CN106093794B - 磷酸铁锂电池的高温寿命加速测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磷酸铁锂电池的高温寿命加速测试方法，取已完成化成的磷酸铁锂电池，分别进行初始容量测试、初始加速测试和循环加速测试，循环加速测试是在不同温度下，通过阶梯式加速测试直至其放电容量低于标称容量的75%后停止测试；把第三步最后一次放电循环的常温放电容量换算成容量保持率，然后根据对应充电温度的常温寿命与高温寿命转换数据表实现转换，得出所测试磷酸铁锂电池的常温寿命。本发明的磷酸铁锂电池的高温寿命加速测试方法具有测试准确性高、测试周期短、测试过程方便和参考性强的特点。
Description
技术领域
本发明涉及磷酸铁锂电池测试技术领域，具体是指一种磷酸铁锂电池的高温寿命加速测试方法。
背景技术
锂离子电池被广泛应用于移动数码产品，近年来也被作为储能***用于电动汽车之中。使用寿命是衡量电池性能的重要指标，目前在锂离子电池的研发、检验和选型过程中广泛使用的寿命测试方法是在一定工况下进行循环测试，目前用于测试锂离子电池循环寿命的标准一般参照我国现行的两个标准中的规定：QC/T743-2006电动汽车用锂离子蓄电池和QB/T2502-2000锂离子蓄电池总规范，电池循环寿命标准测试目前主要有如下两种方法：
第一种在环境温度（20℃±2℃)的条件下，以额定容量的0. 5倍电流放电，直至放电容量为额定容量的80%，再对电池以额定容量的1/3倍电流恒流恒压充电，充放电之间静置lh。如此充放电循环，每循环24次做一次容量标定测试，直至电池容量小于额定容量的80%后终止实验。
第二种在（20℃ ±5℃)的条件下，以标称容量的1倍电流恒流恒压充电，限制电流为标称容量的0.05倍电流。然后静置20分钟，再以标称容量的1倍电流恒流放电至限制电压，静置20分钟，为一次循环。直至连续两次放电时间小于42分钟认为寿命终止。
以上循环测试法的主要缺点是测试周期长，即使是在一些加速测试方案(如选用快速充放工况和在高温环境下进行测试等)，通常仍需上千个小时才可完成测试，造成的结果是大量的测试资源被占用，产品研发进度慢。
针对于此，中国发明专利CN 103344917 B公开了一种锂电池循环寿命快速测试方法。该方法包括如下步骤：步骤1：根据电池样本的极化电压特性，确定循环寿命快速测试的荷电状态区间；步骤2：进行电池循环寿命快速测试，得到循环寿命测试实验数据；步骤3：部分荷电区间循环寿命推演数学模型；步骤4：建立0-100%荷电区间循环寿命推演数学模型；步骤5：得到电池0-100%荷电状态区间的循环寿命公式；步骤6估算出该测试电池的循环寿命。本方法避免了常规测试时间长、加速循环寿命测试方法与实际偏差大的不足，缩短了电池的设计、开发与测试周期。但是，该方法建立在大量数学模型的基础上，对于专业性要求太高，在常规工业化生产中换算使用十分不便。
与此同时，磷酸铁锂电池作为锂离子电池的一种，其正极材料特性稳定且矿产资源丰富，从而使其具有良好的安全性且相对低廉的价格。因此，近几年来磷酸铁锂电池发展迅猛，在电动汽车和电池储能方面占据了大部分的市场份额。磷酸铁锂电池还具有高温性能优异和循环寿命长的特点，使其具备了代替镍镉电池应用在高温应急灯具的潜在可行性。但是，由于其应用场景特殊，应用在应急照明的镍镉电池必须满足ICEL1010、IEC61951和ICEL1001的测试要求，以上测试均通过小电流高温浮充对电池的高温可靠性进行评估。而镍镉电池与磷酸铁锂电池属于不同的电池体系，镍镉电池的测试方法应用在磷酸铁锂电池不具有代用性，如何结合磷酸铁锂电池的特点和镍镉电池在应急照明的应用场景形成磷酸铁锂电池的高温寿命加速测试方法，快速准确获得磷酸铁锂电池的寿命数据，对于推动磷酸铁锂电池替代镍镉电池在应用照明的使用具有重要的参考意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种磷酸铁锂电池的高温寿命加速测试方法，具有测试准确性高、测试周期短、测试过程方便和参考性强的特点。
