钝化。因此，准确控制电芯SOC，对于化成质量的优劣尤为重要。

目前，确定SOC的传统方法是单一恒流法，即恒流充电到设定时间后停止。这种方法从SOC定义出发，恒流制式的流程设置简单，但该方法在实际应用中存在一些问题，具体如下：

1、在实际生产过程中，由于工序时间、工序公差，导致形成的多个待化成电芯的内阻存在一定差异；而考虑到生产效率，恒流法采用的电流往往在0.5C以上，在该倍率条件下，极化的差异会导致无用功存在一定波动，无法保证电能转化为等量的化学能，因此，多个电芯所处的实际SOC存在不同程度的差异，这影响了化成效果的一致性。

2、环境温度对恒流法的实际充入和放出电量有一定影响，例如，在低温条件下，极化严重，实际充入电量小于设定电量，即电芯的实际SOC偏离设定值；在采用恒流法时，昼夜温度波动，对不同批次的电芯电荷态也有影响。

3、由于设备异常等因素导致化成工序被迫中断，需要重新恢复流程以完成化成工序。当化成采用单一的恒流制式控制SOC时，需要根据工序中断前的数据，计算剩余充电时间，改变充电流程的时间截止条件后，才可以继续化成；如果设备未记录中断前的数据，则无法恢复测试而导致该批电芯化成失败。因此，有必要调整控制SOC的方法，不改变流程参数即可恢复化成工序。

因此，目前迫切需要开发出一种方法，能够解决以上技术问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种调控批量电芯SOC的方法。

为此，本发明提供了一种调控批量电芯SOC的方法，包括以下步骤：

第一步，对预先完成化成和老化的标准电芯执行预设的恒流充电测试操作，实时测量获得该标准电芯在恒流充电过程中的电芯电压V、电芯容量Q以及荷电状态SOC；

第二步，以标准电芯的电芯容量Q对电芯电压V进行微分，计算得到dQ/dV，以电芯电压V为横坐标，以dQ/dV为纵坐标，绘制获得标准电芯在恒流充电过程的容量微分曲线；同时，以电芯电压V为横坐标，以荷电状态SOC为纵坐标，绘制恒流SOC-U曲线；

第三步，根据容量微分曲线和恒流SOC-U曲线的特征，按照区间划分规范，将SOC-U曲线划分为m个特征区间，m为大于或等于1的整数；其中，用矩形标识代表每个特征区间涵盖的区域，矩形标识也称为区间线框；同时，根据区间类型的定义，确定每个特征区间所属的区间类型；

第四步，根据预设规则选取一系列电压值，作为恒流-恒压制式中的恒压充电电压U_cv，对标准电芯采取恒流-恒压制式进行第一批测试，得到一系列荷电状态SOC数值；然后以恒流-恒压制式中的恒压电压U_cv为横坐标，以对应的荷电状态SOC数值为纵坐标，绘制获得恒流恒压SOC-U_cv散点图；第五步，将第四步获得的恒流恒压SOC-U_cv散点图和第三步获得的包含区间线框的恒流SOC-U曲线水平并列放置于同一图中，由于SOC-U_cv散点图和恒流SOC-U曲线存在相似性，将恒流SOC-U曲线图中的区间线框平移至恒流恒压SOC-U_cv散点图中，将恒流恒压SOC-U_cv散点图初步划分出m个待校准的特征区间，其区间类型不发生变化(即与恒流SOC-U曲线图中的区间线框代表的特征区间的区间类型相同)；

第六步，对于与所述特征区间中的突变区间和中幅区间相对应的待校准的特征区间，在每个特征区间内，选取一系列电压值，作为恒流-恒压制式中的恒压充电电压U_cv，对标准电芯采取恒流-恒压制式进行第二批测试，得到一系列荷电状态SOC数值；然后在恒流恒压SOC-U_cv散点图中，加入第二批恒流恒压测试中的恒压电压U_cv和荷电状态SOC数据；

第七步，根据恒流恒压SOC-U_cv散点图中具有的由第一批测试和第二批测试获得的恒压电压U_cv和荷电状态SOC数据，绘制恒流恒压SOC-U_cv曲线；

第八步，根据恒流恒压SOC-U_cv曲线的变化特征，调整区间线框的位置和大小，获得m个已校准的特征区间，并且对于每个已校准的特征区间，分别拟合出恒压电压U_cv与荷电状态SOC之间的关系式，具体为U_cv＝f(SOC)；

