CN116500459B - 锂电池安全性能评估方法、装置、存储介质及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂电池安全性能评估方法、装置、存储介质及电子设备，该方法包括：获取待测锂电池进行内短路测试时所述待测锂电池的电芯电压变化信息；根据所述电芯电压变化信息确定所述待测电池的安全性能指数。实施本发明，实现通过安全性能指数对锂电池安全性能进行定量评估，提高锂电池安全性能分析的准确度，避免开发过程中因测试结果导致的误判，从而提高产品开发和测试的效率。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种锂电池安全性能评估方法、装置、存储介质及电子设备。
背景技术
锂离子电池（简称锂电池）由于具有能量密度高、循环性能好和倍率性能优异等特点，已广泛使用于各种便携式电子产品，也在逐步应用于新能源汽车和各种形式的储能基站中。随着锂电池能量密度的日益增加，及其在各种应用终端的日益普及，发生失效的风险和失效造成的破坏也越发严重，因此锂电池的安全性能测试和评估也越发关切。锂电池厂商在开发过程、型式试验、出厂检验等环节均需要进行安全性能的抽检，其中锂电池的内短路测试是非常重要的一项，现有的锂电池内短路测试方法可以通过不同手段（如针刺、内置颗粒物、挤压等）造成电池内部的隔膜破损、正负极片导通形成回路，通过自身电压进行不可控时间的放电。
现有的锂电池的内短路测试和评价方法，由于锂电池的内短路测试是一种应力导致的电-热耦合的安全性能测试方法，具有反应剧烈、能量释放多、连锁反应快的特点，一直被认为是锂电池安全性能评价的关键方法之一。然而，现有的锂电池的内短路测试结果的评价主要为对测试过程现象的描述，即是否冒烟、起火或爆炸，或结合EUCAR的危险等级（Hazard Level，HL）给出HL0~7的等级评价。因此，现有的锂电池的内短路测试结果的评价很难区分相似现象下的差异，也给不同产品的对标评价和安全性能的优化开发带来困扰，如下表1所示，不同锂电池和不同测试方法的16组试验中有13组均未起火爆炸，结果评估为HL3，但各自的电池样品状态和电压、温度数据变化均不一致，无法量化待测锂电池的安全性能的评估，准确性低。
表1
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的锂电池安全性能评估无法量化、准确性低的不足，提供一种锂电池安全性能评估方法、装置、存储介质及电子设备，实现通过安全性能指数对锂电池安全性能进行定量评估，提高锂电池安全性能分析的准确度，避免开发过程中因测试结果导致的误判，从而提高产品开发和测试的效率。
本发明的技术方案提供一种锂电池安全性能评估方法，包括：
获取待测锂电池进行内短路测试时所述待测锂电池的电芯电压变化信息；
根据所述电芯电压变化信息确定所述待测电池的安全性能指数。
进一步的，所述电芯电压变化信息包括最大压降和最大压升，所述根据所述电芯电压变化信息确定所述待测电池的安全性能指数，包括：
根据所述最大压降和所述最大压升计算出所述安全性能指数。
进一步的，所述根据所述最大压降和最大压升计算出所述安全性能指数，包括：
将所述最大压降和所述最大压升的乘积作为所述安全性能指数。
进一步的，所述根据所述电芯电压变化信息确定所述待测电池的安全性能指数，之后包括：
根据所述安全性能指数和预设指数阈值确定所述待测锂电池的失效等级。
进一步的，所述根据所述安全性能指数和预设指数阈值确定所述待测锂电池的失效等级，包括：
若所述安全性能指数符合第一预设指数阈值，所述失效等级为危险等级的HL0级；
若所述安全性能指数大于所述第一预设指数阈值，且所述安全性能指数小于等于第二预设指数阈值，所述失效等级为所述危险等级的HL1-HL2级；
若所述安全性能指数大于所述第二预设指数阈值，且所述安全性能指数小于等于第三预设指数阈值，所述失效等级为所述危险等级的HL3-HL4级；
若所述安全性能指数大于所述第三预设指数阈值，且所述安全性能指数小于等于第四预设指数阈值，所述失效等级为所述危险等级的HL5-HL7级。
本发明的技术方案还提供一种锂电池安全性能评估装置，包括：
电压获取模块，用于获取待测锂电池进行内短路测试时所述待测锂电池的电芯电压变化信息；
安全性能指数确定模块，用于根据所述电芯电压变化信息确定所述待测电池的安全性能指数。
本发明的技术方案还提供一种存储介质，所述存储介质存储计算机指令，当计算机执行所述计算机指令时，用于执行如前所述的锂电池安全性能评估方法的所有步骤。
本发明的技术方案还提供一种电子设备，包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如前所述的锂电池安全性能评估方法。
