CN113064086A - 一种锂离子电池自放电速率测试方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂离子电池自放电速率测试方法、装置及系统。锂离子电池自放电速率测试方法包括：将电池充电至设定荷电量，静置并记录电池的电压时间曲线；在静置初始时刻与第一静置时刻之间，利用电压时间曲线进行采样得到极化电压数据集，利用极化电压数据集拟合极化电压曲线；利用极化电压曲线计算第一静置时刻、第二静置时刻之间的第一电压变化量，利用电压时间曲线确定第一静置时刻、第二静置时刻之间的第二电压变化量；根据第一电压变化量与第二电压变化量的差值确定自放电变化量，根据自放电变化量、第一静置时刻与第二静置时刻的时间差计算自放电变化率。

Description

一种锂离子电池自放电速率测试方法、装置及系统

技术领域

本发明实施例涉及电池测试技术，尤其涉及一种锂离子电池自放电速率测试方法、装置及系统。

背景技术

锂离子电池自放电是指锂离子电池在开路搁置状态下，容量自发损耗的现象。根据其对电池影响的不同，分为可逆自放电和不可逆自放电两类。其中可逆自放电主要由物理原因造成，容量损失后能通过再次充电得到补偿；不可逆自放电主要是由于电池内部发生了化学反应，这一部分损失的容量不能通过再次充电获得补偿。锂离子电池自放电的大小直接影响锂离子的品质、配组一致性及使用寿命。

目前锂离子电池自放电测试普遍采用压降法，即先将锂离子电池充电至指定荷电态并静置一段时间后，测试其在规定时间段内开路电压的变化。对锂离子电池而言，其在充电过程中会存在极化的情况，即实际开路电压高于理论电压，这一部分高出的电压称为极化电压。

目前，从成本角度考虑，测试过程中不允许锂离子电池在充电后长时间静置以消除极化，现有技术中没有专门针对消除极化电压影响的自放电测试方法及工艺。

发明内容

本发明提供一种锂离子电池自放电速率测试方法、装置及系统，以达到提高电池自放电速率测试准确性的目的。

第一方面，本发明实施例提供了一种锂离子电池自放电速率测试方法，包括：

将电池充电至设定荷电量，静置并记录所述电池的电压时间曲线；

在静置初始时刻与第一静置时刻之间，利用所述电压时间曲线进行采样得到极化电压数据集，利用所述极化电压数据集拟合极化电压曲线；

利用所述极化电压曲线计算所述第一静置时刻、第二静置时刻之间的第一电压变化量，利用所述电压时间曲线确定所述第一静置时刻、所述第二静置时刻之间的第二电压变化量；

根据所述第一电压变化量与所述第二电压变化量的差值确定自放电变化量，根据所述自放电变化量、所述第一静置时刻与所述第二静置时刻的时间差计算自放电变化率。

进一步的，在静置初始时刻与第三静置时刻之间，利用所述电压时间曲线进行采样得到所述极化电压数据集，利用所述极化电压数据集拟合所述极化电压曲线；

所述第三静置时刻位于所述静置初始时刻与所述第一静置时刻之间。

进一步的，所述静置初始时刻与所述第一静置时刻之间的时长大于0小于53小时；

所述第一静置时刻与所述第二静置时刻之间的时长大于0小于240小时。

进一步的，所述静置初始时刻与所述第三静置时刻之间的时长大于0小于5小时；

所述第三静置时刻与所述第一静置时刻之间的时长大于0小于48小时。

进一步的，按照设定的时间间隔，利用所述电压时间曲线进行采样得到所述极化电压数据集。

进一步的，所述时间间隔大于0小于1小时。

进一步的，所述设定荷电量为0％～7％SOC。

进一步的，所述极化电压曲线为对数函数曲线。

第二方面，本发明实施例还提供了一种锂离子电池自放电速率测试装置，包括：

充电控制单元，用于将电池充电至设定荷电量；

存储单元，用于记录所述电池的电压时间曲线；

拟合单元，用于在静置初始时刻与第一静置时刻之间，利用所述电压时间曲线进行采样得到极化电压数据集，利用所述极化电压数据集拟合极化电压曲线；

自放电速率计算单元，用于利用所述极化电压曲线计算所述第一静置时刻、第二静置时刻之间的第一电压变化量，利用所述电压时间曲线确定所述第一静置时刻、所述第二静置时刻之间的第二电压变化量，根据所述第一电压变化量与所述第二电压变化量的差值确定自放电变化量，根据所述自放电变化量、所述第一静置时刻与所述第二静置时刻的时间差计算自放电变化率。

