一种提前预测电芯循环跳水的方法与流程

1.本发明涉及新能源电池领域技术领域，尤其针对锂离子电池的循环寿命测试。


背景技术：

2.离子电芯是一种可反复充放电的二次电芯，它由阴阳极极片、隔离膜、电解液、机械件等主要成分组成。根据国标规定每个批次的电芯都要进行循环寿命测试，而循环寿命测试的周期长、成本高，对于常规的电芯在经过一定圈数的测试后，可以通过数据预测大致推算出电芯的最终循环寿命，但是对于中途“跳水”的电芯，目前还没有很好的办法做出推测，且对于数据预测造成干扰，严重影响数据预测的准确度。目前报道的不管是文献还是专利对循环寿命的预测都是基于常规衰减规律进行的预测，比如基于活性锂的损失、基于特征参数，如sei膜、基于数据驱动，如ar/ann/rvm，以上方法均有弊端，活性锂实际测试很困难，也就是对测试设备要求高，一般方法测试不到活性锂的损失率；而sei膜更难表征，可能也需要借助额外的高精度工具；数据驱动对于已有数据的准确性要求极高，且需要把外部干扰因素降到最低，否则预测出的模型与实际相差甚远。
3.现有技术中测试流程基本都是固定的，我们可以获取电芯每一圈的充放电容量、能量和结束电压数据，通常情况下我们更多的关注容量和能量的衰减情况，对电压的关注偏少，一般看容量衰减，从容量初期只能看出衰减的大体趋势，却很难判断该电芯是否会突然失效，辅助看的能量也很难预测电芯突然失效的情况基于上述原因，本技术设计了一种提前预测电芯循环跳水的方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决现有技术中的问题，而提出的一种提前预测电芯循环跳水的方法。
5.一种提前预测电芯循环跳水的方法，包括以下步骤：
6.s1：将电芯定时搁置；
7.s2：电芯以额定电流恒流充电方式充到电压设计上限再以上限电压恒压充电到0.02～0.05c的电流结束；
8.s3：将电芯定时搁置；
9.s4：将电芯以额定电流恒流放电方式放到电芯的电压设计下限；
10.s5：将电芯定时搁置，并统计搁置后反弹的电压变化趋势，并计算电压变化率，记为dv5，统计电压变化率连续大于0的点，其数量记为条件一；
11.s6：重复步骤s2～s5直到电芯寿命设计的终点圈数；
12.s7：以0.05c～0.3c的电流恒流放电至电压设计下限；
13.s8：将电芯搁置，统计搁置后反弹电压的变化趋势，并计算同一圈的s5结束电压减去s7结束电压值的变化趋势，统计电压差值的变化率，记为d(v5-v7),d(v5-v7)连续降低的数量，记为条件二；
14.s9：统计条件一和条件二的数量。
15.优选的，将条件一大于10和条件二大于3的部分筛选为异常状态。
16.优选的，步骤s1中搁置时间设置为5min～1h。
17.优选的，步骤s3中搁置时间设置为5min～1h。
18.优选的，步骤s5中搁置时间设置为5min～1h。
19.优选的，步骤s8中搁置时间设置为5min～1h。
20.优选地，测试环境的温度保持在25
±
3℃。
21.优选的，循环步骤s2～s5进行10～100圈时进行上述步骤s6～s7。
22.与现有的技术相比，本发明优点在于：
23.1.方法简单，仅在流程设计上多增加工步。
24.2.效果明显，无额外成本投入，且没有任何负面影响。
25.3.本发明可以尽量降低对高精度测试设备的依赖性，通过各参数之间的误差互相抵消，达到提高预知电芯跳水的目的。
26.4.可以准确挑选出前期出现异常的电芯，缩短测试周期，大大节约测试资源。
附图说明
27.图1为本发明中的流程图。
28.图2为本发明中实例1中容量的数据图。
29.图3为本发明中实例1的dv5的数据图。
30.图4为本发明中实例1中的d(v5-v7)的数据图。
31.图5为本发明中实例1的扣电阻抗曲线图。
32.图6为本发明中实例2中容量的数据图。
33.图7为本发明中实例2的dv5的数据图。