第九步，当需要在指定的SOC区间进行化成时，将目标SOC₀数值代入关系式U_cv＝f(SOC)，导出对应的恒压电压U₀；其中，目标SOC₀为指定的SOC区间中SOC的最大值；

第十步，对与第一步的标准电芯型号相同、体系相同的任意多个待化成电芯，统一采用恒流-恒压制式进行充电，其中，恒流截止电压设定为U₀，恒压电压设定为U₀，实现指定SOC区间的化成工序。

优选地，在第一步中，对标准电芯，在该电芯的工作电压范围内进行恒流充电测试操作。

优选地，在第一步中，对标准电芯，在该电芯的工作电压范围内进行恒流充电测试操作，具体过程为：在25±3℃的温度条件下，首先将电芯放电至0％SOC，然后恒流充电至电芯的工作截止电压，其中，恒流充电电流的范围为0.2C～0.5C。

优选地，在第三步中，区间划分规范，具体如下：

首先，观察容量微分曲线，将容量微分曲线近似看作多个不规则波的连接体，每个波峰或波谷，都对应于某一个恒流特征区域；波峰或波谷的总个数，等于恒流特征区域的总个数，并且一般地，忽略容量贡献小于总容量5％的波峰或波谷；

然后，将容量微分曲线和恒流SOC-U曲线绘制在同一张图中，容量微分曲线的相邻的波峰和波谷之间的曲线的中点，可初步作为恒流SOC-U曲线中相邻恒流特征区域的交界位置；

最后，观察恒流SOC-U曲线，调整交界位置，使具有连续平稳变化特征的数据点，即位于同一曲线上的数据点，归属于同一个恒流特征区域，区间划分完毕。

优选地，在第三步中，区间类型的定义，具体如下：

区间类型分为突变区间、宽幅区间和中幅区间三种；

当一个特征区间的ΔSOC/ΔU比值大于1.8V^-1，且ΔU小于0.1V时，该特征区间称为突变区间；

当一个特征区间的ΔSOC/ΔU比值小于1.5V^-1，且ΔU大于0.2V时，该特征区间称为宽幅区间；

突变区间和宽幅区间之外的其他区间称为中幅区间；

其中，ΔSOC的含义是：一个特征区间包含的SOC最大值和SOC最小值的差值；ΔU的含义是：一个区间包含的电压最大值和电压最小值的差值。

优选地，在第四步中，根据预设规则，选取一系列电压作为恒压充电电压，具体如下：

在标准电芯的工作电压范围内，选取多个不同数值的电压作为恒压充电电压，并且多个电压数值形成等差数列，公差等于0.1V。

优选地，在第四步中，对标准电芯，采取恒流-恒压制式进行第一批充电之前，要将电芯放电至0％SOC；

在第四步中，对标准电芯，采取恒流-恒压制式进行第一批充电时，恒流充电步骤所采用的恒流充电电流与第一步中的恒流充电电流相等，并且恒压充电步骤以充电至0.025C～0.05C作为充电截止条件。

优选地，在第六步中，对标准电芯，采取恒流-恒压制式进行第二批充电之前，要将电芯放电至0％SOC；

在第六步中，对标准电芯，采取恒流-恒压制式进行第二批充电时，恒流充电步骤所采用的恒流充电电流与第一步中的恒流充电电流相等，并且恒压充电步骤以充电至0.025C～0.05C作为充电截止条件。

优选地，在第十步中，采用恒流-恒压制式进行充电，充电电流的取值范围为0.2C～0.5C。

优选地，在第八步中，根据恒流恒压SOC-U_cv曲线的变化特征，调整区间线框的位置和大小，获得m个已校准的特征区间的具体操作过程如下：

观察恒流恒压SOC-U_cv曲线，调整每个区间线框的位置和大小，使具有连续平稳变化特征的数据点，即位于同一曲线上的数据点，归属于同一个特征区域中，则校准完毕。

由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种调控批量电芯SOC的方法，其设计科学，通过逐步解析多个电化学曲线，拟合出恒压电压U_cv与SOC之间的关系，实现了恒流-恒压制式控制电芯SOC的目的。

鉴于开路电压是衡量电芯剩余化学能的指标，与荷电状态SOC呈现一一对应的关系。恒压充电的过程，是电芯开路电压逐渐接近U_cv的过程，属于电化学去极化过程。由于恒压步骤的截止电流极小，恒压结束时，每个电芯开路电压和U_cv的差值很小，储存在不同电芯中的化学能是等量的，即充电结束时，电芯的实际SOC是一致的。因此通过本发明的技术，可以减小极化差异以及环境温度波动对电芯实际荷电状态的影响，保证化成工艺的一致性。

