CN115097332A - 单体电池的老化检测方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种单体电池的老化检测方法及系统，其步骤在于：放空每个单体电池的电量；对放空后的单体电池充电至设定的SOC状态，再静置至预设的时间；记录每个所述单体电池在充电及静置过程中容量、电压和时间的数据；对所述容量和电压数据进行微分处理，获得每个单体电池的IC曲线，根据所述IC曲线获得每个单体电池的IC峰值；计算所有单体电池IC峰值的平均值和标准差值；若某个单体电池的IC峰值大于等于所述平均值和标准差值之差且小于等于所述平均值和标准差值之和，则判断该单体电池老化检测合格；否则，判断该单体电池老化检测不合格。本发明能缩小各单体电池之间老化状态的差异性，提高梯次利用电池的一致性。

Description

单体电池的老化检测方法及系统
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及单体电池的老化检测方法及系统。
背景技术
根据国家电动汽车电池使用标准，当动力电池容量衰退为原容量80％时，不再适合继续在电动汽车上使用，而随着电动汽车行业的发展及大规模的使用，可以预见未来几年内，将有大批量的动力电池从电动车上退役下来，在这些退役动力电池中，很多单体电池还具有较高的剩余容量，它们经过拆解筛选，重新串、并联成组为梯次利用电池，应用到其他场景中。但是经历电动汽车复杂和严苛的运行工况后，构成梯次利用电池的单体电池存在不同的老化状态，不同老化状态的单体电池串、并联成组后一致性差异会比较大，从而对梯次利用电池的容量和使用性能造成影响。
因此，有必要在梯次利用电池成组前，对构成梯次利用电池的单体电池进行老化检测，淘汰掉老化状态较差的单体电池，以提升梯次利用电池的一致性，更安全的进行梯次利用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种单体电池的老化检测方法及系统，以便提高梯次利用电池的一致性。
为实现上述目的，本发明提供一种单体电池的老化检测方法，其步骤在于：
放空每个单体电池的电量；
对放空后的单体电池充电至设定的SOC状态，再静置至预设的时间；
记录每个所述单体电池在充电及静置过程中容量、电压和时间的数据；
对所述容量和电压数据进行微分处理，获得每个单体电池的IC曲线，根据所述IC曲线获得每个单体电池的IC峰值；
计算所有单体电池IC峰值的平均值和标准差值；
若某个单体电池的IC峰值大于等于所述平均值和标准差值之差且小于等于所述平均值和标准差值之和，则判断该单体电池老化检测合格；否则，判断该单体电池老化检测不合格。
可选的，所述IC峰值包括1#峰值Zi和2#峰值Yi，所述平均值包括1#峰平均值μZ和和2#峰平均值μY，所述标准差值包括1#峰标准差值δZ和2#峰标准差值δY，其中，1#峰为活性材料特征峰，2#峰为可循环锂离子特征峰；若μZ-δZ≤Zi≤μZ+δZ且μY-δY≤Yi≤μY+δY，判断第i个单体电池老化检测合格，可梯次利用；否则，判断第i个单体电池老化检测不合格，进行淘汰；其中，所述单体电池有n个，1≤i≤n。
可选的，还包括步骤：对老化检测合格的单体电池的电压和时间数据进行微分处理，获得DV曲线，再对所述DV曲线进行微分处理，获得DU曲线；对所述DU曲线进行分析，若存在小于零的第一曲线段和大于零的第二曲线段，且所述第一曲线段和第二曲线存在共同的零点，则判断所述单体电池存在老化现象。
可选的，所述预设的时间不少于60分钟。
可选的，在所述放空每个单体电池的电量的步骤之前，还包括步骤：对所述单体电池进行外观检测，若存在外观缺陷则视为不合格电池，进行淘汰；若无外观缺陷则视为初检合格电池，进行老化检测。
