CN117936946A - 二次电池荷电状态的调整方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种二次电池荷电状态的调整方法，包括：获取二次电池在放电过程中的开路电压与荷电状态之间的对应关系和开路电压与放电容量之间的对应关系；根据上述对应关系获取荷电状态与电压容量微分值之间的对应关系；根据荷电状态与电压容量微分值之间的对应关系，获取目标荷电状态；根据目标荷电状态、温度补偿容量和预设充电电流计算目标充电时长，将二次电池在预设充电电流下充电目标充电时长，以调整二次电池的荷电状态。本申请以相同的充电电流对各个二次电池进行充电，各个电池的充电时长是根据各自的温度补偿容量计算获得，而不是采用相同的充电时长。如此，可以保证各个二次电池在自放电测试前的荷电状态的一致性。

Description

二次电池荷电状态的调整方法

技术领域

本申请主要涉及二次电池领域，尤其涉及一种二次电池荷电状态的调整方法。

背景技术

锂离子电池因具有能量密度高、循序寿命长且无记忆效应等优点，在数码和动力能源行业广泛应用。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。在锂离子电池出厂前需要进行自放电测试，以筛选出不合格的锂离子电池。准确地测量锂离子电池的自放电性能是筛选出自放电性能不合格的锂离子电池的前提。

发明内容

本申请要解决的技术问题是提供一种二次电池荷电状态的调整方法，该调整方法可以保证各个二次电池在自放电测试前的荷电状态的一致性，如此有助于准确地测量二次电池的自放电性能。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种二次电池荷电状态的调整方法，包括：获取所述二次电池在放电过程中的开路电压与荷电状态之间的对应关系和所述开路电压与放电容量之间的对应关系；根据所述开路电压与所述荷电状态之间的对应关系和所述开路电压与所述放电容量之间的对应关系，获取所述荷电状态与所述电压容量微分值之间的对应关系；根据所述荷电状态与所述电压容量微分值之间的对应关系，获取目标荷电状态；获取所述二次电池的温度补偿容量；以及根据所述目标荷电状态、温度补偿容量和预设充电电流计算目标充电时长，其中，将所述二次电池在所述预设充电电流下充电目标充电时长，以调整所述二次电池的荷电状态。

在本申请的一实施例中，所述电压容量微分值为将所述放电过程中的开路电压对放电容量求导获得的数值。

在本申请的一实施例中，根据所述荷电状态与所述电压容量微分值之间的对应关系，获取目标荷电状态的步骤包括：确定所述电压容量微分值大于预设电压容量微分值的荷电状态区间；在所述荷电状态区间内选取目标荷电状态。

在本申请的一实施例中，获取所述二次电池的温度补偿容量的步骤包括：对所述二次电池进行静置处理；对所述二次电池进行充电；对所述二次电池进行静置处理；对所述二次电池进行放电处理，其中，根据放电处理过程中所述二次电池的平均温度、放电容量和温度补偿公式计算所述温度补偿容量。

在本申请的一实施例中，对所述二次电池进行充电的步骤包括对所述二次电池进行恒流恒压充电，对所述二次电池进行放电处理的步骤包括对所述二次电池进行恒流放电。

在本申请的一实施例中，计算目标充电时长的公式为：t_r＝(C₀×SOC_r)/I₀，其中，t_r表示所述目标充电时长，C₀表示所述温度补偿容量，SOC_T表示所述目标荷电状态，I₀表示所述预设充电电流。

在本申请的一实施例中，将所述二次电池在所述预设充电电流下充电目标充电时长的步骤之前包括：对所述二次电池进行满放电处理。

在本申请的一实施例中，对所述二次电池进行满放电处理的步骤包括：对所述二次电池进行第一次放电处理；对所述二次电池进行第二次放电。

在本申请的一实施例中，所述第一次放电处理为恒流放电，所述第二次放电处理为恒流放电，其中，所述第二次放电处理的放电电流小于所述第一次放电处理的放电电流。

在本申请的一实施例中，所述二次电池包括锂离子电池和磷酸铁锂电池。

本申请的调整方法以相同的充电电流对二次电池进行充电，各个电池的充电时长是根据各自的温度补偿容量计算获得，而不是采用相同的充电时长，如此，可以保证各个二次电池在自放电测试前的荷电状态的一致性。