此外，本发明的技术方案，还具有良好的连续恢复性，即当设备异常停止导致化成中断，设备重新恢复运转，可以直接调用原来的流程，在不改变任何参数的情况下，继续完成化成工序。

综上，本发明提供的技术方案，具有实践意义。

附图说明

图1为本发明提高的一种调控批量电芯SOC的方法的流程图；

图2为本发明提供的一种调控批量电芯SOC的方法，在实施例中，容量微分曲线、波峰和波谷；

图3为本发明提供的一种调控批量电芯SOC的方法，在实施例中，容量微分、恒流SOC-U曲线及特征区间；

图4为本发明提供的一种调控批量电芯SOC的方法，在实施例中，恒流SOC-U曲线、恒流恒压SOC-U_cv散点图及待校准的特征区间；

图5为本发明提供的一种调控批量电芯SOC的方法，在实施例中，恒流恒压SOC-U_cv曲线及已校准的特征区间。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

参见图1至图5，本发明提供了一种调控批量电芯SOC的方法，包括以下十个步骤：

第一步，对预先完成化成和老化的标准电芯执行预设的恒流充电测试操作，实时测量获得该标准电芯在恒流充电过程中的电芯电压V、电芯容量Q以及荷电状态SOC；

在第一步中，具体实现上，对标准电芯，在该电芯的工作电压范围内进行恒流充电测试操作。

在第一步中，具体实现上，对标准电芯，在该电芯的工作电压范围内进行恒流充电测试操作，具体过程为：在25±3℃的温度条件下，首先将标准电芯放电至0％SOC，然后恒流充电至电芯的工作截止电压，其中，恒流充电电流的范围为0.2C～0.5C。

第二步，以标准电芯的电芯容量Q对电芯电压V进行微分，计算得到dQ/dV，以电芯电压V为横坐标，以dQ/dV为纵坐标，绘制获得标准电芯在恒流充电过程的容量微分曲线；同时，以电芯电压V为横坐标，以荷电状态SOC为纵坐标，绘制恒流SOC-U曲线；

需要说明的是，对于本发明，其是基于电芯工作电压范围，进行恒流充电，并获得恒流充电数据，以进一步通过下面的步骤，获得电芯在恒流充电过程的容量微分曲线和恒流SOC-U曲线。

在第二步中，具体实现上，在一张图中绘制电芯在恒流充电过程的容量微分曲线以及恒流SOC-U曲线，绘图样式是双y轴，单x轴。

第三步，根据容量微分曲线和恒流SOC-U曲线的特征，按照区间划分规范，将SOC-U曲线划分为m个特征区间，m为大于或等于1的整数；其中，用矩形标识代表每个特征区间涵盖的区域，矩形标识简称为区间线框；同时，根据区间类型的定义，确定每个特征区间所属的区间类型；

在第三步中，具体实现上，区间划分规范，具体如下：

首先，观察容量微分曲线，将容量微分曲线近似看作多个不规则波的连接体，每个波峰或波谷，都对应于某一个恒流特征区域；波峰或波谷的总个数，等于恒流特征区域的总个数。一般地，忽略容量贡献小于总容量5％的波峰或波谷；

然后，将容量微分曲线和恒流SOC-U曲线绘制在同一张图中，容量微分曲线的相邻的波峰和波谷之间的曲线的中点，可初步作为恒流SOC-U曲线中相邻恒流特征区域的交界位置；

最后，观察恒流SOC-U曲线，调整交界位置，使具有连续平稳变化特征的数据点，即位于同一曲线上的数据点，归属于同一个恒流特征区域。区间划分完毕。

需要说明的是，在第三步中，工作人员可以通过肉眼仔细观察恒流SOC-U曲线，来最终确定特征区域的边界位置；不同的特征区域，包含的数据点的变化特点不同，曲线明显形状不同(有的是斜直线，有的是二次曲线，有的是三次曲线，有的是幂指数曲线等等。位于不同曲线上的数据点，对应属于不同的恒流特征区域，例如两段具有不同斜率的斜直线上的数据点，对应属于两个不同的恒流特征区域。相同曲线上(在同一段曲线)上的数据点，属于同一个恒流特征区域。究竟是哪种曲线，可以通过拟合结果来验证(可以参见下文实施例所述)，不同的曲线，用来拟合曲线的方程也不同(属于不同的数学关系式)。

