CN114035081A - 一种准确识别注液前电池电芯微短路问题的测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种准确识别注液前电池电芯微短路问题的测试方法，控制恒流输出为电芯充电，至稳定的测试电压，同时，步骤一，充电电压爬升及电压恒定保压阶段，控制电压采样通道对被测电芯两端电压实时采样并绘制充电过程电压动态变化曲线；步骤二，对电压爬升过程中的采样点进行计算，电压爬升过程中出现的最大电压跌落值Vd1；步骤三，对电压保压过程采样点进行计算，电压爬升至设置电压后到测试时间结束出现的最大电压跌落值Vd2；步骤四，通过捕捉到的Vd1和Vd2跟良品电芯测试的Vd1和Vd2阈值进行对比，识别测试中发生的瞬间微短路放电；本发明将电芯短路整个测试过程动态监控，通过测试波形中两个状态参数，可准确识别整个过程中发生的微短路问题。
Description
技术领域
本发明涉及电池电芯微短路测试技术领域，特别是指一种准确识别注液前电池电芯微短路问题的测试方法。
背景技术
电池短路会导致电池放电异常，甚至安全事故。电池生产过程中对注电解液前电池电芯(简称电芯)短路问题的检测识别至关重要，既可在成品电池阶段避免电池短路导致的放电异常及安全事故，也可提前识别出短路电芯，降低短路电芯的生产加工成本。
实际生产过程中，除料尘穿刺、隔膜击穿、折极耳等导致的严重短路问题外，存在很大比例的微短路电芯，微短路点是因料尘颗粒、隔膜缺陷以及电芯本身结构特点等导致的，在正负极施加高压激励后微短路点会发生瞬间放电，微短路点被高压放电过程熔断后将恢复为类似正常电芯状态，但该类电芯仍存在微短路放电灼烧缺陷或进一步导致短路的风险，是短路电芯中较难识别的一类。
目前电芯短路测试设备种类较多：万用表欧姆档测量、交流耐压测试、直流耐压测试、绝缘电阻测试等方法被诸多生产现场所应用，尤其以绝缘电阻测试法应用较多。
万用表欧姆档测量：采用施加小电流，采样电芯两端小电压信号，根据欧姆定律计算出电芯的阻值，通过阻值高低判断电芯是否合格。
交流耐压测试：采用施加交流高压激励，采样测试回路漏电流，通过漏电流值判定电芯是否有短路问题。
绝缘电阻测试：采用施加直流电压激励，采样测试回路漏电流，根据欧姆定律计算出电芯的阻值，通过阻值高低判断电芯是否合格。
万用表欧姆档测量的方法采用的施加微弱小信号的方式，而并未对电芯正负极间施加足够高的激励，而相当高比例的电芯问题点只有在测试电压足够高的测试条件下才可将问题点击穿以暴露问题，故而万用表欧姆档测量的方法只能识别已经短路的电芯并无法有效识别需要高压激励才可暴露的电芯的短路问题。
交流耐压测试的方法给被测电芯施加了交流高压激励，通过测量漏电流以判定电芯状态。一方面，因电芯为电容器，电容的“隔直通交”特性会使得交流耐压测试具有非常大的漏电流，该漏电流受电芯容值影响较大，电芯在冷压、热压以及电芯配对后容值变化较大情况下，电流波动较大故而无法准确识别判定；另一方面交流耐压测试设备原为家电等电器测试领域电气安全性能测试设备，测试电压有效值范围一般在300VAC～5000VAC，测试电压峰值在424V～7071V，而当前电池行业受隔离膜耐压限制，电芯的测试峰值电压普遍在100V-500V之间，且200V及以下电压测试占绝大多数，故而交流耐压测试法在电芯短路测试领域逐渐被淘汰。
绝缘电阻测试法也是家电等电器的电气安全性能测试中的一种测试方法，在电芯短路测试中其通过测得绝缘阻值高低进行结果判定，测试电压范围一般为25VDC～1000VDC，其电压范围能适应电芯短路测试要求。但电芯为明显的容性被测品，绝缘电阻在充电测试初期为恒流充电(电流最大恒流一般：1mA～10mA)，此时绝缘电阻测试设备电流输出达到最大，若按照阻值进行判定，以100V、1mA测试为例，充电阶段阻值为100kΩ，而电芯阻值下限均为MΩ级，故而绝缘电阻测试仪在充电阶段无法判定问题，而是根据测试时间结束时阻值高低进行判定。如此会将充电过程中发生的微短路问题“漏检”。另一方面绝缘电阻测试设备为获得稳定的阻值，而采用对测试结果“取平均”的算法，而以“100ms、250ms、500ms”等作为刷新周期对采样值“取平均”，如此可将ms内发生的瞬间放电问题“平均掩盖”，故而绝缘电阻测试设备已不能满足当下对电芯微短路问题识别检定的需求。
本发明旨在解决电池电芯阶段具有瞬间放电特点的微短路电芯的识别检测问题，以提高电池生产产线对问题电芯的识别能力，可支持电池在开发阶段识别产品设计缺陷，以指导设计者按照正确的方向设计电池。
