CN116520173A - 电池自放电率的测量方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电池自放电率的测量方法，该测量方法包括：获取待测电池与目标SOC对应的dOCV/dQ；将待测电池充电到目标SOC，以获取目标SOC待测电池；获取目标SOC待测电池的自放电电流；根据dOCV/dQ和自放电电流计算待测电池与目标SOC对应的自放电率。本申请的测量方法根据与目标SOC对应的dOCV/dQ和自放电电流计算待测电池在目标SOC下自放电率，相比较于获取待测电池开路电压的压降，获取待测电池的自放电电流所需的时长较短，这提高了测量效率。此外，因获取自放电电流所需的静置时长较短，所以本申请的自放电率受静置过程中环境变化以及测量仪器精度的影响较小，这提高了测量结果的准确性。

Description

电池自放电率的测量方法

技术领域

本申请主要涉及电池技术领域，具体地涉及一种电池自放电率的测量方法。

背景技术

锂离子电池因具有能量密度高、循序寿命长和无记忆效应等优点而被广泛地应用在数码电子产品和动力能源等行业。锂离子电池处于开路搁置状态时，容量自发损耗的现象，被称为锂离子电池的自放电，也可称为锂离子电池的荷电保持能力。自放电测量方法主要包括：容量测量法、开路电压测量法和电流测量法。其中，开路电压测量法(亦称作K值测量法)的应用较广泛，开路电压测量法通过测量电池在单位时间内的电压降来衡量电池自放电率。但开路电压测量法需要将待测电池静置较长时间，因此开路电压测量法的周期较长；此外，影响开路电压测量法测量结果准确性的因素较多，例如，电池的去极化效果、静置的环境温度、静置的时间和测量仪器精度，因此开路电压测量法测量结果的准确性较低。

所以，如何快速且准确地测量锂电池的自放电率是亟待解决的问题。

发明内容

本申请要解决的技术问题是提供一种电池自放电率的测量方法，该测量方法能够快速且准确地测量锂电池的自放电率。

本申请为解决上述技术问题而采用的技术方案是一种电池自放电率的测量方法，包括：获取待测电池与目标SOC对应的dOCV/dQ；将所述待测电池充电到目标SOC，以获取目标SOC待测电池；获取所述目标SOC待测电池的自放电电流；以及根据所述dOCV/dQ和所述自放电电流计算所述待测电池与所述目标SOC对应的自放电率。

在本申请一实施例中，获取待测电池与目标SOC对应的dOCV/dQ的方法包括：获取等效待测电池的等效OCV、等效Q和等效SOC之间的对应关系；根据等效OCV和等效Q之间的对应关系计算等效dOCV/dQ；根据所述等效dOCV/dQ和等效SOC之间的对应关系获取所述待测电池与所述目标SOC对应的dOCV/dQ。

在本申请一实施例中，获取等效待测电池的等效OCV、等效Q和等效SOC之间的对应关系的方法包括：根据预设充电条件对所述等效待测电池进行充电，以获取满电状态的等效待测电池；根据预设放电条件对所述满电状态的等效待测电池进行放电，以获取所述等效待测电池的等效OCV、等效Q和等效SOC之间的对应关系。

在本申请一实施例中，所述预设充电条件为：以恒定充电电流将所述等效待测电池充电至第一截止电压，接着以所述第一截止电压做为充电电压将所述等效待测电池充电至满电状态。

在本申请一实施例中，所述预设放电条件为：以恒定放电电流将所述满电状态的等效待测电池放电至第二截止电压。

在本申请一实施例中，在对所述目标SOC待测电池静置处理之后获取所述目标SOC待测电池在预设条件下的所述自放电电流。

在本申请一实施例中，所述静置处理的时长为12h～24h。

在本申请一实施例中，所述预设条件的温度为20℃～30℃。

在本申请一实施例中，在所述目标SOC待测电池处于稳定自放电状态时获取所述自放电电流。

在本申请一实施例中，根据所述dOCV/dQ和所述自放电电流计算所述待测电池与所述目标SOC对应的自放电率的公式为：K＝(dOCV/dQ)×I，其中，所述K表示所述待测电池与所述目标SOC对应的自放电率，所述I表示所述自放电电流。

