CN116047325A - 一种用于锂离子电池的自放电检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于锂离子电池的自放电检测方法和装置，首先将用于组装电池组的每个锂离子电池放空电至第一电压值OCV₁；然后通过第一恒流源I₁和第二恒流源I₂分别对每个锂离子电池进行两次充电并充电至第二电压值OCV₂；再在两次充电后对每个锂离子电池的开路电压进行采样，以获取在第一采样时间T_o段内每个开路电压曲线；最后将每个锂离子电池的开路电压曲线的曲线斜率K作为锂离子电池的电池自放电率的评判指标。由于通过单位时间内开路电压下降变化率来判断电池组中各个锂离子电池的自放电参数是否一致，使得对电池组中的锂离子电池检测更简单、快速且精确。

Description

一种用于锂离子电池的自放电检测方法和装置

技术领域

本申请涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种用于锂离子电池的自放电检测方法和装置。

背景技术

锂离子电池以其优越的性能在各大领域得到应用广泛。对于锂离子电池自放电大小是电池性能的一个重要指标参数。电池自放电会导致储存过程容量下降，金属杂质类型自放电会危及电池安全。尤其对于电池组，如果自放电导致电池间SOC差异加大，会极大地影响电池组的容量和寿命，并且容易导致电池的过充过放。因此，如何筛选出自放电异常的电池非常重要，有助于提高我们的电池组的整体水平，获得更高的寿命，降低产品的不良率。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是如何对电池组中的各个锂离子电池的自放电参数的一致性进行检测。

根据第一方面，一种实施例中提供一种用于锂离子电池的自放电检测方法，包括：

将用于组装电池组的每个锂离子电池放空电至第一电压值OCV₁；

通过第一恒流源I₁分别对每个所述锂离子电池进行第一次充电，并当每个所述锂离子电池充电至第二电压值OCV₂时停止第一次充电；

进行第一次充电后将每个所述锂离子电池静置第一预设时间T₁，以对所述锂离子电池进行初次充电静置降温；

初次充电静置降温后通过第二恒流源I₂分别对每个所述锂离子电池进行第二次充电，当每个所述锂离子电池充电至第二电压值OCV₂时停止第二次充电，并保持每个所述锂离子电池的截至电流为0mA；

停止第二次充电后对每个所述锂离子电池的开路电压进行采样，以获取在第一采样时间T_o段内每个所述锂离子电池的开路电压曲线；

将每个所述锂离子电池的所述开路电压曲线的曲线斜率K作为所述锂离子电池的电池自放电率的评判指标。

一实施例中，所述的自放电检测方法还包括：

当所述锂离子电池的所述开路电压曲线的曲线斜率K不大于第一预设阈值时，则判定该所述锂离子电池不满足组装电池组的要求，并标定为不合格电池。

一实施例中，所述第一预设阈值的获取方法包括：

对每个所述锂离子电池的所述开路电压曲线的曲线斜率K取平均值，以获取斜率均值K₀及曲线斜率K的标准差σ；

设定所述第一预设阈值为K₀+3σ。

一实施例中，所述的自放电检测方法还包括：

放空电后将每个所述锂离子电池静置第二预设时间T₂后再进行第一次充电，以对所述锂离子电池进行放空电静置降温。

一实施例中，所述第一恒流源I₁大于所述第二恒流源I₂；

所述第一恒流源I₁的取值范围为[0.2C，0.5C]，其中C为所述锂离子电池的容量。

一实施例中，所述第二恒流源I₂的取值范围为[1mA，3mA]。

一实施例中，所述的自放电检测方法还包括：

设定自放电检测的环境温度为22℃至28℃之间；

所述第一预设时间T₁的取值范围为不小于10分钟且不大于30分钟；

所述第二预设时间T₂的取值范围为不小于10分钟且不大于30分钟；

所述第一采样时间T_o的取值范围为不小于2小时且不大于6小时。

一实施例中，当所述锂离子电池的电芯以三元材料制成时，设定第一电压值OCV₁为2.5V，设定第二电压值OCV₂为3.65V；当所述锂离子电池的以磷酸锂铁材料制成时，设定第一电压值OCV₁为2.0V，设定第二电压值OCV₂为3.2V。

根据第二方面，一种实施例中提供一种计算机可读存储介质，所述介质上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现如第一方面所述的自放电检测方法。