本发明可以通过以下技术方案来实现：
本发明公开了一种磷酸铁锂电池的高温寿命加速测试方法，取已完成化成的磷酸铁锂电池，按照以下方法进行测试：
第一步、初始容量测试，在常温条件下把磷酸铁锂电池先按照0.2C倍率恒流放电至截止电压2.5V，然后以0.2C～0.5C恒流、截止电压3.65V、截止电流0.05C对磷酸铁锂电池进行恒流恒压充电，接着按照0.2C倍率恒流放电至截止电压2.5V测试磷酸铁锂电池的初始容量；
第二步、初始加速测试，把完成初始容量测试的磷酸铁锂电池在高温条件下以0.2C～0.5C恒流充电到3.65V， 3.65V恒压持续浮充一个月，然后在室温条件下按照0.2C倍率恒流放电至截止电压2.5V测试磷酸铁锂电池的初始加速容量；
第三步、循环加速测试，把完成初始加速容量测试的磷酸铁锂电池在高温条件下以0.2C～0.5C恒流充电到3.65V， 3.65V恒压持续浮充，充电时间为递增式设置，每次充电完成后在室温条件下按照0.2C倍率恒流放电至截止电压2.5V分别测试磷酸铁锂电池的每一循环的放电容量，直至其放电容量低于标称容量的75%停止测试；
所述循环加速测试结束后，根据以下步骤估算放磷酸铁锂电池的寿命：
A、常温寿命测试样本的建立：采集常温充放电循环的磷酸铁锂电池的常温初始容量和每次充电后常温放电循环的容量，根据容量保持率曲线完成常温寿命测试样本；
B、高温寿命测试样本的建立：采集在高温条件下充放电循环的磷酸铁锂电池的常温初始容量和每次充电后常温放电循环容量，根据容量保持率曲线完成高温寿命测试样本；
C、寿命换算模型的建立：根据常温寿命测试样本与高温寿命测试样本的容量保持率曲线，根据相同的容量保持率形成常温寿命与高温寿命转换数据表；
D、把第三步最后一次放电循环的常温放电容量换算成容量保持率，然后根据对应充电温度的常温寿命与高温寿命转换数据表实现转换，得出所测试磷酸铁锂电池的常温寿命。
进一步地，第二步和第三步所述浮充的温度为45℃，第三步所述循环加速测试的浮充持续时间分别按照2个月、4个月和8个月的方式增长。
第二步和第三步所述浮充的温度为60℃，第三步所述循环加速测试的浮充持续时间分别按照2个月、3个月和4个月的方式增长。
进一步地，第二步和第三步所述浮充的温度为55℃，第三步所述循环加速测试的浮充持续时间分别按照2个月、3个月和6个月的方式增长。
进一步地，所述高温条件通过恒温恒湿烘箱提供，所述恒温恒湿烘箱的测试精度为±2℃。
进一步地，所述A步骤和所述B步骤的放电条件为0.2C恒流放电至截止电压2.5V；所述A步骤和所述B步骤的充电条件为0.2C恒流充电后3.65V恒压充电0.05C。
本发明涉及一种磷酸铁锂电池的高温寿命加速测试方法，具有如下的有益效果：
第一、测试准确性高，为了同时评估磷酸铁锂电池在浮充情况下的可靠性和循环寿命，采用高温阶梯式延长浮充时间的充电方法，以容量保持率为参考通过常温寿命测试样本和高温寿命测试样本实现高温循环寿命的转换，既满足了浮充应用的要求，也保证了在高温的测试条件下实现数据换算的要求，提高了磷酸铁锂电池高温寿命测试的准确性；
第二、测试周期短，通过采用高温阶梯式的浮充时间设置，逐步增加浮充时间，当某一阶段放电容量急速劣化即可停止测试，提高测试工位的利用率，降低了测试的周期，常温数据测试样本和高温数据测试样本可以充分利用之前的数据，有效节省了前工序对寿命进行换算的准备；
第三、测试方便性高，通过查询常温寿命与高温寿命转换数据表实现转换，整个转换过程无需依靠专门的数学推演模型，对于数据处理能力的专业性要求低，便于在生产员工中推广使用；