在第三步中，具体实现上，区间类型的定义，描述如下：

区间类型分为突变区间、宽幅区间和中幅区间三种；

当一个特征区间的ΔSOC/ΔU比值大于1.8V^-1，且ΔU小于0.1V时，该特征区间称为突变区间；

当一个特征区间的ΔSOC/ΔU比值小于1.5V^-1，且ΔU大于0.2V时，该特征区间称为宽幅区间；

突变区间和宽幅区间之外的其他区间称为中幅区间；

其中，ΔSOC的含义是：一个特征区间包含的SOC最大值和SOC最小值的差值；ΔU的含义是：一个区间包含的电压最大值和电压最小值的差值。

在第三步中，具体实现上，需要说明的是，一般属于突变区间的特征区间位于第二步中绘制的电芯在恒流充电过程的容量微分曲线的高强度峰的峰尖及其附近区域。

第四步，根据预设规则选取一系列(即多个)电压值，作为恒流-恒压制式中的恒压充电电压U_cv，对标准电芯采取恒流-恒压制式进行第一批测试，得到一系列荷电状态SOC数值；然后以恒流-恒压制式中的恒压电压U_cv为横坐标，以对应的荷电状态SOC数值为纵坐标，绘制获得恒流恒压SOC-U_cv散点图；

需要说明的是，恒流-恒压充电制式具体为：第一阶段以恒定电流充电；当电压达到预定值U_cv时转入第二阶段进行恒压充电，当电流达到预定值I_min时，停止充电。恒流-恒压放电制式具体为：第一阶段以恒定电流放电；当电压达到预定值U_cv时转入第二阶段进行恒压放电，当电流达到预定值I_min时，停止充电。恒流-恒压充电制式较为常用，恒流-恒压放电制式不常用；在无特殊说明的情况下，本发明中的“恒流-恒压制式”，即为“恒流-恒压充电制式”。

需要说明的是，恒流恒压SOC-U_cv散点图，横轴和纵轴的数据最大值和最小值，必须和恒流SOC-U曲线相同。

在第四步中，具体实现上，根据预设规则，选取多个电压作为恒压充电电压，具体如下：

在标准电芯的工作电压范围内，选取多个不同数值的电压作为恒压充电电压，并且多个电压数值形成等差数列，公差等于0.1V。

也就是说，每间隔0.1V，按照从小到大的顺序，在标准电芯的工作电压范围内，选取多个电压数值。

在第四步中，具体实现上，对标准电芯，采取恒流-恒压制式进行第一批充电之前，需要将电芯放电至0％SOC(具体为：采用0.2C恒流放电至电芯工作电压范围的最小值)。

在第四步中，具体实现上，对标准电芯，采取恒流-恒压制式进行第一批充电时，恒流充电步骤所采用的恒流充电电流与第一步中的恒流充电电流相等，并且恒压充电步骤以充电至0.025C～0.05C作为充电截止条件。

第五步，将第四步获得的恒流恒压SOC-U_cv散点图和第三步获得的包含区间线框的恒流SOC-U曲线水平并列放置于同一图中，由于SOC-U_cv散点图和恒流SOC-U曲线存在相似性，将恒流SOC-U曲线图中的区间线框平移至恒流恒压SOC-U_cv散点图中，将恒流恒压SOC-U_cv散点图初步划分出m个待校准的特征区间，其区间类型不发生变化(即与恒流SOC-U曲线图中的区间线框代表的特征区间的区间类型相同)；

需要说明的是，在第五步中，待校准的特征区间，“待校准”的意思是，区间线框的位置不准确。

第六步，对于与所述特征区间中的突变区间和中幅区间相对应的待校准的特征区间，在每个特征区间内，选取一系列电压值，作为恒流-恒压制式中的恒压充电电压U_cv，对标准电芯采取恒流-恒压制式进行第二批测试，得到一系列荷电状态SOC数值；然后在恒流恒压SOC-U_cv散点图中，加入第二批恒流恒压测试中的恒压电压U_cv和荷电状态SOC数据，此时，获得了数据样本更加丰富的恒流恒压SOC-U_cv散点图；

