一种快速判定电池充电能力的检测方法与流程

1.本发明涉及电池充电策略技术领域，尤其涉及一种快速判定电池充电能力的检测方法。


背景技术：

2.当前锂离子电池因其能量密度高，具有功率性能优异，使用寿命长等特点，广泛应用于3c产品和电动车等领域。随着人们对锂离子电池充电时间有着更高的要求，锂离子电池的电芯更新迭代速度较快，小电流的充电倍率已经满足不了快节奏的充电需求，因此大倍率充电的开发应用不断挑战更高，但随之出现的问题是，对产品来说大倍率充电时极容易产生析锂问题。锂离子电池在充电过程中，锂离子会从正极脱嵌并嵌入负极。但是在大倍率充电和一些异常状况发生，会导致从正极脱嵌的锂离子无法嵌入负极，不能嵌入的锂离子会在电池表面形成沉积，从而形成一层灰色的物质，此现象为析锂。析锂是锂离子电池的一种损耗状况。锂离子电池析锂后，其寿命会加速衰减，继续使用也会有安全风险。因此检测锂离子电池的析锂情况就尤为重要。
3.针对快充策略的制定方面，电芯拆解是最有效的方法，但也是最繁琐的方法，因为要确定不同电芯能够支持在什么倍率下，能够充到多少荷电状态，这就导致了拆解不能有效地判断阶梯充电过程中电芯各个阶段析锂情况。同样制备三电极电芯会对电芯造成一定程度的损害，大倍率充电会形成极化现象，过电位明显，且无规律可循，造成测试结果不准确。