34.图8为本发明中实例2中的d(v5-v7)的数据图。
35.图9为本发明中实例2的扣电阻抗曲线图。
36.图10为本发明中对照组1中容量的数据图。
37.图11为本发明中对照组1中dv5的数据图。
38.图12为本发明中对照组1扣电阻抗曲线图。
39.图13为本发明中对照组2中容量的数据图。
40.图14为本发明中对照组2的dv5的数据图。
41.图15为本发明中对照组2的扣电阻抗曲线图。
具体实施方式
42.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、完整的描述，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
43.在本发明中，获取电芯每一圈的充放电容量、能量和结束电压数据，同时增加了放电结束后的反弹电压循环趋势，但仅仅增加反弹电压的变化趋势还是不能准确判断电芯的
健康状态，因为它受环境温度变化、线路老化程度和接线方式影响较大，所以本发明选择在放电流程后面再增加一次小电流放电流程，这里的小电流一般控制在0.3c以内，一方面是为了大电流放电带来的极化，另一方面是减少温升的影响，但是也不要低于0.05c，目的是节约测试时间，这里的小电流放电并不是每一圈后面都要增加，而是根据电芯的寿命要求，一般控制在每10～100圈增加一次流程，一般监控次数占电芯总圈数的5％～10％，如果小电流频次高了会增加电芯的放电深度，会加速电芯的衰减速度，不利于电芯寿命评估，如果频次高了会错过电芯衰减的转折点不利于预测电芯健康状态，因此根据上述设计了如下步骤：
44.如图1所示，第1步是搁置电芯5min～1h，而在实际测试时，根据电芯大小时间上会有上下波动，第2步将电芯以额定电流恒流充电方式充到电压设计上限再以上限电压恒压充电到0.02～0.05c的电流结束，其中电芯电压上限由电芯正负极材料的电势差决定，第3步继续搁置电芯搁置5min～1h，根据电芯大小时间上会有上下波动，第4步是将电芯以额定电流恒流放电方式放到电芯的电压设计下限，第5步搁置电芯5min～1h，根据电芯大小时间上会有上下波动。然后第6步，重复第2步至第5步直到寿命设计终点圈数，以上为现有技术中循环测试方式，而在本技术中，额外不同点是统计第5步搁置后反弹的电压变化趋势，并计算电压变化率，记为dv5，统计电压变化率连续大于0的点，记为条件一，并在进行10～100圈时，增加第7步，以0.05c～0.3c的电流恒流放电至电压设计下限，第8步，将继续将电芯搁置5min～1h，计算同一圈的s5结束电压减去s7结束电压值的变化趋势，统计电压差值的变化率，记为d(v5-v7),d(v5-v7)连续降低的数量，记为条件二，第9步，统计条件一和条件二的数量，根据两个条件数量对电芯跳水状态进行判断。
45.其中，如果电芯满足以下条件：条件一的数量超过10个点大于0且条件二的数量大于3个点，当出现上述状况时，可以判断，电芯将会产生跳水现象，可以提前撤下分析失效原因，从而有效地节约评估时间和节约测试资源，因为，仅仅满足dv5连续出现大于0的时候，虽然可以说明电芯内阻在增加，电芯有可能发生了不正常的副反应，但是造成电压连续上升的原因不止于此，还有环境温度波动、电芯与动力线束接触不良或动力线老化等情况，所以本设计针对干扰问题设计了条件二，如果是非电芯原因造成的dv5上升，d(v5-v7)会保持平稳或上升，因为他们会同步上升或下降，而v5-v7后就消除了外界因素干扰，由于第二次放电反弹电压对电芯内阻变化更敏感，所以如果d(v5-v7)也出现连续下降情况，说明电芯自身已出现问题，因此本技术中增加的步骤，有效地排除环境、温度和工作流程所造成的干扰，可以较准确地实现对电芯跳水的提前预测，节省了评估时间和测试资源。
46.以下通过具体实例来阐述本技术的工作流程和检测效果。
47.实例1：100ah磷酸铁锂铝壳电芯(使用新测试流程)