在第六步中，具体实现上，选取一系列电压值，具体方法是：令某个特征区间X包含的电压最小值为U_min，电压最大值为U_max，电压范围是ΔU_x＝U_max-U_min，n为不小于4的正整数，选取这样的等差数列为一系列电压值，等差数列为：U_min，U_min+ΔU_x/n，U_min+2*ΔU_x/n，U_min+3*ΔU_x/n，…，U_max。

在第六步中，具体实现上，对标准电芯，采取恒流-恒压制式进行第二批充电之前，需要将电芯放电至0％SOC(具体为：采用0.2C恒流放电至电芯工作电压范围的最小值)。

在第六步中，具体实现上，对标准电芯，采取恒流-恒压制式进行第二批充电时，恒流充电步骤所采用的恒流充电电流与第一步中的恒流充电电流相等，并且恒压充电步骤以充电至0.025C～0.05C作为充电截止条件。

第七步，根据恒流恒压SOC-U_cv散点图中具有的由第一批测试和第二批测试获得的恒压电压U_cv和荷电状态SOC数据，绘制恒流恒压SOC-U_cv曲线；

第八步，根据恒流恒压SOC-U_cv曲线的变化特征，调整区间线框的位置和大小，获得m个已校准的特征区间，并且对于每个已校准的特征区间，分别拟合出恒压电压U_cv与荷电状态SOC之间的关系式，具体为U_cv＝f(SOC)；

也就是说，对于本发明，通过实施第七步，可以利用第四步、第六步获得的足够丰富的SOC-U_cv样本，绘制恒流恒压SOC-U_cv曲线，然后，通过第五步至第八步，获得m个已校准的特征区间；再根据区间划分结果，分段拟合出恒压电压U_cv与SOC之间的关系U_cv＝f(SOC)。

需要说明的是，在第八步中，已校准的特征区间，“已校准”的意思是，区间线框的位置准确。校准的方法是(即根据恒流恒压SOC-U_cv曲线的变化特征，调整区间线框的位置和大小，获得m个已校准的特征区间的具体操作过程是)：观察恒流恒压SOC-U_cv曲线，调整每个区间线框的位置和大小，使具有连续平稳变化特征的数据点，即位于同一曲线上的数据点，归属于同一个特征区域中，则校准完毕。

需要说明的是，在第八步中，工作人员可以通过肉眼仔细观察恒流SOC-U曲线，来最终确定特征区域的边界位置；不同的特征区域，包含的数据点的变化特点不同，曲线明显形状不同(有的是斜直线，有的是二次曲线，有的是三次曲线，有的是幂指数曲线等等。位于不同曲线上的数据点，对应属于不同的恒流特征区域，例如两段具有不同斜率的斜直线上的数据点，对应属于两个不同的恒流特征区域。相同曲线上(在同一段曲线)上的数据点，属于同一个恒流特征区域。究竟是哪种曲线，可以通过拟合结果来验证(可以参见下文实施例所述)，不同的曲线，用来拟合曲线的方程也不同(属于不同的数学关系式)。

需要说明的是，恒流恒压SOC-U_cv曲线的特征区间的区间类型的定义，与恒流SOC-U曲线的区间类型的定义相同。

需要说明的是，在第八步中，一般情况下，恒流恒压SOC-U_cv曲线的突变区间涵盖的电压范围，小于恒流SOC-U曲线的突变区间涵盖的电压范围；在极端情况下，恒流恒压SOC-Ucv曲线的突变区间会消失。

第九步，当需要在指定的SOC区间进行化成时，将目标SOC₀数值代入关系式U_cv＝f(SOC)，导出对应的恒压电压U₀；其中，目标SOC₀为指定的SOC区间中SOC的最大值；

需要说明的是，在第九步中，“目标SOC₀”为“指定的SOC区间”的SOC的最大值。

第十步，对与第一步的标准电芯型号相同、体系相同的任意多个待化成电芯(即批量多个)，统一采用恒流-恒压制式进行充电，其中，恒流截止电压设定为U₀，恒压电压设定为U₀，实现指定SOC区间的化成工序。

需要说明的是，型号和体系相同的电芯具有相同的SOC-U_cv关系。型号和体系不同的电芯具有不同的SOC-U_cv关系。

在第十步中，具体实现上，采用恒流-恒压制式进行充电，充电电流的取值范围为0.2C～0.5C。

在第十步中，“体系相同”的含义是：正负极配方、电极工艺、电解液组分、集流体、极耳、外壳、电芯设计等全部相同。

在本发明中，需要说明的是，不同型号和不同体系的电芯，具有不同的SOC-U_cv关系，所以第一步中的标准电芯，与批量的待化成电芯是同一型号和同一体系。型号和体系相同的电芯具有相同的SOC-U_cv关系。