发明内容
本发明采用施加直流高压激励并监控电压波形的测试方法，对电芯充电测试全过程进行监控，捕捉和计算测试过程中出现的最大电压跌落，以识别在高压测试中发生的微短路瞬间放电问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
控制恒流输出为电芯充电，至稳定的测试电压，同时包括以下步骤：
步骤一，充电电压爬升及电压恒定保压阶段，控制电压采样通道对被测电芯两端电压实时采样并绘制充电过程电压动态变化曲线；
步骤二，对电压爬升过程中的采样点进行计算，计算出电压爬升过程中出现的最大电压跌落值Vd1；
步骤三，对电压保压过程采样点进行计算，计算出电压爬升至设置电压后到测试时间结束出现的最大电压跌落值Vd2；
步骤四，通过捕捉到的Vd1和Vd2跟良品电芯测试的Vd1和Vd2阈值进行对比，识别测试过程中发生的瞬间微短路放电。
优选的，所述步骤一中电压动态变化曲线采样周期小于1us，以能识别放电过程在1ms等级的瞬间电压跌落。
本发明的有益效果在于：本发明提供的测试方法，将电芯短路整个测试过程动态监控，可准确识别充电和保压过程的瞬间微短路放电状态并将其量化为Vd1、Vd2，通过测试波形中这两个状态参数，可准确识别整个过程中发生的微短路问题。在电池电芯阶段的短路测试中，万用表、交流耐压测试仪和绝缘电阻测试仪均为从传统测试领域中移植、借用过来的测试设备，并未准对电池电芯短路的测试过程中发生的各类短路问题进行针对性的识别测试，故而无法对电芯中发生的部分微短路问题进行有效识别。本发明提供的测试方法为针对电芯短路测试过程中发生的微短路问题而设计的，具有更准确的目的性和识别能力。
附图说明
图1为负极料丝搭接或接近正极示意图；
图2为高压测试使料丝熔短但仍存在的示意图；
图3为合格电芯测试波形示意图；
图4为微短路电芯Vd1不合格波形示意图；
图5为微短路电芯Vd2不合格波形示意图；
图6为本测试方法的工作流程图。
图中：1.负极；2.隔离膜；3.正极；4.负极料丝；5.熔短后的负极料丝。
具体实施方式
下面结合具体实施例对发明进行进一步说明。
首先，通过图1和图2列举一种传统方法无法检测到的情况。
图中以负极掉料通过电芯边缘搭接至正极为例，负极掉料搭接至正极导致形成正负极短路回路，该短路回路在正负极间施加高压激励时会因过流能力弱而迅速融掉并伴有电弧发生，料丝被融掉部分后短路通道消失而恢复至非短路状态，但隔离膜会因料丝的熔断和电弧的发生而产生一定程度的灼烧损坏，像这种情况，传统的方法可能会无法检测到。
如图3至图6所示，本发明采用的方案为：控制恒流输出为电芯充电，至稳定的测试电压，同时包括以下步骤：
步骤一，充电电压爬升及电压恒定保压阶段，控制电压采样通道对被测电芯两端电压实时采样并绘制充电过程电压动态变化曲线；电压动态变化曲线采样周期小于1us，以能识别放电过程在1ms等级的瞬间电压跌落。
步骤二，对电压爬升过程中的采样点进行计算，计算出电压爬升过程中出现的最大电压跌落值Vd1；
步骤三，对电压保压过程采样点进行计算，计算出电压爬升至设置电压后到测试时间结束出现的最大电压跌落值Vd2；
步骤四，通过捕捉到的Vd1和Vd2跟良品电芯测试的Vd1和Vd2阈值进行对比，识别测试过程中发生的瞬间微短路放电。
以上所述方案，所属领域的技术人员无需付出创造性劳动，通过现有技术以及本领域的专业知识即可实施。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (2)
1.一种准确识别注液前电池电芯微短路问题的测试方法，其特征在于：控制恒流输出为电芯充电，至稳定的测试电压，同时包括以下步骤：
步骤一，充电电压爬升及电压恒定保压阶段，控制电压采样通道对被测电芯两端电压实时采样并绘制充电过程电压动态变化曲线；
步骤二，对电压爬升过程中的采样点进行计算，计算出电压爬升过程中出现的最大电压跌落值Vd1；
步骤三，对电压保压过程采样点进行计算，计算出电压爬升至设置电压后到测试时间结束出现的最大电压跌落值Vd2；
步骤四，通过捕捉到的Vd1和Vd2跟良品电芯测试的Vd1和Vd2阈值进行对比，识别测试过程中发生的瞬间微短路放电。
2.如权利要求1所述的一种准确识别注液前电池电芯微短路问题的测试方法，其特征在于：所述所述步骤一中电压动态变化曲线采样周期小于1us，以能识别放电过程在1ms等级的瞬间电压跌落。
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