技术实现要素：

4.为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种快速判定电池充电能力的检测方法。
5.本发明提出的一种快速判定电池充电能力的检测方法，一种用于快速判定电池充电能力的检测方法，包括以下步骤：
6.s1：设定倍率对新鲜电池进行容量定容测试，确定电池的定容容量；
7.s2：设定温度和倍率条件对电池进行充电放电循环预处理，对预处理结束的电池电量进行放空电；
8.s3：将预处理结束的电池在设定温度和设定充电倍率下进行恒流充电至设定的荷电状态(soc)再搁置设定时间；随后在设定的倍率下反复进行恒流充电和搁置直到电压达到上限电压；
9.s4：记录电池在在每个搁置时间内的压降，计算该倍率电流下对应荷电状态(soc)的阻值r，并绘制阻值和荷电状态(soc)关系曲线；
10.s5：根据阻值和荷电状态关系曲线中的拐点处为电池在设定条件下的快充充电上限值。具体的根据曲线中r值突降点来判断该电池在设定条件下的快充充电能力，制定快充充电策略，并拆解验证。
11.进一步的，所述对新鲜电池进行容量定容测试的充电电流为电池容量(c0)的0.3-0.5倍率进行。
12.进一步的，对新鲜电池进行容量定容测试的放电电流为电池容量c0的1倍率进行，得到定容容量为c1，步骤s3中预处理电池的充放电循环充放电电流为0.1c1至0.3c1。
13.进一步的，步骤s1中预处理电池电池温度在25℃至35℃之间。
14.进一步的，步骤s2中充放电循环预处理的周数最少5周。
15.进一步的，步骤s3所述设定测试过程中温度在-20℃至45℃之间。
16.进一步的，所述设定测试过程中倍率在0.33c1至10c1之间。
17.进一步的，步骤s4中的阻值r计算公式为：r＝(v1-v2)/i；其中：v1是搁置之前的电压；v2是搁置之后的电压；i为测试电流。
18.进一步的，步骤s3中开路电压的记录时间间隔小于等于3s。
19.进一步的，所述设定的soc在0％至100％之间，设定soc间隔为1％soc。
20.本发明的一种用于快速判定电池充电能力的检测方法，无需对电芯进行拆解，也无需制备三电极电芯，在不破坏电池的前提下就能检测出电芯是否存在电芯析锂问题。本发明的r-soc检测电芯析锂的方法适用所有石墨负极及掺混石墨的锂离子电池体系，可以评估出不同倍率和不同温度下的电芯析锂窗口，本发明的快速判定电池充电能力的检测方法适用于电芯测试初期电芯不同倍率下充电能力，可以有效判断电芯性能制定快充策略。
21.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
22.图1为本发明实施例快充能力判断操作流程示意图；
23.图2为本发明实施例变化曲线；
24.图3为本发明测试例1中镍钴锰酸锂软包拆解后的满电负极界面图；
25.图4为本发明测试例2中镍钴锰酸锂软包拆解后的空电负极界面图；
26.图5为本发明测试例2中镍钴锰酸锂软包拐点前拆解后的满电负极界面图；
27.图6为本发明测试例2中镍钴锰酸锂软包拐点后拆解后的满电负极界面图；
28.图7为本发明测试例3中镍钴锰酸锂软包拆解后的空电负极界面图；
29.图8为本发明测试例3中镍钴锰酸锂软包拐点前拆解后的满电负极界面图；
30.图9为本发明测试例3中镍钴锰酸锂软包拐点后拆解后的满电负极界面图；
31.图10为本发明测试例4中镍钴锰酸锂软包拆解后的空电负极界面图；
32.图11为本发明测试例4中镍钴锰酸锂软包拐点前拆解后的满电负极界面图；
33.图12为本发明测试例4中镍钴锰酸锂软包拐点后拆解后的满电负极界面图。
具体实施方式
34.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中表示，其中自始至终相同或类似的符号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解对本发明的限制。
35.本发明的一种用于快速判定电池充电能力的检测方法，如图1所示，包括以下步
骤：
36.步骤s1、设定倍率对新鲜电池进行容量定容测试，确定电芯额定容量。本实施例中，设定条件指充电倍率为0.3c0至0.5c0，设定放电倍率为1c0。
37.本实施例中，第一步预处理充电放电循环的次数在5次为最佳。
38.步骤s2、设定温度和倍率条件对电池进行充电放电循环预处理，并对预处理结束的电池电量进行放空处理。
39.步骤s2中预处理电池的温度和充放电循环充放电电流根据实际需要进行确定，具体设定数值不应作为对本发明的限制。在本技术的实施例中，预处理设定温度优选在25℃至35℃温度区间内任一温度，设定优选充放电倍率为0.1c1至0.3c1内任一倍率。
