CN113671391A - 一种用于锂离子电池微/短路信号识别预警的检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锂离子电池检测技术领域，尤其涉及一种用于锂离子电池微/短路信号识别预警的检测方法。本发明的检测方法可以对电池微/短路信号进行准确识别；不仅可以线下进行识别，也可以进行在线识别微/短路信号，提高了电池短路信号的识别时效性；另外，本发明的检测方法能够进一步明确特定的DOD区间，比较待测电池开路电压和标准电池电压，实时通过比较值判断待测电池是否出现异常电压，准确高效。本发明的另一个优势在于该方法可用于电池管理***，在线检测串并电池微短路信号。

Description

一种用于锂离子电池微/短路信号识别预警的检测方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池检测技术领域，尤其涉及一种用于锂离子电池微/短路信号识别预警的检测方法。
背景技术
锂离子电池作为一种新型高能绿色电池，被广泛的应用于新能源汽车等领域，这对锂离子电池安全性提出了更高的要求；与此同时，锂离子电池的安全问题也日益突出，引起了行业的高度重视。
锂离子电池在滥用条件下极易发生热失控，包括热滥用、机械滥用和电滥用。其中，内短路是电滥用最常见的形式，也是三元锂离子电池的自引发热失控安全问题的重要诱因之一(取决于内短路严重程度或短路阻值大小、产热-散热功率相对大小等)。当电池短路电阻较小时，外短路会引起电池电压骤降，电流和温度的急剧增加，在短时间内会产生大量的热，有引发热失控的可能；当短路电阻较大时，即小规模外短路，称之为微短路，在短时间内，微短路并不会引起电压、电流和温度的显著变化，不易被发现，仅仅表现为自放电率过大，然而，如果微短路长期发展，电池间的差异逐渐增加，再加上热的逐渐积累，就有可能引发安全问题。因此，电池微/短路必须得到有效的防控。
目前，多采用内短路检测方法对微/短路进行检测。但是，传统的电池内短路检测方法只能对非工作状态下的电池进行检测，而无法对使用中的电池进行检测，并且检测精度较低，对于一些潜在的微/短路信号尚无法识别。由此可见，开发一种能够准确识别电池微/短路信号识别的检测方法是本领域技术人员亟需解决的技术难题。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于锂离子电池微/短路信号识别预警的检测方法，该检测方法能够有效的判断锂离子电池是否发生微/短路；同时，该检测方法操作简单，准确度高。
具体地，本发明提供以下技术方案：
本发明提供一种用于锂离子电池微/短路信号识别预警的检测方法，包括：
将标准电池和待测电池分别进行充电，第一次充电后对应的电压分别记为Vbc1和Vc1，静置后，对应的电压分别记为OCVbc1和OCVc1；重复上述充电-静置的步骤多次，最后一次充电电压达到充电截止电压，每次充电后对应的电压分别记为Vbcn和Vcn，静置后，对应的电压分别记为OCVbcn和OCVcn；
将标准电池和待测电池分别进行放电，第一次放电后对应的电压分别记为Vbd1和Vd1，静置后，对应的电压分别记为OCVbd1和OCVd1；重复上述放电-静置的步骤多次，最后一次放电电压达到放电截止电压；每次放电后对应的电压分别记为Vbdn和Vdn，静置后，对应的电压分别记为OCVbdn和OCVdn；
将待测电池的电压值与标准电池的电压值进行比较，将电压差异值与预设阈值比较，进而判定待测电池是否出现微/短路信号。
本发明发现，采用上述检测方法对电池微/短路进行检测，可实现对使用中的电池进行检测的目的，且该检测方法精度较高。
在上述技术方案中，所述充电截止电压和所述放电截止电压可按照企业规定。
作为优选，所述将待测电池的电压值与标准电池的电压值进行比较，其计算方法为：
△OCVcn＝OCVcn－OCVbcn
△OCVdn＝OCVdn－OCVbdn。
利用上述计算方法可得到待测电池与标准电池在相同充放电时刻的电位差异。
进一步地，当△OCVcn≤10mV且△OCVdn≤10mV时，则认为没有检测到待测电池的微/短路信号；
当10mV≤△OCVcn＜20mV或10mV≤△OCVdn＜20mV时，则认为检测到待测电池的微/短路信号；
当△OCVcn＞20mV或△OCVdn＞20mV时，则认为待测电池发生了严重的微/短路。
作为优选，标准电池和待测电池的充电步骤可重复多次，且每次充电电压不大于充电截止电压；
作为优选，标准电池和待测电池的放电步骤可重复多次，且每次放电电压不小于放电截止电压。
作为优选，所述标准电池和待测电池均预先进行循环，而后放电至空电态。