附图说明

包括附图是为提供对本申请进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本申请的实施例，并与本说明书一起起到解释本申请原理的作用。附图中：

图1是本申请一实施例中的一种二次电池荷电状态的调整方法的流程示意图；

图2是本申请一实施例中表示开路电压与荷电状态之间对应关系的曲线；

图3是本申请一实施例中表示荷电状态与电压容量微分值之间对应关系的曲线；

图4是本申请一实施例中的容量系数-平均温度相关性曲线。

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请的实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

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。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

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。

图1是一实施例中的二次电池荷电状态的调整方法的流程示意图，本申请的二次电池可以是锂离子电池，也可以是磷酸铁锂电池。参考图1所示，该实施例中的调整方法包括如下步骤：

步骤S110：获取二次电池在放电过程中的开路电压与荷电状态之间的对应关系和开路电压与放电容量之间的对应关系；

步骤S120：根据开路电压与荷电状态之间的对应关系和开路电压与放电容量之间的对应关系，获取荷电状态与电压容量微分值之间的对应关系；

步骤S130：根据荷电状态与电压容量微分值之间的对应关系，获取目标荷电状态；

步骤S140：获取二次电池的温度补偿容量；

步骤S150：根据目标荷电状态、温度补偿容量和预设充电电流计算目标充电时长，将二次电池在预设充电电流下充电目标充电时长，以调整二次电池的荷电状态。

接下来具体说明步骤S110至步骤S150。

在步骤S110中，对二次电池进行放电处理，获取二次电池在放电过程中的开路电压(Open Circuit Voltage,OCV)与荷电状态(State of Charge,SOC)之间的对应关系，以及开路电压与放电容量之间的对应关系。

具体的，首先，取若干只二次电池，将二次电池充满电。充电方式可以是先恒流再恒压。在一实施例中，恒流充电的充电电流为0.3～0.7C，截止电压为3.65V，恒压充电的充电电压为3.65V，截止电流为0.02C。

接着，对充电后的二次电池进行放电。放电方式可以是恒流放电。在一实施例中，恒流放电的放电电流为0.02C，截止电压2.5V。在放电过程中，记录二次电池的开路电压、放电容量、荷电状态、开路电压与荷电状态之间的对应关系以及开路电压与放电容量之间的对应关系。可以将开路电压与荷电状态之间的对应关系记作(OCV,SOC)，

可使用曲线表示开路电压与荷电状态之间的对应关系，也可以使用表格表示开路电压与荷电状态之间的对应关系。例如，参考图2所示的一实施例中表示开路电压与荷电状态之间对应关系的曲线。其中，横坐标表示二次电池在充电过程中的荷电状态，纵坐标表示二次电池在充电过程中的开路电压。可以看到，随着荷电状态的增大，开路电压随之增大。

在步骤S120中，根据步骤S110中获取的开路电压与荷电状态之间的对应关系以及开路电压与放电容量之间的对应关系，获取二次电池的荷电状态与电压容量微分值之间的对应关系。

具体的，电压容量微分值指的是将步骤S110中放电过程中的开路电压对放电容量求导获得的数值。可以将电压容量微分值记作dV/dQ，其中，dV表示微分开路电压，dQ表示微分放电容量。可以根据开路电压与放电容量之间的对应关系计算dV/dQ。dV/dQ与开路电压之间的对应关系可以记作(dV/dQ,OVC)。