本申请的测量方法根据与目标SOC对应的dOCV/dQ和自放电电流计算电池自放电率，不需要获取待测电池开路电压的压降，取而代之的是，获取待测电池的自放电电流，相比较于获取待测电池开路电压的压降，获取待测电池的自放电电流所需的时长较短，如此，提高了测量效率。此外，因获取自放电电流所需的静置时长较短，所以本申请的自放电率受静置过程中环境变化以及测量仪器精度的影响较小，如此提高了测量结果的准确性。

附图说明

为让本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本申请的具体实施方式作详细说明，其中：

图1是本申请一实施例的一种电池自放电率的测量方法的示例性流程图；

图2是本申请一实施例的电池自放电过程中OCV-SOC曲线；

图3是本申请一实施例的电池自放电过程中dOCV/dQ-SOC曲线。

具体实施方式

为让本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本申请的具体实施方式作详细说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。

本申请中使用了流程图用来说明根据本申请的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或下面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，或将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

接下来通过具体的实施例对本申请的测量方法进行说明。

图1是一实施例的电池自放电率的测量方法的示例性流程图。参考图1所示，该实施例的测量方法包括以下步骤：

步骤S110：获取待测电池与目标SOC对应的dOCV/dQ；

步骤S120：将待测电池充电到目标SOC，以获取目标SOC待测电池；

步骤S130：获取目标SOC待测电池的自放电电流；

步骤S140：根据dock/dQ和自放电电流计算待测电池与目标SOC对应的自放电率。

其中，SOC表示电池的荷电状态(State of Charge)，OCV表示电池的开路电压(Open Circuit Voltage)，Q表示电池的放出容量，dOCV/dQ表示开路电压对放出容量的微分。

以下具体说明上述的步骤S110至步骤S140。

在步骤S110中，获取待测电池与目标SOC对应的dOCV/dQ的方法包括：

步骤S111：获取等效待测电池的等效OCV、等效Q和等效SOC之间的对应关系；

步骤S112：根据等效OCV和等效Q之间的对应关系计算等效dOCV/dQ；

步骤S113：根据等效dOCV/dQ和等效SOC之间的对应关系获取待测电池与目标SOC对应的dOCV/dQ。

步骤S111至步骤S113中的等效待测电池的规格参数与待测电池的规格参数相同，等效待测电池的电学性能与待测电池的电学性能相同或大致相同，因此可以使用等效待测电池的电学参数(例如，等效dOCV/dQ、等效SOC以及两者之间的对应关系)表示待测电池的电学参数(与目标SOC对应的dOCV/dQ)。如此，当待测电池数量较多时，相比较与逐个获取待测电池的电学参数，使用等效待测电池的电学参数表示待测电池的电学参数可以缩短获取待测电池电学参数的时长。需要说明的是，本申请获取待测电池与目标SOC对应的dOCV/dQ的方法不限于步骤S111至步骤S113。在一些实施例中，也可以基于待测电获取待测电池与目标SOC对应的dOCV/dQ，例如基于待测电池执行步骤S111至步骤S113。本申请的待测电池包括三元锂电池和磷酸铁锂电池。

接下来通过示例对步骤S111至步骤S113进行说明。

在步骤S111中，取若干等效待测电池，根据预设充电条件对若干等效待测电池进行充电，以获取满电状态的等效待测电池。本申请不对等效待测电池的数量做限制，等效待测电池可以是一个，也可以是大于1的任意自然数。当等效待测电池为多个时，可使用该多个等效待测电池电学参数的平均值表示待测电池的电学参数。

在一实施例中，预设充电条件为：以恒定充电电流I1将等效待测电池充电至截止电压OCV1，接着以截止电压OCV1做为充电电压将等效待测电池充电至满电状态。在一些实施例中，在以截止电压OCV1对等效待测电池充电的过程中，检测充电电流，当充电电流下降到截止电流I2时，停止对等效待测电池的充电。其中，截止电流I2表示等效待测电池在满电状态时的充电电流；换句话说，可以通过检测等效待测电池充电过程中的电流判断等效待测电池是否处于满电状态。应当理解，“满电状态”并不是指严格的满电状态，其包括近似的满电状态，例如当电池处于98％SOC时，也可以认为其处于满电状态。在一些实施例中，充电电流I1可以是0.3C～0.5C中的任意数值，OCV1的具体数值与等效待测电池的类型有关，例如，当等效待测电池为三元锂电池时，OCV1可以是4.2V；当等效待测电池为磷酸铁锂电池时，OCV1可以是3.65V。