进一步地，所述循环的温度为-20℃～55℃。
作为优选，所述检测方法包括：
将标准电池和待测电池分别进行循环，然后放电至空电态；
将标准电池以电流I1恒流充电5～300min，充电完毕后对应的电压记为Vbc1，静置30min以上后，对应的电压记为OCVbc1；重复上述充电-静置的步骤n次，直至充电电压达到充电截止电压V1；
将标准电池以电流D1恒流放电5～300min，放电完毕后对应的电压记为Vbd1，静置30min以上后，对应的电压记为OCVbd1；重复上述放电-静置的步骤n次，直至放电电压达到放电截止电压V1’；
将待测电池以电流I1恒流充电5～300min，充电完毕后对应的电压记为Vc1，静置30min以上后，对应的电压记为OCVc1；重复上述充电-静置的步骤n次，直至充电电压达到充电截止电压V1；
将待测电池以电流D1恒流放电5～300min，放电完毕后对应的电压记为Vd1，对应的容量标记为Qd1，静置30min以上后，对应的电压记为OCVd1；重复上述放电-静置的步骤n次，直至放电电压达到放电截止电压V1’。
进一步地，所述电流I1≤0.5C，所述截止电压V1≤4.6V。
进一步地，所述电流D1≤0.5C，所述截止电压V1’≤2.0V。
进一步地，在标准电池和待测电池的放电过程中，累积放电深度需达到70～90％DOD。
作为优选，所述待测电池的正极极片为富锂锰基正极材料或三元正极材料，负极活性物质为碳基负极材料或石墨负极材料。
本发明的检测方法尤其适用于上述待测电池。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明的检测方法可以对电池微/短路信号进行准确识别；不仅可以线下进行识别，也可以进行在线识别微/短路信号，提高了电池短路信号的识别时效性。
(2)本发明的检测方法能够进一步明确特定的DOD区间，比较待测电池开路电压和标准电池电压，实时通过比较值判断待测电池是否出现异常电压，准确高效。
(3)本发明的另一个优势在于该方法可用于电池管理***，在线检测串并电池微短路信号。
附图说明
图1为实施例1和2、对比例1充电过程电压差图；
图2为实施例1和2放电过程电压差图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。
实施例1
本实施例提供一种用于锂离子电池微/短路信号识别预警的检测方法，包括如下步骤：
(1)将标准电池和待测电池1(25Ah；正极材料为镍钴锰正极材料，负极材料为石墨)分别以0.33C恒流充电至电压为4.2V，然后以4.2V恒压充电至电流为1/20C，静置30min之后，再以0.33C恒流放电至电压为2.8V；上述循环进行3次，然后放电至空电态；
(2)将标准电池按0.1C恒流充电30min，静置3h，重复上述充电-静置的步骤，直至电池电压达到4.2V后再静置3h；然后将标准电池按0.1C恒流放电30min，静置3h，重复上述放电-静置的步骤，直至电池放电电压达到2.8V后再静置3h，记录不同阶段静置后电池的电压，如表1所示；
(3)将待测电池1按0.1C恒流充电30min，静置3h，重复上述充电-静置的步骤，直至电池电压达到4.2V后再静置3h；然后将待测电池1按0.1C恒流放电30min，静置3h，重复上述放电-静置的步骤，直至电池放电电压达到2.8V后再静置3h，记录不同阶段静置后电池的电压，如表2所示；
(4)将步骤(3)和步骤(2)中相同时刻的电压相减，与阈值电压进行比较发现，待测电池1在60～80％DOD时，电压差大于20mV，说明此时待测电池1出现明显短路；但是在＜30％DOD和40～60％DOD时，大于10mV但小于20mV。
表1标准电池充电和放电不同阶段静置后的电压值
SOC/DOD 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
充电/V 3.4198 3.4508 3.4998 3.5438 3.5789 3.6000 3.6158 3.6310 3.6489 3.6697
放电/V 4.1180 4.0578 3.9999 3.9459 3.8948 3.8449 3.7950 3.7280 3.6849 3.6570
SOC/DOD 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
充电/V 3.6998 3.7460 3.8080 3.8570 3.9059 3.9568 4.0107 4.0668 4.1257 4.1809
