CN112557955A - 一种锂电池短路测试方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂电池短路测试方法及装置，测试方法包括：接收锂电池等效电路配置指令，其中锂电池等效电路配置指令包括待检测锂电池的等效电路结构、充电截止电压，根据充电截止电压确定充电完成电压，根据充电截止电压、充电完成电压以及等效电路结构确定满电充电时长，对待检测锂电池施加恒定电压，为待检测锂电池充电，当充电时间达到满电充电时长时，停止向待检测锂电池施加恒定电压，停止向待检测锂电池充电。
Description
技术领域
本发明实施例涉及电池技术，尤其涉及一种锂电池短路测试方法及装置。
背景技术
锂电池(Lithium Battery)是指电化学体系中含有锂(包括金属锂、锂合金和锂离子、锂聚合物)的电池。锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池，其中，锂离子电池一般使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质作为反应介质，锂离子电池可以充电反复使用。
锂电池的行业标准和相应的智能制造生产线已逐步成熟，但在锂电池的生产过程中，由于操作不当或者生成环境的因素，仍会生产出存在一定安全隐患的电池，其中，锂电池的短路问题和自放电率过大问题引发锂电池安全问题的主要因素。基于此，将存在安全、可靠性隐患问题的锂电池在生产过程中进行有效识别，或在设计过程中获取存在安全隐患锂电池的故障现象，是锂电池生产设计过程中的重要环节。
目前，行业内进行短路测试的过程通常包括，样品预充电、加热以及记录试验结果，通常，对样品进行预充电的时间为经验值，若时间过长则影响试验效率，若时间过短则不利于有效检测出故障锂电池或难以观察到完整的锂电池故障现象。
发明内容
本发明提供一种锂电池短路测试方法及装置，以达到提高锂电池短路测试的效率，以及提高锂电池短路测试的准确性的目的。
第一方面，本发明实施例提供了一种锂电池短路测试方法，包括：
接收锂电池等效电路配置指令，其中所述锂电池等效电路配置指令包括待检测锂电池的等效电路结构、充电截止电压，
根据所述充电截止电压确定充电完成电压，根据充电截止电压、所述充电完成电压以及等效电路结构确定满电充电时长，
对待检测锂电池施加恒定电压，为所述待检测锂电池充电，当充电时间达到所述满电充电时长时，停止向所述待检测锂电池施加所述恒定电压，停止向所述待检测锂电池充电。
进一步的，所述等效电路配置指令还包括电池剩余电量，
测试方法还包括根据所述电池剩余电量确定所述待测锂电池当前的开路电压，根据所述充电截止电压、开路电压、充电完成电压以及等效电路结构确定所述满电充电时长。
进一步的，所述充电截止电压与所述充电完成电压的关系为：
Uc＝0.99U0
其中，U0为充电截止电压，Uc为充电完成电压。
第二方面，本发明实施例提供了一种锂电池短路测试装置，包括：控制器、恒压充电模块，
所述恒压充电模块用于对所述待检测锂电池施加恒定电压，为所述待检测锂电池充电，
所述控制器用于确定将待检测锂电池充至满电的满电充电时长，当充电时间达到所述满电充电时长时，所述控制器控制所述恒压充电模块停止向所述待检测锂电池施加所述恒定电压，停止向所述待检测锂电池充电。
进一步的，所述控制器用于接收锂电池等效电路配置指令，根据所述等效电路配置指令确定所述满电充电时长。
进一步的，所述锂电池等效电路配置指令包括待检测锂电池的等效电路结构、充电截止电压，
所述控制器根据所述充电截止电压确定充电完成电压，根据充电截止电压、充电完成电压以及等效电路结构确定满电充电时长。
进一步的，所述等效电路配置指令还包括电池剩余电量，
所述控制器配置为根据所述等效电路配置指令生成充电曲线，根据所述电池剩余电量确定所述待测锂电池当前的开路电压，根据所述充电曲线以及所述开路电压确定所述时长。