40.步骤s3、将电池在设定温度和设定充电倍率下进行恒流充电至设定的荷电状态(soc)再搁置设定时间；随后在设定的倍率下反复进行恒流充电和搁置步骤直到电压达到上限电压。
41.步骤s3中预处理电池的温度和充放电循环充放电电流根据实际需要进行确定，具体设定数值不应作为对本发明的限制。设定充电倍率包含快充最大充电倍率和额定充电倍率中所包含的所有充电倍率。在本技术的实施例中，设定温度优选在-20℃至45℃温度区间内任一温度，设定优选充放电倍率0.33c1至10c1之间内任一倍率。
42.步骤s3中记录开路电压的时间间隔小于等于3s。
43.在本技术的实施例中，设定的soc优选在电池常温容量下0％至100％区间中的任意值。
44.步骤s4、记录电池在每一步soc下设定时间内的压降，计算该倍率电流下对应soc的阻值r,并得到阻值和荷电状态(soc)关系。
45.r＝(v1-v2)/i；其中：v1是搁置之前的电压；v2是搁置之后的电压；i为测试电流。
46.步骤s5、根据曲线中突降点来判断该电池在设定条件下的快充充电上限值，制定充电策略，并拆解验证。
47.r-soc的关系曲线中的拐点是指曲线在某soc段突然出现阻值降低的变化。本实施例中，所述设定电压为所述锂离子电池的充电截止电压。例如镍钴锰酸锂软包电池的充电截止电压为4.35v。
48.测试例1
49.本测试例提供一种用于快速判定电池充电能力的检测方法，包括如下步骤：
50.对分容容量为9ah镍钴锰酸锂软包在预设测试温度为25℃下以0.5c0的预设充电倍率的进行容量定容测试，得到定容容量c1；
51.(2)在25℃下以0.33c1条件对电池进行充电放电循环预处理5周，对预处理结束的电池电量进行放空至下限电压2.8v；
52.(3)将预处理结束的电池25℃下以0.33c1倍率下进行恒流充电，电量每增加1％soc时断开充电电流，然后静置3秒；随后3c1倍率下反复进行恒流充电和搁置这两个步骤直到电压达到4.35v。
53.(4)记录电池在每一步soc下设定时间内的压降，计算该倍率电流下对应soc的阻值r,并得到阻值和荷电状态(soc)关系；
54.(5)根据曲线中值突降点来判断该电池在设定条件下的快充充电能力，制定快充
充电策略，并拆解验证。
55.测试例2
56.本测试例与测试例1的区别在于：待测电池的恒流充电倍率为3c1，待测电池是化成分容后并进行一致性挑选的平行样。关于本测试例与测试例1相同的内容，不再详述。
57.测试例3
58.本测试例与测试例1的区别在于：待测电池的恒流充电倍率为4c1，待测电池是
59.分容后并进行一致性挑选的平行样。关于本测试例与测试例1相同的内容，不再详述。
60.测试例4
61.本测试例与测试例1的区别在于：待测电池的恒流充电倍率为6c1，待测电池是化成分容后并进行一致性挑选的平行样。关于本测试例与测试例1相同的内容，不再详述。
62.本发明测试例1-4的测试条件和析锂结果如下表所示。
[0063][0064][0065]
测试例1中镍钴锰酸锂软包电池在25℃和充电倍率为0.33c1的条件下进行测试，获取到第一条变化曲线如图2所示。图2中横坐标soc为荷电状态，荷电状态用百分比表示，纵坐标为等效直流内阻，等效直流内阻的单位为欧姆。图中曲线中没有出现阻值突降的拐点情况，判断测试例1中镍钴锰酸锂软包电池不存在析锂现象。将测试例1中镍钴锰酸锂软包电池拆解后的负极界面图如图3所示，证实了测试例1中镍钴锰酸锂电池不存在析锂现象，与根据r-soc曲线判断的析锂情况结果一致。
[0066]
测试例2中镍钴锰酸锂软包电池在25℃和充电倍率为3c1的条件下进行测试，获取到第二条变化曲线如图2所示。图中曲线中出现阻值在75％soc时突降，判断测试例2中镍钴锰酸锂软包电池在此soc下存在析锂现象。将测试例2中镍钴锰酸锂软包电池拆解后的负极界面图如图4所示，证实了测试例2中镍钴锰酸锂软包电池存在析锂现象，与根据r-soc曲线判断的析锂情况结果一致，同样，为了验证方法准确性，用测试2中3c1倍率对电池充电在75％soc左右，为70％soc和80％soc，再用0.33c1小倍率充电至截止电压。对电芯进行拆解如图5和图6，图5是3c1充70％soc,该电池不析锂，图6是3c1充80％soc,该电池析锂严重。
[0067]
测试例3中镍钴锰酸锂软包电池在25℃和充电倍率为4c1的条件下进行测试，获取到第三条变化曲线如图2所示。图中曲线中出现阻值在64％soc时突降，判断测试例3中镍钴锰酸锂软包电池在此soc下存在析锂现象。将测试例3中镍钴锰酸锂软包电池拆解后的负极
