CN114397497A - 充电窗口确定方法、三电极电池、电子设备和存储介质 - Google Patents

充电窗口确定方法、三电极电池、电子设备和存储介质 Download PDF

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CN114397497A CN202210073329.5A CN202210073329A CN114397497A CN 114397497 A CN114397497 A CN 114397497A CN 202210073329 A CN202210073329 A CN 202210073329A CN 114397497 A CN114397497 A CN 114397497A
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Abstract

本申请公开了一种电池充电窗口确定方法、三电极电池、电子设备和存储介质。该方法包括：提供三电极电池，三电极电池包括负极极片和多个参比电极，多个参比电极分别对应负极极片的多个位置设置；以预设倍率对三电极电池进行第一充电测试，监测第一充电测试过程中多个参比电极的电位；根据第一充电测试过程中多个参比电极的电位确定目标参比电极；在预设温度下，以测试倍率对三电极电池进行第二充电测试，监测第二充电测试过程中目标参比电极的电位；根据第二充电测试过程中目标参比电极的电位，确定预设温度对应的电池充电窗口。本申请通过监测在电池不同位置的参比电极的电位以确定目标参比电极的电位得到电池的充电窗口，确保充电窗口的可靠性。

Description

充电窗口确定方法、三电极电池、电子设备和存储介质
技术领域
本申请涉及电池充电技术领域，特别涉及一种充电窗口确定方法、三电极电池、电子设备和存储介质。
背景技术
通过在锂离子电池中布置参比电极监测负极电位是确定电池充电策略的重要方法之一。目前对参比电极放置的位置没有统一的限定，可以将参比电极置于负极极耳附近，也可以将参比电极置于电池芯包中心附近位置。但由于电池结构、极片和电解液浸润的不均匀性，充电过程负极极耳附近或者芯包中心附近位置可能不是电池负极电位最低的位置，从而过高判断电池的充电能力，最终导致充电策略设计不当并引发充电过程电池析锂。
发明内容
本申请实施方式提供一种充电窗口确定方法、三电极电池、电子设备和存储介质。
本申请实施方式提供一种电池充电窗口确定方法。所述电池充电窗口确定方法包括：提供三电极电池，所述三电极电池包括负极极片和多个参比电极，多个所述参比电极分别对应所述负极极片的多个位置设置；以预设倍率对所述三电极电池进行第一充电测试，监测所述第一充电测试过程中多个所述参比电极的电位；根据所述第一充电测试过程中多个所述参比电极的电位确定目标参比电极；在预设温度下，以测试倍率对所述三电极电池进行第二充电测试，监测所述第二充电测试过程中所述目标参比电极的电位；根据所述第二充电测试过程中所述目标参比电极的电位，确定所述预设温度对应的电池充电窗口。
在某些实施方式中，所述根据所述第一充电测试过程中多个所述参比电极的电位确定目标参比电极，包括：确定多个所述参比电极中电位最低的所述参比电极为所述目标参比电极。
在某些实施方式中，所述在预设温度下，以测试倍率对所述三电极电池进行第二充电测试，监测所述第二充电测试过程中所述目标参比电极的电位，包括：在所述预设温度下，分别以多个所述测试倍率对所述三电极电池进行第二充电测试，监测所述第二充电测试过程中所述目标参比电极的电位。
在某些实施方式中，所述在预设温度下，以测试倍率对所述三电极电池进行第二充电测试，监测所述第二充电测试过程中所述目标参比电极的电位，包括：分别在多个所述预设温度下，以所述测试倍率对所述三电极电池进行第二充电测试，监测所述第二充电测试过程中目标参比电极的电位。
