CN110687469B - 一种锂离子电池定容方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锂离子电池定容方法，属于锂离子测试技术领域。本发明提供一种新的锂离子电池定容方法，包括：1）测定待测电池在n%SOC状态下的电池容量；2）将待测电池在n%SOC状态下的电池容量代入标准线性方程计算得到100%SOC状态下电池容量；所述标准线性方程是根据采集的标准电池的n%SOC状态下电池容量数据与100%SOC状态下电池容量数据线性拟合得出。本发明中的方法在测试新电池容量时，仅需测试n%SOC状态下电池容量，即可得到100%SOC状态下电池容量。本发明中的锂离子电池定容方法，大大缩短定容时间，提高电池的产能，降低企业生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池定容方法，属于锂离子测试技术领域。
背景技术
目前，受能源危机和环境危机的影响，锂电池在能源、交通、通信等领域得到越来越广泛的应用，锂电池行业得到了大力的发展。容量是指电池存储电量的大小，电池容量的单位是“mAh”或“Ah”。目前锂离子电池电池容量(C)的计算方法：容量C＝放电电池(恒流)I×放电时间(小时)T，而电池容量的测试方法一般为，将电池充至满电(满电电压范围为3.65-4.2V)，然后恒流放电至下限电压(下限电压范围为2.5V-3.0V)，记录电池放电过程中的电流和时间，根据记录的数值计算得到电池的容量。
锂离子电池行业基本都涉及容量测试过程，但电池容量测试需要将电池充满电，在充电至满电的过程中耗时较长，导致企业采购设备数量较多，成本较高。公开号为CN108896920A的中国发明专利申请中公开了一种低温HPPC测试时锂离子电池的定容方法，其中包括：S3、将电池以恒流转恒压的方式，在25℃环境仓中充满电；S4、将电池置于-20℃环境仓中，使电池达到热平衡；S5、将电池在-20℃环境仓中以1C放电3min，然后静置1h；S6、重复S5步骤，直至电池的电压达到2.8V时停止放电；S7、经步骤S5-S6累积的放电容量之和即为电池容量。该方法中仍然需要将电池充满电，在整个电池定容过程中，不仅浪费了大量的时间，还消耗了企业过多的资源。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂离子电池定容方法，能够缩短锂离子电池容量测试时间，不仅能降低企业的生产成本，而且能大幅度的提高企业的生产能力。
一种锂离子电池定容方法，包括如下步骤：
1)测定待测电池在n％SOC状态下的电池容量；
2)将待测电池在n％SOC状态下的电池容量代入标准线性方程计算得到100％SOC状态下电池容量；所述标准线性方程是根据采集的标准电池的n％SOC状态下电池容量数据与100％SOC状态下电池容量数据线性拟合得出；
所述n为50-80。
本发明提供一种新的锂离子电池定容方法，即是先选择若干个标准电池作为样本，计算得到n％SOC状态下的电池容量和100％SOC状态下的电池容量之间的线性关系。在测试新电池容量时，仅需将电池充电至n％SOC对应电压(充电时间短)，测试n％SOC状态下电池容量，并将该数据带入线性方程中，即可得到100％SOC状态下的电池容量；无需将电池充电至4.2V即可获得待测电池100％SOC状态下的电池容量。本发明中的锂离子电池定容方法，选择合理的充放电工步，缩短电池的定容时间，提高电池的产能，降低企业生产成本。
本发明步骤1)中n％SOC状态下电池容量测定方法可以为常规方法，优选的n％SOC状态下电池容量的测定方法包括：A、取待测电池，以第一电流恒流充电至n％SOC对应电压，然后恒压充电至终止电流；所述第一电流为0.2C～0.6C；所述终止电流为2.0-3.0A；B、静置5～30min后，放电至终止电压，根据放电电流和时间计算n％SOC状态下电池容量；所述终止电压为2.5V～3.0V。
一般的，步骤A中所述n％SOC对应电压分别为：当n为50时，对应电压为3.68V；当n为60时，对应电压为3.73V；当n为70时，对应电压为3.8V；当n为80时，对应电压为3.87V。
优选的，步骤B所述放电采用如下步骤：I、以第二电流恒流放电至终止电压，根据放电电流和时间计算容量数据a1；所述第二电流为0.2C～0.6C；II、静置5～30min后，以第三电流恒流放电至终止电压，根据放电电流和时间计算容量数据a2；所述第三电流为0.05C～0.15C；所述容量a1与容量a2之和即为n％SOC状态下电池容量。本发明中通过0.2C～0.6C、0.05C～0.15C两阶段恒流放电获得电池容量，步骤相对简单，并且测试准确度高、误差小。