根据(dV/dQ,OVC)与(OCV,SOC)获取荷电状态与电压容量微分值之间的对应关系，将荷电状态与电压容量微分值之间的对应关系记作(SOC,dV/dQ)。可使用曲线表示(SOC,dV/dQ)，也可以使用表格表示(SOC,dV/dQ)。例如，参考图3所示的一实施例中表示荷电状态与电压容量微分值之间对应关系的曲线。其中，横坐标表示二次电池在充电过程中的荷电状态，纵坐标表示二次电池在充电过程中的电压容量微分值。可以看到，随着荷电状态的增大，电压容量微分值先减小，随后进入一个平台区，然后增大。

在步骤S130中，根据荷电状态与电压容量微分值dV/dQ之间的对应关系，即(SOC,dV/dQ)，获取目标荷电状态SOC_T。

在一实施例中，根据荷电状态与电压容量微分值之间的对应关系，获取目标荷电状态SOC_T的步骤包括：

步骤S131：确定电压容量微分值dV/dQ大于预设电压容量微分值的荷电状态区间。具体的，参考图3所示，首先，确定预设电压容量微分值；然后，在图3中确定预设电压容量微分值所在的位置；接着，选取曲线中电压容量微分值dV/dQ大于预设电压容量微分值的荷电状态区间。在图3中，有两个荷电状态区间，一个在图3中的左侧(图3中已标注)，另一个在图3中的右侧，由于该荷电状态区间范围较小，因此在图3中未标注。

步骤S132：在荷电状态区间内选取目标荷电状态。如图3所示，在左侧的荷电状态区间内选取目标荷电状态SOC_T。优选的，目标荷电状态SOC_T处曲线的斜率值较小。

可以理解，预设电压容量微分值以及目标荷电状态SOC_于不限于图3中的实施例，均可以根据需求设置。

在步骤S140中，获取二次电池的温度补偿容量C₀。具体的，获取二次电池的温度补偿容量C₀的步骤包括：

步骤S141：对二次电池进行静置处理。例如，将二次电池静置3～5min。在对二次电池进行充电前进行静置处理有助于使二次电池内部的化学环境稳定。

步骤S142：对二次电池进行充电。在一实施例中，对二次电池进行充电的步骤包括对二次电池进行恒流恒压充电。恒流充电的电流可以是0.3～0.7C，充电截止电压可以是3.65V，恒压充电的电压可以是3.65V，充电截止电流可以是0.02～0.05C。可以根据需求设置上述电流和电压的具体数值，例如根据二次电池的类型、规格或应用环境设置上述电流和电压的具体数值。

步骤S143：对二次电池进行静置处理。例如，将二次电池静置3～5min。在对二次电池进行充电后进行静置处理有助于使二次电池内部的化学环境稳定。

步骤S144：对二次电池进行放电处理，并根据放电处理过程中二次电池的平均温度、放电容量和温度补偿公式计算温度补偿容量。对二次电池进行放电处理的步骤可以包括对二次电池进行恒流放电。恒流放电的电流可以是0.3～0.7C，放电截止电压可以是2.5V。

在对二次电池进行放电处理的过程中，记录二次电池的平均温度T_a、放电容量C_d。根据平均温度T_a、放电容量C_d和温度补偿公式计算温度补偿容量C₀。二次电池的放电容量C_d易受到温度的影响，其数值大小会随着温度的变化而波动。本申请在测算二次电池的放电容量时，根据温度补偿公式纠正温度对放电容量的影响，并计算出温度补偿容量C₀。因此，温度补偿容量C₀更能准确地反应二次电池的容量。

在步骤S150中，根据目标荷电状态SOC_T、温度补偿容量C₀和预设充电电流I₀计算目标充电时长t_T。将二次电池在预设充电电流I₀下充电目标充电时长t_T，以调整二次电池的荷电状态。

