CN113341329A - 一种电压弛豫判定电芯析锂的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电压弛豫判定电芯析锂的方法及系统，其中方法包括：将电池在设定条件下进行充电放电循环至少一次后，放空电池；将电池在设定温度和设定充电倍率下进行恒流充电至设定的SOC后，记录电池在设定时间内的开路电压变化，得到电压‑时间曲线；将所述电压‑时间曲线进行微分，得到U′‑时间曲线；若U′‑时间曲线中存在拐点，则确定电池在设定温度和设定充电倍率下充电至设定的SOC时存在析锂。本发明无需对电芯进行拆解，在不破坏电池的前提下就能检测出电芯是否存在析锂问题。本发明适用于电芯整个生命周期的析锂检测，可以有效判断电芯性能。本发明适用所有石墨负极的锂离子电池，可以评估出各个温度区间的电芯析锂窗口。
Description
技术领域
本发明涉及电池管理技术领域，特别涉及一种电压弛豫判定电芯析锂的方法及系统。
背景技术
当前锂离子电池因其具有使用寿命长的特点，广泛应用于手机和笔记本电脑等终端设备、电动工具、电动自行车、电动汽车等领域。随着锂离子电池的电芯充电倍率的提高，充电时会产生析锂。锂离子电池在充电过程中，锂离子会从正极脱嵌并嵌入负极。但是当一些异常状况发生，造成从正极脱嵌的锂离子无法嵌入负极的话，那么锂离子就只能析出在负极表面，从而形成一层灰色的物质，这就叫做析锂。析锂是锂离子电池的一种损耗状况。锂离子电池析锂后，其寿命会加速衰减，继续使用也会有安全风险。因此检测锂离子电池的析锂情况就尤为重要。
目前充电析锂检测方法最有效的是电芯拆解和三电极检测方法。电芯拆解并不能有效地判断阶梯充电过程中电芯各个阶段析锂情况。同样制备三电极电芯会对电芯造成一定程度的损害，造成测试结果不准确。
发明内容
本发明的目的是提供一种电压弛豫判定电芯析锂的方法及系统，可以解决现有技术中使用电芯拆解法不能有效判断阶梯充电过程中电芯各个阶段析锂情况的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
第一方面，本发明提供一种电压弛豫判定电芯析锂的方法，包括以下步骤：
将电池或者电池模组在设定条件下进行充电放电循环至少一次后，放空电池或者电池模组的电量；
将电池或者电池模组在设定温度和设定充电倍率下进行恒流充电至设定的 SOC后停止，记录电池或电池模组在设定时间内的开路电压变化，得到电压-时间曲线；
将所述电压-时间曲线进行微分，得到U′-时间曲线；
若U′-时间曲线中存在拐点，则确定所述电池或电池模组在所述设定温度和设定充电倍率下充电至所述设定的SOC时存在析锂。
进一步的，所述的电压弛豫判定电芯析锂的方法还包括判断所述析锂是否为严重析锂的步骤，具体为：
对U′-时间曲线进行微分，得到U″-时间曲线；若U″-时间曲线中存在小于0的区间，则确定所述电池或电池模组在该设定充电倍率下充电至对应的SOC 时存在严重析锂。
进一步的，所述设定温度在-30℃至50℃之间。
进一步的，所述设定的SOC在0％至100％之间。
进一步的，所述开路电压的记录时间间隔小于2s。
第二方面，本发明提供一种电压弛豫判定电芯析锂系统，包括充放电装置、检测装置和分析装置，其中：
充放电装置，根据设定条件对待测电池或电池模组进行充电或放电；
检测装置，在符合检测条件后，检测设定时间内电池或电池模组的开路电压；
分析装置，根据所述开路电压与时间的关系，得到电压-时间曲线，对电压 -时间曲线进行微分，得到U′-时间曲线。
进一步的，所述分析装置还对U′-时间曲线进行微分，得到U″-时间曲线。
进一步的，所述设定条件包括设定温度、设定充电倍率和设定的SOC。
进一步的，所述根据设定条件对待测电池或电池模组进行充电或放电包括：将所述待测电池或者电池模组在设定条件下进行充电放电循环至少一次后，放空所述电池或者电池模组的电量；将所述电池或者电池模组在设定温度和设定充电倍率下进行恒流充电至设定的SOC后，将所述电池或电池模组开路。
进一步的，所述设定的SOC在0％至100％之间。
本发明的电压弛豫判定电芯析锂的方法及系统，无需对电芯进行拆解，也无需制备三电极电芯，在不破坏电池的前提下就能检测出电芯是否存在电芯析锂问题。本发明的电压弛豫判定电芯析锂的方法适用于电芯整个生命周期的析锂检测，可以有效判断电芯性能。本发明的电压弛豫判定电芯析锂的方法适用所有石墨负极的锂离子电池体系，可以评估出各个温度区间的电芯析锂窗口。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是在25℃、2.5C充电倍率下电芯电压随时间变化的曲线图；