第三方面，本发明实施例还提供了一种锂离子电池自放电速率测试系统，用于执行实施例记载的锂离子电池自放电速率测试方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提出的自放电速率测试方法利用电池自身的电压时间曲线中的选定数据拟合电池自身的极化电压曲线，根据极化电压曲线确定指定时刻的极化电压，基于极化电压可以确定电池的真实自放电变化量，电池自放电速率测试准确性高。

附图说明

图1是实施例中的自放电速率测试方法流程图；

图2是实施例中的一种电压时间曲线示意图；

图3是实施例中的另一种自放电速率测试方法流程图；

图4是实施例中的另一种电压时间曲线示意图；

图5是实施例中的自放电速率测试装置示意图；

图6是实施例中的自放电速率测试系统结构框图。

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是实施例中的自放电速率测试方法流程图，参考图1，自放电速率测试方法，包括：

S101.将电池充电至设定荷电量，静置并记录电池的电压时间曲线。

示例性的，本步骤中，首先将待测电池充电至一定荷电量，其充电目标荷电量可以为0％～100％SOC，优选的，设定荷电量为0％～7％SOC。充电至目标荷电量后开始静置，静置过程中记录电池的电压时间曲线。

S102.在静置初始时刻与第一静置时刻之间，利用电压时间曲线进行采样得到极化电压数据集，利用极化电压数据集拟合极化电压曲线。

示例性的，本实施例中可以通过电压时间曲线的选定点切线的斜率确定第一静置时刻对应的时间点，例如，可以设定斜率阈值，在电压时间曲线上选定若干点，计算每点对应的切线斜率，选定切线斜率首次小于设定斜率阈值的点对应的时刻作为第一静置时刻。

图2是实施例中的一种电压时间曲线示意图，参考图2，示例性的，选定第一静置时刻T1后，在静置初始时刻T0与第一静置时刻T1之间进行采样形成极化电压数据集，利用极化电压数据集拟合极化电压曲线。

示例性的，本实施例中按照固定的时间间隔，利用电压时间曲线进行采样得到极化电压数据集。

示例性的，本实施例中极化电压曲线的一般形式可以根据经验确定。

S103.利用极化电压曲线计算第一静置时刻、第二静置时刻之间的第一电压变化量，利用电压时间曲线确定第一静置时刻、第二静置时刻之间的第二电压变化量。

示例性的，设定极化电压曲线为f(x)，其为关于时间的函数，则利用极化电压曲线计算第一静置时刻、第二静置时刻之间的第一电压变化量为：

ΔV₁＝f(T1-T0)-f(T2-T0)

示例性的，参考图2，利用电压时间曲线确定第一静置时刻、第二静置时刻之间的第二电压变化量为：

ΔV₂＝V₁-V₂

示例性的，本方案中，设定静置初始时刻T0与第一静置时刻T1之间的时长大于0小于53小时。

示例性的，可以设定采样时的时间间隔大于0小于1小时，例如，设定采样时的时间间隔大于0小于30分钟。

示例性的，可以设定第一静置时刻T1与第二静置时刻T2之间的时长大于0小于240小时，例如，设定第一静置时刻T1与第二静置时刻T2之间的时长为48小时。

S104.根据第一电压变化量与第二电压变化量的差值确定自放电变化量，根据自放电变化量、第一静置时刻与第二静置时刻的时间差计算自放电变化率。

示例性的，根据第一电压变化量与第二电压变化量确定的自放电变化量为：

ΔV＝ΔV₂-ΔV₁

示例性的，根据自放电变化量确定的自放电变化率为：

K＝ΔV/(T2-T1)

示例性的，根据上述方法计算出自放电变化率后，可以根据3σ原则确定电池是否属于良品，其中若自放电变化率超过3σ区间范围，则确定电池为不良品。

本实施例提出的自放电速率测试方法利用电池自身的电压时间曲线中的选定数据拟合电池自身的极化电压曲线，根据极化电压曲线确定极化电压，由于极化电压曲线基于待测试电池自身电压时间曲线的数据拟合而成，因此极化电压曲线贴近待测电池的真实极化电压曲线，通过极化电压曲线计算出的极化电压准确性高，进而，根据极化电压确定的电池真实的放电变化量准确性高，达到提高电池自放电速率测试准确性的目的。