在第十步中，指定SOC区间的化成工序，就是化成正常操作，因为化成都是在指定SOC区间做的。

需要说明的是，恒流恒压法，关键在于知道恒压电压是多少。如果想把电芯从无电状态充电到目标SOC₀，又想通过恒流恒压法达到这个目的，就必须弄清楚恒压电压和SOC之间的关系，这是专利的核心，只要弄清楚这一点，就可以知道流程中恒压电压的参数，输进去这个参数，电芯就会充电到目标SOC₀，从而实现了指定SOC区间的化成工序。

为了更加清楚地理解本发明的技术方案，下面通过具体实施例来进一步说明。

实施例。

对于本发明提供的一种调控批量电芯SOC的方法，测试电芯型号为软包SP376080，电芯标称容量为3660mAh，正极活性材料为钴酸锂，负极活性材料为石墨。工作电压范围3-4.48V。1C等于3660mA。

采用的标准电芯为已提前完成老化的电芯，标准电芯采用普通的恒流制式完成化成工序，并进行完老化工序，其容量、电压、内阻和自放电等指标均符合要求。标准电芯可准备1至3支。待化成电芯与标准电芯具有相同的型号和体系。

具体包括以下测试流程：

步骤一，采用0.5C恒流放电至3V，使标准电芯处于0％SOC；然后，0.5C恒流充电至4.48V，4.48V恒压充电至0.05C。选取恒流充电数据，绘制容量微分和恒流SOC-U曲线，见图2所示。恒流SOC-U曲线划分为三个部分：区域1(中幅区间)、区域2(突变区间)、区域3(宽幅区间)，参见图3所示。

步骤二，采用0.5C恒流放电至3V，使电芯处于0％SOC；然后，选取0.5C为恒流充电电流，选取3.7V、3.8V、3.9V、4.0V和4.1V，作为恒压充电电位U_cv，采用恒流-恒压制式充电，绘制恒流恒压SOC-U_cv散点图，见图4左侧；将恒流SOC-U曲线并列放置在恒流恒压SOC-U_cv散点图的右侧，如图4右侧；将恒流SOC-U曲线的区间线框平移到恒流恒压SOC-U_cv散点图的相应位置，初步划分3个待校准的特征区间：待校准区域1、待校准区域2和待校准区域3。

对于待校准区域1和待校准区域2，在各自区间内选取若干电压数值，作为恒压电压，采用恒流-恒压制式充电，细化SOC-U_cv样本。

步骤三，利用上一步的所有SOC-U_cv样本，绘制恒流恒压SOC-U_cv曲线，见图5所示。依据恒流恒压SOC-U_cv曲线，划分出3个已校准的特征区间：区域A(中幅区间)、区域B(突变区间)和区域C(宽幅区间)。

对于区域A、B和C，分别拟合出恒压电压U_cv与SOC之间的关系U_cv＝f(SOC)，本实施例的拟合结果如下：

U_cv＝-29.026*SOC³+12.786*SOC²+1.1429*SOC+3.759,SOC∈[5.7％，23.5％)；

U_cv＝0.1579*SOC+3.7828,SOC∈[23.5％，30％)；

U_cv＝36.368*SOC⁵-98.181*SOC⁴+102.31*SOC³-50.236*SOC²+11.968*SOC+2.7055,SOC∈[30％，80％]。

步骤四，在本实施例中，化成需要在0％-65％SOC充电，即目标SOC₀的值为65％。将65％的目标SOC₀代入关系式U_cv＝f(SOC)，导出对应的恒压电压U₀＝4.051V；

步骤五，对与步骤一的标准电芯型号相同、体系相同的批量多个待化成的电芯，采用恒流-恒压制式进行充电，实现指定SOC区间的化成工序；本实施例中，0.5C恒流充电至4.051V，在4.051V恒压充电至0.05C。

需要说明的是，对于本发明公开的一种调控大批量电芯SOC态的方法，主要包括的步骤：步骤一，基于工作电压范围的恒流充电数据，绘制容量微分和恒流SOC-U曲线，划分若干个特征区间，确定每个特征区间所属的区间类型；步骤二，按一定规则选取若干序列作为恒压电压，采用恒流-恒压制式充电，获得SOC-U_cv数据样本；步骤三，绘制恒流恒压SOC-U_cv曲线，划分若干个特征区间，分段拟合出恒压电压U_cv与SOC之间的关系式U_cv＝f(SOC)；步骤四，将目标SOC₀数值代入关系式U_cv＝f(SOC)，导出对应的恒压电压U₀；步骤五，对与标准电芯型号相同、体系相同的待化成电芯，采用恒流恒压制式进行充电，恒压电压设定为U₀，实现指定SOC区间的化成工序。