具体的，步骤2)中所述标准线性方程的获得方法为：取若干个标准电池，分别测定n％SOC状态下电池容量Y和100％SOC状态下电池容量X；将所有标准电池的X和Y数据拟合得到标准线性方程。优选的，所述若干个标准电池为50-200个标准电池。
在本发明中，所述标准电池的n％SOC状态下电池容量测定方法与待测电池n％SOC状态下电池容量测定方法相同。以保持测试方法的一致性，提高定容准确度。
本发明所述标准电池的100％SOC状态下电池容量可以通过常规方法获得，优选的所述标准电池的100％SOC状态下电池容量测定方法包括：a、以第四电流恒流充电至100％SOC对应电压，然后恒压充电至终止电流；所述第四电流为0.2C～0.6C；b、静置5～30min后，放电至终止电压，根据放电电流和时间计算100％SOC状态下电池容量。
优选的，步骤a中所述100％SOC对应电压为4.1-4.3V。进一步优选的，所述100％SOC对应电压为4.2V。
优选的，步骤b所述放电采用如下步骤：i、以第五电流恒流放电至终止电压，根据放电电流和时间计算容量数据b1；所述第五电流为0.2C～0.6C；ii、静置5～30min后，以第六电流恒流放电至终止电压，根据放电电流和时间计算容量数据b2；所述第六电流为0.05C～0.15C；所述容量b1与容量b2之和即为100％SOC状态下电池容量数值。
优选的，所述第四电流与第一电流相同；所述第五电流与第二电流相同；所述第六电流与第三电流相同。
本发明中标准电池的n％SOC状态下电池容量与100％SOC状态下电池容量之间的线性关系可以通过常规的方法得到，优选的，也可以通过Minitab软件计算得到线性方程式。
附图说明
图1为本发明实施例1中70％SOC、100％SOC状态下电池容量之间线性关系图；
图2为本发明实施例2中50％SOC、100％SOC状态下电池容量之间线性关系图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明。除特殊说明的之外，各实施例及试验例中所用的设备和试剂均可从商业途径得到。
实施例1
本实施例的锂离子电池定容方法，包括如下步骤：
1)取化成后的170个标准电池，测定其70％SOC状态下电池容量和100％SOC状态下电池容量；统计并计算70％SOC状态下电池容量和100％SOC状态下电池容量之间的线性关系，得到线性方程式；
测定电池样本70％SOC状态下电池容量和100％SOC状态下电池容量的方法如下所示：
A、选取化成后的电池，静置10min；
B、以0.3C电流恒流充电至3.8V，然后恒压充电至2.5A；
C、静置10min后，以0.3C电流恒流放电至2.7V，使用放电电流乘以时间获得容量a1；
D、静置10min后，以0.1C电流恒流放电至2.7V，使用放电电流乘以时间获得容量a2；a1+a2即为70％SOC状态下电池容量；
E、以0.3C电流恒流充电至4.2V，然后恒压充电至2.5A；
F、静置10min后，以0.3C电流恒流放电至2.7V，使用放电电流乘以时间获得容量b1；
G、静置10min后，以0.1C电流恒流放电至2.7V，使用放电电流乘以时间获得容量b2；b1+b2即为100％SOC状态下电池容量。
具体过程如表1所示，表1中步骤4获得容量a1，步骤6获得容量a2；步骤10获得容量b1，步骤12获得容量b2；a1+a2即为70％SOC状态下电池容量，b1+b2即为100％SOC状态下电池容量；获得170组数据，其中3组数据如表2所示。
表1锂离子电池定容容量测定过程表
| 工步号 | 流程名称 | 电流 | 电压 | 截止条件 |
| 1 | 静置 | / | / | 10min |
| 2 | 恒流恒压充电 | 0.3C | 3.8V | 2.5A |
| 3 | 静置 | / | / | 10min |
| 4 | 恒流放电 | 0.3C | 2.7V | |
| 5 | 静置 | / | / | 10min |
| 6 | 恒流放电 | 0.1C | 2.7V | |
| 7 | 静置 | / | / | 10min |
| 8 | 恒流恒压充电 | 0.3C | 4.2V | 2.5A |
| 9 | 静置 | / | / | 10min |
| 10 | 恒流放电 | 0.3C | 2.7V | |
| 11 | 静置 | / | / | 10min |
| 12 | 恒流放电 | 0.1C | 2.7V | |