根据第三方面，一种实施例中提供一种用于锂离子电池的自放电检测装置，其特征在于，用于应用第一方面所述的自放电检测方法，所述自放电检测装置包括：

放空电电路，用于将用于组装电池组的每个锂离子电池放空电至第一电压值OCV₁；

第一充电电路，用于通过第一恒流源I₁分别对每个所述锂离子电池进行第一次充电，并当每个所述锂离子电池充电至第二电压值OCV₂时停止第一次充电；

第二充电电路，用于通过第二恒流源I₂分别对每个所述锂离子电池进行第二次充电，当每个所述锂离子电池充电至第二电压值OCV₂时停止第二次充电，并保持每个所述锂离子电池的截至电流为0mA；

采样电路，用于在停止第二次充电后对每个所述锂离子电池的开路电压进行采样，以获取在第一采样时间T_o段内每个所述锂离子电池的开路电压曲线；

电池检验设备，用于当所述锂离子电池的所述开路电压曲线的曲线斜率K不大于第一预设阈值时，则判定该所述锂离子电池不满足组装电池组的要求，并标定为不合格电池。

据上述实施例的自放电检测方法，由于通过单位时间内开路电压下降变化率来判断电池组中各个锂离子电池的自放电参数是否一致，使得对电池组中的锂离子电池检测更简单、快速且精确。

附图说明

图1为一种实施例中自放电检测方法的流程示意图；

图2为一种实施例中锂离子电池自开路电压曲线的对比示意图；

图3为一种实施例中三元材料电芯的锂离子电池检测示意图；

图4为一种实施例中自放电检测装置的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。

自放电异常的电池在静置或其它状态下时，漏电电流大于正常电池，单位时间内电压下降更快，电池容量损失更大。其原因是电池的正/负极片上残留的金属杂质以及正/负极和电解液之间发生一系列化学反应，导致电极被消耗，电池电量减少。一般检测方法是采用压降法，对锂离子电池进行静置10天或者20天，检测其电压下降的幅度，去反映电池的自放电大小，但这个方法的缺点是既占用空间又损耗了大量的时间，并不适合批量检测。

在本申请实施例中，通过获取锂离子电池在小电流充电后静置状态下单位时间内的开路电压下降变化率，来判断锂离子电池的自放电状况，进而判断自放电是否一致，该自放电检测方法使用简单、快速且精确。

实施例一：

请参考图1，为一种实施例中自放电检测方法的流程示意图，用于锂离子电池的自放电检测方法包括：

步骤101，电池放空电。

将用于组装电池组的每个锂离子电池放空电至第一电压值OCV₁。一实施例中，设定对锂离子电池进行自放电检测的环境温度为22℃至28℃之间。

步骤102，第一次充电。

通过第一恒流源I₁分别对每个锂离子电池进行第一次充电，并当每个锂离子电池充电至第二电压值OCV₂时停止第一次充电。第一恒流源I₁取值的设定，一方面考虑充电速度不能太慢，所以电流不能太小，另一方面考虑充电带来的电池极化的影响，电流不能太大。一实施例中，范围为[0.2C，0.5C]，其中C为锂离子电池的容量，当然第一恒流源I₁的取值优选0.2C、0.3C和0.5C等适用的电流值。

设定将锂离子电池放空电和充电的电压因电池种类的不同而不同，是因为现实生产中对电池分容也需要将电池的电量放空，从而可在电池分容过程之后，将电池的自放电的检测在对锂离子电池充电到一定电压出货前的过程中完成，节省电池出货的时间和能耗。一实施例中，当锂离子电池的电芯以三元材料制成时，设定第一电压值OCV₁为2.5V，设定第二电压值OCV₂为3.65V。当锂离子电池的以磷酸锂铁材料制成时，设定第一电压值OCV₁为2.0V，设定第二电压值OCV₂为3.2V。

一实施例中，放空电后将每个锂离子电池静置第二预设时间T₂后再进行第一次充电，以对锂离子电池进行放空电静置降温。一实施例中，第二预设时间T₂的取值范围为不小于10分钟且不大于30分钟。

步骤103，初次充电静置降温。

进行第一次充电后将每个锂离子电池静置第一预设时间T₁，以对锂离子电池进行初次充电静置降温。一实施例中，第一预设时间T₁的取值范围为不小于10分钟且不大于30分钟。