进一步的，还包括加热模块以及温度检测模块，
所述加热模块用于加热所述待检测锂电池，所述温度检测模块用于检测所述待检测锂电池的表面温度。
进一步的，还包括外接电阻模块，
所述等效电路配置指令包括所述待检测锂电池的等效内阻，所述外接电阻模块用于根据所述等效内阻为所述待检测锂电池提供外接短路测试电阻。
进一步的，还包括放电模块，
所述放电模块用于为所述待检测锂电池放电，使所述待检测锂电池放电至放电截止电压。
进一步的，还包括电压测量模块，
所述电压测量模块用于测量所述待检测锂电池两端的电压。
进一步的，所述恒定电压的范围为25V～1000V。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本实施例中，在对锂电池进行充电之前，首先计算出将待测锂电池充至满电状态时所需的时长，进行充电时，将满电充电时长作为是否停止对待测锂电池进行充电的依据，避免通过经验值确定充电时长，导致充电时间过长，影响锂电池短路检测效率的问题，以及避免依据产线效率被动地压缩测试时间，导致待测锂电池未充至满电，影响锂电池短路检测结果的问题。
附图说明
图1是实施例中的短路测试方法流程图；
图2是实施例中的短路测试装置结构框图；
图3是实施例中的一种等效电路结构图；
图4是实施例中的锂电池开路电压与SOC的关系曲线图；
图5是实施例中的一种充电曲线示意图；
图6是实施例中的另一种短路测试装置结构框图；
图7是实施例中的又一种短路测试装置结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1是实施例中的短路测试方法流程图，本实施例可适用于自动确定锂电池短路测试时所需充电时长的情况，该方法可以采用软件的方式实现，该方法可配置于控制器中，典型的控制器包括MCU、单片机等，参考图1，短路测试方法包括：
S1.接收锂电池等效电路配置指令，根据等效电路配置指令确定充电截止电压、等效电路结构。
示例性的，本实施例中，等效电路配置指令包括待检测锂电池的等效电路结构、充电截止电压，通过等效电路配置指令可以直接获取待检测锂电池的充电截止电压、等效电路结构。
S2.根据充电截止电压确定充电完成电压，根据充电截止电压、充电完成电压以及等效电路结构确定满电充电时长。
示例性的，本实施例中，等效电路结构为待检测锂电池的等效充电电路的类型，确定等效充电电路的类型以及充电截止电压后可以确定出将待检测锂电池充至满电的时长，即满电充电时长。
例如，若一类锂电池的等效电路结构为RC电路，该类锂电池的充电截止电压为U0，则根据等效电路配置指令，可以生成对应的锂电池充电公式，根据锂电池充电公式计算出满电充电时长。
示例性的，针对RC电路，锂电池充电公式为：
U＝U0×(1-e-t/RC)
式中，U为锂电池的当前电压，U0为充电截止电压，RC为RC电路的参数，t为从锂电池从0％SOC(State of Charge，荷电状态)充电至锂电池两端电压为U时所需的时长。
示例性的，本实施例中，充电完成电压与U0呈固定的百分比关系，其具体的百分比数值根据需求设定，通过充电完成电压表示待检测锂电池的满电电压，例如，充电截止电压与充电完成电压的关系为：
Uc＝KU0
则可以通过如下函数关系计算出满电充电时长
上述公式中，U0为充电截止电压，Uc为充电完成电压，K为百分比系数，tc为对应的满电充电时长。
作为一种可实施方案，充电截止电压与充电完成电压的关系可以为：
Uc＝0.99U0
S3.对待检测锂电池施加恒定电压，为待检测锂电池充电，当充电时间达到满电充电时长时，停止向待检测锂电池施加恒定电压，停止向待检测锂电池充电。
示例性的，确定出满电充电时长后，可以向待检测锂电池的两端加载电压U0为锂电池进行充电，当充电时间达到满电充电时长后则停止向待检测锂电池充电。