图2是在-10℃、0.2C充电倍率下电芯电压随时间变化的曲线图；
图3是图1的曲线微分dU/dt随时间变化曲线；
图4是图2的曲线微分dU/dt随时间变化曲线；
图5是图4的曲线微分dU′/dt随时间变化曲线；
图6是在2.5C充电倍率下，对电池充电至SOC为60％的电芯拆解图；
图7是在2.5C充电倍率下，对电池充电至SOC为70％的电芯拆解图；
图8是在-10℃、0.2C充电倍率下，对电池充电至SOC为30％的电芯拆解图；
图9是在-10℃、0.2C充电倍率下，对电池充电至SOC为40％的电芯拆解图；
图10是本发明的电压弛豫判定电芯析锂的方法步骤图。
具体实施方式
下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
本发明的一种电压弛豫判定电芯析锂的方法，如图10所示，包括以下步骤：
步骤S1、将电池或者电池模组在设定条件下进行充电放电循环至少一次后，放空电池或者电池模组的电量。
本实施例中，设定条件指充电倍率为0.05C至0.2C。
充电倍率是指电池在规定的时间内放出其额定容量时所需要的电流值，它在数据值上等于电池额定容量的倍数，通常以字母C表示。如电池的标称额定容量为600mAh为1C(1倍率)，300mAh则为0.5C，6A则为10C。以此类推。
本实施例中，充电放电循环的次数在1次至3次为最佳。也可以多于3次，多于3次的话会延长测试时间，影响测试效率，但也能实现本发明的目的，并不会影响测试结果。
步骤S1中的电池或电池模组，包含使用前后所有阶段的电池或电池模组。
步骤S2、将电池或者电池模组在设定温度和设定充电倍率下进行恒流充电，恒流充电至设定的SOC后停止充电，记录电池或电池模组在设定时间内的开路电压变化，得到电压-时间曲线。
设定温度和设定充电倍率可以根据实际需要进行确定，具体设定数值不应作为对本发明的限制。设定充电倍率包含快充最大充电倍率和额定充电倍率中所包含的所有充电倍率。在本申请的实施例中，设定温度优选在-30℃至50℃温度区间内任一温度。
设定时间为1小时～2小时，记录开路电压的时间间隔小于2s。
SOC(State of Charge)，即荷电状态，用来反映电池的剩余容量，其数值定义为剩余容量占电池容量的比值，常用百分数表示。其取值范围为0～1，当 SOC＝0时表示电池放电完全，当SOC＝1时表示电池完全充满。本实施例中，设定的SOC可以根据实际需要确定，在充电温度和充电倍率固定时，同一电池或电池模组可以充电至不同的SOC。
在本申请的实施例中，设定的SOC优选在电池常温容量下0％至100％区间中的任意值。
举例说明：设定温度为25℃，设定充电倍率为2.5C，在该设定条件下将电池或电池模组充电至不同SOC得到电压-时间曲线如图1所示。
设定温度为-10℃，设定充电倍率为0.2C，在该设定条件下将电池或电池模组充电至不同SOC得到电压-时间曲线如图2所示。
步骤S3、将电压-时间曲线进行微分，得到U′-时间曲线。
U′＝dU/dt，U′是指开路电压U对时间求导所得的值。
对图1的电压-时间曲线中的电压求导得到的如图3所示的U′-时间曲线图，对图2的电压-时间曲线中的电压求导得到的如图4所示的U′-时间曲线图。
步骤S4、若U′-时间曲线中存在拐点，则确定该电池或电池模组在该设定温度和设定充电倍率下充电至对应的SOC时存在析锂。
U′-时间的关系曲线中的拐点是指曲线呈现突然平缓的变化。
如图3所示，从图中可以明显看出充电温度为25℃、充电倍率为2.5C、SOC 为70％的充电条件下的曲线存在拐点，证明在25℃下，以2.5C的充电倍率对电池充电至70％时，该电池存在析锂。如图4所示，充电温度为-10℃、充电倍率为0.2C、SOC为30％的充电条件下的U′-时间曲线中存在拐点，充电温度为-10℃、充电倍率为0.2C、SOC为40％的充电条件下的U′-时间曲线中存在一个下凹峰。证明在-10℃下，以0.2C的充电倍率对电池充电至30％或40％时，该电池存在析锂。
为了验证检测结果，对电池进行拆解，如图6和图7所示，图6是在25℃、 2.5C充电倍率下，对电池充电至60％的电芯拆解图，图7是在25℃、2.5C充电倍率下，对电池充电至70％的电芯拆解图。可以看出图7的电芯表面存在轻微析锂。
进一步的，本发明的电压弛豫判定电芯析锂的方法，还包括判断析锂是否为严重析锂的步骤，具体为：
对步骤S3得到的U′-时间曲线进行微分，得到U″-时间曲线，若U″-时间曲线中存在小于0的区间，则确定电池或电池模组在该设定充电倍率下充电至对应的SOC时存在严重析锂。
U″＝dU′/dt，U″是指U′对时间求导所得的值。