采用上述技术方案后，具有如下有益效果：通过获取待测锂电池进行内短路测试时待测锂电池的电芯电压变化信息，并根据电芯电压变化信息确定待测电池的安全性能指数，实现通过安全性能指数对锂电池安全性能进行定量评估，提高锂电池安全性能分析的准确度，避免开发过程中因测试结果导致的误判，从而提高产品开发和测试的效率。
附图说明
参见附图，本发明的公开内容将变得更易理解。应当理解：这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1为本发明一实施例提供的一种锂电池安全性能评估方法的工作流程图；
图2为本发明另一实施例提供的一种锂电池安全性能评估方法的工作流程图；
图3为采用针刺触发待测锂电池内短路的原理结构示意图；
图4为待测锂电池进行内短路测试时特征参数提取示意图；
图5为待测锂电池1和待测锂电池2的内短路特征参数提取示意图；
图6为图5所示的待测锂电池1和待测锂电池2内短路测试后的电压和温度变化示意图；
图7为本发明一实施例提供的一种锂电池安全性能评估装置的结构示意图；
图8为本发明一实施例提供的一种用于锂电池安全性能评估的电子设备的硬件结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。
容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或视为对发明技术方案的限定或限制。
在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。
如图1所示，图1为本发明一实施例提供的一种锂电池安全性能评估方法的工作流程图，包括：
步骤S101：获取待测锂电池进行内短路测试时待测锂电池的电芯电压变化信息；
步骤S102：根据电芯电压变化信息确定待测电池的安全性能指数。
具体来说，本发明可以应用在锂电池内短路测试的控制器，例如可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）。
待测锂电池可以采用现有的内短路测试方法进行测试，如采用针刺、加热、过充等方法，待测锂电池进行内短路测试方法不属于本发明的改进点，因此其具体测试方法在此不予赘述。
首先，当待测锂电池开始进行内短路测试时，控制器执行步骤S101获取待测锂电池的电芯电压变化信息，电芯电压变化信息包括最大压降和最大压升，最大压降是指待测锂电池从内短路测试开始到结束，电芯电压从最大电压与最小电压之间的电压绝对值；最大压升是指待测锂电池从内短路测试开始到结束，电芯电压降到最小电压后回升到最大电压之间的电压绝对值。如图3所示，以针刺触发的内部短路测试为例，当金属刺针逐层刺穿正极、隔膜和负极时，具有延展性的隔膜可以在一定程度上包裹刺针并阻隔正负极片间的直接接触,因此针刺触发内短路测试的过程中，大量电子是从负极经刺针转移到正极，此时开路电压的下降可以表征这一放电过程的剧烈程度，最大压降为图4所示的Vdrop;随着接触位置的持续发热导致铜铝箔熔融，这一内电路断开后放电过程中止，此时开路电压的回升可以表征整个内短路放出能量的多少，最大压升为图4所示的Vincrease。
其余触发方式的内部短路测试原理也与此类似，均表现为短路导通-发热熔融-短路中止的发展路径，按此方法对表1中16组试验数据进行处理，可以获得更具区分度的内短路安全性能评价结果，见下表2所示。
表2
然后，控制器执行步骤S102根据电芯电压变化信息确定待测电池的安全性能指数λ，安全性能指数λ可以根据电芯电压的最大压降Vdrop和最大压升Vincrease计算出，具体可以采用以下公式计算出：
λ=Vdrop*Vincrease（1）式
其中，λ为安全性能指数；Vdrop为最大压降；Vincrease为最大压升。
本发明提供的锂电池安全性能评估方法可以应用于任何锂电池，不受电芯体系(三元、磷酸铁锂、钴酸锂等)、包装方式(软包、方壳、圆柱)、测试方法等因素的影响，只要能够测量待测锂电池在内短路测试过程中的电压，均可量化确定对应的安全性能指数，并基于安全性能指数的数值进行待测锂电池的安全性能优劣的评价和对比。
本发明通过获取待测锂电池进行内短路测试时待测锂电池的电芯电压变化信息，并根据电芯电压变化信息确定待测电池的安全性能指数，实现通过安全性能指数对锂电池安全性能进行定量评估，提高锂电池安全性能分析的准确度，避免开发过程中因测试结果导致的误判，从而提高产品开发和测试的效率。
如图2所示，图2为本发明另一实施例提供的一种锂电池安全性能评估方法的工作流程图，包括：
步骤S201：获取待测锂电池进行内短路测试时的最大压降和最大压升；
步骤S202：将最大压降和最大压升的乘积作为安全性能指数;
步骤S203：判断安全性能指数是否符合第一预设指数阈值；
步骤S204：判断安全性能指数是否符合第二预设指数阈值；
步骤S205：判断安全性能指数是否符合第三预设指数阈值；
步骤S206：判断安全性能指数是否符合第四预设指数阈值；
步骤S207：确定待测锂电池的失效等级为危险等级的HL0级；