步骤104，第二次充电。

初次充电静置降温后通过第二恒流源I₂分别对每个锂离子电池进行第二次充电，当每个锂离子电池充电至第二电压值OCV₂时停止第二次充电，并保持每个锂离子电池的截至电流为0mA。其中，第一恒流源I₁大于第二恒流源I₂。一实施例中，第二恒流源I₂的取值范围为[1mA，3mA]。本申请实施例中设定的第二恒流源I₂的取值范围是经过一系列不同电压的实验后得到的较为合适的电压值，需要注意的是选择其他电压时自放电的结果准确性会受到影响。一实施例中，第二恒流源I₂的取值优选1mA，选择小电流是让锂离子电池尽可能少的受到充电的极化影响，有利于自放电结果的准确性。

步骤105，进行开路电压采样。

停止第二次充电后对每个锂离子电池的开路电压进行采样，以获取在第一采样时间T_o段内每个锂离子电池的开路电压曲线。一实施例中，第一采样时间T_o的取值范围为不小于2小时且不大于6小时。静置较长时间是为了让电池的电压充分下降，以便于令检测结果更为准确，一实施例中，第一采样时间T_o优选4小时。一实施例中，进行开路电压采样的采样频率设置为1S。

步骤106，获取开路电压曲线斜率。

将每个锂离子电池的开路电压曲线的曲线斜率K作为锂离子电池的电池自放电率的评判指标。

请参考图2，为一种实施例中锂离子电池自开路电压曲线的对比示意图，自放电合格的电池的电压下降速率会比自放电不合格的电池慢很多，最终可通过判定曲线斜率K值，来判定电池自放电的好坏。

一实施例中，自放电检测方法还包括：

步骤107，判定电池合格。

当锂离子电池的开路电压曲线的曲线斜率K不大于第一预设阈值时，则判定该锂离子电池不满足组装电池组的要求，并标定为不合格电池，反之，则判定该锂离子电池合格。其中，第一预设阈值的获取方法包括：

首先对电池组中的每个锂离子电池的开路电压曲线的曲线斜率K取平均值，以获取斜率均值K₀及曲线斜率K的标准差σ；然后设定第一预设阈值为K0+3σ。

具体而言，取一组电池，该组电池中有多个，按照前述方法计算出每个电池的K值，然后求取这些电池的K平均值K₀，并计算出K值的标准差σ。当锂离子电池的电压下降率 K >K₀+3σ时，判断该锂离子电池自放电不合格，当锂离子电池的电压反弹变化率K ≤ K₀+3σ时，判断该锂离子电池自放电合格。

请参考图3，为一种实施例中三元材料电芯的锂离子电池检测示意图，是取20颗以三元材料制作电芯的锂离子电池，依照上述方法对这20颗电池进行检测，获取的检测数据及检测结果，在这组电池中有一个自放电检测结果为不合格。

需要指出的是，本申请公开的自放电检测方法中涉及的电池充放电及静置都是在常温下进行，为了保证电池温度不会过高，其优选温度值为25℃。当然静置温度除了25℃，也可以是22℃、23℃、24℃、26℃、27℃或者28℃等适用温度。

请参考图4，为一种实施例中自放电检测装置的结构示意图，本申请一实施例中还公开了一种用于锂离子电池的自放电检测装置，用于应用如上所述的自放电检测方法，该自放电检测装置包括放空电电路10、第一充电电路20、第二充电电路30、采样电路40和电池检验设备50。放空电电路10用于将用于组装电池组的每个锂离子电池放空电至第一电压值OCV₁。第一充电电路20用于通过第一恒流源I₁分别对每个锂离子电池进行第一次充电，并当每个锂离子电池充电至第二电压值OCV₂时停止第一次充电。第二充电电路30用于通过第二恒流源I₂分别对每个锂离子电池进行第二次充电，当每个锂离子电池充电至第二电压值OCV₂时停止第二次充电，并保持每个锂离子电池的截至电流为0mA。采样电路40用于在停止第二次充电后对每个锂离子电池的开路电压进行采样，以获取在第一采样时间T_o段内每个锂离子电池的开路电压曲线。电池检验设备50用于当锂离子电池的开路电压曲线的曲线斜率K不大于第一预设阈值时，则判定该锂离子电池不满足组装电池组的要求，并标定为不合格电池。

本实施例中公开的锂离子电池自放电检测方法，可先储存监测数据，防止因静置的时间较长造成的数据丢失的问题，另外还可通过计算机自动计算锂离子电池的电压反弹变化率，并判断电池的自放电合格与否，便于使用，有效提高检测效率。

