專利名稱：：一種評價電池一致性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種評價電池一致性的方法。
背景技術(shù)：
：電池組是由多個單體電池串聯(lián)和/或并聯(lián)連接而成的，但是由于各單體電池的一致性差別，電池組經(jīng)過一定的充放電循環(huán)之后性能會有不同程度的下降，表現(xiàn)為容量衰減率的加大和電池組內(nèi)單體電池一致性差別變大。單體電池性能上參差不齊并不全是緣于電池的生產(chǎn)技術(shù)問題，從涂膜開始到成品要經(jīng)過多道工序，即使每道工序都經(jīng)過嚴(yán)格的檢測程序，使每只電池的電壓、內(nèi)阻、容量一致，使用一段時間后，也會產(chǎn)生差異。如果組成電池組的單體電池一致性不好，那么充放電過程會加大單體電池之間的差異，很容易引起部分電池過充電或過放電，而另一部分電池的性能得不到充分發(fā)揮，最終導(dǎo)致電池組性能的劣化，并且很快衰減或失效。針對此問題，目前主要的解決方法是用外加電路來管理和均衡電池組中電池的充放電狀態(tài)，但是根本的解決途徑在于挑選一致性好的單體電池組成電池組。因此，如何將性能指標(biāo)一致的單體電池挑選出來組成電池組，對生產(chǎn)電池組來說意義重大。目前，主要是根據(jù)電池的內(nèi)阻、電壓差及容量差來判定電池的一致性從而進(jìn)行分類挑選的。但是，通過電池內(nèi)阻、電壓差和容量差評價電池一致性的方法仍然具有一定的缺陷。因為即使是內(nèi)阻相同、電壓差很小、容量差別很小的兩個同種型號電池，組成電池組后仍然存在上述部分電池過充電或過放電，而另一部分電池的性能得不到充分發(fā)揮，最終導(dǎo)致電池組性能的劣化，并且很快衰減或失效的問題。由此可見，現(xiàn)有的評價方法并不能真正有效地判斷電池的一池一致性評價方法成為了迫在眉睫需要解決的問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中電池一致性評價方法不能真正有效地判斷電池的一致性的缺點，提供一種能夠真正有效地判斷電池一致性的方法。本發(fā)明提供了一種評價電池一致性的方法，其中，該方法包括獲取多個電池的電壓曲線，并比較所述多個電池的電壓曲線的緩慢恢復(fù)段BC在電壓方向上的高度和在時間方向上的距離，根據(jù)比較結(jié)果判斷多個電池的一致性；所述電壓曲線是指該多個電池各自在恒流充電或恒流放電以及隨后的擱置過程中電壓隨時間的變化曲線，所述緩慢恢復(fù)段BC為所述電壓曲線中電壓呈緩慢上升趨勢的區(qū)段。本發(fā)明提供的電池一致性評價方法通過不同電池的電壓曲線特征來判斷電池的一致性。實驗證明，通過電池的電壓曲線能更加直接的分辨不同電池的本質(zhì)差別，從而減少電池的不一致性對電池組造成的損傷，提高電池組的使用壽命。并且，本發(fā)明提供的電池一致性評價方法不僅提高了評價的準(zhǔn)確性，而且成本低廉，操作簡單、快捷，適合工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用。圖1為根據(jù)本發(fā)明對電池進(jìn)行恒電流放電以及隨后的擱置過程中電流隨時間變化的曲線。圖2為與圖1相對應(yīng)的反映電池電壓隨時間變化關(guān)系的電壓曲線。具體實施方式下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。圖1為根據(jù)本發(fā)明對電池進(jìn)行恒電流放電以及隨后的擱置過程中電流隨時間的變化曲線。從圖l可以看出，第一水平線段表示恒電流放電過程，第二水平線段表示擱置過程。圖2為與圖1相對應(yīng)的反映電池電壓隨時間變化關(guān)系的電壓曲線。