本实施例中，在对锂电池进行充电之前，首先计算出将待测锂电池充至满电状态时所需的时长，进行充电时，将满电充电时长作为是否停止对待测锂电池进行充电的依据，避免通过经验值确定充电时长，导致充电时间过长，影响锂电池短路检测效率的问题，以及避免依据产线效率被动地压缩测试时间，导致待测锂电池未充至满电，影响锂电池短路检测结果的问题。
作为一种可实施方案，本实施例中，等效电路配置指令还可以包括电池剩余电量，步骤S2还可以为：
S2根据充电截止电压确定充电完成电压，根据电池剩余电量确定待测锂电池当前的开路电压，根据充电截止电压、开路电压、充电完成电压、等效电路结构确定满电充电时长。
示例性的，进行短路测试时，待测锂电池的SOC值可能不为零，此时结合待测锂电池的开路电压可以准确的获取进行充电时所需的满电充电时长。
示例性的，锂电池的开路电压与SOC存在一定的关系，通过锂电池当前的SOC值可以近似得到锂电池当前的开路电压。
作为一种可实施方案，本步骤中，获取电池剩余电量，即当前待测锂电池的SOC值后，基于该该SOC值，可以通过开路电压与SOC的关系确定出待测锂电池当前的开路电压值。
作为一种可实施方案，获取待测锂电池的等效电路结构、充电截止电压后，可以确定该待测锂电池的充电公式，根据充电公式可以生成能够反映充电时长与当前电压关系的充电曲线，基于充电曲线，采用插值的方式，可以获取锂电池充至当前开路电压对应的时间，结合根据锂电池充电公式计算出的，锂电池从0％SOC充电至充电完成电压时所需的时长，可以获取锂电池从X％SOC，即当前开路电压充电至充电完成电压时所需的时长。
实施例二
本实施例提出一种锂电池短路测试装置，通过锂电池短路测试装置可以进行锂电池短路测试，图2是实施例中的短路测试装置结构框图，参考图2，短路测试装置包括控制器100、恒压充电模块200。
恒压充电模块200用于对待检测锂电池施加恒定电压，为待检测锂电池充电。
示例性的，针对不同类型的锂电池，恒压充电模块提供的恒定电压的范围可以为25V～1000V。
控制器100用于确定将待检测锂电池充至满电的满电充电时长，当充电时间达到满电充电时长时，控制器100控制恒压充电模块200停止向待检测锂电池施加恒定电压，停止向待检测锂电池充电。
示例性的，本实施例中，优选恒压充电的方式对测检测锂电池进行充电，采用恒压充电的方式，可以避免充电过程中对充电电流的主动控制，通过恒电压对待检测锂电池进行充电，充电过程中的控制量单一，便于控制器针对不同类型的锂电池计算将锂电池充电满电时所需的时长。
示例性的，本实施例中的控制器用于计算待检测锂电池充至满电的时长，其中计算出的时长可以为待检测锂电池从0％SOC充电至满电所需的时长，也可以为电池从X％SOC充电至满电所需的时长。
示例性的，本实施例中可以根据特定锂电池采用恒压充电时的充电方程计算将锂电池充至满电的时长，控制器也可以通过待测锂电池当前的电量计算出将锂电池充电至满电的时长。
本实施例中，在对锂电池进行充电之前，控制器可以计算出将待测锂电池充至满电状态时所需的满电充电时长，进行充电时，控制器以充电时长作为是否停止对待测锂电池进行充电的依据，进行充电过程的自动控制，可以提高锂电池短路检测的效率。
作为一种可实施方案，控制器可以配置为接收锂电池等效电路配置指令，根据等效电路配置指令确定时长。
示例性的，等效电路配置指令由测试人员输入至短路测试装置中，等效电路配置指令包括针对特征类型锂电池的等效电路结构、该类型锂电池的充电截止电压等。
图3是实施例中的一种等效电路结构图，示例性的，若一类锂电池的等效电路结构为图2所示的RC电路，该类锂电池的充电截止电压为U0，则控制器接收到包含上述内容的等效电路配置指令后，可以生成对应的锂电池充电公式，根据锂电池充电公式计算出满电充电时长。
例如，针对RC电路，锂电池充电公式为：