| 13 | 静置 | / | / | 10min |
表2锂离子电池70％SOC、100％SOC定容容量测定结果表
将获得170组70％SOC状态下电池容量和100％SOC状态下电池容量数据输入Minitab软件中，计算n％SOC状态下电池容量和100％SOC状态下电池容量之间的线性关系(如图1所示)，得到线性方程式：Y＝-5.344+0.778X，X为100％SOC状态下电池容量，Y为70％SOC状态下电池容量。
2)取待测1支新电池，然后按照步骤1)中的方法测定其70％SOC状态下电池容量；70％SOC实际状态下电池容量：Y＝34.588Ah(0.3C放电)+0.994Ah(0.1C放电)＝35.582Ah。
将待测电池70％SOC状态下电池容量代入步骤1)中所述线性方程式中，计算得到100％SOC电池容量；将Y代入公式：Y＝-5.344+0.778X(R-Sq＝94.7％)；可得100％SOC理论容量X理论＝52.604Ah。
按照步骤1)中的方法测试该新电池实际的100％SOC电池容量：X实际＝51.751Ah(0.3C放电)+0.987Ah(0.1C放电)＝52.738Ah；误差＝∣X实际-X理论∣/X实际＝0.25％，误差较小。
实施例2
本实施例的锂离子电池定容方法，包括如下步骤：
1)取化成后的64个电池，测定其50％SOC状态下电池容量和100％SOC状态下电池容量；统计并计算50％SOC状态下电池容量和100％SOC状态下电池容量之间的线性关系，得到线性方程式；
测定电池样本50％SOC状态下电池容量和100％SOC状态下电池容量的方法如下所示：
A、选取化成后的电池，静置10min；
B、以0.3C电流恒流充电至3.68V，然后恒压充电至2.5A；
C、静置10min后，以0.3C电流恒流放电至2.7V，使用放电电流乘以时间获得容量a1；
D、静置10min后，以0.1C电流恒流放电至2.7V，使用放电电流乘以时间获得容量a2；a1+a2即为50％SOC状态下电池容量；
E、以0.3C电流恒流充电至4.2V，然后恒压充电至2.5A；
F、静置10min后，以0.3C电流恒流放电至2.7V，使用放电电流乘以时间获得容量b1；
G、静置10min后，以0.1C电流恒流放电至2.7V，使用放电电流乘以时间获得容量b2；b1+b2即为100％SOC状态下电池容量。
具体过程如表3所示，表3中步骤4获得容量a1，步骤6获得容量a2；步骤10获得容量b1，步骤12获得容量b2；a1+a2即为50％SOC状态下电池容量，b1+b2即为100％SOC状态下电池容量；获得64组数据，其中3组数据如表4所示。
表3锂离子电池定容容量测定过程表
| 工步号 | 流程名称 | 电流 | 电压 | 截止条件 |
| 1 | 静置 | / | / | 10min |
| 2 | 恒流恒压充电 | 0.3C | 3.68V | 2.5A |
| 3 | 静置 | / | / | 10min |
| 4 | 恒流放电 | 0.3C | 2.7V | |
| 5 | 静置 | / | / | 10min |
| 6 | 恒流放电 | 0.1C | 2.7V | |
| 7 | 静置 | / | / | 10min |
| 8 | 恒流恒压充电 | 0.3C | 4.2V | 2.5A |
| 9 | 静置 | / | / | 10min |
| 10 | 恒流放电 | 0.3C | 2.7V | |
| 11 | 静置 | / | / | 10min |
| 12 | 恒流放电 | 0.1C | 2.7V | |
| 13 | 静置 | / | / | 10min |
表4锂离子电池50％SOC、100％SOC定容容量测定结果表
将获得64组50％SOC状态下电池容量和100％SOC状态下电池容量数据输入Minitab软件中，计算n％SOC状态下电池容量和100％SOC状态下电池容量之间的线性关系(如图2所示)，得到线性方程式：Y＝-7.548+0.627X，X为100％SOC状态下电池容量，Y为50％SOC状态下电池容量。
2)取待测1支新电池，然后按照步骤1)中的方法测定其50％SOC状态下电池容量；50％SOC状态下电池容量：Y＝24.674Ah(0.3C放电)+1.074Ah(0.1C放电)＝25.748Ah。
将待测电池50％SOC状态下电池容量代入步骤1)中所述线性方程式中，计算得到100％SOC电池容量；将Y代入公式：Y＝-7.548+0.627X(R-Sq＝92.9％)；可得100％SOC理论容量X理论＝53.104Ah。