48.选用量产100ah磷酸铁锂铝壳电芯作为试验样品电芯，一次选用30个新鲜成品电芯进行循环测试，100ah磷酸铁锂铝壳电芯的设计循环寿命为5000次，容量保持率≥80％。
49.具体工艺流程：
50.将实验的电芯接上测试通道，检查好连接状态，确认无异常后，再统一下发流程。环境温度保持在25
±
3℃，详细流程如下：
51.s1：电芯搁置60min；
52.s2.以100a额定电流恒流充电到其设计电压上限3.65v，再以3.65v恒压充电到
0.02c的电流结束；
53.s3.电芯搁置15min；
54.s4.以100a额定电流恒流放电到电芯的电压设计下限2.5v；
55.s5.电芯搁置15min；
56.s6.重复s2～s550次；
57.s7.以20a的电流恒流放电至电压设计下限2.5v；
58.s8.电芯搁置15min；
59.s9.重复s2～s8100次。
60.经过实验后将数据汇总为图2-5，根据容量来看，其衰减率没有任何异常，然而其中两次放电搁置后的反弹电压发展趋势却有明显差异性，300～400圈后对反弹电压差异显著的几类电芯分别进行拆解看电芯健康状态，并取极片测试扣电阻抗和克容量发挥，发现反弹电压连续增长的电芯其扣电阻抗显著增加，从数据看实例中的循环数据，根据条件判断可以精准筛选出界面出现异常的电芯，满足了循环测试的要求。
61.实例2：3ah镍钴锰酸锂软包电芯(新测试流程)
62.选用量产3ah镍钴锰酸锂软包电芯作为实验样品电芯，一次选用30个新鲜成品电芯进行循环测试，3ah磷酸铁锂铝壳电芯的设计循环寿命为500次，容量保持率≥80％。
63.具体工艺流程：
64.将实验的电芯夹上测试通道，检查好连接状态，确认无异常后，再统一下发流程。环境温度保持在25
±
3℃，详细流程如下：
65.s1.将电芯搁置30min；
66.s2.以1.5a额定电流恒流充电到其设计电压上限4.4v，再以4.4v恒压充电到0.02c的电流结束；
67.s3.电芯搁置10min；
68.s4.以1.5a额定电流恒流放电到电芯的电压设计下限3.0v；
69.s5.电芯搁置10min；
70.s6.重复s2～s510次；
71.s7.0.9a的电流恒流放电至电压设计下限3v；
72.s8.电芯搁置10min；
73.s9.重复s2～s850次。
74.经过实验后将数据汇总为图6-9，经过分析，虽然单纯看容量衰减率没有任何异常，但看两次放电搁置后的反弹电压发展趋势却有明显差异性，100多圈后对反弹电压差异显著的几类电芯分别进行拆解看电芯健康状态，并取极片测试扣电阻抗和克容量发挥，发现反弹电压连续增长的电芯其扣电阻抗明显增加，克容量发挥显著降低，因此，根据条件判断是可以精准筛选出界面出现异常的电芯，这种电池在循环后期也一定会出现失效情况。
75.对照组1：100ah磷酸铁锂铝壳电芯(使用旧测试流程)
76.选用量产100ah磷酸铁锂铝壳电芯作为实验样品电芯，一次选用30个新鲜成品电芯进行循环测试，100ah磷酸铁锂铝壳电芯的设计循环寿命为5000次，容量保持率≥80％。
77.具体工艺流程：
78.将实验的电芯接上测试通道，检查好连接状态，确认无异常后，再统一下发流程，
环境温度保持在25
±
3℃，详细流程如下：
79.s1.电芯搁置60min；
80.s2.以100a额定电流恒流充电到其设计电压上限3.65v，再以3.65v恒压充电到0.02c的电流结束；
81.s3.电芯搁置15min；
82.s4.以100a额定电流恒流放电到电芯的电压设计下限2.5v；
83.s5.电芯搁置15min；
84.s6.重复s2～s85000次；
85.经过实验后将数据汇总为图10-12，经过分析，通过拆解电芯和测试扣电数据发现，该流程数据无法判断电芯。
86.对照组2：3ah镍钴锰酸锂软包电芯(旧测试流程)