從圖2可以看出，從時間為0至A點即橫坐標(biāo)為2000秒的點，電壓呈下降趨勢，該段曲線即橫坐標(biāo)為0-2000秒對應(yīng)的曲線表示與圖1相對應(yīng)的恒電流放電過程；從A點至B點，電壓急劇上升，A點與B點對應(yīng)的時間點相同，均為2000秒，因此AB段只有在電壓方向上的高度，在時間方向上的距離為O，由于AB段的電壓急劇上升，因此稱為瞬間恢復(fù)段AB;從B點至C點，電壓呈緩慢上升趨勢，因此稱為緩慢恢復(fù)段BC。AB和BC段均表示擱置過程。而C點以后，即使繼續(xù)擱置，電壓的變化非常小，基本呈電壓不變的水平趨勢。為明確起見，本發(fā)明中，A點是指電壓曲線中電壓由下降轉(zhuǎn)變?yōu)樯仙龝r的拐點，B點是指電壓由垂直上升變?yōu)榫徛仙墓拯c，C點是指電壓由緩慢上升變?yōu)楹愣ǖ墓拯c，所述恒定是指電壓變化不超過1Q"。根據(jù)本發(fā)明的方法，對電池進(jìn)行恒流放電或充電一擱置過程，通過這樣一個階躍電流得到的電壓曲線監(jiān)測該過程中的電池電壓，根據(jù)電壓的變化了解電池內(nèi)部的極化大小和鋰離子擴散快慢。對于鋰離子電池而言，電池正負(fù)極的擴散系數(shù)很小，電解液中鋰離子的遷移數(shù)很小，因此電池的極化主要表現(xiàn)為鋰離子在正負(fù)極中的擴散和電解液中鋰離子形成的濃度梯度。對應(yīng)于恒流放電過程，在恒流放電一段時間之后，因為鋰離子擴散和遷移的原因，電池正負(fù)極和電解液中形成了一個鋰離子的濃度梯度。恒流放電突然停止之后^2000s)，電池電壓有一瞬間恢復(fù)段AB，如圖2所示，該段電壓是電池內(nèi)部歐姆內(nèi)阻上分擔(dān)的電壓，因為放電電流消失，歐姆內(nèi)阻上承擔(dān)的電壓差也立刻消失。在該瞬間恢復(fù)段之后，電壓有一緩慢恢復(fù)段BC，該緩慢恢復(fù)段是電池內(nèi)部極化消除的階段，由于正負(fù)極材料和電解液中鋰離子濃度梯度的消失是一個擴散過程，因此該過程是緩慢進(jìn)行的，對應(yīng)的電壓也是緩慢的上升，最后達(dá)到一個基本穩(wěn)定的值。該緩慢恢復(fù)段BC對應(yīng)的是正負(fù)極鋰離子濃度梯度的消除和電解液中鋰離子濃度梯度的消除，該緩慢恢復(fù)段BC在電壓方向上的高度可以看作是極化內(nèi)阻上分擔(dān)的電壓的大小，對于一定的放電電流，該值越大則極化內(nèi)阻越大，則極化越大，因此，該緩慢恢復(fù)段BC在電壓方向上的高度可以用來表征電池極化的大小。該緩慢恢復(fù)段BC在時間方向上的長度可以用來表征電池正負(fù)極和電解液中鋰離子濃度梯度消除和擴散過程的快慢。因此可以用該緩慢恢復(fù)段BC在電壓方向上的高度和時間方向上的距離表征鋰電池的極化性能。根據(jù)本發(fā)明的評價方法，對若干只電池按照如圖1所示的相同的方式恒壓放電，得到如圖2所示的電壓曲線?？梢酝ㄟ^電壓曲線中的瞬間恢復(fù)段AB段在電壓方向上的高度表征電池歐姆內(nèi)阻的大小，所述瞬間恢復(fù)段AB在電壓方向上的高度越高，電池內(nèi)部歐姆內(nèi)阻越大；緩慢恢復(fù)段BC段的高度表征電池極化的大小，所述緩慢恢復(fù)段BC在電壓方向上的高度越高，電池極化內(nèi)阻越大；緩慢恢復(fù)段BC段在時間方向上的距離表征電池內(nèi)部鋰離子擴散的快慢，所述緩慢恢復(fù)段BC在時間方向上的長度越長，電池內(nèi)部鋰離子擴散速度越慢。在評價多個電池的一致性時，通過所述多個電池的電壓曲線的緩慢恢復(fù)段BC在電壓方向上的高度的差異和緩慢恢復(fù)段BC在時間方向上的距離大小的差異，來判定該多個電池的一致性，所述瞬間恢復(fù)段AB在電壓方向上的距離大小的差異、緩慢恢復(fù)段BC在電壓方向上的距離大小的差異和緩慢恢復(fù)段BC在電壓方向上的距離大小的差異越小，則所述多個電池的一致性越高。這樣，通過恒壓放電得到的電壓曲線就可以表征電池的一致性。根據(jù)本發(fā)明，以所述多個電池中的任意一個為基準(zhǔn)電池，通過所述多個電池與基準(zhǔn)電池的電壓曲線的緩慢恢復(fù)段BC在電壓方向上的高度的差異大小AA1和在時間方向上的距離的差異大小AA2來評價電池一致性。