在某些实施方式中，所述根据所述第二充电测试过程中所述目标参比电极的电位，确定所述预设温度对应的电池充电窗口，包括：根据所述第二充电测试过程中所述目标参比电极的电位绘制所述三电极电池在预设温度下的荷电状态-倍率曲线；根据所述荷电状态-倍率曲线确定所述预设温度对应的电池充电窗口。
本申请还提供一种三电极电池。所述三电极电池包括正极、负极和多个参比电极。所述负极包括负极极耳和负极极片；多个所述参比电极分别对应所述负极极片的多个位置设置。
在某些实施方式中，至少一个所述参比电极对应所述负极极耳和所述负极极片的连接处设置，至少一个所述参比电极对应所述负极极片的中心设置。
在某些实施方式中，所述负极极片呈多边形，至少一个所述参比电极对应所述负极极片的边缘中点设置。
在某些实施方式中，所述三电极电池包括多层结构，多个所述参比电极分别在预设层结构对应所述负极极片的多个位置设置。
在某些实施方式中，所述三电极电池包括方形卷绕结构电池、圆柱卷绕结构电池或叠片结构电池。
本申请还提供一种电子设备。所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机程序，当所述计算机程序被所述处理器执行时，实现上述实施方式任一项所述的电池充电窗口确定方法。
本申请还提供一种包含有计算机程序的非易失性计算机可读存储介质。当所述计算机程序被一个或多个处理器执行时，实现上述实施方式任一项所述的电池充电窗口确定方法。
本申请的电池充电窗口确定方法、三电极电池、电子设备和存储介质通过监测在电池不同位置的多个参比电极的电位以确定目标参比电极的电位，从而确定电池的充电窗口，确保充电窗口和充电策略的可靠性，避免引发充电过程电池析锂现象。
本申请实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请的上述和/或附加的方面和优点可以从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本申请的电池充电窗口确定方法的流程示意图；
图2是本申请的电池充电窗口确定装置的结构示意图；
图3是本申请的三极电池的极片中参比电极的布置示意图；
图4是本申请的电池充电窗口确定方法的流程示意图；
图5是本申请的电池充电窗口确定方法的流程示意图；
图6是本申请的电池充电窗口确定方法的预设温度下的荷电状态-充电倍率-负极电位的关系示意图；
图7是本申请的电池充电窗口确定方法的流程示意图；
图8是本申请的电池充电窗口确定方法的流程示意图；
图9是本申请的电池充电窗口确定方法的预设温度下的充电倍率-荷电状态-负极电位的关系示意图；
图10是本申请的电池充电窗口确定方法的预设温度下的荷电状态-倍率曲线示意图；
图11是本申请的三极电池的结构示意图；
图12是本申请的电子设备的结构示意图；
图13是本申请的计算机可读存储介质的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中，相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请的实施方式，而不能理解为对本申请的实施方式的限制。
请参阅图1，本申请提供了一种电池充电窗口确定方法。该电池充电窗口确定方法包括：
01：提供三电极电池，三电极电池包括负极极片和多个参比电极，多个参比电极分别对应负极极片的多个位置设置；
03：以预设倍率对三电极电池进行第一充电测试，监测第一充电测试过程中多个参比电极的电位；
05：根据第一充电测试过程中多个参比电极的电位确定目标参比电极；
07：在预设温度下，以测试倍率对三电极电池进行第二充电测试，监测第二充电测试过程中目标参比电极的电位；
09：根据第二充电测试过程中目标参比电极的电位，确定预设温度对应的电池充电窗口。
