CN110501649A - 一种锂电池一致性评价测试方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种锂电池一致性评价测试方法，其通过对锂电池的静态参数电压、内阻、重量等以及动态的充放电过程中的压差，直流内阻、搁置中的压差及容量保持和恢复进行测试，以动静结合的测试方式进行测试，有效的保证的电池的一致性。运用到生产过程中，能提高产品的一致性配组，提高产品的性能，降低失效风险。
Description
技术领域
本申请涉及一种锂电池一致性评价测试方法。
背景技术
目前市场上新能源汽车运用的动力***基本上搭配的都是锂离子电池，包括使用在储能领域。而锂离子电池的一致性好坏直接关系到产品的性能和使用寿命，甚至是会影响到产品的安全性能。常规的产品都会增加外部管理***和均衡方式来保证监督和管控产品内部的电池的充放电状态，提高电池的一致性。
由于一组产品中运用到的单体电池(圆柱形电池)能达到几千上万只，甚至达到几十万支，这就需要生产企业在电池配组过程中要对其一致性进行管控。目前，大多数的锂电池PACK企业采用的都是较为传统的电压、容量、内阻等静态方法对锂电池进行分选配组，然后成组，这样的产品并不能保证使用过程中的一致性，长期使用后锂电池的压差会越来越大，严重影响产品的性能及用户体验。
发明内容
本申请目的是：提出一种锂电池一致性评价测试方法，以对进料的电池一致性进行测评，评价电池的一致性好坏，通过该方法，可以运用到正常的生产过程中的锂电池分选配组，提高产品的性能，降低失效风险。
本申请的技术方案是：
一种锂电池一致性评价测试方法，其特征在于，该方法包括顺次进行的以下步骤：
1)从批量电池中随机抽取一定数量，根据电池的重量和内阻要求，剔除不合格电池；
2)常温环境下，按照电池的规格书要求，对步骤1)中合格电池进行标准充电和标准放电，测出各只电池在常温环境下的容量C1和能量E1，根据电池的放电容量和能量要求，剔除不合格电池；
3)以电流I1对步骤2)中合格电池恒流充电至电池的充电终止电压，搁置时间t1，然后以电流I2对电池恒流放电至电池的放电截止电压，搁置时间t2；
根据测试结果，分别做出电池在充电过程中的电压-容量曲线、充电后搁置过程中的电压-时间曲线、放电过程中的电压-容量曲线、放电后搁置过程中的电压-时间曲线，剔除与标准曲线重合度较差的不合格电池；
4)以标准充电电流将步骤3)中合格电池的SOC调整至10～20％，搁置2小时，记录搁置结束后电池的电压V1，然后采用该电池在该SOC下允许的最大持续电流I3放电10秒，记录第10秒的电压V2，计算出电池在该SOC状态下的直流内阻R1；
以标准放电制度将电池电量放空，之后以标准充电电流将电池的SOC调整至80～90％，搁置2小时，记录搁置结束后电池的电压V3，然后以电池在该SOC下允许的最大持续电流I4放电10秒，记录第10秒的电压V4，计算出电池在该SOC状态下的直流内阻R2；
计算出所有电池的所述直流内阻R1的平均值R1’，计算出所有电池的所述直流内阻R2的平均值R2’，将各只电池的所述直流内阻R1与所述平均值R1’比较，将各只电池的所述直流内阻R2与所述平均值R2’比较，剔除R1与R1’之差在要求范围外的不合格电池，同时剔除R2与R2’之差在要求范围外的不合格电池；
5)以标准充电电流将步骤4)中合格电池充满电，常温环境下搁置2小时，测出电池的电压V5；
将电池转入高温T环境仓中搁置一段时间，从所述环境仓取出电池在常温环境下搁置2小时，测出电池的电压V6；
比较V5和V6，剔除V5与V6之差在要求范围外的不合格电池；
6)按照电池的规格书要求，对步骤5)中合格电池进行标准放电，测试容量，记录电池的放电容量C2；然后再进行一次标准循环，记录电池的容量C3；
比较C2和C1，同时比较C2和C3比较，剔除C2与C1比值在要求范围外的不合格电池，剔除C2与C3的比值在要求范围外的不合格电池。