U＝U0×(1-e-t/RC)
式中，U为锂电池的当前电压，U0为充电截止电压，RC为RC电路的参数，t为从锂电池从0％SOC充电至锂电池两端电压为U时所需的时长。
示例性的，接收到上述等效电路配置指令后，控制器可以指示恒压充电模块向待检测锂电池的两端加载电压U0为锂电池进行充电。
示例性的，计算满电充电时长时，控制器首先确定设定的锂电池完成充电时的当前电压与充电截止电压之间的关系，设锂电池完成充电时的电压为充电完成电压，则充电截止电压与充电完成电压的关系可以为：
Uc＝0.99U0
其中，U0为充电截止电压，Uc为充电完成电压。
示例性的，基于充电完成电压以及锂电池充电公式，控制器可以计算出将锂电池充至充电完成电压的时长。
本实施例中，对等效电路结构的具体形式不做限定，控制器中可以存储若干与等效电路结构对应的充电公式，当控制器接收到等效电路配置指令后，可以直接查询到与等效电路结构对应的充电公式。
通过等效电路配置指令生成的锂电池充电公式确定满电充电时长，可以获取理论上的，锂电池充电至满电的过程中，从开始充电到结束充电时经历的最短时间，进而提高锂电池短路检测的效率。
作为一种可实施方案，等效电路配置指令可以包括电池剩余电量，控制器可以配置为根据等效电路配置指令生成充电曲线，根据电池剩余电量确定待测锂电池当前的开路电压，根据充电曲线以及开路电压确定充电时长。
图4是实施例中的锂电池开路电压与SOC的关系曲线图，参考图4，锂电池的开路电压与SOC存在一定的关系，通过锂电池当前的SOC值可以近似得到锂电池当前的开路电压。
在本实施方案中，控制器可以接收由测试人员输入的当前待测锂电池的SOC值，通过该SOC值，控制器可以根据开路电压与SOC的关系确定出待测锂电池当前的开路电压值。
图5是实施例中的一种充电曲线示意图，具体的，图5所示的充电曲线为RC电路的充电曲线，参考图5，若锂电池当前的开路电压不同，则将待测锂电池充电至满电状态时所需的充电时长也不相同，通过充电曲线，采用插值的方式，控制器可以获取锂电池当前开路电压对应的时间，结合根据锂电池充电公式计算出的，锂电池从0％SOC充电至充电完成电压时所需的时长，控制器可以获取锂电池从X％SOC充电至充电完成电压时所需的时长。
通过本方案中配置的控制器，当待测锂电池的SOC值不为零时，短路测试装置也可以准确的获取进行充电时所需的充电时长。
图6是实施例中的另一种短路测试装置结构框图，参考图6，作为一种可实施方案，短路测试装置还包括放电模块300，电压测量模块400。
放电模块300用于为待检测锂电池放电，使待检测锂电池放电至放电截止电压。电压测量模块400用于测量待检测锂电池两端的电压。
示例性的，图5所示的短路测试装置的工作过程包括：
步骤1.控制器接收等效电路配置指令。
示例性的，本步骤中，等效电路配置指令包括待检测锂电池的等效电路结构、充电截止电压、放电截止电压。
步骤2.控制器控制放电模块对待测锂电池放电。
步骤3.控制器获取电压测量模块测量的待检测锂电池两端的电压，当待检测锂电池两端的电压达到放电截止电压时，控制放电模块停止工作。
步骤4.控制器根据等效电路配置指令计算出充电时长，控制恒压充电模块对待检测锂电池充电，达到充电时长后，控制恒压充电模块停止工作。
通过图5所示的短路测试装置进行短路测试时，无需知晓待检测锂电池当前的SOC值，可以简化短路测试时的限定条件，简化短路测试的流程。
图6是实施例中的又一种短路测试装置结构框图，参考图6，作为一种可实施方案，短路测试装置包括控制器100、恒压充电模块200、电压测量模块400、加热模块500、温度检测模块600。
加热模块500用于加热待检测锂电池，温度检测模块600用于检测待检测锂电池的表面温度。
示例性的，通过图6所示的短路测试装置可以进行锂电池内短路测试试验，试验过程包括：
步骤1.控制器接收等效电路配置指令。