请参阅图2，本申请还提供一种电池充电窗口确定装置10。电池充电窗口确定装置10包括：电池提供模块11、第一电位监测模块13、目标参比电极确定模块15、第二电位监测模块17和充电窗口确定模块19。电池充电窗口确定装置10可以设置在电池内部，也可以与电池外接设置。
步骤01可以由电池提供模块11实现，步骤03可以由第一电位监测模块13实现，步骤05可以由目标参比电极确定模块15实现，步骤07可以由第二电位监测模块17实现，步骤09可以由充电窗口确定模块19实现。也即是说，电池提供模块11用于提供三电极电池，三电极电池包括负极极片和多个参比电极，多个参比电极分别对应负极极片的多个位置设置；第一电位监测模块13用于以预设倍率对三电极电池进行第一充电测试，监测第一充电测试过程中多个参比电极的电位；目标参比电极确定模块15用于根据第一充电测试过程中多个参比电极的电位确定目标参比电极；第二电位监测模块17用于在预设温度下，以测试倍率对三电极电池进行第二充电测试，监测第二充电测试过程中目标参比电极的电位；充电窗口确定模块19用于根据第二充电测试过程中目标参比电极的电位，确定预设温度对应的电池充电窗口。
具体地，请参阅图3，提供三电极电池，三电极电池包括负极极片和多个参比电极，多个参比电极分别对应负极极片的多个位置设置。三电极电池包括方形卷绕结构电池、圆柱卷绕结构电池和叠片结构电池。
可以理解地，根据电池的对称性，分别在电池结构的不同位置布置参比电极并制成参比电极电池。如果负极极片共100层，则可以分别在第2层、第12层、第25层、第35层和第50层选取5个不同位置布置5个参比电极，分别为负极极片的负极极耳位置(如图3位置点1)、极片上部(如图3位置点2)、极片正中心(如图3位置点3)、极片下部(如图3位置点4)和极片边缘(如图3位置点5)布置参比电极。5个位置的参比电极可以同时布置，也可以单独布置，具体可依据布置制作的方便性做选择。图3示出了参比电极布置的5个位置，以上5个位置中位置1和位置3是核心必选的位置，其他位置可根据实际情况减少或者增加至更多个。
预设倍率指的是三电极电池的预设的充电倍率，预设倍率可以为任意的一个充电倍率，例如可以为0.5C、0.8C、1C、1.5C、2C、2.5C和3C中的任意一个充电倍率。本申请以预设倍率为1C为例进行说明。以1C的预设倍率对三电极电池进行第一充电测试，监测第一充电测试过程中上述5个位置的5个参比电极的电位，则可以得到在预设倍率为1C时对应5个参比电极的5个电位值。
然后，根据5个电位值确定目标参比电极，也即是，可以确定参比电极所布置的最佳位置。在预设温度下，以测试倍率对三电极电池进行第二充电测试，监测第二充电测试过程中目标参比电极的电位在不同测试倍率下的变化情况，可以获得该目标参比电极在不同测试倍率下随着荷电状态变化的负极电位变化关系，从而获得该目标参比电极的电位为0V的临界点时的电量，保证充电过程中的目标参比电极的电位始终不低于0V，以保证最终确定的电池充电窗口的可靠性，避免发生析锂现象。
预设温度可以是默认的温度值，例如可以为15℃、25℃、28℃、30℃、35℃、40℃等数值，在此不作限制。本申请以25℃为例进行说明。
测试倍率可以是0.5C、0.8C、1C、1.5C、2C、2.5C和3C中的任意多个充电倍率，在此不作限制。例如，测试倍率有6个，分别为0.5C、0.8C、1C、1.5C、2C、2.5C的充电倍率。
最后，根据第二充电测试过程中目标参比电极的电位，确定预设温度对应的电池充电窗口，即根据上述例子，可以确定预设温度为25℃对应的可靠性强的电池充电窗口，避免引发充电过程电池析锂现象。对于其他温度，也可以一一确定与其他温度对应的可靠性强的电池充电窗口，以避免引发充电过程电池析锂现象，在此不再赘述。
本申请的充电窗口确定方法及其装置通过监测在电池不同位置的多个参比电极的电位以确定目标参比电极的电位，从而确定电池的充电窗口，确保充电窗口和充电策略的可靠性，避免引发充电过程电池析锂现象。
请参阅图4，步骤05包括：