本申请在上述技术方案的基础上，还包括以下优选方案：
所述I1为电池的规格书规定的标准充电电流。
在所述步骤3)中，以电流I1对步骤2)中合格电池恒流充电至电池的充电终止电压后，再以所述充电终止电压对电池恒压充电，在前述恒压充电的过程中，当充电电流降低至0.25I1时停止充电，搁置所述时间t1。
所述V5为电池的放电截止电压。
在所述步骤2)中，剔除E1与额定容量的差值大于25mAh的电池，剔除C1与额定能量的差值大于0.05Wh的电池。
在所述步骤3)中，与标准曲线相比，剔除充电过程中相同容量下电压差大于15mV的电池，剔除放电过程中相同容量下电压差大于25mV的电池。
在所述步骤4)中，剔除R1与R1’之差大于0.5mΩ的电池，剔除R2与R2’之差大于0.5mΩ的电池。
在所述步骤5)中，剔除V5与V6之差大于30mV的电池。
在所述步骤6)中，剔除C2与C1的比值低于98％的电池，剔除C2与C3的比值在98～102％范围外的电池。
所述t1和t2均为30min，所述I2为电池的规格书规定的标准放电电流。
本申请的优点是：通过对锂电池的静态参数电压、内阻、重量等以及动态的充放电过程中的压差，直流内阻、搁置中的压差及容量保持和恢复进行测试，以动静结合的测试方式进行测试，有效的保证的电池的一致性。运用到生产过程中，能提高产品的一致性配组，提高产品的性能，降低失效风险。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例的操作流程简图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。本申请可以以多种不同的形式来实现，并不限于本实施例所描述的实施方式。提供以下具体实施方式的目的是便于对本申请公开内容更清楚透彻的理解，其中上、下、左、右等指示方位的字词仅是针对所示结构在对应附图中位置而言。
然而，本领域的技术人员可能会意识到其中的一个或多个的具体细节描述可以被省略，或者还可以采用其他的方法、组件或材料。在一些例子中，一些实施方式并没有描述或没有详细的描述。
此外，本文中记载的技术特征、技术方案还可以在一个或多个实施例中以任意合适的方式组合。对于本领域的技术人员来说，易于理解与本文提供的实施例有关的方法的步骤或操作顺序还可以改变。因此，附图和实施例中的任何顺序仅仅用于说明用途，并不暗示要求按照一定的顺序，除非明确说明要求按照某一顺序。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
结合图1所示，本实施例对所来的一批型号为INR18650的锂离子圆柱形电池进行一致性评价测试，该批电池的规格书显示：其额定电压为3.6V，充电截止电压为4.2V，放电截止电压为2.75V，额定容量为2.6Ah，额定能量为9.36Wh，其标准重量为44±1g，其标准内阻为18±1mΩ。
该电池的标准充电方式为：以0.52A的电流将电池恒流充电至4.2V，继续以4.2V的电压对电池充电，直至电池的充电电流减小至0.13A后，将电池搁置30min；
该电池的标准放电方式为：再以1.3A的电流将电池放电至2.75V。
该一致性评价测试方法包括顺次进行的以下步骤：
1)从批量电池中随机抽取10只，并对这10只电池进行编号，剔除那些重量或者内阻不符合要求的电池。具体地：先用电子天平和电压内阻测试仪测试电池的重量和内阻，剔除标准重量范围外的电池，同时还剔除标准内阻范围外的电池，对余下的合格电池进行下述步骤2)的操作。
2)常温环境下，按照电池的规格书要求，对步骤1)中合格电池进行一次标准充电和标准放电，测出各只电池在常温环境下的容量C1和能量E1。具体地：以0.52A的电流将电池恒流充电至4.2V，继续以4.2V的电压对电池充电，直至电池的充电电流减小至0.13A后，将电池搁置30min；然后再以1.3A的电流将电池放电至2.75V，测出常温环境下电池的容量C1和能量E1。