基于以上技术方案可知，本发明提供的一种调控批量电芯SOC的方法，是一种基于化学电源的容量微分、恒流SOC-U、恒流恒压SOC-U_cv特性开发的SOC控制技术。

需要说明的是，本发明公开了一种调控大批量电芯SOC的方法，基于化学电源的容量微分和恒流SOC-U特性开发，综合利用恒流恒压SOC-U_cv曲线与恒流SOC-U曲线的相似性，推导U_cv与SOC的关系式，实现指定SOC的恒流恒压充电，达到控制大批量电芯SOC的目的。本发明可以减少极化差异和环境温度波动对电芯实际SOC的影响，保证化成工艺的一致性；同时，本技术方案具有良好的连续可恢复特性，具有实践意义。

综上所述，与现有技术相比较，本发明提供了一种调控批量电芯SOC的方法，其设计科学，通过逐步解析多个电化学曲线，拟合出恒压电压U_cv与SOC之间的关系，实现了恒流-恒压制式控制电芯SOC的目的。

鉴于开路电压是衡量电芯剩余化学能的指标，与荷电状态SOC呈现一一对应的关系。恒压充电的过程，是电芯开路电压逐渐接近U_cv的过程，属于电化学去极化过程。由于恒压步骤的截止电流极小，恒压结束时，每个电芯开路电压和U_cv的差值很小，储存在不同电芯中的化学能是等量的，即充电结束时，电芯的实际SOC是一致的。因此通过本发明的技术，可以减小极化差异以及环境温度波动对电芯实际荷电状态的影响，保证化成工艺的一致性。

此外，本发明的技术方案，还具有良好的连续恢复性，即当设备异常停止导致化成中断，设备重新恢复运转，可以直接调用原来的流程，在不改变任何参数的情况下，继续完成化成工序。

综上，本发明提供的技术方案，具有实践意义。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种调控批量电芯SOC的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，对预先完成化成和老化的标准电芯执行预设的恒流充电测试操作，实时测量获得该标准电芯在恒流充电过程中的电芯电压V、电芯容量Q以及荷电状态SOC；

第二步，以标准电芯的电芯容量Q对电芯电压V进行微分，计算得到dQ/dV，以电芯电压V为横坐标，以dQ/dV为纵坐标，绘制获得标准电芯在恒流充电过程的容量微分曲线；同时，以电芯电压V为横坐标，以荷电状态SOC为纵坐标，绘制恒流SOC-U曲线；

第三步，根据容量微分曲线和恒流SOC-U曲线的特征，按照区间划分规范，将SOC-U曲线划分为m个特征区间，m为大于或等于1的整数；其中，用矩形标识代表每个特征区间涵盖的区域，矩形标识也称为区间线框；同时，根据区间类型的定义，确定每个特征区间所属的区间类型；

第四步，根据预设规则选取一系列电压值，作为恒流-恒压制式中的恒压充电电压U_cv，对标准电芯采取恒流-恒压制式进行第一批测试，得到一系列荷电状态SOC数值；然后以恒流-恒压制式中的恒压电压U_cv为横坐标，以对应的荷电状态SOC数值为纵坐标，绘制获得恒流恒压SOC-U_cv散点图；

第五步，将第四步获得的恒流恒压SOC-U_cv散点图和第三步获得的包含区间线框的恒流SOC-U曲线水平并列放置于同一图中，由于SOC-U_cv散点图和恒流SOC-U曲线存在相似性，将恒流SOC-U曲线图中的区间线框平移至恒流恒压SOC-U_cv散点图中，将恒流恒压SOC-U_cv散点图初步划分出m个待校准的特征区间，其区间类型不发生变化；

第六步，对于与所述特征区间中的突变区间和中幅区间相对应的待校准的特征区间，在每个特征区间内，选取一系列电压值，作为恒流-恒压制式中的恒压充电电压U_cv，对标准电芯采取恒流-恒压制式进行第二批测试，得到一系列荷电状态SOC数值；然后在恒流恒压SOC-U_cv散点图中，加入第二批恒流恒压测试中的恒压电压U_cv和荷电状态SOC数据；