可选的，所述放空所述单体电池电量的步骤包括：采用恒定电流值对每个单体电池进行放电，直至电压达到放电截止电压时停止。
可选的，对所述单体电池充电的步骤包括：采用恒定电流值对每个放空电量后的单体电池进行充电，直至设定的SOC状态时停止。
可选的，所述设定的SOC状态为80％-100％之间。
可选的，所述恒定电流值为0.3C～1C。
本发明还提供一种单体电池老化检测系统，包括充放电模块、记录模块和处理模块，所述充放电模块用于将每个单体电池的电量放空后，进行充电至设定的SOC状态；所述记录模块用于记录所述单体电池在充电及静置过程中容量、电压和时间的数据；所述处理模块用于对所述单体电池进行微分处理并绘制曲线，以及提取曲线的参数并进行分析判断。
与现有技术相比，本发明之技术方案具有以下优点：通过判断单体电池的IC峰值是否大于等于所述平均值和标准差值之差且小于等于所述平均值和标准差值之和来进行老化检测，以缩小各单体电池之间老化状态的差异性，提升梯次利用电池一致性，并结合DU曲线的零点作判断老化现象，进一步提高梯次利用电池的一致性。
附图说明
图1是本发明提供的单体电池的老化检测方法的流程图；
图2是单体电池的IC曲线图；
图3是单体电池的DU曲线图；
图4为本发明提供的单体电池的老化检测系统的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。
为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
请参考图1，是本发明提供的单体电池的老化判方法实施例的流程图，其步骤包括：
S1:放空每个单体电池的电量；
S2:对放空后的单体电池充电至设定的SOC状态，再静置至预设的时间；
S3:记录每个所述单体电池在充电及静置过程中容量、电压和时间的数据；
S4:对所述容量和电压数据进行微分处理，获得每个单体电池的IC曲线，根据所述IC曲线获得每个单体电池的IC峰值；
S5:计算所有单体电池IC峰值的平均值和标准差值；
S6:若某个单体电池的IC峰值是否大于等于所述平均值和标准差值之差且小于等于所述平均值和标准差值之和；
S7:若是，判断该单体电池老化检测合格；
S8:若否，判断该单体电池老化检测不合格。
具体的，所述IC峰值包括1#峰值Zi和2#峰值Yi，所述平均值包括1#峰平均值μZ和和2#峰平均值μY，所述标准差值包括1#峰标准差值δZ和2#峰标准差值δY，其中，1#峰为活性材料特征峰，2#峰为可循环锂离子特征峰。
本实施例中，有n个单体电池，将每个待检测的单体电池依次编号为X1、X2、X3……Xn，先将每个单体电池的电量放空，然后再充电至设定的SOC状态，并静置一段时间使电池达到稳定的状态，静置的时间不少于60S,在整个充电和静置过程中记录下单体电池容量、电压和时间的数据，可以以秒为单位来记录数据，从充电开始就记录下每一秒时间所对应的容量、电压数据，直至静置结束。之后对每个单体电池的容量和电压进行微分处理，绘制出每个单体电池的容量增量(IC)曲线，并从IC曲线中获得每个单体电池的1#峰值Zi以及2#峰值Yi，分别为Z1、Z2、Z3……Zn和Y1、Y2、Y3……Yn，然后计算出所有单体电池的1#峰平均值μZ和2#峰平均值μY,并计算1#峰标准差值δZ和2#峰标准差值δY；若第i个单体电池的IC峰值满足μZ-δZ≤Zi≤μZ+δZ且μY-δY≤Yi≤μY+δY条件,视为老化检测合格，可用来成组为梯次利用电池，提高梯次利用电池的一致性；若不满足则该单体电池存在明显锂离子损失或明显电极活性材料的损失，视为老化检测不合格，进行淘汰；反之，视为该单体电池老化检测合格。