将测试得到的容量C1和能量E1分别与该电池的额定容量和额定能量进行对比，剔除与额定容量的差值大于20mAh(±20mAh)的电池，同时还剔除与额定能量差值大于0.05Wh(±0.05Wh)的电池。
对余下的合格电池进行下述步骤3)的操作。
3)以电流0.52A的电流对电池恒流充电至电池的充电终止电压4.2V，继续以4.2V的电压对电池恒压充电，直至充电电流减小至0.13A后停止充电，将电池搁置30min后，以2.6A的电流对电池恒流放电至电压3.0V(由于电池在3.0V以下已基本处于空电状态，且此时电池的一致性会比较差，凸显的压差也会比较大)，搁置30min。根据测试结果，分别做出电池在充电过程中的电压-容量曲线、充电后搁置过程中的电压-时间曲线、放电过程中的电压-容量曲线、放电后搁置过程中的电压-时间曲线。根据绘制出的曲线，设定其中一只为标准曲线，剔除与标准曲线重合度较差的不合格电池。具体地：可剔除充电过程中相同容量下电压差(与标准曲线中数据相比)大于15mV(±15mV)的电池，剔除放电过程中相同容量下电压差(与标准曲线中数据相比)大于25mV(±25mV)的电池。
对余下的合格电池进行下述步骤4)的操作。
4)以0.52A的标准充电电流将电池的SOC调整至10～20％范围内的某一值，本实施例具体为15％，搁置2h以使电压稳定，记录搁置结束后电池的电压V1。然后采用该电池在该SOC下(15％SOC)允许的最大持续电流4A放电10s(秒)，记录第10s的电压V2，计算出电池在该SOC(15％SOC)状态下的直流内阻R1。
以标准放电将电池放电到2.75V，具体地：以1.3A的电流将电池放置至2.75V。然后以标准充电方式将电池充满电，再以标准放电将将电池的SOC调整至80～90％范围内的某一值(本例为85％)，搁置2h，记录搁置结束后电池的电压V3，然后以电池在该SOC下允许的最大持续电流8A放电10s，记录第10s的电压V4，计算出电池在该SOC状态下的直流内阻R2。
对测试得到的所有电池的R1求平均值，得到平均值R1’；同时对测试得到的所有电池的R2求平均值，得到平均值R2’。分别做出R1和R2的正态分布曲线，然后剔除R1与R1’之差在要求范围外的不合格电池，并且还剔除R2与R2’之差在要求范围外的不合格电池。具体地：既剔除R1与R1’之差大于0.5mΩ(±0.5mΩ)的电池，又剔除R2与R2’之差大于0.5mΩ(±0.5mΩ)的电池。
对余下的合格电池进行下述步骤4)的操作。
5)以标准充电电流将电池充满电，常温环境下搁置2h以使电压稳定，并测出电池搁置2h后的电压V5。然后将电池转入45℃的高温环境仓中搁置7day，之后从环境仓取出电池在常温环境下搁置2h，测出此时电池的电压V6。
比较V5和V6，剔除V5和V6之差在要求范围外的电池。
具体地：剔除V5和V6之差大于30mV的电池(V5-V6≤30mV未合格电池)。
对余下的合格电池进行下述步骤5)的操作。
6)按照电池的规格书要求，对电池进行一次标准放电，记录电池的放电容量C2；然后再进行一次标准充电和标准放电得到电池的放电容量，记录电池的容量C3。
比较C2和C1，同时比较C2和C3比较，剔除C2与C1比值在要求范围外的不合格电池，同时还剔除C2和C3的比值在要求范围外的不合格电池。具体地：剔除C2与C1的比值小于98％的电池，剔除C2与C3的比值在98～102％范围外的电池。
上述实施例只为说明本申请的技术构思及特点，其目的在于让人们能够了解本申请的内容并据以实施，并不能以此限制本申请的保护范围。凡根据本申请主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种锂电池一致性评价测试方法，其特征在于，该方法包括顺次进行的以下步骤：