第四、数据参考性强，整个阶梯式浮充高温充电工步的设置主要基于ICEL1010、IEC61951和ICEL1001的测试要求进行设置，如浮充截止电压3.65V的设置就是基于镍镉电池满电状态为1.45V进行考虑的，既满足镍镉电池的应用实际，又避免截止电压过高对磷酸铁锂电池使用寿命造成的损害，可以为磷酸铁锂电池作为镍镉电池的替代应用在应急照明上提供重要的参考。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例及对本发明产品作进一步详细的说明。
实施例1
本发明公开了一种磷酸铁锂电池的高温寿命加速测试方法，取已完成化成的磷酸铁锂电池，按照以下方法进行测试：
第一步、初始容量测试，在常温条件下把磷酸铁锂电池先按照0.2C倍率恒流放电至截止电压2.5V，然后以0.5C恒流、截止电压3.65V、截止电流0.05C对磷酸铁锂电池进行恒流恒压充电，接着按照0.2C倍率恒流放电至截止电压2.5V测试磷酸铁锂电池的初始容量；
第二步、初始加速测试，把完成初始容量测试的磷酸铁锂电池在45℃高温条件下以0.5C恒流充电到3.65V， 3.65V恒压持续浮充一个月，然后在室温条件下按照0.2C倍率恒流放电至截止电压2.5V测试磷酸铁锂电池的初始加速容量；
第三步、循环加速测试，把完成初始加速容量测试的磷酸铁锂电池在45℃高温条件下以0.5C恒流充电到3.65V， 3.65V恒压持续浮充，充电时间分别为2个月、4个月和8个月递增式设置，每次充电完成后在室温条件下按照0.2C倍率恒流放电至截止电压2.5V，分别测试磷酸铁锂电池的每一循环的放电容量，直至其放电容量低于标称容量的75%停止测试；
第四步、寿命估算，所述循环加速测试结束后，根据以下步骤估算放磷酸铁锂电池的寿命：
A、常温寿命测试样本的建立：采集常温充放电循环的磷酸铁锂电池的常温初始容量和每次充电后常温放电循环的容量，根据容量保持率曲线完成常温寿命测试样本；
B、高温寿命测试样本的建立：采集在高温条件下充放电循环的磷酸铁锂电池的常温初始容量和每次充电后常温放电循环容量，根据容量保持率曲线完成高温寿命测试样本；
C、寿命换算模型的建立：根据常温寿命测试样本与高温寿命测试样本的容量保持率曲线，根据相同的容量保持率形成常温寿命与高温寿命转换数据表；
D、把第三步最后一次放电循环的常温放电容量换算成容量保持率，然后根据对应充电温度的常温寿命与高温寿命转换数据表实现转换，得出所测试磷酸铁锂电池的常温寿命。
在实际实施过程中，A步骤、B步骤的数据来源可以直接采用之前采集的磷酸铁锂电池循环寿命测试数据，C步骤制作的常温寿命与高温寿命转换数据表作为查询工具持续循环使用，无需每次估算前重复制作。
在本实施例中，45℃高温条件通过恒温恒湿烘箱提供，所述恒温恒湿烘箱的测试精度为±2℃；所述A步骤和所述B步骤的放电条件为0.2C恒流放电至截止电压2.5V；所述A步骤和所述B步骤的充电条件为0.2C恒流充电后3.65V恒压充电0.05C。
通过实际数据比对，在本实施例中，测试总时间1年即可模拟磷酸铁锂电池的4年的常温寿命，有效节省了测试的周期。
实施例2
本发明公开了一种磷酸铁锂电池的高温寿命加速测试方法，取已完成化成的磷酸铁锂电池，按照以下方法进行测试：
第一步、初始容量测试，在常温条件下把磷酸铁锂电池先按照0.2C倍率恒流放电至截止电压2.5V，然后以0.3C恒流、截止电压3.65V、截止电流0.05C对磷酸铁锂电池进行恒流恒压充电，接着按照0.2C倍率恒流放电至截止电压2.5V测试磷酸铁锂电池的初始容量；
第二步、初始加速测试，把完成初始容量测试的磷酸铁锂电池在60℃高温条件下以0.3C恒流充电到3.65V， 3.65V恒压持续浮充一个月，然后在室温条件下按照0.2C倍率恒流放电至截止电压2.5V测试磷酸铁锂电池的初始加速容量；
第三步、循环加速测试，把完成初始加速容量测试的磷酸铁锂电池在60℃高温条件下以0.3C恒流充电到3.65V， 3.65V恒压持续浮充，充电时间分别为2个月、3个月和4个月递增式设置，每次充电完成后在室温条件下按照0.2C倍率恒流放电至截止电压2.5V分别测试磷酸铁锂电池的每一循环的放电容量，直至其放电容量低于标称容量的75%停止测试；