放电/V 3.6359 3.6189 3.6040 3.5820 3.5497 3.5169 3.4747 3.4338 3.4000 3.1867
表2实施例1中待测电池1充电和放电不同阶段静置后的电压值
SOC/DOD 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
充电/V 3.4248 3.4549 3.5038 3.5479 3.5829 3.604 3.6189 3.635 3.6517 3.6728
放电/V 4.1199 4.0588 4.0008 3.9469 3.8948 3.8449 3.7937 3.7258 3.6849 3.6579
SOC/DOD 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
充电/V 3.7019 3.7469 3.808 3.857 3.9069 3.9568 4.0098 4.065 4.1239 4.1828
放电/V 3.6378 3.6207 3.6058 3.5807 3.5488 3.5147 3.471 3.4328 3.3857 3.1067
实施例2
本实施例提供一种用于锂离子电池微/短路信号识别预警的检测方法，包括如下步骤：
(1)将标准电池和待测电池2(25Ah；正极材料为镍钴锰正极材料，负极材料为石墨)分别以0.33C恒流充电至电压为4.2V，然后以4.2V恒压充电至电流为1/20C，静置30min之后，再以0.33C恒流放电至电压为2.8V，上述循环进行3次，然后放电至空电态；
(2)将标准电池按0.1C恒流充电30min，静置3h，重复上述充电-静置的步骤，直至电池电压达到4.2V后再静置3h；然后将标准电池按0.1C恒流放电30min，静置3h，重复上述放电-静置的步骤，直至电池放电电压达到2.8V后再静置3h，记录不同阶段静置后电池的电压，如表1所示；
(3)将待测电池2按0.1C恒流充电30min，静置3h，重复上述充电-静置的步骤，直至电池电压达到4.2V后再静置3h；然后将待测电池2按0.1C恒流放电30min，静置3h，重复上述放电-静置的步骤，直至电池放电电压达到2.8V后再静置3h，记录不同阶段静置后电池的电压，如表3所示；
(4)将步骤(3)和步骤(2)中相同时刻的电压相减，与阈值电压进行比较发现，待测电池2△OCVcn≤10mV且△OCVdn≤10mV，则认为待测电池2无微短路信号。
表3实施例2中待测电池2充电和放电不同阶段静置后的电压值
SOC/DOD 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
充电/V 3.4229 3.4539 3.5029 3.5469 3.582 3.6027 3.6179 3.6337 3.6508 3.6728
放电/V 4.1199 4.0597 4.0017 3.9478 3.8969 3.8467 3.7959 3.7298 3.6858 3.6589
SOC/DOD 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
充电/V 3.7029 3.75 3.8108 3.8597 3.9087 3.9599 4.0138 4.0699 4.1288 4.1828
放电/V 3.6378 3.6207 3.6058 3.5829 3.551 3.5187 3.4759 3.4347 3.4009 3.1808
对比例1
本对比例提供一种用于锂离子电池微/短路信号识别预警的检测方法，包括如下步骤：
(1)将标准电池和待测电池1(25Ah；正极材料为镍钴锰正极材料，负极材料为石墨)分别电池以0.33C恒流充电至电压为4.2V，然后以4.2V恒压充电至电流为1/20C，静置30min之后，再以0.33C恒流放电至电压为2.8V；上述循环进行3次，然后放电至空电态；
(2)将标准电池按0.1C恒流充电30min，静置3h，重复上述充电-静置的步骤，直至电池电压达到4.2V后再静置3h；然后将标准电池按0.1C恒流放电30min，静置3h，重复上述放电-静置的步骤，直至电池放电电压达到2.8V后再静置3h，记录不同阶段静置后电池的电压，如表1所示；
(3)将待测电池1按0.1C恒流充电30min，静置3h，重复上述充电-静置的步骤6次；记录不同阶段静置后电池的电压，如表4所示；
(4)将步骤(3)和步骤(2)中相同时刻的电压相减，与阈值电压进行比较发现，待测电池1在0～30％SOC范围的△OCVcn≤10mV，按该结果说明待测电池1无微短路信号。