步骤S208：确定待测锂电池的失效等级为危险等级的HL1-HL2级；
步骤S209：确定待测锂电池的失效等级为危险等级的HL3-HL4级；
步骤S210：确定待测锂电池的失效等级为危险等级的HL5-HL7级。
具体来说，首先控制器执行步骤S201，获取待测锂电池的最大压降和最大压升；其次执行步骤S202，计算最大压降和最大压升的乘积，将最大压降和最大压升的乘积作为安全性能指数;再次执行步骤S203，判断安全性能指数是否符合第一预设指数阈值，如果是执行步骤S207，否则执行步骤S204；步骤S204的判断结果为是时执行步骤S208，否则执行步骤S205；步骤S205的判断结果为是时执行步骤S209，否则执行步骤S206；步骤S206的判断结果为是时执行步骤S210，否则执行步骤S201。
其中，步骤S203-步骤S206与步骤S207-步骤S210也可以根据安全性能指数的数值直接判断出符合第一预设指数阈值-第四预设指数阈值中的哪个范围值，并根据判断结果直接执行对应的步骤，如当安全性能指数为0时，执行步骤S207确定待测锂电池的失效等级为危险等级的HL0级。
其中，第一预设指数阈值-第四预设指数阈值可根据用户需求进行设定，第一预设指数阈值优选为0，第二预设指数阈值优选为0-1，第三预设指数阈值优选为1-500；第四预设指数阈值为500-2000。
本发明通过待测锂电池的最大压降和最大压升计算出安全性能指数，并将安全性能指数与预设指数阈值进行比较，确定待测锂电池的失效等级，从而可以更加准确地对锂电池安全性能进行定量评估，提高锂电池安全性能分析的准确度，避免开发过程中因测试结果导致的误判，从而提高产品开发和测试的效率。
在其中一个实施例中，还包括：
根据失效等级判断出待测锂电池的测试反应。
具体来说，测试反应是指待测锂电池在进行内短路测试时出现的测试现象，如若安全性能指数λ>0，失效等级为HL0级，表示待测锂电池在内短路测试过程中无反应；若0<安全性能指数λ≤1，失效等级为HL1-HL2级，表示待测锂电池的被动保护器件可逆动作，无功能损失或者待测锂电池出现不可逆的缺陷、损伤或功能损失；若1<安全性能指数λ≤500，失效等级为HL3-HL4级，表示待测锂电池漏液未喷阀，电解液质量损失小于50%或者待测锂电池漏液喷阀，电解液质量损失大于等于50%；若500<安全性能指数λ≤2000，失效等级为HL5-HL7级，表示待测锂电池出现燃烧、破裂或者爆炸现象。其中，失效等级与测试反应的对应关系可以根据用户需求进行设定，并不受限于上述的举例说明。
本实施例通过将失效等级与测试反应相对应，从而使锂电池安全性能评估和分析更加清楚、更加准确。
下面以两个锂电池为例进行实验说明，分别对待测锂电池1和待测锂电池2进行内短路测试，待测锂电池1和待测锂电池2的电芯电压变化信息如图5所示，待测锂电池1的最大压降Vdrop1为20mV、最大压升Vincrease1为13mV，待测锂电池2的最大压降Vdrop2为33mV、最大压升Vincrease2为18mV，利用公式（1）分别计算出待测锂电池1的安全性能指数λ1为260mV2、待测锂电池2的安全性能指数λ2为594mV2，由此可以看出，待测锂电池1的安全性能指数λ1远小于待测锂电池2的安全性能指数λ2，从而可以判断出待测锂电池1的安全性能远高于待测锂电池2的安全性能。并且，通过图6的数据可以看出，待测锂电池1的电压和温度数据变化比待测锂电池2的电压和温度数据变化缓慢得多，待测锂电池1仅出现了缓慢的放电伴随较温和的温升，待测锂电池2发生了剧烈的放电和发热并最终引发热失控，从而进一步论证了安全性能指数λ判断的有效性。
如图7所示，图7为本发明一实施例提供的一种锂电池安全性能评估装置的结构示意图，包括：
电压获取模块701，用于获取待测锂电池进行内短路测试时待测锂电池的电芯电压变化信息；
安全性能指数确定模块702，用于根据电芯电压变化信息确定待测电池的安全性能指数。
本发明通过获取待测锂电池进行内短路测试时待测锂电池的电芯电压变化信息，并根据电芯电压变化信息确定待测电池的安全性能指数，实现通过安全性能指数对锂电池安全性能进行定量评估，提高锂电池安全性能分析的准确度，避免开发过程中因测试结果导致的误判，从而提高产品开发和测试的效率。
本发明一实施例提供一种存储介质，所述存储介质用于存储计算机指令，当计算机执行所述计算机指令时，用于执行如前所述的任一方法实施例中的锂电池安全性能评估方法的所有步骤。
如图8所示，本发明一实施例提供的一种用于锂电池安全性能评估的电子设备的硬件结构示意图，包括：
至少一个处理器801；以及，
与至少一个处理器801通信连接的存储器802；其中，
存储器802存储有可被至少一个处理器801执行的指令，指令被至少一个处理器801执行，以使至少一个处理器801能够执行如前所述的锂电池安全性能评估方法。
图8中以一个处理器801为例。
