CN117074975A - 电池析锂阈值电压的确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了电池析锂阈值电压的确定方法，包括步骤：测试电池在不同温度及不同充电倍率下的析锂阈值电压；根据所述析锂阈值电压以及温度、充电倍率的数据，获得析锂阈值电压与充电倍率之间的电压‑倍率拟合关系式以及析锂阈值电压与温度之间的电压‑温度拟合关系式；根据所述电压‑倍率拟合关系式以及电压‑温度拟合关系式计算不同温度及充电倍率下的电池析锂阈值电压。本发明的方法可以实现通过根据已知曲线类型，通过少量测试点即可得到具体关系式，达到快速计算的目的，从而在制定电池制式时更加精准快速。
Description
技术领域
本发明涉及电池测试技术领域，特别是涉及一种电池析锂阈值电压的确定方法。
背景技术
充电倍率是电池充电快慢最直接的参数。由于电池内部电化学反应机理的限制，电池极化、析锂等情况时有发生，长此以往会降低电池的使用寿命。充电倍率越大，极化越严重，造成电池电位偏差较大，电池在当前倍率的电压限值就无法适用；同时温度带来的差异也会影响电池的性能，如低温下进行充放电测试，电池也更容易析锂。
目前为止，对电池进行大电流充放电测试时，多采用常温阶梯充电方式，该充电方式的具体电位需进行多次测试获得，数据较多，另外析锂电位不明确，一旦超过充电倍率对应的析锂电位，就会对电池造成不可逆的衰减，从而对电池的性能造成破坏。因此，如何精准得到不同电流，不同温度下电池析锂电压的方法至关重要。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的问题，而提供一种快速简便的电池析锂阈值电压的确定方法。
经过长时间的dQ/dV测试，发明人发现dQ/dV-V曲线中，每个反应峰值对应的电池电压与电流及温度有一定的规律变化。本发明是这样实现的，一种电池析锂阈值电压的确定方法，包括步骤：
测试电池在不同温度及不同充电倍率下的析锂阈值电压；
根据所述析锂阈值电压以及温度、充电倍率的数据，获得析锂阈值电压与充电倍率之间的电压-倍率拟合关系式以及析锂阈值电压与温度之间的电压-温度拟合关系式；
根据所述电压-倍率拟合关系式以及电压-温度拟合关系式计算不同温度及充电倍率下的电池析锂阈值电压。
其中，所述析锂阈值电压与充电倍率之间的电压-倍率拟合关系式，是通过以充电倍率为横坐标，以固定温度下析锂电压为纵坐标，绘制散点图，然后进行数据拟合后获得的。
其中，所述析锂阈值电压与温度之间的电压-温度拟合关系式，是通过以温度为横坐标，以固定充电倍率下的析锂电压为纵坐标，绘制散点图，再进行数据拟合后获得的。
其中，所述电池析锂阈值电压与充电电流的大小成线性关系，与电池温度成抛物线关系。
其中，对电池进行充电前，先对电池进行小电流放电处理，使电池降到空电状态并静置一段时间后再进行充电。
其中，对电池充电时，首先对电池进行一定时间的恒流充电然后休眠一定时间，多次恒流充电并休眠后，直到恒流充电结束，使电池充电到预设的电压值，然后再以小电流恒流放电后至预定电压值结束后再休眠。
其中，将电池放在恒温箱中进行充放电，进行测试，所述恒温箱能提供不同的测试环境温度，使电池达到需要的温度后再进行测试。
其中，对电池进行测试时的温度为0度以及0度以上。
其中，通过充放电仪对电池进行充放电以进行测试。
其中，采用三电极测试方式测试电池在不同温度及不同充电倍率下的析锂阈值电压。
本发明通过对电池在任意温度和倍率下进行测试，建立析锂电位与电流及温度的拟合关系，即固定温度下析锂电位与充电倍率的关系，以及固定充电倍率下析锂电位与温度的关系，从而可根据所得的拟合关系式计算获得电池在不同温度及倍率下的析锂电压，从而能快速获得不同电流及温度下电池的析锂边界电压，测试方法快速简便，且经试验证明，准确度高。
附图说明
图1为本发明实施例电池析锂阈值电压的确定方法的流程示意图。
图2为不同温度下电池析锂阈值电压与充电倍率的关系图。
图3为不同充电倍率下电池析锂阈值电压与温度的关系图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