此外，本实施例中，自放电速率测试过程中的放电过程短，电池充电至目标荷电量后，不必静置过长时间即可完成自放电速率测试，自放电速率测试效率高。

图3是实施例中的另一种自放电速率测试方法流程图，参考图3，自放电速率测试方法还可以为：

S201.将电池充电至设定荷电量，静置并记录电池的电压时间曲线。

示例性的，本方案中，设定荷电量为0％～7％SOC。设定充电的目标荷电量小于7％SOC，放电过程中电池的荷电量和电压呈现出较为规律的变化，进而可以有效的通过电池的压降来评估自放电的大小，也可以相应缩短自放电速率测试的时间。

S202.在静置初始时刻与第三静置时刻之间，利用电压时间曲线进行采样得到极化电压数据集，利用极化电压数据集拟合极化电压曲线。

图4是实施例中的另一种电压时间曲线示意图，参考图4，第三静置时刻T3位于静置初始时刻T0与第一静置时刻T1之间。

示例性的，确定第三静置时刻的确定方法可以与确定第一静置时刻的确定方法相同；确定第一静置时刻后也可以按照设定的时间比例关系，在静置初始时刻和第一静置时刻之间确定第三静置时刻。

示例性的，设定静置初始时刻T0与第三静置时刻T3之间的时长大于0小于5小时；设定第三静置时刻T3与第一静置时刻T1之间的时长大于0小于48小时；设定第一静置时刻T1与第二静置时刻T2之间的时长大于0小于240小时。

示例性的，按照固定的时间间隔，利用电压时间曲线进行采样得到极化电压数据集，设定采样的时间间隔大于0小于1小时。

示例性的，本方案中，设定极化电压曲线的一般形式为对数函数，其函数式如下所示：

g(x)＝aln(x)+b

基于极化电压数据集求解上述函数式中的系数a、b进而得到极化电压曲线的具体形式。

示例性的，本方案中，设定第三静置时刻，缩短自静置初始时刻起，用于拟合极化电压曲线的电压时间曲线所经历的时长，在静置初始时刻T0和第三静置时刻T3之间，时间较短，电池电压下降幅度较大，电池自放电压降较小可忽略不计，因此可以提高拟合的极化电压曲线的精度。

S203.利用极化电压曲线计算第一静置时刻、第二静置时刻之间的第一电压变化量，利用电压时间曲线确定第一静置时刻、第二静置时刻之间的第二电压变化量。

示例性的，经过步骤S202计算出的极化电压曲线为g(x)，其为关于时间的函数，则利用极化电压曲线计算第一静置时刻、第二静置时刻之间的第一电压变化量为：

ΔV₁＝g(T1-T0)-g(T2-T0)

示例性的，参考图4，利用电压时间曲线确定第一静置时刻、第二静置时刻之间的第二电压变化量为：

ΔV₂＝V₁-V₂

S204.根据第一电压变化量与第二电压变化量的差值确定自放电变化量，根据自放电变化量、第一静置时刻与第二静置时刻的时间差计算自放电变化率。

示例性的，根据第一电压变化量与第二电压变化量确定的自放电变化量为：

ΔV＝ΔV₂一ΔV₁

示例性的，根据自放电变化量确定的自放电变化率为：

K＝ΔV/(T2-T1)

示例性的，根据上述方法计算出自放电变化率后，可以根据3σ原则确定电池是否属于良品，其中若自放电变化率超过3σ区间范围，则确定电池为不良品。

实施例二

图5是实施例中的自放电速率测试装置示意图，参考图5，本实施例提出一种锂离子电池自放电速率测试装置，包括：充电控制单元100、存储单元200、拟合单元300、自放电速率计算单元400。

充电控制单元100用于将电池充电至设定荷电量。

存储单元200用于记录电池的电压时间曲线。

拟合单元300用于在静置初始时刻与第一静置时刻之间，利用电压时间曲线进行采样得到极化电压数据集，利用极化电压数据集拟合极化电压曲线；或者在静置初始时刻与第三静置时刻之间，利用电压时间曲线进行采样得到极化电压数据集，利用极化电压数据集拟合极化电压曲线。