电子设备优选为电子控制单元（Electronic Control Unit，ECU）。
电子设备还可以包括：输入装置803和输出装置804。
处理器801、存储器802、输入装置803及输出装置804可以通过总线或者其他方式连接，图中以通过总线连接为例。
存储器802作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于获取非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的锂电池安全性能评估方法对应的程序指令/模块，例如，图1-图2所示的方法流程。处理器801通过运行获取在存储器802中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述实施例中的锂电池安全性能评估方法。
存储器802可以包括获取程序区和获取数据区，其中，获取程序区可获取操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；获取数据区可获取根据锂电池安全性能评估方法的使用所创建的数据等。此外，存储器802可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器802可选包括相对于处理器801远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至执行锂电池安全性能评估方法的装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
输入装置803可接收输入的用户点击，以及产生与锂电池安全性能评估方法的用户设置以及功能控制有关的信号输入。输出装置804可包括显示屏等显示设备。
在所述一个或者多个模块获取在所述存储器802中，当被所述一个或者多个处理器801运行时，执行上述任意方法实施例中的锂电池安全性能评估方法。
以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种锂电池安全性能评估方法，其特征在于，包括：
获取待测锂电池进行内短路测试时所述待测锂电池的电芯电压变化信息，所述电芯电压变化信息包括最大压降和最大压升；所述最大压降为待测锂电池从内短路测试开始到结束，电芯电压的最大电压与最小电压之间的电压绝对值；所述最大压升为待测锂电池从内短路测试开始到结束，电芯电压降到最小电压后回升到最大电压之间的电压绝对值；
将所述最大压降和所述最大压升的乘积作为安全性能指数。
2.如权利要求1所述的锂电池安全性能评估方法，其特征在于，所述将所述最大压降和所述最大压升的乘积作为安全性能指数，之后包括：
根据所述安全性能指数和预设指数阈值确定所述待测锂电池的失效等级。
3.如权利要求2所述的锂电池安全性能评估方法，其特征在于，所述根据所述安全性能指数和预设指数阈值确定所述待测锂电池的失效等级，包括：
若所述安全性能指数符合第一预设指数阈值，所述失效等级为危险等级的HL0级；
若所述安全性能指数大于所述第一预设指数阈值，且所述安全性能指数小于等于第二预设指数阈值，所述失效等级为所述危险等级的HL1-HL2级；
若所述安全性能指数大于所述第二预设指数阈值，且所述安全性能指数小于等于第三预设指数阈值，所述失效等级为所述危险等级的HL3-HL4级；
若所述安全性能指数大于所述第三预设指数阈值，且所述安全性能指数小于等于第四预设指数阈值，所述失效等级为所述危险等级的HL5-HL7级。
4.如权利要求3所述的锂电池安全性能评估方法，其特征在于，所述根据所述安全性能指数和预设指数阈值确定所述待测锂电池的失效等级，包括：
根据所述失效等级判断出所述待测锂电池的测试反应。
5.一种锂电池安全性能评估装置，其特征在于，包括：
电压获取模块，用于获取待测锂电池进行内短路测试时所述待测锂电池的电芯电压变化信息，所述电芯电压变化信息包括最大压降和最大压升；所述最大压降为待测锂电池从内短路测试开始到结束，电芯电压的最大电压与最小电压之间的电压绝对值；所述最大压升为待测锂电池从内短路测试开始到结束，电芯电压降到最小电压后回升到最大电压之间的电压绝对值；
安全性能指数确定模块，用于将所述最大压降和所述最大压升的乘积作为安全性能指数。
6.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储计算机指令，当计算机执行所述计算机指令时，用于执行如权利要求1-4任一项所述的锂电池安全性能评估方法的所有步骤。
7.一种电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1-4任一项所述的锂电池安全性能评估方法。
Priority Applications (1)
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