1)从批量电池中随机抽取一定数量，根据电池的重量和内阻要求，剔除不合格电池；
2)常温环境下，按照电池的规格书要求，对步骤1)中合格电池进行标准充电和标准放电，测出各只电池在常温环境下的容量C1和能量E1，根据电池的放电容量和能量要求，剔除不合格电池；
3)以电流I1对步骤2)中合格电池恒流充电至电池的充电终止电压，搁置时间t1，然后以电流I2对电池恒流放电至电池的放电截止电压，搁置时间t2；
根据测试结果，分别做出电池在充电过程中的电压-容量曲线、充电后搁置过程中的电压-时间曲线、放电过程中的电压-容量曲线、放电后搁置过程中的电压-时间曲线，剔除与标准曲线重合度较差的不合格电池；
4)以标准充电电流将步骤3)中合格电池的SOC调整至10～20％，搁置2小时，记录搁置结束后电池的电压V1，然后采用该电池在该SOC下允许的最大持续电流I3放电10秒，记录第10秒的电压V2，计算出电池在该SOC状态下的直流内阻R1；
以标准放电制度将电池电量放空，之后以标准充电电流将电池的SOC调整至80～90％，搁置2小时，记录搁置结束后电池的电压V3，然后以电池在该SOC下允许的最大持续电流I4放电10秒，记录第10秒的电压V4，计算出电池在该SOC状态下的直流内阻R2；
计算出所有电池的所述直流内阻R1的平均值R1’，计算出所有电池的所述直流内阻R2的平均值R2’，将各只电池的所述直流内阻R1与所述平均值R1’比较，将各只电池的所述直流内阻R2与所述平均值R2’比较，剔除R1与R1’之差在要求范围外的不合格电池，同时剔除R2与R2’之差在要求范围外的不合格电池；
5)以标准充电电流将步骤4)中合格电池充满电，常温环境下搁置2小时，测出电池的电压V5；
将电池转入高温T环境仓中搁置一段时间，从所述环境仓取出电池在常温环境下搁置2小时，测出电池的电压V6；
比较V5和V6，剔除V5与V6之差在要求范围外的不合格电池；
6)按照电池的规格书要求，对步骤5)中合格电池进行标准充放电，测试容量记录电池的放电容量C2；然后再进行一次标准循环，记录电池的容量C3；
比较C2和C1，同时比较C2和C3比较，剔除C2与C1比值在要求范围外的不合格电池，剔除C2与C3的比值在要求范围外的不合格电池。
2.根据权利要求1所述的锂电池一致性评价测试方法，其特征在于，所述I1为电池的规格书规定的标准充电电流。
3.根据权利要求2所述的锂电池一致性评价测试方法，其特征在于，在所述步骤3)中，以电流I1对步骤2)中合格电池恒流充电至电池的充电终止电压后，再以所述充电终止电压对电池恒压充电，在前述恒压充电的过程中，当充电电流降低至0.25I1时停止充电，搁置所述时间t1。
4.根据权利要求1所述的锂电池一致性评价测试方法，其特征在于，在所述步骤2)中，剔除E1与额定能量的差值大于25mAh的电池，剔除C1与额定能量的差值大于0.05Wh的电池。
5.根据权利要求1所述的锂电池一致性评价测试方法，其特征在于，在所述步骤3)中，与所选的标准曲线相比，剔除充电过程中相同容量下电压差大于15mV的电池，剔除放电过程中相同容量下电压差大于25mV的电池。
6.根据权利要求1所述的锂电池一致性评价测试方法，其特征在于，在所述步骤4)中，剔除R1与R1’之差大于0.5mΩ的电池，剔除R2与R2’之差大于0.5mΩ的电池。
7.根据权利要求1所述的锂电池一致性评价测试方法，其特征在于，在所述步骤5)中，剔除V5与V5之差大于30mV的电池。
8.根据权利要求1所述的锂电池一致性评价测试方法，其特征在于，在所述步骤6)中，剔除C2与C1的比值低于98％的电池，剔除C2与C3的比值在98～102％范围外的电池。
9.根据权利要求1所述的锂电池一致性评价测试方法，其特征在于，所述t1和t2均为30min，所述I2为电池的规格书规定的标准放电电流。
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