第四步、寿命估算，所述循环加速测试结束后，根据以下步骤估算放磷酸铁锂电池的寿命：
A、常温寿命测试样本的建立：采集常温充放电循环的磷酸铁锂电池的常温初始容量和每次充电后常温放电循环的容量，根据容量保持率曲线完成常温寿命测试样本；
B、高温寿命测试样本的建立：采集在高温条件下充放电循环的磷酸铁锂电池的常温初始容量和每次充电后常温放电循环容量，根据容量保持率曲线完成高温寿命测试样本；
C、寿命换算模型的建立：根据常温寿命测试样本与高温寿命测试样本的容量保持率曲线，根据相同的容量保持率形成常温寿命与高温寿命转换数据表；
D、把第三步最后一次放电循环的常温放电容量换算成容量保持率，然后根据对应充电温度的常温寿命与高温寿命转换数据表实现转换，得出所测试磷酸铁锂电池的常温寿命。
在实际实施过程中，A步骤、B步骤的数据来源可以直接采用之前采集的磷酸铁锂电池循环寿命测试数据，C步骤制作的常温寿命与高温寿命转换数据表作为查询工具持续循环使用，无需每次估算前重复制作。
在本实施例中，60℃高温条件通过恒温恒湿烘箱提供，所述恒温恒湿烘箱的测试精度为±2℃；所述A步骤和所述B步骤的放电条件为0.2C恒流放电至截止电压2.5V；所述A步骤和所述B步骤的充电条件为0.2C恒流充电后3.65V恒压充电0.05C。
通过实际数据比对，在本实施例中，测试总时间0.5年即可模拟磷酸铁锂电池的4年的常温寿命，有效节省了测试的周期。
实施例3
本发明公开了一种磷酸铁锂电池的高温寿命加速测试方法，取已完成化成的磷酸铁锂电池，按照以下方法进行测试：
第一步、初始容量测试，在常温条件下把磷酸铁锂电池先按照0.2C倍率恒流放电至截止电压2.5V，然后以0.2C恒流、截止电压3.65V、截止电流0.05C对磷酸铁锂电池进行恒流恒压充电，接着按照0.2C倍率恒流放电至截止电压2.5V测试磷酸铁锂电池的初始容量；
第二步、初始加速测试，把完成初始容量测试的磷酸铁锂电池在55℃高温条件下以0.2C恒流充电到3.65V， 3.65V恒压持续浮充一个月，然后在室温条件下按照 0.2C倍率恒流放电至截止电压2.5V，测试磷酸铁锂电池的初始加速容量；
第三步、循环加速测试，把完成初始加速容量测试的磷酸铁锂电池在55℃高温条件下以0.2C恒流充电到3.65V， 3.65V恒压持续浮充，充电时间分别为2个月、3个月和6个月递增式设置，每次充电完成后在室温条件下按照0.2C倍率恒流放电至截止电压2.5V分别测试磷酸铁锂电池的每一循环的放电容量，直至其放电容量低于标称容量的75%停止测试；
第四步、寿命估算，所述循环加速测试结束后，根据以下步骤估算放磷酸铁锂电池的寿命：
A、常温寿命测试样本的建立：采集常温充放电循环的磷酸铁锂电池的常温初始容量和每次充电后常温放电循环的容量，根据容量保持率曲线完成常温寿命测试样本；
B、高温寿命测试样本的建立：采集在高温条件下充放电循环的磷酸铁锂电池的常温初始容量和每次充电后常温放电循环容量，根据容量保持率曲线完成高温寿命测试样本；
C、寿命换算模型的建立：根据常温寿命测试样本与高温寿命测试样本的容量保持率曲线，根据相同的容量保持率形成常温寿命与高温寿命转换数据表；
D、把第三步最后一次放电循环的常温放电容量换算成容量保持率，然后根据对应充电温度的常温寿命与高温寿命转换数据表实现转换，得出所测试磷酸铁锂电池的常温寿命。
在实际实施过程中，A步骤、B步骤的数据来源可以直接采用之前采集的磷酸铁锂电池循环寿命测试数据，C步骤制作的常温寿命与高温寿命转换数据表作为查询工具持续循环使用，无需每次估算前重复制作。
在本实施例中，55℃高温条件通过恒温恒湿烘箱提供，所述恒温恒湿烘箱的测试精度为±2℃；所述A步骤和所述B步骤的放电条件为0.2C恒流放电至截止电压2.5V；所述A步骤和所述B步骤的充电条件为0.2C恒流充电后3.65V恒压充电0.05C。