自放电速率计算单元400用于利用极化电压曲线计算第一静置时刻、第二静置时刻之间的第一电压变化量，利用电压时间曲线确定第一静置时刻、第二静置时刻之间的第二电压变化量，根据第一电压变化量与第二电压变化量的差值确定自放电变化量，根据自放电变化量、第一静置时刻与第二静置时刻的时间差计算自放电变化率。

本实施例中，自放电速率测试装置的有益效果与实施例一记载的自放电速率测试方法的有益效果相同。

实施例三

图6是实施例中的自放电速率测试系统结构框图，参考图6，本实施例提出一种锂离子电池自放电速率测试系统，其中自放电速率测试系统可以包括控制器1、充电装置2、电压检测装置3。

控制器1分别与充电装置2、电压检测装置3相连接，充电装置2用于为电池1000充电，电压检测装置3用于采集电池1000的放电电压。控制器1用于执行实施例一记载的任意一种锂离子电池自放电速率测试方法。

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)

1.一种锂离子电池自放电速率测试方法，其特征在于，包括：

将电池充电至设定荷电量，静置并记录所述电池的电压时间曲线；

在静置初始时刻与第一静置时刻之间，利用所述电压时间曲线进行采样得到极化电压数据集，利用所述极化电压数据集拟合极化电压曲线；

利用所述极化电压曲线计算所述第一静置时刻、第二静置时刻之间的第一电压变化量，利用所述电压时间曲线确定所述第一静置时刻、所述第二静置时刻之间的第二电压变化量；

根据所述第一电压变化量与所述第二电压变化量的差值确定自放电变化量，根据所述自放电变化量、所述第一静置时刻与所述第二静置时刻的时间差计算自放电变化率。

2.如权利要求1所述的锂离子电池自放电速率测试方法，其特征在于，在静置初始时刻与第三静置时刻之间，利用所述电压时间曲线进行采样得到所述极化电压数据集，利用所述极化电压数据集拟合所述极化电压曲线；

所述第三静置时刻位于所述静置初始时刻与所述第一静置时刻之间。

3.如权利要求1所述的锂离子电池自放电速率测试方法，其特征在于，所述静置初始时刻与所述第一静置时刻之间的时长大于0小于53小时；

所述第一静置时刻与所述第二静置时刻之间的时长大于0小于240小时。

4.如权利要求2所述的锂离子电池自放电速率测试方法，其特征在于，所述静置初始时刻与所述第三静置时刻之间的时长大于0小于5小时；

所述第三静置时刻与所述第一静置时刻之间的时长大于0小于48小时；

所述第一静置时刻与所述第二静置时刻之间的时长大于0小于240小时。

5.如权利要求3或4所述的锂离子电池自放电速率测试方法，其特征在于，按照设定的时间间隔，利用所述电压时间曲线进行采样得到所述极化电压数据集。

6.如权利要求5所述的锂离子电池自放电速率测试方法，其特征在于，所述时间间隔大于0小于1小时。

7.如权利要求1所述的锂离子电池自放电速率测试方法，其特征在于，所述设定荷电量为0％～7％SOC。

8.如权利要求1所述的锂离子电池自放电速率测试方法，其特征在于，所述极化电压曲线为对数函数曲线。

9.一种锂离子电池自放电速率测试装置，其特征在于，包括：

充电控制单元，用于将电池充电至设定荷电量；

存储单元，用于记录所述电池的电压时间曲线；

拟合单元，用于在静置初始时刻与第一静置时刻之间，利用所述电压时间曲线进行采样得到极化电压数据集，利用所述极化电压数据集拟合极化电压曲线；

自放电速率计算单元，用于利用所述极化电压曲线计算所述第一静置时刻、第二静置时刻之间的第一电压变化量，利用所述电压时间曲线确定所述第一静置时刻、所述第二静置时刻之间的第二电压变化量，根据所述第一电压变化量与所述第二电压变化量的差值确定自放电变化量，根据所述自放电变化量、所述第一静置时刻与所述第二静置时刻的时间差计算自放电变化率。

10.一种锂离子电池自放电速率测试系统，其特征在于，用于执行权利要求1所述的锂离子电池自放电速率测试方法。

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