一种电池低温性能评估方法
【专利摘要】本发明提出一种电池低温性能评估方法，包括以下步骤：获取多个电池在低温环境下的多条电压曲线；分别计算每个电池的电压曲线中的瞬间恢复段的第一电压变化值和缓慢恢复段的第二电压变化值，并根据第一电压变化值和第二电压变化值计算电池的总电压变化值；根据计算得到的多个电池的总电压变化值获得分选标准值；以及将每个电池的总电压变化值与分选标准值进行比较，如果电池的总电压变化值小于分选标准值，则判断电池合格。本发明的电池低温性能评估方法能更准确、直接地评价电池在低温环境下的充放电性能，具有低温环境下充放电性能的一致性，且成本低廉，操作简单、快捷，适用于大规模的生产应用，具有重大的生产实践意义。
【专利说明】一种电池低温性能评估方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电池检测【技术领域】，特别涉及一种电池低温性能评估方法。
【背景技术】
[0002]锂离子电池因其能量密度高、质量轻、体积小、工作温度范围宽等优势，已经广泛应用于便携式电子产品、通讯设备、自动化仪器仪表和电动工具中，特别是在电动自行车和电动汽车上也得到了成功应用，对于航天、航空、野外作战等军事领域也极具诱惑力。
[0003]然而，在电动汽车和军用领域，由于使用环境比较苛刻，往往需要电池能在_20°C甚至更低温度下工作，如航天领域中执行空间任务的行星着落器、行星漫游器需要_40°C的低温，行星侵入器要求电池在低于-60°C的环境温度下工作，而在加拿大、俄罗斯、北欧国家以及我国的东北、西北等寒冷地区，电动汽车用动力电池也要求在低于_20°C低温下工作。
[0004]目前主要是通过对电池进行串并联组合来获得高能量，而如何保证电池组内各单体电池的一致性是保证电池组性能的关键，也是目前锂离子电池在众多领域成功应用的瓶颈。目前，主要是根据电池的内阻、电压差和容量差进行筛选配组，且都是针对常规应用环境下的电池评价，而无法很好地保证电池在低温环境下使用时的一致性。
【发明内容】
[0005]本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的目的在于提出一种电池低温性能评估方法，该方法可以有效、准确地评价锂离子电池的低温充放电性能，为锂离子电池在低温环境下具有良好的一致性提供支持和保障。
[0006]为了实现上述目的，根据本发明实施例的电池低温性能评估方法包括以下步骤:获取多个电池在低温环境下的多条电压曲线；分别计算每个所述电池的电压曲线中的瞬间恢复段的第一电压变化值和缓慢恢复段的第二电压变化值，并根据所述第一电压变化值和所述第二电压变化值计算所述电池的总电压变化值；根据计算得到的所述多个电池的总电压变化值获得分选标准值；将每个所述电池的所述总电压变化值与所述分选标准值进行比较，如果所述电池的所述总电压变化值小于所述分选标准值，则判断所述电池合格。
[0007]根据本发明实施例的电池低温性能评估方法能更准确、直接地评价电池在低温环境下的充放电性能，具有低温环境下充放电性能的一致性，且成本低廉，操作简单、快捷，适用于大规模的生产应用，具有重大的生产实践意义。
[0008]在本发明的一个实施例中，所述获取多个电池在低温环境下的多条电压曲线，对所述多个电池进行恒流放电-搁置测试，并检测每个所述电池对应的所述电压曲线，其中，每个所述电池的初始状态为充满电状态。
[0009]在本发明的一个实施例中，所述低温环境的温度范围为10°C至-50°C ；
[0010]在本发明的一个实施例中，计算所述总电压变化值的公式为:
[0011]Δ V=k Δ Vl+ (1-k) Δ V2,[0012]其中，Λ V为所述总电压变化值，Δ Vl为所述第一电压变化值，Δ V2为所述第二电压变化值，k为加权系数；
[0013]在本发明的一个实施例中，所述加权系数k的取值范围为0.5至0.9 ;
[0014]在本发明的一个实施例中，所述根据计算得到的所述多个电池的总电压变化值获得分选标准值，统计所述多个电池的总电压变化值的分布密集区，并将所述分布密集区中的多个所述总电压变化值的上限设置为所述分选标准值；
[0015]在本发明的一个实施例中，所述电池为锂离子电池。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0017]图1是根据本发明实施例的电池低温性能评估方法的流程图；以及
[0018]图2是根据本发明实施例的在低温环境下对锂离子电池进行恒流放电-搁置过程中电池电压随时间变化的电压曲线图。
【具体实施方式】
[0019]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示出，其中自始至终相同或类似的标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，而不能理解为对本发明的限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
[0020]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0021]下面参考图1和图2对本发明实施例的电池低温性能评估方法。
[0022]如图1所示，本发明实施例的电池低温性能评估方法包括下述步骤:
[0023]步骤S101，获取多个电池在低温环境下的多条电压曲线。
[0024]具体地,多个电池的初始状态可以为充满电状态，然后对上述充满电的电池在低温环境下进行恒流放电-搁置测试。换言之，将多个电池恒电流放电至一定电压后，再搁置预设时长，同时检测每个电池的电压，进而获得相应的电压曲线，即电压-时间曲线。其中，电池可以为锂离子电池。