根据预设放电条件对满电状态的等效待测电池进行放电，以获取等效待测电池等效OCV、等效Q和等效SOC三者之间的对应关系。

在等效待测电池的放电过程中，等效待测电池的SOC、Q和OCV均随着放电的进行而变化，且三者之间存在对应的关系。为与待测电池的SOC、Q和OCV区分，将等效待测电池的SOC、Q和OCV分别称作等效OCV、等效Q和等效SOC。在放电过程中，记录等效待测电池的等效OCV、等效Q和等效SOC，以及三者之间的对应关系。为方便叙述，将等效OCV和等效SOC之间的对应关系记作(等效OCV，等效SOC)。

在一些实施例中，预设放电条件为：以恒定放电电流I3将满电状态的等效待测电池放电至截止电压OCV2。本申请不对放电电流I3和截止电压OCV2做限制，可以根据电池的规格参数和测量需求设置具体的放电电流I3和截止电压OCV2。在一些实施例中，放电电流I3可以是0.02C，截止电压OCV2的具体数值与等效待测电池的类型有关，例如，当等效待测电池为三元锂电池时，OCV2可以是2.75V；当等效待测电池为磷酸铁锂电池时，OCV2可以是2.5V。

如前文所述，等效OCV、等效Q和等效SOC三者之间存在对应关系。图2是一实施例的电池自放电过程中OCV-SOC曲线，其中，横坐标可以表示等效待测电池的等效SOC，纵坐标可以表示等效待测电池的等效OCV。可以根据等效OCV和等效SOC之间的对应关系绘制图2所示的OCV-SOC曲线。等效OCV和等效Q之间也存在类似的OCV-Q曲线，在此不再展开。

在步骤S112中，根据步骤S111中所获取的等效OCV与等效Q之间的对应关系计算等效dOCV/dQ。在一些实施例中，可以通过将等效OCV对等效Q求导的方法计算等效dOCV/dQ。

等效dOCV/dQ与等效OCV之间存在着对应关系，即每一个等效OCV均有一个与之对应的等效dOCV/dQ。为方便叙述，将等效dOCV/dQ与等效OCV之间的对应关系记作(等效dOCV/dQ，等效OCV)。结合(等效dOCV/dQ，等效OCV)和前文中的(等效OCV，等效SOC)可以得到等效dOCV/dQ与等效SOC之间的对应关系，记作(等效SOC，等效dOCV/dQ)。图3是一实施例的电池自放电过程中dOCV/dQ-SOC曲线，其中，横坐标表示等效SOC，纵坐标表示等效dOCV/dQ。可以根据(等效SOC，等效dOCV/dQ)绘制图3所示的dOCV/dQ-SOC曲线。

在步骤S113中，根据步骤S112中的(等效SOC，等效dOCV/dQ)获取待测电池与目标SOC对应的dOCV/dQ。如前文所述，可以使用等效待测电池的电学参数表示待测电池的电学参数。因此，可以根据等效SOC与等效dOCV/dQ之间的对应关系(即(等效SOC，等效dOCV/dQ))获取待测电池中与目标SOC对应的dOCV/dQ，为方便叙述，将待测电池中目标SOC与对应的dOCV/dQ表示为(目标SOC，dOCV/dQ)。

根据(等效SOC，等效dOCV/dQ)获取(目标SOC，dOCV/dQ)的方法包括查表和查询dOCV/dQ-SOC曲线。举例来说，参考图3所示，图3中的曲线表示了等效SOC与等效dOCV/dQ之间的对应关系，即每一个等效SOC均有一个与之对应的等效dOCV/dQ。假设目标SOC为5％SOC，通过查询图3可以获取等效SOC为5％SOC时的等效dOCV/dQ为20，因此，待测电池与5％SOC对应的dOCV/dQ为20。

在步骤S120中，将待测电池充电到目标SOC，以获取目标SOC待测电池。继续以上述示例对步骤S120进行说明。假设目标SOC为5％SOC，则将待测电池充电到5％SOC，以获取5％SOC待测电池。

在一实施例中，将待测电池充电到5％SOC的过程如下：先采用恒流充电的方式对待测电池进行充电，充电电流为I4，截止电压为OCV3；接着，采用恒压充电的方式对待测电池进行充电，充电电压为OCV3，截止电流为I5。可根据(等效OCV，等效SOC)获取与5％SOC对应的等效OCV，将该等效OCV作为截止电压OCV3。通过上述充电过程获取5％SOC待测电池。需要说明的是，获取目标SOC待测电池的方法不限于上述过程。