本申请公开的自放电检测方法，首先将用于组装电池组的每个锂离子电池放空电至第一电压值OCV₁；然后通过第一恒流源I₁和第二恒流源I₂分别对每个锂离子电池进行两次充电并充电至第二电压值OCV₂；再在两次充电后对每个锂离子电池的开路电压进行采样，以获取在第一采样时间T_o段内每个开路电压曲线；最后将每个锂离子电池的开路电压曲线的曲线斜率K作为锂离子电池的电池自放电率的评判指标。由于通过单位时间内开路电压下降变化率来判断电池组中各个锂离子电池的自放电参数是否一致，使得对电池组中的锂离子电池检测更简单、快速且精确。

本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种用于锂离子电池的自放电检测方法，其特征在于，包括：

将用于组装电池组的每个锂离子电池放空电至第一电压值OCV₁；

通过第一恒流源I₁分别对每个所述锂离子电池进行第一次充电，并当每个所述锂离子电池充电至第二电压值OCV₂时停止第一次充电；

进行第一次充电后将每个所述锂离子电池静置第一预设时间T₁，以对所述锂离子电池进行初次充电静置降温；

初次充电静置降温后通过第二恒流源I₂分别对每个所述锂离子电池进行第二次充电，当每个所述锂离子电池充电至第二电压值OCV₂时停止第二次充电，并保持每个所述锂离子电池的截至电流为0mA；

停止第二次充电后对每个所述锂离子电池的开路电压进行采样，以获取在第一采样时间T_o段内每个所述锂离子电池的开路电压曲线；

将每个所述锂离子电池的所述开路电压曲线的曲线斜率K作为所述锂离子电池的电池自放电率的评判指标。

2.如权利要求1所述的自放电检测方法，其特征在于，还包括：

当所述锂离子电池的所述开路电压曲线的曲线斜率K不大于第一预设阈值时，则判定该所述锂离子电池不满足组装电池组的要求，并标定为不合格电池。

3.如权利要求1所述的自放电检测方法，其特征在于，所述第一预设阈值的获取方法包括：

对每个所述锂离子电池的所述开路电压曲线的曲线斜率K取平均值，以获取斜率均值K₀及曲线斜率K的标准差σ；

设定所述第一预设阈值为K₀+3σ。

4.如权利要求1所述的自放电检测方法，其特征在于，还包括：

放空电后将每个所述锂离子电池静置第二预设时间T₂后再进行第一次充电，以对所述锂离子电池进行放空电静置降温。

5.如权利要求4所述的自放电检测方法，其特征在于，所述第一恒流源I₁大于所述第二恒流源I₂；

所述第一恒流源I₁的取值范围为[0.2C，0.5C]，其中C为所述锂离子电池的容量。

6.如权利要求5所述的自放电检测方法，其特征在于，所述第二恒流源I₂的取值范围为[1mA，3mA]。

7.如权利要求4所述的自放电检测方法，其特征在于，还包括：

设定自放电检测的环境温度为22℃至28℃之间；

所述第一预设时间T₁的取值范围为不小于10分钟且不大于30分钟；

所述第二预设时间T₂的取值范围为不小于10分钟且不大于30分钟；

所述第一采样时间T_o的取值范围为不小于2小时且不大于6小时。

8.如权利要求1所述的自放电检测方法，其特征在于，当所述锂离子电池的电芯以三元材料制成时，设定第一电压值OCV₁为2.5V，设定第二电压值OCV₂为3.65V；当所述锂离子电池的以磷酸锂铁材料制成时，设定第一电压值OCV₁为2.0V，设定第二电压值OCV₂为3.2V。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述介质上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现如权利要求1-8中任一项所述的自放电检测方法。

10.一种用于锂离子电池的自放电检测装置，其特征在于，用于应用如权利要求1至8任一项所述的自放电检测方法，所述自放电检测装置包括：

放空电电路，用于将用于组装电池组的每个锂离子电池放空电至第一电压值OCV₁；

第一充电电路，用于通过第一恒流源I₁分别对每个所述锂离子电池进行第一次充电，并当每个所述锂离子电池充电至第二电压值OCV₂时停止第一次充电；

第二充电电路，用于通过第二恒流源I₂分别对每个所述锂离子电池进行第二次充电，当每个所述锂离子电池充电至第二电压值OCV₂时停止第二次充电，并保持每个所述锂离子电池的截至电流为0mA；

采样电路，用于在停止第二次充电后对每个所述锂离子电池的开路电压进行采样，以获取在第一采样时间T_o段内每个所述锂离子电池的开路电压曲线；

电池检验设备，用于当所述锂离子电池的所述开路电压曲线的曲线斜率K不大于第一预设阈值时，则判定该所述锂离子电池不满足组装电池组的要求，并标定为不合格电池。

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