CN112731182A - 一种快速评价锂离子电池循环寿命的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种快速评价锂离子电池循环寿命的方法。该方法通过将电池放置在一种具有高强度材料制成的恒位移压力测试工装中进行循环测试，所述恒位移压力测试工装包括：下端板、滑动板、绝缘电木板、限位柱、限位滑环、传感器固定板、传感器；通过循环过程中压力值和压力增长率的变化值判定电池容量的衰减情况；通过与正常循环容量保持率的对比，得到比例系数，在对其它批次的电池进行膨胀力循环，根据比例系数可以判定该批次电池最终能达到的寿命情况，该方法可以将循环效率提高2~3倍。
Description
技术领域
本发明涉及电气技术领域，特别是涉及一种快速评价锂离子电池循环寿命的方法。
背景技术
随着传统能源的日益枯竭，新能源产业的蓬勃发展，越来越多的锂离子电池被使用在电动汽车上。然而，锂离子电池循环测试是一个需要大量时间以及电量的投入才能完成，锂离子电池的循环寿命至少在1200次以上，三元材料电池的最高可到2000多次80%剩余容量，磷酸铁锂材料电池可以循环上万次，使用目前的充放电条件需要1年甚至更多的时间去做循环测试。如此长时间的测试不仅仅浪费巨大的人力、物力、财力，而且影响电池的开发进度，也不能快速的评价批次之间的差异。
因此，目前迫切需要开发出一种方法，这种方法可以快速的评价电池的寿命情况。我们需要加速电池寿命的衰减，通过其它参数的限定以及数据的对比更加快速地、更加科学的评价锂离子电池的循环寿命。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种快速评价锂离子电池循环寿命的方法，其可以在更短的时间内评估出电池的容量，另外可以通过压力值和压力的增长率判断电池的容量衰减情况。
为此，本发明提供了一种快速评价锂离子电池循环寿命的方法，包括以下步骤：
第一步、使用恒位移压力测试工装，在设置一定初始力的情况下进行膨胀力循环测试，另外进行一组普通条件下（是正常电池在不增加任何装置的调节下）的循环测试进行对比，确定比例系数（定义为K值）；所述恒位移压力测试工装包括：下端板、滑动板、绝缘电木板、限位柱、限位滑环、传感器固定板、传感器；下端板设置有四个均匀分布的开缝螺纹固定限位柱，四个限位柱通过螺纹固定在下端板上，下端板的上表面固定有下绝缘电木板，滑动板的下表面装有上绝缘电木板，滑动板上装有4个滑环，电池放置在下端板与滑动板之间，传感器固定板上设置有开孔，用于固定传感器；
第二步、通过压力出现的拐点判定容量急剧衰减的阶段，通过容量的拐点时压力，可以定义为该电池压力的预警阀值（定义为F值）；通过对比恒位移和普通条件下的循环次数确定k值。
第三步、对其它批次电池进行恒位移条件下的循环测试利用k值计算该批次电池所能达到的实际水平。
其中，在第一步中，通过增大初始力可以加快循环速度，但是过大的初始力可能会导致电池安全问题，建议在0.15~0.3MPa之间。
由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种快速评价锂离子电池循环寿命的方法，其可以将循环效率提高2~3倍。
附图说明
图1为本发明公开的一种恒位移压力测试工装；
图2是本发明的实施例中，不同初始力循环和普通循环曲线；
图3是本发明的实施例中，1kN的初始力进行循环测试以及普通循环测试对k值进行验证的测试曲线。
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。
如图1所示，恒位移压力工装包括：螺纹锁紧装置1、下端板2、滑动板4、绝缘电木板8、限位柱3、限位滑环5、传感器固定板6、传感器7；下端板设置有四个均匀分布的开缝螺纹固定限位柱，四个限位柱通过螺纹固定在下端板上，下端板的上表面固定有下绝缘电木板，滑动板的下表面装有上绝缘电木板，滑动板上装有4个滑环分布在滑动板的4个角的位置，电池放置在下端板与滑动板之间，传感器固定板上设置有开孔，用于固定传感器，通过拧紧4个限位柱调整初始力的大小，然后垂直方向用内六角螺钉锁死。
本发明提供了一种快速评价锂离子电池循环寿命的方法，并公开了一种恒压力测试工装，我们以一款51Ah电池为例进行说明：
第一步、使用本发明提供的恒位移压力测试工装，安装好电池后将初始力调整到1kN和3kN的两只电池，采用51A恒流恒压充电至4.2V，截止电流2.55A，在常温下进行循环测试，使用同样的充放电制式进行普通条件下的循环测试，在测试的过程中同时要检测压力的变化值；
第二步、通过不同初始压力的曲线可以看出该款电池在循环最大压力大于7kN时容量开始出现拐点，对压力曲线进行微分可以看出当容量在压力稳定增长期后（100次循环后）当压力的增长超过550~600N/100次时压力出现拐点，出现拐点后100次左右容量会出现拐点，这也是判定容量大幅衰减的标志如图2。循环情况如下表一：
表一
| 初始力 | 循环次数 | 容量保持率 |
| 1kN | 980 | 80% |
| 3kN | 620 | 80% |
| 普通循环 | 1970 | 80% |
使用初始力为1kN时其k=1970/980=2.01；使用初始力为3kN时k=1970/620=3.18。
第三步、对于不同批次的电池我们使用1kN的初始力进行循环测试以及普通循环测试对k值进行验证（如图3），从压力测试曲线可以看出与步骤二7kN左右容量衰减加速的效果一致，压力增长率也相当，测试结果如表二：
表二
| 初始力 | 循环次数 | 容量保持率 |
| 1kN | 564 | 80% |
| 普通循环 | 1120 | 80% |
验证结果k=1120/564=1.99,误差为1%，所以该方法是一个行之有效的方法，可以大大节省测试周期
综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种快速评价锂离子电池循环寿命的方法，其可以快速评价锂离子电池的循环寿命，并且可以提供锂离子电池维持稳定容量衰减的压力值，以及可以提前100次循环左右判定容量可能出现拐点的压力增长率。
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 (3)
1.一种快速评价锂离子电池循环寿命的方法，其特征在于，按照下述步骤进行：
第一步、使用恒位移压力测试工装，在设置一定初始力的情况下进行膨胀力循环测试，另外进行一组普通条件下的循环测试进行对比，确定比例系数，定义为k值；所述恒位移压力测试工装包括：下端板、滑动板、绝缘电木板、限位柱、限位滑环、传感器固定板、传感器；下端板设置有四个均匀分布的开缝螺纹固定限位柱，四个限位柱通过螺纹固定在下端板上，下端板的上表面固定有下绝缘电木板，滑动板的下表面装有上绝缘电木板，滑动板上装有4个滑环，电池放置在下端板与滑动板之间，传感器固定板上设置有开孔，用于固定传感器；
第二步、通过压力出现的拐点判定容量急剧衰减的阶段，通过容量的拐点时压力，可以定义为该电池压力的预警阀值：定义为F值；通过对比恒位移和普通条件下的循环次数确定k值；
第三步、对其它批次电池进行恒位移条件下的循环测试，利用k值计算该批次电池所能达到的实际水平。
2.如权利要求1所述的快速评价锂离子电池循环寿命的方法，其特征在于，所述恒位移压力测试工装通过充放电设备采集压力随时间变化的信号。
3.如权利要求1所述的快速评价锂离子电池循环寿命的方法，其特征在于，使用所述恒位移压力测试工装对离子电池进行循环测试，测试时的充放电倍率选择1C充电、1C放电。
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