其中，H(n)和L(n)分別表示所述多個電池中，與基準(zhǔn)電池不同的一個電池的電壓曲線的緩慢恢復(fù)段BC在電壓方向上的高度和在時間方向上的距離，H(O)和L(O)分別表示基準(zhǔn)電池的電壓曲線的緩慢恢復(fù)段BC在電壓方向上的高度和在吋間方向上的距離，設(shè)定p為AAl與AA2之和，通過所述多個電池中每一個電池的p的大小，判斷多個電池的一致性，其中△A1=Ih(:);，)I篇力(1)総jL(n)-L(O)l,100%(2)L柳。上述p值越小，則表示所述多個電池中的該電池與基準(zhǔn)電池的一致性越好。并且所述多個電池中的每一個電池的p^8X，則判定該多個電池具有較好的一致性。本發(fā)明中，所述比較好的一致性是指，通過本發(fā)明的評價方法選擇的電池組成的電池組的使用循環(huán)次數(shù)，能夠達(dá)到對電池組使用的一般要求。例如，在本發(fā)明實施例l中，由該多個一致性比較好的電池串聯(lián)成的電池組以0.2C倍率充放電至初始容量的50%時的循環(huán)次數(shù)達(dá)到480次。在優(yōu)選情況下，本發(fā)明提供的方法還包括比較所述多個電池的電壓曲線的瞬間恢復(fù)段AB在電壓方向上的高度，根據(jù)比較結(jié)果判斷多個電池的一致性，所述電壓曲線的瞬間恢復(fù)段AB為所述電壓曲線中電壓呈急劇上升的片段。例如，可以根據(jù)所述多個電池中每一個電池的q的大小，判斷多個電池的一致性，q為AAl、AA2與AA3之和，M3=lH，O)lx廳(3)其中H'(0)和H'(n)分別表示所述多個電池中，基準(zhǔn)電池以及與基準(zhǔn)電池不同的一個電池的電壓曲線的瞬間恢復(fù)段AB在電壓方向上的高度。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)所述多個電池中每一個電池的qsl0^時，該多個電池具有更好的一致性。本發(fā)明中，所述更好的一致性表示比上述pj^時的比較好的一致性更高的一致性。例如，本發(fā)明實施例l中，由該多個一致性更好的電池串聯(lián)成的電池組以0.2C倍率充放電至初始容量的50%時的循環(huán)次數(shù)為600次，明顯優(yōu)于實施例1中由具有比較好的一致性的電池組成的相應(yīng)電池組的480次使用循環(huán)次數(shù)。在一些特殊情況下，可以通過對多個電池的上述綜合指標(biāo)中的單項指標(biāo)評價電池的一致性。在本發(fā)明中，所述多個電池為相同型號的電池。優(yōu)選情況下，所述多個電池均為鋰離子電池。在優(yōu)選情況下，本發(fā)明中，所述恒流放電或充電過程以及隨后的擱置過程可以通過充放電測試柜、數(shù)據(jù)采集儀、恒流恒壓源進(jìn)行。優(yōu)選情況下，由于其成本低廉，使用充放電測試柜，其中，所述充放電測試柜為常規(guī)的各種充放電測試柜。在數(shù)據(jù)采集頻率較高和/或電壓精度較高的情況下，可以通過數(shù)據(jù)采集儀采集電壓數(shù)據(jù)，其中，所述數(shù)據(jù)采集儀為常規(guī)的各種數(shù)據(jù)采集儀。根據(jù)本發(fā)明，對所述同一型號的電池進(jìn)行恒電流充電或放電的電流相差越小，評價結(jié)果越可靠，優(yōu)選情況下，對同一型號的多個電池恒電流充電或放電采用的電流大小之差不超過基準(zhǔn)電池工作電流的10%，充電或放電時間以及擱置時間之差各自不超過基準(zhǔn)電池的10%。進(jìn)一步優(yōu)選情況下，所述多個電池的恒流充電或恒流放電的電流大小以及恒流充電或恒流放電的時間各自相同。根據(jù)本發(fā)明，所述恒流充電或恒流放電的電流大小可以為電池工作電流的50-200%，優(yōu)選為電池工作電流的70-150%,進(jìn)一步優(yōu)選為80-120%;所述恒流充電或恒流放電的時間可以為5-120分鐘，優(yōu)選為10-80分鐘，進(jìn)一步優(yōu)選為20-50分鐘；根據(jù)本發(fā)明，為了使電壓完全恢復(fù)過來，所述擱置的時間為5-60分鐘，優(yōu)選為8-30分鐘，進(jìn)一步優(yōu)選為10-12分鐘。