87.选用量产3ah镍钴锰酸锂软包电芯作为实验样品电芯，一次选用30个新鲜成品电芯进行循环测试，3ah磷酸铁锂铝壳电芯的设计循环寿命为500次，容量保持率≥80％。
88.具体工艺流程：
89.将实验的电芯夹上测试通道，检查好连接状态，确认无异常后，再统一下发流程。环境温度保持在25
±
3℃，详细流程如下：
90.s1.电芯搁置30min；
91.s2.以1.5a额定电流恒流充电到其设计电压上限4.4v，再以4.4v恒压充电到0.02c的电流结束；
92.s3.电芯搁置10min；
93.s4.以1.5a额定电流恒流充电到其设计电压上限4.4v，再以4.4v恒压充电到0.02c的电流结束；
94.s5.电芯搁置10min；
95.s6.重复s2～s8500次；
96.经过实验后将数据汇总为图13-15，并拆解容量衰减和电压反弹趋势差异大的电芯，并取极片测试扣电阻抗和克容量发挥，验证了该测试方法下数据与实际电芯健康状态相关性不强。

技术特征：
1.一种提前预测电芯循环跳水的方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：将电芯定时搁置；s2：电芯以额定电流恒流充电方式充到电压设计上限再以上限电压恒压充电到0.02～0.05c的电流结束；s3：将电芯定时搁置；s4：将电芯以额定电流恒流放电方式放到电芯的电压设计下限；s5：将电芯定时搁置，并统计搁置后反弹的电压变化趋势，并计算电压变化率，记为dv5，统计电压变化率连续大于0的点，其数量记为条件一；s6：重复步骤s2～s5直到电芯寿命设计的终点圈数；s7：以0.05c～0.3c的电流恒流放电至电压设计下限；s8：将电芯搁置，统计搁置后反弹电压的变化趋势，并计算同一圈的s5结束电压减去s7结束电压值的变化趋势，统计电压差值的变化率，记为d(v5-v7),d(v5-v7)连续降低的数量，记为条件二；s9：统计条件一和条件二的数量。2.根据权利要求1所述的一种提前预测电芯循环跳水的方法，其特征在于，将条件一大于10和条件二大于3的部分筛选为异常状态。3.根据权利要求2所述的一种提前预测电芯循环跳水的方法，其特征在于，步骤s1中搁置时间设置为5min～1h。4.根据权利要求2所述的一种提前预测电芯循环跳水的方法，其特征在于，步骤s3中搁置时间设置为5min～1h。5.根据权利要求2所述的一种提前预测电芯循环跳水的方法，其特征在于，步骤s5中搁置时间设置为5min～1h。6.根据权利要求2所述的一种提前预测电芯循环跳水的方法，其特征在于，步骤s8中搁置时间设置为5min～1h。7.根据权利要求3所述的一种提前预测电芯循环跳水的方法，其特征在于，测试环境的温度保持在25
±
3℃。8.根据权利要求1所述的一种提前预测电芯循环跳水的方法，其特征在于，循环步骤s2～s5进行10～100圈时进行上述步骤s6～s8。

技术总结
本发明公开了一种提前预测电芯循环跳水的方法，包括以下步骤：S1：将电芯定时搁置，S2：电芯以额定电流恒流充电方式充到电压设计上限再以上限电压恒压充电到0.02～0.05C的电流结束，S3：将电芯定时搁置，S4：将电芯以额定电流恒流放电方式放到电芯的电压设计下限，S5：将电芯定时搁置，并统计搁置后反弹的电压变化趋势，并计算电压变化率，记为dV5，S6：重复S2～S5直到电芯寿命设计的终点圈数，在循环S2～S5时增加以下步骤，S7：以0.05C～0.3C的电流恒流放电至电压设计下限，S8：将电芯搁置，统计搁置后反弹电压的变化趋势。优点是：可以尽量降低对高精度测试设备的依赖性，通过各参数之间的误差互相抵消，达到提高预知电芯跳水的目的。达到提高预知电芯跳水的目的。达到提高预知电芯跳水的目的。


技术研发人员：邱千禧 王灵君 赵健 晏子聪
受保护的技术使用者：芜湖天弋能源科技有限公司
技术研发日：2023.04.26
技术公布日：2023/7/25