锂离子电池在长期的充放电循环使用过程中，不可避免的会经历老化过程，体现在电池正负极表面固体电解质界面(SEI)膜的生成与增厚、电池活性材料损失和负极析锂等现象，SEI膜的生成与增厚现象和析锂现象表现为典型的可循环锂离子的损失(LLI)老化特征，因此，一般可将这些老化现象分为可循环锂离子的损失(LLI)和电极活性材料的损失(LAM)这两种。而IC曲线是对单体电池充电曲线的变形处理，通过进行容量对电压dQ/dV的微分处理，以dQ/dV作为纵坐标，电压V作为横坐标，便得到IC曲线。IC曲线最明显的特征是IC峰，且每个IC峰均代表电池内部的电化学过程，具有独特的形状和高度，研究IC曲线中各个峰值的幅值变化以及位置变化，可确定电池内部由LLI与LAM引起的老化程度。如图2所示的dQ/dV-V的IC曲线图，1#IC峰为活性材料特征峰，2#IC峰为可循环锂离子特征峰，1#和2#IC峰值越低，说明老化程度越严重。所以，本申请通过提取IC曲线的峰值，并判断其是否大于等于所述平均值和标准差值之差且小于等于所述平均值和标准差值之和，来作为检测标准，若同一检测批次内的单体电池的峰值在设定的检测标准内，则视为老化检测合格，可进行梯次利用，从而缩小梯次利用电池中的单体电池老化状态的差异性，若不在检测标准内，则视为老化检测不合格，予以淘汰。
具体的，经检测合格的单体电池，不代表完全没有老化现象，因此，还可以进一步检测，包括步骤：
S9:对老化检测合格的单体电池的电压和时间数据进行微分处理，获得DV曲线，再对所述DV曲线进行微分处理，获得DU曲线；
S10:对所述DU曲线进行分析，若存在小于零的第一曲线段和大于零的第二曲线段，且所述第一曲线段和第二曲线存在共同的零点，则判断所述单体电池存在老化现象。
弛豫电压(DV)微分曲线是对单体电池充电结束后的静置过程曲线的变形处理，其原理是单体电池内部如果发生析锂，便会存在活锂和死锂，活锂必然会作为可逆锂重新嵌入到充放电反应中去，这样单体电池充电结束后的静置过程由于发生氧化还原反应会出现电压平台，对该平台曲线作电压对时间dV/dt的微分处理，再所述DV曲线进行微分处理，即可获得DU曲线，通过DU曲线可以分析出析锂现象。如图3所示，是本发明单体电池的DU曲线图，图中明显的析锂曲线中，存在a、b和C三个零点，其中a和b两个零点之间存在小于零的第一曲线段，b和c两个零件之间存在大于零的第二曲线段，第一曲线段和第二曲线段有共同的零点b，说明该曲线对应的单体电池存在明显的析锂现象，即存在老化现象。从而对单体电池进一步检测，淘汰存在老化现象的单体电池，进一步提高梯次利用电池的一致性。
具体的，在步骤S1之前，还包括步骤：对所述单体电池进行外观检测，若存在外观缺陷则视为不合格电池，进行淘汰；无外观缺陷的合格电池，则进行老化判断。外观缺陷包括但不限于变形、破损、滑丝、裂纹、鼓包以及污渍中的一种或多种，先淘汰外观不良的单体电池，减少老化判断的工作量，提高梯次利用电池成组的效率。
具体的，放空所述单体电池电量的步骤包括：采用恒定电流值对每个单体电池进行放电，直至单体电池的电压达到放电截止电压时停止。对所述单体电池充电的步骤包括：采用恒定电流值对每个放空电量后的单体电池进行充电，直至到达设定SOC状态时停止充电，其中恒定电流值可以为0.3C～1C，放电截止电压可以为2V，设定的SOC状态为80％-100％之间。通过先放空后再充电，使每个单体电池都是在同样的状态下进行老化检测。