在步骤S130中，对步骤S120中获取的目标SOC待测电池进行自放电，以获取目标SOC待测电池的自放电电流。

在一实施例中，获取目标SOC待测电池的自放电电流的方法包括：对目标SOC待测电池静置处理；获取目标SOC待测电池在预设条件下的自放电电流。其中，静置处理的时长可以是12h～24h中的任意时长；预设条件包括静置处理的湿度和/或温度，温度可以是20℃～30℃中的任意温度。在电池充电后，电池内部比较活跃，静置处理有助于平衡目标SOC待测电池内部的锂离子。

在一些实施例中，可以将目标SOC待测电池放置在恒温房内，使用自放电测试仪获取目标SOC待测电池的自放电电流。在其他一些实施例中，在目标SOC待测电池处于稳定自放电状态时获取自放电电流，稳定自放电状态下的自放电电流能够更准确地反应目标SOC待测电池的自放电特性。

常规技术中，在使用开路电压测量法获取电池的自放电率时，需要将待测电池静置较长时间，以获得静置时间内待测电池开路电压的压降。本申请不需要获取待测电池开路电压的压降，取而代之的是，获取待测电池的自放电电流，相比较于获取待测电池开路电压的压降，获取待测电池的自放电电流所需的时长较短，如此，提高了测量电池自放电率的效率。

此外，因获取自放电电流所需的静置时长较短，所以本申请的自放电率受静置过程中环境变化以及测量仪器精度的影响较小，如此提高了测量结果的准确性。

在步骤S140中，根据dOCV/dQ和自放电电流计算待测电池与目标SOC对应的自放电率。继续以前文中的示例对步骤S140进行说明。在前述示例中，目标SOC为5％SOC，在步骤S110中得知与5％SOC对应的dOCV/dQ为20；假设5％SOC待测电池的自放电电流为I6；根据dOCV/dQ＝20和5％SOC计算待测电池与5％SOC对应的自放电率

在一实施例中，根据dOCV/dQ和自放电电流计算待测电池与目标SOC对应的自放电率的公式为：K＝(dOCV/dQ)×I，其中，K表示待测电池与目标SOC对应的自放电率，I表示自放电电流。结合上述示例，将dOCV/dQ＝20和自放电电流I6带入上述公式计算获得：在5％SOC时，待测电池的自放电率K＝20×I6。需要说明的是，可以根据需求设置目标SOC的数值，目标SOC不限于前文中的5％SOC，例如，目标SOC可以是10％SOC、20％SOC、30％SOC、40％SOC、50％SOC、60％SOC、70％SOC、80％SOC、90％SOC和100％SOC中的任一数值。

常规技术中，在使用开路电压测量法获取电池的自放电率时，需要将待测电池静置较长时间，以获得静置时间内待测电池开路电压的压降。本申请上述实施例中根据与目标SOC对应的dOCV/dQ和自放电电流计算电池自放电率的测量方法无需将电池静置较长时间，缩短测量电池自放电率的时长。

为更清楚地理解本申请的测量方法，这里给出一个具体的实施例。该实施例包括以下步骤：

步骤1：取一个磷酸铁锂电池作为等效待测电池，对等效待测电池进行恒流充电，充电电流为0.3C，截止电压为3.65V；接着以电压3.65V对等效待测电池进行恒压充电，截止电流为0.02C。

步骤2：对等效待测电池进行放电，放电电流0.02C，截止电压为2.5V；记录放电过程中等效待测电池的OCV和Q，以及等效待测电池SOC与OCV之间的对应关系。可根据等效待测电池SOC与OCV之间的对应关系绘制如图2所示的OCV-SOC曲线。

表1为自放电率计算表格，将等效待测电池放电过程中的OCV记录到表1中。

步骤3：将OCV对Q求导获取与不同OCV对应的dOCV/dQ；根据图1中曲线所表示的SOC与OCV之间的对应关系获取与不同SOC对应的dOCV/dQ。可根据SOC与dOCV/dQ之间的对应关系绘制如图3所示的曲线。