通过实际数据比对，在本实施例中，测试总时间9个月即可模拟磷酸铁锂电池的4年的高温寿命，有效节省了测试的周期。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，可利用以上所揭示的技术内容而作出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种磷酸铁锂电池的高温寿命加速测试方法，其特征在于：取已完成化成的磷酸铁锂电池，按照以下方法进行测试：
第一步、初始容量测试，在常温条件下把磷酸铁锂电池先按照0.2C倍率恒流放电至截止电压2.5V，然后以0.2C～0.5C恒流、截止电压3.65V、截止电流0.05C对磷酸铁锂电池进行恒流恒压充电，接着按照0.2C倍率恒流放电至截止电压2.5V测试磷酸铁锂电池的初始容量；
第二步、初始加速测试，把完成初始容量测试的磷酸铁锂电池在高温条件下以0.2C～0.5C恒流充电到3.65V，3.65V恒压持续浮充一个月，然后在室温条件下按照0.2C倍率恒流放电至截止电压2.5V，测试磷酸铁锂电池的初始加速容量；
第三步、循环加速测试，把完成初始加速容量测试的磷酸铁锂电池在高温条件下以0.2C～0.5C恒流充电到3.65V，3.65V恒压持续浮充，充电时间为递增式设置，每次充电完成后在室温条件下按照0.2C倍率恒流放电至截止电压2.5V，分别测试磷酸铁锂电池的每一循环的放电容量，直至其放电容量低于标称容量的75%停止测试；
第四步、寿命估算，所述循环加速测试结束后，根据以下步骤估算放磷酸铁锂电池的寿命：
A、常温寿命测试样本的建立：采集常温充放电循环的磷酸铁锂电池的常温初始容量和每次充电后常温放电循环的容量，根据容量保持率曲线完成常温寿命测试样本；
B、高温寿命测试样本的建立：采集在高温条件下充放电循环的磷酸铁锂电池的常温初始容量和每次充电后常温放电循环容量，根据容量保持率曲线完成高温寿命测试样本；
C、寿命换算模型的建立：根据常温寿命测试样本与高温寿命测试样本的容量保持率曲线，根据相同的容量保持率形成常温寿命与高温寿命转换数据表；
D、把第三步最后一次放电循环的常温放电容量换算成容量保持率，然后根据对应充电温度的常温寿命与高温寿命转换数据表实现转换，得出所测试磷酸铁锂电池的常温寿命。
2.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池的高温寿命加速测试方法，其特征在于：第二步和第三步所述浮充的温度为45℃，第三步所述循环加速测试的浮充持续时间分别按照2个月、4个月和8个月的方式增长。
3.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池的高温寿命加速测试方法，其特征在于：第二步和第三步所述浮充的温度为55℃，第三步所述循环加速测试的浮充持续时间分别按照2个月、3个月和6个月的方式增长。
4.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池的高温寿命加速测试方法，其特征在于：第二步和第三步所述浮充的温度为60℃，第三步所述循环加速测试的浮充持续时间分别按照2个月、3个月和4个月的方式增长。
5.根据权利要求2～4任一项权利要求所述的磷酸铁锂电池的高温寿命加速测试方法，其特征在于：所述高温条件通过恒温恒湿烘箱提供，所述恒温恒湿烘箱的测试精度为±2℃。
6.根据权利要求2～4任一项权利要求所述的磷酸铁锂电池的高温寿命加速测试方法，其特征在于：所述A步骤和所述B步骤的放电条件为0.2C恒流放电至截止电压2.5V；所述A步骤和所述B步骤的充电条件为0.2C～0.5C恒流充电后3.65V恒压充电0.05C。
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