[0025]在本发明的一个示例中，低温环境的温度范围可以为10°C至_50°C。可以理解的是，上述低温环境的温度范围仅是处于示例的目的，而不是为了限制本发明。低温环境还可以对应其他温度区间，在此不再赘述。
[0026]需要说明的是，影响锂离子电池低温性能的因素主要包括:电解液的介电常数和粘度，正负极内部的锂离子扩散系数，正负极表面积、厚度和孔隙率，正负极与电解液界面的电荷传递电阻，隔膜的孔隙率和润湿性，以及粘结剂对电解液的亲和性等。以上这些因素均可以通过锂离子电池的内阻有所体现。具体地，实验表明当锂离子电池的内阻增大，其低温环境下的充放电性能将降低；温度愈低，电池之间的内阻差别愈大。因而，电池内阻可以提供判断锂离子电池低温充放电性能的依据，进而，通过测量体现内阻的电池的阶段性电压，可以获得对电池低温充放电性能判断的依据。并且，电池的内阻包括欧姆内阻和极化内阻两部分，这两部分分别对应不同阶段的电压曲线。
[0027]图2示出了本步骤中获得的低温环境下的电压曲线，其中，横坐标为时间，单位为秒(S)，纵坐标为电压值，单位为伏特(V)。在本发明的实施例中，每个电池的初始状态为充满电状态。从图中可以看出，从A点到B点，电压随时间增加而逐渐下降，该阶段对应于电池的恒电流放电过程。从B点到C点，时间相同，而电压急剧回升，称为瞬间恢复段，该段电压是电池内部欧姆内阻上分担的电压，放电电流消失，欧姆内阻上承担的电压差也瞬间消失。从C点到D点，电压随时间增加而缓慢上升，称为缓慢恢复段，该段电压可看作电池内部极化内阻上分担的电压，因极化的消除是逐渐缓慢进行的，对应的电压也呈缓慢上升阶段。BC阶段和CD阶段均对应于搁置过程。D点之后，电压随时间增加而稳步上升，对应于恒流充电过程。
[0028]步骤S102，分别计算每个电池的电压曲线中的瞬间恢复段的第一电压变化值和缓慢恢复段的第二电压变化值，并根据第一电压变化值和第二电压变化值计算电池的总电压变化值。
[0029]根据步骤SlOl中得到的电压曲线，可以分别计算获得瞬间恢复段(BC段)的第一电压变化值Λ VI,以及随后的缓慢恢复段(CD段)的第二电压变化值Λ V2，上述Λ V2可以看作极化电阻上分担的电压大小。对于一定的放电电流，Λ V2越大则极化电阻越大。
[0030]然后，根据欧姆电阻和极化电阻在低温环境下对电池内阻的变化的贡献大小，计算总电压变化值Λ V。其中，欧姆电阻和极化电阻在低温环境下对电池内阻的变化的贡献大小可以通过设置的加权系数k进行体现。其中，加权系数k的取值范围为0.5至0.9。
[0031]在本发明的实施例中，总电压变化值的计算公式为:
[0032]Δ V=k Δ Vl+ (1-k) Δ V2(I)
[0033]下面参考表1以10个电池为例，对本步骤获取每个电池的总电压变化值的过程进行描述。
[0034]如表1所示，在本发明的实施例中，分别将编号为I，2，3…10的10支充满电的锂离子电池在低温-20°C下进行恒流放电-搁置测试。其中，上述10支锂离子电池可以为NCM(Nickel Cobalt Manganese，镍钴锰三元材料)电池，额定容量为6.5Ah。让10支电池进行恒电流放电至2.75V，然后搁置5分钟，同时检测电池电压，得到相应的电压-时间曲线。测量这10只电池电压的瞬间恢复段(BC段)的第一电压变化值Λ Vl和缓慢恢复段(CD段)的第二电压变化值Λ V2，取k为0.8，根据式(I)分别计算10支电池的总电压变化值Λ V，得到表1所示的各个电池的各阶段电压变化值。
【权利要求】
1.一种电池低温性能评估方法，其特征在于，包括如下步骤: 获取多个电池在低温环境下的多条电压曲线； 分别计算每个所述电池的电压曲线中的瞬间恢复段的第一电压变化值和缓慢恢复段的第二电压变化值，并根据所述第一电压变化值和所述第二电压变化值计算所述电池的总电压变化值； 根据计算得到的所述多个电池的总电压变化值获得分选标准值；以及 将每个所述电池的所述总电压变化值与所述分选标准值进行比较，如果所述电池的所述总电压变化值小于所述分选标准值，则判断所述电池合格。
2.如权利要求1所述的电池低温性能评估方法，其特征在于，所述获取多个电池在低温环境下的多条电压曲线，包括如下步骤: 对所述多个电池进行恒流放电-搁置测试，并检测每个所述电池对应的所述电压曲线，其中，每个所述电池的初始状态为充满电状态。
3.如权利要求1所述的电池低温性能评估方法，其特征在于，所述低温环境的温度范围为 10°C至-50°c。
4.如权利要求1所述的电池低温性能评估方法，其特征在于，通过下式计算所述总电压变化值，
Δ V=k Δ Vl+ (1-k) Δ V2, 其中，Λ V为所述总电压变化值，Δ Vl为所述第一电压变化值，Δ V2为所述第二电压变化值，k为加权系数。
5.如权利要求4所述的电池低温性能评估方法，其特征在于，所述加权系数k的取值范围为0.5至0.9。
6.如权利要求1所述的电池低温性能评估方法，其特征在于，所述根据计算得到的所述多个电池的总电压变化值获得分选标准值，包括如下步骤: 统计所述多个电池的总电压变化值的分布密集区，并将所述分布密集区中的多个所述总电压变化值的上限设置为所述分选标准值。
7.如权利要求1-6任一项所述的电池性能评估方法，其特征在于，所述电池为锂离子电池。
【文档编号】G01R31/36GK103852724SQ201210500600
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2012年11月29日 优先权日:2012年11月29日
【发明者】姚经文 申请人:北汽福田汽车股份有限公司