步骤4：取30个待测电池，均分为10组，并依次将各组编号为1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#、9#和10#，各组待测电池的目标SOC分别为：10％SOC、20％SOC、30％SOC、40％SOC、50％SOC、60％SOC、70％SOC、80％SOC、90％SOC和100％SOC；将1#～10#组待测电池的SOC分别调整至各自的目标SOC。调整流程为：先恒流充电，充电电流为0.3C，截止电压从图2中获取；接着恒压充电，截止电流为0.02C；将1#～10#组待测电池在常温静置，静置时间为24h。

根据图3或步骤1至步骤3中的数据获取与上述目标SOC对应的dOCV/dQ。举例来说，可以通过图3查询等效待测电池在与各个目标SOC对应的dOCV/dQ，将查询到的dOCV/dQ记录在表1，其中，位于同一行的目标SOC和dOCV/dQ之间存在对应关系。

步骤5：将1#～10#组待测电池放置于恒温房，恒温房温度控制在25±1℃；用自放电测试仪检测每个待测电池的自放电电流，电流稳定时记录自放电电流值；计算各组待测电池的平均自放电电流，将计算结果记录在表1中。

步骤6：根据公式K＝(dOCV/dQ)×I计算各组电池的自放电率K，计算结果如表1所示，其中，同一行的自放电率和目标SOC之间存在对应的关系，例如，4#组待测电池的目标SOC为70％，对应的自放电率K为0.02100。

表1自放电率计算表格

编号	OCV(mV)	目标SOC	dOCV/dQ(mV/mAh)	自放电电流(mA)	K(mV/h)
						1#	3561.05	100％	1.0320135	64	66.04886
2#	3319.8	90％	0.0002221	59	0.01310
						3#	3316.64	80％	0.0002667	52	0.01387
4#	3311.81	70％	0.0005123	41	0.02100
						5#	3282.01	60％	0.0008941	35	0.03129
6#	3275.54	50％	0.0001992	28	0.00558
						7#	3272.01	40％	0.0003444	25	0.00861
8#	3257.43	30％	0.0016531	21	0.03472
						9#	3223.91	20％	0.0029789	16	0.04766
10#	3181.08	10％	0.0010534	12	0.01264

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述申请披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。

Claims (10)

1.一种电池自放电率的测量方法，其特征在于，包括：

获取待测电池与目标SOC对应的dOCV/dQ；

将所述待测电池充电到目标SOC，以获取目标SOC待测电池；

获取所述目标SOC待测电池的自放电电流；以及

根据所述dOCV/dQ和所述自放电电流计算所述待测电池与所述目标SOC对应的自放电率。

2.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，获取待测电池与目标SOC对应的dOCV/dQ的方法包括：

获取等效待测电池的等效OCV、等效Q和等效SOC之间的对应关系；

根据等效OCV和等效Q之间的对应关系计算等效dOCV/dQ；

根据所述等效dOCV/dQ和等效SOC之间的对应关系获取所述待测电池与所述目标SOC对应的dOCV/dQ。

3.如权利要求2所述的测量方法，其特征在于，获取等效待测电池的等效OCV、等效Q和等效SOC之间的对应关系的方法包括：

根据预设充电条件对所述等效待测电池进行充电，以获取满电状态的等效待测电池；

根据预设放电条件对所述满电状态的等效待测电池进行放电，以获取所述等效待测电池的等效OCV、等效Q和等效SOC之间的对应关系。

4.如权利要求3所述的测量方法，其特征在于，所述预设充电条件为：以恒定充电电流将所述等效待测电池充电至第一截止电压，接着以所述第一截止电压做为充电电压将所述等效待测电池充电至满电状态。

5.如权利要求3所述的测量方法，其特征在于，所述预设放电条件为：以恒定放电电流将所述满电状态的等效待测电池放电至第二截止电压。

6.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，在对所述目标SOC待测电池静置处理之后获取所述目标SOC待测电池在预设条件下的所述自放电电流。

7.如权利要求6所述的测量方法，其特征在于，所述静置处理的时长为12h～24h。

8.如权利要求6所述的测量方法，其特征在于，所述预设条件的温度为20℃～30℃。

9.如权利要求6所述的测量方法，其特征在于，在所述目标SOC待测电池处于稳定自放电状态时获取所述自放电电流。

10.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，根据所述dOCV/dQ和所述自放电电流计算所述待测电池与所述目标SOC对应的自放电率的公式为：K＝(dOCV/dQ)×I，其中，所述K表示所述待测电池与所述目标SOC对应的自放电率，所述I表示所述自放电电流。