示例性的，本步骤中，等效电路配置指令包括待检测锂电池的等效电路结构、充电截止电压。
步骤2.控制器根据等效电路配置指令计算出充电时长，控制恒压充电模块对待检测锂电池充电，达到充电时长后，控制恒压充电模块停止工作。
示例性的，本步骤中，控制器根据等效电路结构查询出与之对应的锂电池充电公式，根据锂电池充电公式、充电截止电压以及充电完成电压计算出充电时长。
步骤3.控制器控制加热模块对待检测锂电池进行加热，并采集温度检测模块反馈的待检测锂电池的表面温度。
示例性的，进行锂电池内短路测试试验时，锂电池内部配有有金属片，当温度升高时，金属片发生形变刺穿隔膜，使锂电池内部正极与负极之间低阻性短接。
示例性的，对待检测锂电池进行加热时，可以控制加热速率和目标温度值，例如可以设置加热速率为5℃/min，目标温度值可设定为90℃。
示例性的，通过温度检测模块，控制器可以获取待检测锂电池当前的表面温度，通过电压测量模块控制器可以获取待检测锂电池两端的电压，当待检测锂电池的表面温度接近目标温度，且待检测锂电池两端的电压变化量超过100mV时，控制器判断待检测锂电池发生内短路，此时控制器给出内短路提示，便于测试人员记录故障状态。
步骤4.记录待检测锂电池的故障状态。
示例性的，本步骤中，待检测锂电池的故障状态可以包括膨胀、燃烧、爆炸等。
参考图6，短路测试装置还包括外接电阻模块700，外接电阻模块700用于根据等效内阻为待检测锂电池提供外接短路测试电阻。
示例性的，通过图6所示的短路测试装置还可以进行锂电池外短路测试试验，试验过程包括：
步骤1.控制器接收等效电路配置指令。
步骤2.控制器根据等效电路配置指令计算出充电时长，控制恒压充电模块对待检测锂电池充电，达到充电时长后，控制恒压充电模块停止工作。
步骤3.控制器控制加热模块对待检测锂电池进行加热。
示例性的，对待检测锂电池进行加热时，可以控制加热速率和目标温度值，例如可以设置加热速率为5℃/min，目标温度值可设定为55℃。
示例性的，通过温度检测模块，控制器可以获取待检测锂电池当前的表面温度，当待检测锂电池当前的表面温度达到目标温度值时，控制器控制加热模块停止加热。
步骤4.控制器控制外接电阻模块短接待检测锂电池。
示例性的，外接电阻模块中可以配置固定阻值(例如0.1Ω)的外接短路电阻，进行外短路测试时，通过该电流短接待检测锂电池的正、负极。
外接电阻模块中也可以配置阻值不同的外接短路电阻，此时等效电路配置指令包括待检测锂电池的等效内阻。示例性的，如待检测锂电池的等效内阻值为R，控制器控制外接电阻模块选用阻值为R/2的电阻作为外接短路电阻。
步骤5.记录待检测锂电池的故障状态。
示例性的，本步骤中，待检测锂电池的故障状态可以包括膨胀、燃烧、爆炸等。
参考图7，短路测试装置还包括电流测量模块800和显示模块900，电流测量模块800用于测量待检测锂电池的电流值，显示模块900用于显示待检测锂电池的充电电压变化曲线以及充电电流变化曲线。
示例性的，通过图7所示的短路测试装置还可以检测待检测锂电池是否发生短路，试验过程包括：
步骤1.控制器接收等效电路配置指令。
步骤2.控制器根据等效电路配置指令计算出充电时长，控制恒压充电模块对待检测锂电池充电，达到充电时长后，控制恒压充电模块停止工作。
步骤3.通过充电电流变化曲线图判断待检测锂电池是否发生短路。
示例性的，发生短路时的锂电池电阻为一个定值，发生短路的锂电池电阻为一个变值，充电过程中，正常锂电池的充电电压波形以及充电电流波形的峰值为固定值，发生短路锂电池的充电电压波形以及充电电流波形的峰值通常大于上述固定值，通过观察充电过程中，充电电压波形或者充电电流波形的峰值数目，可以判断待检测锂电池是否发生短路故障。
示例性的，图7所示的短路检测装置还可以包括放电模块，此时对待检测锂电池充电的过程包括：
步骤1.控制器控制放电模块对待测锂电池放电。