如图5所示，可以明显地看出充电温度为-10℃、充电倍率为0.2C、SOC为 40％充电条件下的U″-时间曲线中存在小于0的区间，证明在-10℃下，以0.2C 的充电倍率对电池充电至40％时，该电池存在严重析锂。
同样，为了验证检测结果，对电池进行拆解，如图8和图9所示，图8是在-10℃、0.2C充电倍率下，对电池充电至30％的电芯拆解图，图9是在-10℃、 0.2C充电倍率下，对电池充电至40％的电芯拆解图。电芯拆解图进一步证明了在-10℃下，以0.2C的充电倍率对电池充电至40％时，该电池存在严重析锂。
本发明还提供一种电压弛豫判定电芯析锂系统，包括充放电装置、检测装置和分析装置，其中：
充放电装置，根据设定条件对待测电池或电池模组进行充电或放电。
检测装置，检测设定时间内电池或电池模组的开路电压，并将检测的开路电压发送给分析装置。
分析装置，根据开路电压与时间的关系，得到电压-时间曲线，对电压-时间曲线进行微分，得到U′-时间曲线。
所述设定条件包括：设定温度、设定充电倍率、设定SOC等。
根据设定条件对待测电池或电池模组进行充电或放电包括：使用充放电装置将电池或者电池模组在设定条件下进行充电放电循环至少一次后，放空电池或者电池模组的电量；将电池或者电池模组在设定温度和设定充电倍率下进行恒流充电，恒流充电至设定的SOC后将电池或电池模组开路。完成这些操作后，再使用检测装置检测电池或电池模组的开路电压。
U′是指开路电压U对时间求导所得的值。如果U′-时间曲线中有拐点，则证明该曲线对应的电池或电池模组在该设定充电倍率下充电至对应的SOC时存在析锂。
进一步的，分析装置还对U′-时间曲线进行微分，得到U″-时间曲线。U″是指U′对时间求导所得的值。若U″-时间曲线中存在小于0的区间，则确定电池或电池模组在该设定充电倍率下充电至对应的SOC时存在严重析锂。
以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，不经过创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电压弛豫判定电芯析锂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将电池或者电池模组在设定条件下进行充电放电循环至少一次后，放空电池或者电池模组的电量；
将电池或者电池模组在设定温度和设定充电倍率下进行恒流充电至设定的SOC后停止，记录电池或电池模组在设定时间内的开路电压变化，得到电压-时间曲线；
将所述电压-时间曲线进行微分，得到U′-时间曲线；
若U′-时间曲线中存在拐点，则确定所述电池或电池模组在所述设定温度和设定充电倍率下充电至所述设定的SOC时存在析锂。
2.根据权利要求1所述的电压弛豫判定电芯析锂的方法，其特征在于，还包括判断所述析锂是否为严重析锂的步骤，具体为：
对U′-时间曲线进行微分，得到U″-时间曲线；若U″-时间曲线中存在小于0的区间，则确定所述电池或电池模组在该设定充电倍率下充电至对应的SOC时存在严重析锂。
3.根据权利要求1或2所述的电压弛豫判定电芯析锂的方法，其特征在于，所述设定温度在-30℃至50℃之间。
4.根据权利要求1或2所述的电压弛豫判定电芯析锂的方法，其特征在于，所述设定的SOC在0％至100％之间。
5.根据权利要求1或2所述的电压弛豫判定电芯析锂的方法，其特征在于，所述开路电压的记录时间间隔小于2s。
6.一种电压弛豫判定电芯析锂系统，其特征在于，包括充放电装置、检测装置和分析装置，其中：
充放电装置，根据设定条件对待测电池或电池模组进行充电或放电；
检测装置，在符合检测条件后，检测设定时间内电池或电池模组的开路电压；
分析装置，根据所述开路电压与时间的关系，得到电压-时间曲线，对电压-时间曲线进行微分，得到U′-时间曲线。
7.根据权利要求6所述的电压弛豫判定电芯析锂系统，其特征在于，所述分析装置还对U′-时间曲线进行微分，得到U″-时间曲线。
8.根据权利要求6或7所述的电压弛豫判定电芯析锂系统，其特征在于，所述设定条件包括设定温度、设定充电倍率和设定的SOC。
9.根据权利要求6或7所述的电压弛豫判定电芯析锂系统，其特征在于，所述根据设定条件对待测电池或电池模组进行充电或放电包括：将所述待测电池或者电池模组在设定条件下进行充电放电循环至少一次后，放空所述电池或者电池模组的电量；将所述电池或者电池模组在设定温度和设定充电倍率下进行恒流充电至设定的SOC后，将所述电池或电池模组开路。
10.根据权利要求9所述的电压弛豫判定电芯析锂系统，其特征在于，所述设定的SOC在0％至100％之间。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210903 |