051：确定多个参比电极中电位最低的参比电极为目标参比电极。
请参阅图2，步骤051可以由目标参比电极确定模块15实现。也即是，目标参比电极确定模块15用于确定多个参比电极中电位最低的参比电极为目标参比电极。
可以理解地，多个参比电极的电位由于距离负极极片的远近位置不同，所对应的电位具有高低，可以通过比较多个参比电极的电位，确定电位最低的参比电极为目标参比电极。
具体地，例如，如图3中在第2层、第12层、第25层、第35层和第50层均选取5个不同位置布置5个参比电极，5个参比电极分别布置在位置1至位置5，若测得位置1至位置5的参比电极的电位分别为0.2V、0.5V、1.5V、3V和5V，则可以确定位置1的参比电极的电位最低，即将位置1的参比电极确定为目标参比电极。
本申请的电池充电窗口确定方法通过参比电极确定电池结构中负极电位最低点，随后通过确保负极电位最低点的电位始终高于0V来制定充电策略，进而避免引发充电过程的电池析锂现象。
请参阅图5，步骤07包括：
071：在预设温度下，分别以多个测试倍率对三电极电池进行第二充电测试，监测第二充电测试过程中目标参比电极的电位。
请参阅图2，步骤071可以由第二电位监测模块17实现。也即是，第二电位监测模块17用于在预设温度下，分别以多个测试倍率对三电极电池进行第二充电测试，监测第二充电测试过程中目标参比电极的电位。
具体地，例如，在预设温度为25℃，依次以测试倍率为0.5C、0.8C、1C、1.5C、2C、2.5C、3C的充电倍率对三电极电池进行第二充电测试，获得该目标参比电极在不同测试倍率下随着荷电状态变化的负极电位变化关系，从而获得该目标参比电极的电位为0V的临界点时的电量，进而保证充电过程中的目标参比电极的电位始终不低于0V，以保证确定的电池充电窗口的可靠性，避免发生析锂现象。如图6所示为其中预设温度为25℃的负极电位与电池的荷电状态在不同充电倍率下的关系曲线图。
本申请的电池充电窗口确定方法可以在预设温度下根据电池在充电过程中的荷电状态的变化，可以实时自动选取不同的充电倍率进行充电，从而避免电池发生析锂现象。
请参阅图7，步骤07包括：
072：分别在多个预设温度下，以测试倍率对三电极电池进行第二充电测试，监测第二充电测试过程中目标参比电极的电位。
请参阅图2，步骤072可以由第二电位监测模块17实现。也即是，第二电位监测模块17用于分别在多个预设温度下，以测试倍率对三电极电池进行第二充电测试，监测第二充电测试过程中目标参比电极的电位。
可以理解地，不同环境温度下，或者由于随着电池充电过程的进行，电池的充电时间越长，电池的温度会慢慢升高，从而影响电池的目标参比电极的电位，因此，测试不同预设温度下的目标参比电极的电位可以避免电池随着温度的变化导致电位低于0V从而引发的电池析锂现象。
具体地，例如多个预设温度分别为15℃、25℃、28℃、30℃、35℃、40℃，则可以得到6副不同预设温度下对应的负极电位与电池的荷电状态在不同充电倍率下的关系曲线图的关系曲线图，因此，当电池的初始温度为25℃时，则可以根据预设温度为25℃在不同充电倍率下的关系曲线进行充电。若在某个时刻，电池的温度由25℃变为28℃，则可以根据预设温度为28℃在不同充电倍率下的关系曲线进行充电。依次类推，可以根据电池充电过程的不同温度变化进行充电，保证电池不发生析锂现象。
请参阅图8，步骤09包括：
091：根据第二充电测试过程中目标参比电极的电位绘制三电极电池在预设温度下的荷电状态-倍率曲线；
092：根据荷电状态-倍率曲线确定预设温度对应的电池充电窗口。
请参阅图2，步骤091和092可以由充电窗口确定模块19实现。也即是，充电窗口确定模块19用于根据第二充电测试过程中目标参比电极的电位绘制三电极电池在预设温度下的荷电状态-倍率曲线；根据荷电状态-倍率曲线确定预设温度对应的电池充电窗口。