步骤2.控制器获取电压测量模块测量的待检测锂电池两端的电压，当待检测锂电池两端的电压达到放电截止电压时，控制放电模块停止工作。
步骤3.控制器根据等效电路配置指令计算出充电时长，控制恒压充电模块对待检测锂电池充电，达到充电时长后，控制恒压充电模块停止工作。
示例性的，在实际应用过程中，也可以根据进行短路测试试验的种类选择特定的功能模块组成短路测试装置，其对应的工作方式和有益效果与图6所示的短路测试装置相同，在此不再赘述。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种锂电池短路测试方法，其特征在于，包括：
接收锂电池等效电路配置指令，其中所述锂电池等效电路配置指令包括待检测锂电池的等效电路结构、充电截止电压，
根据所述充电截止电压确定充电完成电压，根据所述充电截止电压、充电完成电压以及所述等效电路结构确定满电充电时长，
对待检测锂电池施加恒定电压，为所述待检测锂电池充电，当充电时间达到所述满电充电时长时，停止向所述待检测锂电池施加所述恒定电压，停止向所述待检测锂电池充电。
2.如权利要求1所述的锂电池短路测试方法，其特征在于，所述等效电路配置指令还包括电池剩余电量，
测试方法还包括根据所述电池剩余电量确定所述待测锂电池当前的开路电压，根据所述充电截止电压、开路电压、充电完成电压以及等效电路结构确定所述满电充电时长。
3.如权利要求1所述的锂电池短路测试方法，其特征在于，所述充电截止电压与所述充电完成电压的关系为：
Uc＝0.99U0
其中，U0为充电截止电压，Uc为充电完成电压。
4.一种锂电池短路测试装置，其特征在于，包括：控制器、恒压充电模块，
所述恒压充电模块用于对所述待检测锂电池施加恒定电压，为所述待检测锂电池充电，
所述控制器用于接收锂电池等效电路配置指令，其中所述锂电池等效电路配置指令包括待检测锂电池的等效电路结构、充电截止电压；
根据所述充电截止电压确定充电完成电压，根据所述充电截止电压、充电完成电压以及等效电路结构确定满电充电时长；
当充电时间达到所述满电充电时长时，所述控制器控制所述恒压充电模块停止向所述待检测锂电池施加所述恒定电压，停止向所述待检测锂电池充电。
5.如权利要求4所述的锂电池短路测试装置，其特征在于，所述等效电路配置指令还包括电池剩余电量，
所述控制器配置为根据所述等效电路配置指令生成充电曲线，根据所述电池剩余电量确定所述待测锂电池当前的开路电压，根据所述充电曲线以及所述开路电压确定所述满电充电时长。
6.如权利要求4所述的电池短路测试装置，其特征在于，还包括加热模块以及温度检测模块，
所述加热模块用于加热所述待检测锂电池，所述温度检测模块用于检测所述待检测锂电池的表面温度。
7.如权利要求4所述的电池短路测试装置，其特征在于，还包括外接电阻模块，
所述等效电路配置指令包括所述待检测锂电池的等效内阻，所述外接电阻模块用于根据所述等效内阻为所述待检测锂电池提供外接短路测试电阻。
8.如权利要求4所述的电池短路测试装置，其特征在于，还包括放电模块，
所述放电模块用于为所述待检测锂电池放电，使所述待检测锂电池放电至放电截止电压。
9.如权利要求4所述的电池短路测试装置，其特征在于，还包括电压测量模块，
所述电压测量模块用于测量所述待检测锂电池两端的电压。
10.如权利要求4所述的电池短路测试装置，其特征在于，所述恒定电压的范围为25V～1000V。
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| CN202011476042.4A CN112557955A (zh) | 2020-12-14 | 2020-12-14 | 一种锂电池短路测试方法及装置 |
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