在一实施例中，计算目标充电时长的公式为：t_r＝(C₀×SOC_T)/I₀。其中，t_T表示目标充电时长，C₀表示温度补偿容量，SOCT表示目标荷电状态，I₀表示预设充电电流。得益于温度补偿容量C₀能够准确地反应二次电池的容量，因此，将多个二次电池在预设充电电流I₀下充电目标充电时长t_T后，各个二次电池的荷电状态之间的一致性较好，即各个二次电池的荷电状态均等于或很接近目标荷电状态SOC_T。如此，在后续对二次电池进行自放电测试时，保证了各个二次电池在自放电测试前的荷电状态的一致性。

在一实施例中，将二次电池在预设充电电流下充电目标充电时长的步骤之前包括：对二次电池进行满放电处理。其中，“满放电”指的是将二次电池的电量完全放完或基本放完。对二次电池进行满放电可以避免二次电池内残留的电量使二次电池充电后的荷电状态偏离目标荷电状态SOC_T。

在一实施例中，对二次电池进行满放电处理的步骤包括：对二次电池进行第一次放电处理和对二次电池进行第二次放电。第一次放电处理可以是恒流放电，第二次放电处理也可以是恒流放电，第二次放电处理的放电电流小于第一次放电处理的放电电流。

这里给出一个使用上述步骤对二次电池进行满放电的非限制性示例。

步骤一：对二次电池进行静置处理，静置时长可以是3～5min。

步骤二：采用恒流放电的方式对二次电池进行第一次放电，放电电流可以是0.1C，放电截止电压可以是2.0V。

步骤三：对二次电池进行静置处理，静置时长可以是3～5min。

步骤四：采用恒流放电的方式对二次电池进行第二次放电，放电电流可以是0.05C，放电截止电压可以是2.0V。

在上述示例中，第一次放电处理的放电电流和第二次放电处理的放电电流均较小，且第二次放电处理的放电电流小于第一次放电处理的放电电流。这样做有如下优势：减小温度对二次电池极化的影响；尽可能将二次电池内的电量放完。

为更清楚地理解本申请，接下来给出一个具体的示例。

在该示例中，取一只磷酸铁锂电池，对磷酸铁锂电池进行恒流恒压充电，恒流充电的充电电流为0.3C，截止电压为3.65V，恒压充电的充电电压为3.65V，截止电流为0.02C。

对磷酸铁锂电池进行放电，放电电流为0.02C，截止电压为2.5V。记录放电过程中的开路电压、放电容量以及荷电状态与开路电压之间的对应关系。根据荷电状态与开路电压之间的对应关系绘制图2所示的开路电压-荷电状态曲线。

将前述记录的开路电压对放电容量求导，以获得电压容量微分值dV/dQ。根据图2中荷电状态与开路电压之间的对应关系获取与各个荷电状态对应的电压容量微分值。根据荷电状态与电压容量微分值之间的对应关系绘制图3所示的荷电状态-电压容量微分值曲线。根据图3中的曲线，确定目标荷电状态SOC_T为15％SOC。

参考图4所示的一实施例中的容量系数-平均温度相关性曲线。根据容量系数-平均温度相关性曲线以及温度补偿公式 计算温度补偿容量C₀。

取5只磷酸铁锂电池，分别编号为1#、2#、3#、4#和5#。参考如下的表1所示，表1记录了调整荷电状态过程中5只磷酸铁锂电池的相关参数。将各个磷酸铁锂电池的容量调整至15％SOC。具体的，各个磷酸铁锂电池的预设充电电流均为0.3C，将各个磷酸铁锂电池以0.3C大小的充电电流恒流充电目标充电时长t_T。其中，目标充电时长t_T的计算公式为：t_r＝(C₀×15％SOC)/0.3C。

表1调整荷电状态过程中5只磷酸铁锂电池的相关参数

二次电池编号	#1	#2	#3	#4	#5
						平均温度Ta	28.5	28.4	24.7	28.0	29.6
放电容量Cd	290.9	292.5	294.8	292.3	295.4
						温度补偿容量C0	292.9	294.7	303.3	295.1	296.0
目标荷电状态SOCT	15％	15％	15％	15％	15％
						预设充电电流I0	0.3C	0.3C	0.3C	0.3C	0.3C
目标充电时长tT	30.09	30.28	31.16	30.32	30.41