按照步骤1)中的方法测试该新电池实际100％SOC电池容量：X实际＝51.672Ah(0.3C放电)+1.043Ah(0.1C放电)＝52.715Ah；误差＝∣X实际-X理论∣/X实际＝0.74％，误差较小。
Claims (7)
1.一种锂离子电池定容方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）测定待测电池在n%SOC状态下的电池容量；
2）将待测电池在n%SOC状态下的电池容量代入标准线性方程计算得到100%SOC状态下电池容量；所述标准线性方程是根据采集的标准电池的n%SOC状态下电池容量数据与100%SOC状态下电池容量数据线性拟合得出；
所述n为50-80；
步骤1）中n%SOC状态下电池容量的测定方法包括：
A、取待测电池，以第一电流恒流充电至n%SOC对应电压，然后恒压充电至终止电流；所述第一电流为0.2C～0.6C；所述终止电流为2.0-3.0A；
B、静置5～30min后，放电至终止电压，根据放电电流和时间计算n%SOC状态下电池容量；所述终止电压为2.5V～3.0V；
步骤B所述放电采用如下步骤：
I、以第二电流恒流放电至终止电压，根据放电电流和时间计算容量数据a1；所述第二电流为0.2C～0.6C；
II、静置5～30min后，以第三电流恒流放电至终止电压，根据放电电流和时间计算容量数据a2；所述第三电流为0.05C～0.15C；
所述容量a1与容量a2之和即为n%SOC状态下电池容量。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池定容方法，其特征在于，步骤A中所述n%SOC对应电压分别为：当n为50时，对应电压为3.68V；当n为60时，对应电压为3.73V；当n为70时，对应电压为3.8V；当n为80时，对应电压为3.87V。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池定容方法，其特征在于，步骤2）中所述标准线性方程的获得方法为：
取若干个标准电池，分别测定n%SOC状态下电池容量Y和100%SOC状态下电池容量X；将所有标准电池的X和Y数据拟合得到标准线性方程。
4.根据权利要求3所述的锂离子电池定容方法，其特征在于，所述标准电池的n%SOC状态下电池容量测定方法与待测电池n% SOC状态下电池容量测定方法相同。
5.根据权利要求3所述的锂离子电池定容方法，其特征在于，所述标准电池的100%SOC状态下电池容量测定方法包括：
a、以第四电流恒流充电至100% SOC对应电压，然后恒压充电至终止电流；所述第四电流为0.2C～0.6C；
b、静置5～30min后，放电至终止电压，根据放电电流和时间计算100%SOC状态下电池容量。
6.根据权利要求5所述的锂离子电池定容方法，其特征在于，步骤a中所述100% SOC对应电压为4.1-4.3V。
7.根据权利要求5所述的锂离子电池定容方法，其特征在于，步骤b所述放电采用如下步骤：
i、以第五电流恒流放电至终止电压，根据放电电流和时间计算容量数据b1；所述第五电流为0.2C～0.6C；
ii、静置5～30min后，以第六电流恒流放电至终止电压，根据放电电流和时间计算容量数据b2；所述第六电流为0.05C～0.15C；
所述容量b1与容量b2之和即为100%SOC状态下电池容量数值。
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| GR01 | Patent grant | ||
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Denomination of invention: A method for determining the capacity of lithium-ion batteries Effective date of registration: 20230824 Granted publication date: 20220510 Pledgee: Industrial Bank Co.,Ltd. Luoyang Branch Pledgor: Luoyang storage and Transformation System Co.,Ltd. Registration number: Y2023980053597 |
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