第七步，根据恒流恒压SOC-U_cv散点图中具有的由第一批测试和第二批测试获得的恒压电压U_cv和荷电状态SOC数据，绘制恒流恒压SOC-U_cv曲线；

第八步，根据恒流恒压SOC-U_cv曲线的变化特征，调整区间线框的位置和大小，获得m个已校准的特征区间，并且对于每个已校准的特征区间，分别拟合出恒压电压U_cv与荷电状态SOC之间的关系式，具体为U_cv＝f(SOC)；

第九步，当需要在指定的SOC区间进行化成时，将目标SOC₀数值代入关系式U_cv＝f(SOC)，导出对应的恒压电压U₀；其中，目标SOC₀为指定的SOC区间中SOC的最大值；

第十步，对与第一步的标准电芯型号相同、体系相同的任意多个待化成电芯，统一采用恒流-恒压制式，进行充电，其中，恒流截止电压设定为U₀，恒压电压设定为U₀，实现指定SOC区间的化成工序。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在第一步中，对标准电芯，在该电芯的工作电压范围内进行恒流充电测试操作。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在第一步中，对标准电芯，在该电芯的工作电压范围内进行恒流充电测试操作，具体过程为：在25±3℃的温度条件下，首先将电芯放电至0％SOC，然后恒流充电至电芯的工作截止电压，其中，恒流充电电流的范围为0.2C～0.5C。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在第三步中，区间划分规范，具体如下：

首先，观察容量微分曲线，将容量微分曲线近似看作多个不规则波的连接体，每个波峰或波谷，都对应于某一个恒流特征区域；波峰或波谷的总个数，等于恒流特征区域的总个数，并且忽略容量贡献小于总容量5％的波峰或波谷；

然后，将容量微分曲线和恒流SOC-U曲线绘制在同一张图中，容量微分曲线的相邻的波峰和波谷之间的曲线的中点，可初步作为恒流SOC-U曲线中相邻恒流特征区域的交界位置；

最后，观察恒流SOC-U曲线，调整交界位置，使具有连续平稳变化特征的数据点，即位于同一曲线上的数据点，归属于同一个恒流特征区域，区间划分完毕。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在第三步中，在第三步中，区间类型的定义，具体如下：

区间类型分为突变区间、宽幅区间和中幅区间三种；

当一个特征区间的ΔSOC/ΔU比值大于1.8V^-1，且ΔU小于0.1V时，该特征区间称为突变区间；

当一个特征区间的ΔSOC/ΔU比值小于1.5V^-1，且ΔU大于0.2V时，该特征区间称为宽幅区间；

突变区间和宽幅区间之外的其他区间称为中幅区间；

其中，ΔSOC的含义是：一个特征区间包含的SOC最大值和SOC最小值之间的差值；ΔU的含义是：一个区间包含的电压最大值和电压最小值之间的差值。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在第四步中，选取一系列电压作为恒压充电电压，具体如下：

在标准电芯的工作电压范围内，选取多个不同数值的电压作为恒压充电电压，并且多个电压数值形成等差数列，公差等于0.1V。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在第四步中，对标准电芯，采取恒流-恒压制式进行第一批充电之前，要将电芯放电至0％SOC；

在第四步中，对标准电芯，采取恒流-恒压制式进行第一批充电时，恒流充电步骤所采用的恒流充电电流与第一步中的恒流充电电流相等，并且恒压充电步骤以充电至0.025C～0.05C作为充电截止条件。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在第六步中，对标准电芯，采取恒流-恒压制式进行第二批充电之前，要将电芯放电至0％SOC；

在第六步中，对标准电芯，采取恒流-恒压制式进行第二批充电时，恒流充电步骤所采用的恒流充电电流与第一步中的恒流充电电流相等，并且恒压充电步骤以充电至0.025C～0.05C作为充电截止条件。

9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，在第十步中，采用恒流-恒压制式进行充电，充电电流的取值范围为0.2C～0.5C。

10.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，在第八步中，根据恒流恒压SOC-U_cv曲线的变化特征，调整区间线框的位置和大小，获得m个已校准的特征区间的具体操作过程如下：

观察恒流恒压SOC-U_cv曲线，调整每个区间线框的位置和大小，使具有连续平稳变化特征的数据点，即位于同一曲线上的数据点，归属于同一个特征区域中，则校准完毕。

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