界面图如图7所示，证实了测试例3中镍钴锰酸锂软包电池存在析锂现象，与根据r-soc曲线判断的析锂情况结果一致，同样，为了验证方法准确性，用测试3中4c1倍率对电池充电在64％soc左右，为59％soc和69％soc，再用0.33c小倍率充电至截止电压。对电芯进行拆解如图8和图9，图8是3c1充70％soc，该电池不析锂，图9是3c1充80％soc，该电池析锂严重。
[0068]
测试例4中镍钴锰酸锂软包电池池在25℃和充电倍率为6c1的条件下进行测试，获取到第四条变化曲线如图2所示。图中曲线中出现阻值在53％soc时突降，判断测试例2中镍钴锰酸锂软包电池在此soc下存在析锂现象。将测试例4中镍钴锰酸锂软包电池拆解后的负极界面图如图10所示，证实了测试例4中镍钴锰酸锂软包电池存在析锂现象，与根据r-soc曲线判断的析锂情况结果一致，同样，为了验证方法准确性，用测试4中6c1倍率对电池充电在53％soc左右，为48％soc和58％soc，再用0.33c1小倍率充电至截止电压。对电芯进行拆解如图11和图12，图11是6c1充48％soc,该电池不析锂，图12是6c1充58％soc，该电池析锂严重。
[0069]
本实施例提供的快速判定电池充电能力的检测方法，可以准确判断不同充电制度下电池充电能力，应用范围广。避免了拆解电芯等繁琐步骤，同时也能为快充电池进一步设定快充工步提供很好的技术支持。
[0070]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种快速判定电池充电能力的检测方法，其特征在于，s1：设定倍率对新鲜电池进行容量定容测试，确定电池的定容容量；s2：设定温度和倍率条件对电池进行充电放电循环预处理，对预处理结束的电池电量进行放空电；s3：将预处理结束的电池在设定温度和设定充电倍率下进行恒流充电至设定的荷电状态(soc)再搁置设定时间；随后在设定的倍率下反复进行恒流充电和搁置直到电压达到上限电压；s4：记录电池在在每个搁置时间内的压降，计算该倍率电流下对应荷电状态(soc)的阻值r，并绘制阻值和荷电状态(soc)关系曲线；s5：根据阻值和荷电状态关系曲线中的拐点处为电池在设定条件下的快充充电上限值。2.根据权利要求1所述的快速判定电池充电能力的检测方法，其特征在于，步骤s1中对新鲜电池进行容量定容测试的充电电流为电池容量(c0)的0.3-0.5倍。3.根据权利要求1所述的快速判定电池充电能力的检测方法，其特征在于，步骤s2中预处理电池的的充放电循环不少于五周。4.根据权利要求1所述的快速判定电池充电能力的检测方法，其特征在于，步骤s2中电池预处理的温度为25℃-35℃。5.根据权利要求1所述的快速判定电池充电能力的检测方法，其特征在于，步骤s3中的设定温度为-20℃-45℃。6.根据权利要求1所述的快速判定电池充电能力的检测方法，其特征在于，步骤s4中的阻值r计算公式为：r＝(v1-v2)/i；其中：v1是搁置之前的电压；v2是搁置之后的电压；i为测试电流。7.根据权利要求1所述的快速判定电池充电能力的检测方法，其特征在于，对新鲜电池进行容量定容测试的放电电流为电池容量(c0)的1倍的倍率进行，定容容量记为c1，步骤s2中预处理电池的充放电循环充放电电流为0.1c1至0.3c1。8.根据权利要求1所述的快速判定电池充电能力的检测方法，其特征在于，对新鲜电池进行容量定容测试的放电电流为电池容量(c0)的1倍的倍率进行，定容容量记为c1，步骤s4中设定充电倍率在0.33c1至10c1之间。

技术总结
本发明公开了一种快速判定电池充电能力的检测方法，一种快速判定电池充电能力的检测方法，包括如下步骤：S1：设定倍率对新鲜电池进行容量定容测试，确定电池的定容容量；S2：设定温度和倍率条件对电池进行充电放电循环预处理，对预处理结束的电池电量放空电；S3：将预处理结束的电池在设定温度和设定充电倍率下进行恒流充电至设定的荷电状态再搁置设定时间；随后在设定的倍率下反复进行恒流充电和搁置直到电压达到上限电压；S4：记录电池在在每个搁置时间内的压降，并绘制阻值和荷电状态关系曲线；S5：根据阻值和荷电状态关系曲线中的拐点处为电池在设定条件下的快充充电上限值。本方法在不破坏电池的前提下就能检测出电芯是否存在电芯析锂问题。否存在电芯析锂问题。否存在电芯析锂问题。


技术研发人员：宋建冬 吴小兰 王双双 聂王维 饶际惠
受保护的技术使用者：合肥国轩高科动力能源有限公司
技术研发日：2023.05.08
技术公布日：2023/8/4