本发明实施例以电池充放电仪对电池进行不同温度、不同倍率充电测试，确定电池析锂阈值电压，然后得到电池析锂阈值电压与充电倍率、电池温度之间各自的拟合关系式，然后根据析锂阈值电压与充电倍率，温度之间的拟合关系式，可计算得到不同充电倍率、温度下的析锂阈值电压，从而获得电池在不同充电倍率以及温度下使用的边界电压。
其中，在测试电池在不同温度及不同充电倍率下的析锂阈值电压时可采用三电极测试方法，此为公知的测试技术，不再赘述。
具体的实现步骤下：
S1.测试电池在不同温度及不同充电倍率下的析锂阈值电压。
S2.根据所述析锂阈值电压以及温度、充电倍率的数据，获得析锂阈值电压与充电倍率之间的电压-倍率拟合关系式以及析锂阈值电压与温度之间的电压-温度拟合关系式。
S3.根据所述电压-倍率拟合关系式以及电压-温度拟合关系式，计算不同温度及充电倍率下的电池析锂阈值电压。
根据步骤S2获得的电池析锂电压与充电倍率之间的拟合关系式、电池析锂电压与温度之间的拟合关系式，可以计算得到电池在不同充电倍率或不同温度下充电时的析锂阈值电压，确定电池在不同充电倍率、温度下使用的边界电压。
其中，步骤S1中，测试电池在不同温度及不同电流下的析锂阈值电压，是将电池放在恒温箱中进行充放电，进行测试，所述恒温箱能提供不同的测试环境温度，使电池达到需要的温度后再进行测试。
具体的测试包括以下步骤：
S11.在一个设定的电池温度下，先对选取的电池进行小电流放电处理，使其降到空电态，静置一段时间；
S12.对选取的电池用不同充电倍率进行析锂阈值电压无损分析测试，记录充电倍率及其对应的析锂阈值电压；
所述对选取的电池用不同充电倍率进行析锂阈值电压无损分析测试时，以同一充电倍率对电池恒流充电，且对电池恒流充电，恒流充电每充一段时间后休眠，直至电池充电到恒流充电结束，然后进入恒压充电并结束时止，然后对电池进行恒流放电至设定电压结束恒流放电后，休眠一段时间，再进行另一个充电倍率下的测试。
S13.按上述步骤S11-S12，对选取的电池在其它不同温度进行析锂阈值无损分析测试，记录电池温度及其对应的析锂阈值电压；
其中，在步骤S2中，对步骤S1中获得的数据进行分析，根据所述析锂阈值电压以及温度、充电倍率的数据，获得析锂阈值电压与充电倍率之间的电压-倍率拟合关系式以及析锂阈值电压与温度之间的电压-温度拟合关系式，包括以下步骤：
S21.以充电倍率为横坐标，以固定温度下的析锂电压为纵坐标，绘制散点图，再进行数据拟合，获得电池析锂电压与充电倍率之间的拟合关系式。
S22.以温度为横坐标，以固定充电倍率下的析锂电压为纵坐标，绘制散点图，再进行数据拟合，获得电池析锂电压与温度之间的拟合关系式。
其中，采用充放电仪对电池进行需要的充放电以进行测试。
实施例：
取一支容量为4.8Ah的21700型号电池，置于0℃恒温箱中，以0.1C电流放至空电，静置30min；然后以0.5C电流恒流充电，每充电12s休眠时间3s，直至充电至4.2V，恒压充电至240mA；然后以0.1C电流恒流放电至2.5V，休眠30min。
将恒流充电倍率由0.5C改为0.7C、1C分别进行上述测试。
通过以上测试，完成了电池在0℃恒温箱中，在不同充电倍率下的测试，记录测试数据。
将温度改为10℃，25℃，按前述步骤分别进行上述0.5C、0.7C、1C倍率测试，最终完成电池在不同温度、不同充电倍率下的测试，记录测试数据。
以电压U为纵坐标，以倍率为横坐标，得到0℃、10℃、25℃不同温度下电池析锂电压与充电倍率的关系图，如图2，可以看出，电池的充电倍率与析锂电压大致呈线性关系，在0℃下的关系是y＝-0.0787x+4.2014，R2＝0.9944，在10℃下的关系是y＝-0.0911x+4.2331，R2＝0.9919，在25℃下的关系是y＝-0.0618x+4.2237，R2＝0.9995。
以电压U为纵坐标，以温度为横坐标，得到不同充电倍率下电池析锂电压与温度的关系图，如图3。可以看出，析锂电压与温度成抛物线形关系，在0.5C充电倍率下，温度与析锂电压的关系式是y＝-0.0001x2+0.004x+4.165，R2＝0.9913，在0.7C充电倍率下，温度与析锂电压的关系式是y＝-0.00005x2+0.0026x+4.158，R2＝0.9962，在1C充电倍率下，温度与析锂电压的关系式是y＝-0.0001x2+0.0047x+4.122，R2＝0.9869。其中，R2愈接近1,这说明拟合效果就越好，拟合的函数愈逼真。R2是衡量方程拟合优度的参数，R2越大越逼真。