在第二充电测试过程中，可以获得该目标参比电极在不同测试倍率下随着荷电状态(State of charge，SOC)变化的负极电位变化关系(预设温度为25℃)，如图9所示，并根据每个充电倍率下参比电极的负极电位为0V时的荷电状态绘制出在预设温度为25℃下的荷电状态-倍率曲线，如图10所示。需要说明的是图9和图10中仅为预设温度为25℃的情况下的关系曲线，其他预设温度的关系曲线可以用与其相类似的方法也画出同样的曲线，在此不再赘述。
然后，可以根据该荷电状态-倍率曲线确定预设温度对应的电池充电窗口。例如，荷电状态-倍率曲线图中，在预设温度为25℃时，当测试倍率为1C，电池的荷电状态(荷电状态)为70％时，目标参比电极的电位为0V，即电池的荷电状态为70％时，测试倍率为1C时不会发生析锂现象，测试倍率高于1C则容易发生析锂现象。因此，此时可以自动调低充电倍率，例如选择低于1C的下一级别的测试倍率为0.8C进行充电。依次类推，若电池的荷电状态为90％时，测试倍率为0.8C时，目标参比电极的电位为0V，则可以再次自动调低充电倍率为0.8C的下一级别的测试倍率，例如为0.5C，进行充电，从而避免电池在充电过程中发生析锂现象。
本申请的电池充电窗口确定方法通过根据荷电状态-倍率曲线确定预设温度对应的电池充电窗口，使得电池可以实时自动选择不同充电倍率进行充电，避免充电过程中发生析锂现象。
请参阅图11，本申请还提供一种三电极电池100。该三电极电池100包括：正极110、负极120和多个参比电极130。负极120包括负极极耳121和负极极片122。多个参比电极130分别对应负极极片120的多个位置设置。
至少一个参比电极130对应负极极耳121和负极极片122的连接处设置，至少一个参比电极130对应负极极片122的中心设置。例如，如图3所示，位置3的参比电极即对应负极极片122的中心位置。
负极极片122呈多边形，至少一个参比电极130对应负极极片122的边缘中点设置。例如，如图3所示，位置5的参比电极即对应负极极片122的边缘中点位置。
请参阅图11，三电极电池100包括多层结构，多个参比电极130分别在预设层结构对应负极极片122的多个位置设置。
三电极电池100包括方形卷绕结构电池、圆柱卷绕结构电池或叠片结构电池。
本申请的三电极电池100可以实现上述实施例中任意一项所述的电池充电窗口确定方法，确定方法在此不再赘述。
本申请的三电极电池通过监测在电池不同位置的多个参比电极的电位以确定目标参比电极的电位，从而确定电池的充电窗口，确保充电窗口和充电策略的可靠性，避免引发充电过程电池析锂现象。
请参阅图12，本申请还提供一种电子设备20。电子设备20包括处理器21和存储器22，存储器22上存储有计算机程序221，当计算机程序221被处理器21执行时，实现上述任意实施例所述的电池充电窗口确定方法。电子设备20可以指的是任意类型的车辆、手机、平板电脑等设备。
本申请的电子设备通过监测在电池不同位置的多个参比电极的电位以确定目标参比电极的电位，从而确定电池的充电窗口，确保充电窗口和充电策略的可靠性，避免引发充电过程电池析锂现象。
请参阅图13，本申请还提供一种包含有计算机程序的非易失性计算机可读存储介质30。当计算机程序31被一个或多个处理器40执行时，实现上述任意实施例所述的电池充电窗口确定方法。
例如，计算机程序31被处理器40执行时实现以下电池充电窗口确定方法的步骤：
01：提供三电极电池，三电极电池包括负极极片和多个参比电极，多个参比电极分别对应负极极片的多个位置设置；
03：以预设倍率对三电极电池进行第一充电测试，监测第一充电测试过程中多个参比电极的电位；
05：根据第一充电测试过程中多个参比电极的电位确定目标参比电极；
07：在预设温度下，以测试倍率对三电极电池进行第二充电测试，监测第二充电测试过程中目标参比电极的电位；
09：根据第二充电测试过程中目标参比电极的电位，确定预设温度对应的电池充电窗口。