请参考图4，是本发明提供一种的单体电池老化检测系统，包括充放电模块11、记录模块12和处理模块13，所述充放电模块11用于对所述单体电池进行放电和充电，具体的，是将每个单体电池的电量放空后，进行充电至设定的SOC状态；所述记录模块12用于记录所述单体电池在充电及静置过程中容量、电压和时间的数据，可以是记录每一秒钟对应的单体电池的容量和电压数据；所述处理模块13用于对所述单体电池的数据进行微分处理并绘制曲线，包括对容量和电压数据的微分处理，绘制单体电池的IC曲线，以及对电压和时间的微分处理，绘制DV曲线和DU曲线；处理模块13还用于提取曲线的参数并进行分析判断，包括提取IC曲线的峰值，对所有单体电池的峰值平均值和标准差值进行计算，设定检测标准，并分析即判断单体电池是否符合检测标准，从而实现对单体电池的老化检测。
虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单体电池的老化检测方法，其步骤在于：
放空每个单体电池的电量；
对放空后的单体电池充电至设定的SOC状态，再静置至预设的时间；
记录每个所述单体电池在充电及静置过程中容量、电压和时间的数据；
对所述容量和电压数据进行微分处理，获得每个单体电池的IC曲线，根据所述IC曲线获得每个单体电池的IC峰值；
计算所有单体电池IC峰值的平均值和标准差值；
若某个单体电池的IC峰值大于等于所述平均值和标准差值之差且小于等于所述平均值和标准差值之和，则判断该单体电池老化检测合格；否则，判断该单体电池老化检测不合格。
2.根据权利要求1所述的单体电池的老化检测方法，其特征在于：
所述IC峰值包括1#峰值Zi和2#峰值Yi，所述平均值包括1#峰平均值μZ和和2#峰平均值μY，所述标准差值包括1#峰标准差值δZ和2#峰标准差值δY，其中，1#峰为活性材料特征峰，2#峰为可循环锂离子特征峰；
若μZ-δZ≤Zi≤μZ+δZ且μY-δY≤Yi≤μY+δY，判断第i个单体电池老化检测合格，可梯次利用；否则，判断第i个单体电池老化检测不合格，进行淘汰；其中，所述单体电池有n个，1≤i≤n。
3.根据权利要求2所述单体电池的老化检测方法，还包括步骤：
对老化检测合格的单体电池的电压和时间数据进行微分处理，获得DV曲线，再对所述DV曲线进行微分处理，获得DU曲线；
对所述DU曲线进行分析，若存在小于零的第一曲线段和大于零的第二曲线段，且所述第一曲线段和第二曲线存在共同的零点，则判断所述单体电池存在老化现象。
4.根据权利要求1所述单体电池的老化检测方法，其特征在于：所述预设的时间不少于60分钟。
5.根据权利要求1所述单体电池的老化检测方法，在所述放空每个单体电池的电量的步骤之前，还包括步骤：
对所述单体电池进行外观检测，若存在外观缺陷则视为不合格电池，进行淘汰；若无外观缺陷则视为初检合格电池，进行老化检测。
6.根据权利要求1所述单体电池的老化检测方法，其特征在于：所述放空所述单体电池电量的步骤包括：采用恒定电流值对每个单体电池进行放电，直至电压达到放电截止电压时停止。
7.根据权利要求6所述单体电池的老化检测方法，其特征在于：对所述单体电池充电的步骤包括：采用恒定电流值对每个放空电量后的单体电池进行充电，直至设定的SOC状态时停止。
8.根据权利要求7所述的单体电池的老化检测方法，其特征在于：所述设定的SOC状态为80％-100％之间。
9.根据权利要求6或7所述的单体电池的老化检测方法，其特征在于：所述恒定电流值为0.3C～1C。
10.一种单体电池老化检测系统，其特征在于：
包括充放电模块、记录模块和处理模块，所述充放电模块用于将每个单体电池的电量放空后，进行充电至设定的SOC状态；所述记录模块用于记录所述单体电池在充电及静置过程中容量、电压和时间的数据；所述处理模块用于对所述单体电池进行微分处理并绘制曲线，以及提取曲线的参数并进行分析判断。
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