表4对比例1中待测电池1充电和放电不同阶段静置后的电压值
SOC/DOD 5 10 15 20 25 30
充电/V 3.4197 3.4506 3.4993 3.5435 3.5784 3.6000
此外，实施例1和2、对比例1充电过程电压差图如图1所示；实施例1和2放电过程电压差图如图2所示。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种用于锂离子电池微/短路信号识别预警的检测方法，其特征在于，包括：
将标准电池和待测电池分别进行充电，第一次充电后对应的电压分别记为Vbc1和Vc1，静置后，对应的电压分别记为OCVbc1和OCVc1；重复上述充电-静置的步骤多次，最后一次充电电压达到充电截止电压，每次充电后对应的电压分别记为Vbcn和Vcn，静置后，对应的电压分别记为OCVbcn和OCVcn；
将标准电池和待测电池分别进行放电，第一次放电后对应的电压分别记为Vbd1和Vd1，静置后，对应的电压分别记为OCVbd1和OCVd1；重复上述放电-静置的步骤多次，最后一次放电电压达到放电截止电压；每次放电后对应的电压分别记为Vbdn和Vdn，静置后，对应的电压分别记为OCVbdn和OCVdn；
将待测电池的电压值与标准电池的电压值进行比较，将电压差异值与预设阈值比较，进而判定待测电池是否出现微/短路信号。
2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述将待测电池的电压值与标准电池的电压值进行比较，其计算方法为：
△OCVcn＝OCVcn－OCVbcn
△OCVdn＝OCVdn－OCVbdn。
3.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，当△OCVcn≤10mV且△OCVdn≤10mV时，则认为没有检测到待测电池的微/短路信号；
当10mV≤△OCVcn＜20mV或10mV≤△OCVdn＜20mV时，则认为检测到待测电池的微/短路信号；
当△OCVcn＞20mV或△OCVdn＞20mV时，则认为待测电池发生了严重的微/短路。
4.根据权利要求1～3任一项所述的检测方法，其特征在于，标准电池和待测电池的充电步骤可重复多次，且每次充电电压不大于充电截止电压；
和/或，标准电池和待测电池的放电步骤可重复多次，且每次放电电压不小于放电截止电压。
5.根据权利要求1～4任一项所述的检测方法，其特征在于，所述标准电池和待测电池均预先进行循环，而后放电至空电态。
6.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于，所述循环的温度为-20℃～55℃。
7.根据权利要求1～6任一项所述的检测方法，其特征在于，包括：
将标准电池和待测电池分别进行循环，然后放电至空电态；
将标准电池以电流I1恒流充电5～300min，充电完毕后对应的电压记为Vbc1，静置30min以上后，对应的电压记为OCVbc1；重复上述充电-静置的步骤n次，直至充电电压达到充电截止电压V1；
将标准电池以电流D1恒流放电5～300min，放电完毕后对应的电压记为Vbd1，静置30min以上后，对应的电压记为OCVbd1；重复上述放电-静置的步骤n次，直至放电电压达到放电截止电压V1’；
将待测电池以电流I1恒流充电5～300min，充电完毕后对应的电压记为Vc1，静置30min以上后，对应的电压记为OCVc1；重复上述充电-静置的步骤n次，直至充电电压达到充电截止电压V1；
将待测电池以电流D1恒流放电5～300min，放电完毕后对应的电压记为Vd1，对应的容量标记为Qd1，静置30min以上后，对应的电压记为OCVd1；重复上述放电-静置的步骤n次，直至放电电压达到放电截止电压V1’。
8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，所述电流I1≤0.5C，所述截止电压V1≤4.6V；
和/或，所述电流D1≤0.5C，所述截止电压V1’≤2.0V。
9.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，在标准电池和待测电池的放电过程中，累积放电深度需达到70～90％DOD。
10.根据权利要求1～9任一项所述的检测方法，其特征在于，所述待测电池的正极极片为富锂锰基正极材料或三元正极材料，负极活性物质为碳基负极材料或石墨负极材料。
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