可以理解，计算机程序31包括计算机程序代码。计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读存储介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、以及软件分发介质等。
本申请的计算机可读存储介质通过监测在电池不同位置的多个参比电极的电位以确定目标参比电极的电位，从而确定电池的充电窗口，确保充电窗口和充电策略的可靠性，避免引发充电过程电池析锂现象。

Claims (12)

1.一种电池充电窗口确定方法，其特征在于，包括：
提供三电极电池，所述三电极电池包括负极极片和多个参比电极，多个所述参比电极分别对应所述负极极片的多个位置设置；
以预设倍率对所述三电极电池进行第一充电测试，监测所述第一充电测试过程中多个所述参比电极的电位；
根据所述第一充电测试过程中多个所述参比电极的电位确定目标参比电极；
在预设温度下，以测试倍率对所述三电极电池进行第二充电测试，监测所述第二充电测试过程中所述目标参比电极的电位；
根据所述第二充电测试过程中所述目标参比电极的电位，确定所述预设温度对应的电池充电窗口。
2.根据权利要求1所述的电池充电窗口确定方法，其特征在于，所述根据所述第一充电测试过程中多个所述参比电极的电位确定目标参比电极，包括：
确定多个所述参比电极中电位最低的所述参比电极为所述目标参比电极。
3.根据权利要求1所述的电池充电窗口确定方法，其特征在于，所述在预设温度下，以测试倍率对所述三电极电池进行第二充电测试，监测所述第二充电测试过程中所述目标参比电极的电位，包括：
在所述预设温度下，分别以多个所述测试倍率对所述三电极电池进行第二充电测试，监测所述第二充电测试过程中所述目标参比电极的电位。
4.根据权利要求1所述的电池充电窗口确定方法，其特征在于，所述在预设温度下，以测试倍率对所述三电极电池进行第二充电测试，监测所述第二充电测试过程中所述目标参比电极的电位，包括：
分别在多个所述预设温度下，以所述测试倍率对所述三电极电池进行第二充电测试，监测所述第二充电测试过程中目标参比电极的电位。
5.根据权利要求1所述的电池充电窗口确定方法，其特征在于，所述根据所述第二充电测试过程中所述目标参比电极的电位，确定所述预设温度对应的电池充电窗口，包括：
根据所述第二充电测试过程中所述目标参比电极的电位绘制所述三电极电池在预设温度下的荷电状态-倍率曲线；
根据所述荷电状态-倍率曲线确定所述预设温度对应的电池充电窗口。
6.一种三电极电池，其特征在于，包括：
正极；
负极，所述负极包括负极极耳和负极极片；
多个参比电极，多个所述参比电极分别对应所述负极极片的多个位置设置。
7.根据权利要求6所述的三电极电池，其特征在于，至少一个所述参比电极对应所述负极极耳和所述负极极片的连接处设置，至少一个所述参比电极对应所述负极极片的中心设置。
8.根据权利要求7所述的三电极电池，其特征在于，所述负极极片呈多边形，至少一个所述参比电极对应所述负极极片的边缘中点设置。
9.根据权利要求7所述的三电极电池，其特征在于，所述三电极电池包括多层结构，多个所述参比电极分别在预设层结构对应所述负极极片的多个位置设置。
10.根据权利要求6所述的三电极电池，其特征在于，所述三电极电池包括方形卷绕结构电池、圆柱卷绕结构电池或叠片结构电池。
11.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机程序，当所述计算机程序被所述处理器执行时，实现权利要求1-5任一项所述的电池充电窗口确定方法。
12.一种包含有计算机程序的非易失性计算机可读存储介质，其特征在于，当所述计算机程序被一个或多个处理器执行时，实现权利要求1-5任一项所述的电池充电窗口确定方法。
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