用该电池进行其他倍率测试进行对比验证。
根据电压-电流关系式，如电池在0℃下0..8C充电时，拟合关系式为y＝-0.0787x+4.2014，可计算得到析锂电压为U＝-0.0787*0.8+4.2014＝4.138V；实际测试结果为0℃下0.8C倍率充电析锂电压是4.115V，误差为0.56％。
电池在0℃下0.2C充电时，拟合关系式为y＝-0.0787x+4.2014，可计算得到析锂电压为U＝-0.0787*0.2+4.2014＝4.185V；实际测试结果为0℃下0.2C倍率充电析锂电压是4.194V，误差为0.21％。测试对比如表1所示。
表1
根据电压-温度关系式，如电池在以0.5C倍率充电时，拟合关系式为y＝-0.00005x2+0.0026x+4.158，在温箱温度为45℃时，可计算得到析锂电压为U＝-0.00005*452+0.0026*45+4.158＝4.174V，可知其析锂电压为4.174V，实际测试结果为45℃下，0.5C倍率充电析锂电压是4.183V，误差为0.22％。
电池在以0.5C倍率充电时，拟合关系式为y＝-0.00005x2+0.0026x+4.158，温箱温度为5℃时，得到析锂电压为U＝-0.00005*52+0.0026*5+4.158＝4.170V，可知其析锂电压为4.170V，实际测试结果为5℃下，0.5C倍率充电析锂电压是4.168V，误差为-0.04％。测试对比如表2所示。
表2
可以看出，本发明的方法，在应用在其他电池测试过程中时，可根据已知曲线类型，通过少量测试点即可得到具体关系式，达到快速计算的目的，从而在制定电池制式时更加精准快速。
通过以上的说明可以看出，本发明的方法无需再进行大量实验进行析锂电位的测试，不仅可以节约测试资源，大大缩短测试时间，且该测试方法无需特殊测试资源，易于推广实施，从而为电池使用边界优化及管理提供快速高效的测试及计算方法。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.电池析锂阈值电压的确定方法，其特征在于，包括步骤：
测试电池在不同温度及不同充电倍率下的析锂阈值电压；
根据所述析锂阈值电压以及温度、充电倍率的数据，获得析锂阈值电压与充电倍率之间的电压-倍率拟合关系式以及析锂阈值电压与温度之间的电压-温度拟合关系式；
根据所述电压-倍率拟合关系式以及电压-温度拟合关系式计算不同温度及充电倍率下的电池析锂阈值电压。
2.根据权利要求1所述电池析锂阈值电压的确定方法，其特征在于，所述析锂阈值电压与充电倍率之间的电压-倍率拟合关系式，是通过以充电倍率为横坐标，以固定温度下析锂电压为纵坐标，绘制散点图，然后进行数据拟合后获得的。
3.根据权利要求1所述电池析锂阈值电压的确定方法，其特征在于，所述析锂阈值电压与温度之间的电压-温度拟合关系式，是通过以温度为横坐标，以固定充电倍率下的析锂电压为纵坐标，绘制散点图，再进行数据拟合后获得的。
4.根据权利要求1所述电池析锂阈值电压的确定方法，其特征在于，所述电池析锂阈值电压与充电电流的大小成线性关系，与电池温度成抛物线关系。
5.根据权利要求1所述电池析锂阈值电压的确定方法，其特征在于，对电池进行充电前，先对电池进行小电流放电处理，使电池降到空电状态并静置一段时间后再进行充电。
6.根据权利要求2所述电池析锂阈值电压的确定方法，其特征在于，对电池充电时，首先对电池进行一定时间的恒流充电然后休眠一定时间，多次恒流充电并休眠后，直到恒流充电结束，使电池充电到预设的电压值，然后再以小电流恒流放电后至预定电压值结束后再休眠。
7.根据权利要求1所述电池析锂阈值电压的确定方法，其特征在于，将电池放在恒温箱中进行充放电，进行测试，所述恒温箱能提供不同的测试环境温度，使电池达到需要的温度后再进行测试。
8.根据权利要求1所述电池析锂阈值电压的确定方法，其特征在于，对电池进行测试时的温度为0度以及0度以上。
9.根据权利要求1所述电池析锂阈值电压的确定方法，其特征在于，通过充放电仪对电池进行充放电以进行测试。
10.根据权利要求1所述电池析锂阈值电压的确定方法，其特征在于，采用三电极测试方式测试电池在不同温度及不同充电倍率下的析锂阈值电压。
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