由表1可以看到，5只磷酸铁锂电池的平均温度T_a不同，放电容量C_d也不同，本申请考虑到温度对电池容量的影响，将放电容量C_d纠正为温度补偿容量C₀，并在此基础上计算目标充电时长t_T。以相同大小的充电电流(即预设充电电流I₀)对5只磷酸铁锂电池进行充电，各个电池的充电时长(即目标充电时长t_T)是根据各自的温度补偿容量C₀计算获得，而不是采用相同的充电时长。如此，可以保证各个二次电池在自放电测试前的荷电状态的一致性，从而有助于准确地测量二次电池的自放电性能。。

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。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个申请实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

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。

虽然本申请已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本申请，在没有脱离本申请精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本申请的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种二次电池荷电状态的调整方法，其特征在于，包括：

获取所述二次电池在放电过程中的开路电压与荷电状态之间的对应关系和所述开路电压与放电容量之间的对应关系；

根据所述开路电压与所述荷电状态之间的对应关系和所述开路电压与所述放电容量之间的对应关系，获取所述荷电状态与所述电压容量微分值之间的对应关系；

根据所述荷电状态与所述电压容量微分值之间的对应关系，获取目标荷电状态；

获取所述二次电池的温度补偿容量；以及

根据所述目标荷电状态、温度补偿容量和预设充电电流计算目标充电时长，其中，将所述二次电池在所述预设充电电流下充电目标充电时长，以调整所述二次电池的荷电状态。

2.如权利要求1所述的二次电池荷电状态的调整方法，其特征在于，所述电压容量微分值为将所述放电过程中的开路电压对放电容量求导获得的数值。

3.如权利要求1所述的二次电池荷电状态的调整方法，其特征在于，根据所述荷电状态与所述电压容量微分值之间的对应关系获取目标荷电状态的步骤包括：

确定所述电压容量微分值大于预设电压容量微分值的荷电状态区间；

在所述荷电状态区间内选取目标荷电状态。

4.如权利要求1所述的二次电池荷电状态的调整方法，其特征在于，获取所述二次电池的温度补偿容量的步骤包括：

对所述二次电池进行静置处理；

对所述二次电池进行充电；

对所述二次电池进行静置处理；

对所述二次电池进行放电处理，其中，根据放电处理过程中所述二次电池的平均温度、放电容量和温度补偿公式计算所述温度补偿容量。

5.如权利要求4所述的二次电池荷电状态的调整方法，其特征在于，对所述二次电池进行充电的步骤包括对所述二次电池进行恒流恒压充电，对所述二次电池进行放电处理的步骤包括对所述二次电池进行恒流放电。

6.如权利要求1所述的二次电池荷电状态的调整方法，其特征在于，计算目标充电时长的公式为：t_T＝(C₀×SOC_T)/I₀，其中，t_T表示所述目标充电时长，C₀表示所述温度补偿容量，SOC_T表示所述目标荷电状态，I₀表示所述预设充电电流。

7.如权利要求1所述的二次电池荷电状态的调整方法，其特征在于，在将所述二次电池在所述预设充电电流下充电目标充电时长的步骤之前包括：对所述二次电池进行满放电处理。

8.如权利要求7所述的二次电池荷电状态的调整方法，其特征在于，对所述二次电池进行满放电处理的步骤包括：

对所述二次电池进行第一次放电处理；以及

对所述二次电池进行第二次放电处理。

9.如权利要求8所述的二次电池荷电状态的调整方法，其特征在于，所述第一次放电处理为恒流放电，所述第二次放电处理为恒流放电，其中，所述第二次放电处理的放电电流小于所述第一次放电处理的放电电流。

10.如权利要求1所述的二次电池荷电状态的调整方法，其特征在于，所述二次电池包括锂离子电池和磷酸铁锂电池。