置的時間為5-60分鐘，優(yōu)選為8-30分鐘，進(jìn)一步優(yōu)選為10-12分鐘。本發(fā)明中，電池的容量和電壓差等因素也作為評價電池一致性的重要指標(biāo)，也可以將電池的容量和電壓差，同瞬間恢復(fù)段AB在電壓方向上的高度，緩慢恢復(fù)段BC在電壓方向上的高度和在時間方向上的長度一起納入評價指標(biāo)中，得到最終的綜合指標(biāo)。下面根據(jù)實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。實施例1該實施例用于說明本發(fā)明提供的電池一致性的評價方法。分別將編號分別為al、bl、cl、dl、el、fl、gl、hl、il、jl的10只滿電態(tài)鋰離子電池(BYD公司，LP053450鋰鈷電池，工作電流為1安培)放上充放電柜(藍(lán)奇BK6016)進(jìn)行充放電測試，讓10只電池進(jìn)行恒流放電，恒流放電電流為0.8安培，恒流放電時間為35分鐘，擱置時間為12分鐘。同時檢測電池的電壓，得到相應(yīng)的電壓-時間曲線。測量這10只電池電壓曲線的瞬間恢復(fù)段AB、緩慢恢復(fù)段BC段在電壓方向上的高度及緩慢恢復(fù)段BC段在時間方向上的長度。以al電池的瞬間恢復(fù)段AB在電壓方向上的高度、緩慢恢復(fù)段BC段在電壓方向上的高度，緩慢恢復(fù)段BC段在時間方向上的長度為基準(zhǔn)，則H，(O)為49毫伏，H(O)為101毫伏，L(O)為7.5分鐘，分別計算出b、c、d、e、f、g、h、i和j電池的p值和q值，如表1所示。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>從表1數(shù)據(jù)可以得出，M、cl、dl、el、hi及il電池的p值均小于8%，且bl、cl、dl及el電池的q值均小于10X，fl、gl和jl電池的p值均大于8%，因此，判定al電池和bl、cl、dl、el、fl及jl電池具有比較好的一致性，al電池和bl、cl、dl及el電池具有更好的一致性，該5個電池均可以用于串聯(lián)或并聯(lián)組成電池組，al電池和fl、gl和jl電池的一致性較差。實施例2該實施例用于說明本發(fā)明提供的電池一致性的評價方法。按照實施例1所述方法分別將編號分別為a2、b2、c2、d2、e2、f2、g2、h2、i2、j2的10只滿電態(tài)鋰離子電池進(jìn)行電池一致性的評價，不同的是恒流放電電流為0.9安培，恒流放電時間為50分鐘，擱置時間為10分鐘。結(jié)果如表2所示。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>從表2數(shù)據(jù)可以得出，a2電池和f2、g2、及j2電池的一致性評價綜合指標(biāo)數(shù)值p相差最大，且q值均大于10%,判定a2電池和f2、g2及j2電池的一致性較差，不能用于串聯(lián)或并聯(lián)組成電池組。實施例3該實施例用于說明本發(fā)明提供的電池一致性的評價方法。按照實施例1所述方法分別將編號分別為a3，、b3、c3、d3、e3、f3、g3、h3、i3、j3的10只滿電態(tài)鋰離子電池進(jìn)行電池一致性的評價，不同的是恒流放電電流為1.2安培，恒流放電時間為20分鐘，擱置時間為ll分鐘。結(jié)果如表3所示。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>從表3數(shù)據(jù)可以得出，a3電池和h3、i3、及j3電池的一致性評價綜合指標(biāo)數(shù)值p相差最大，且q值均大于10X，判定a3電池和h3、i3及j3電池的一致性較差，不能用于串聯(lián)或并聯(lián)組成電池組。實施例4該實施例用于驗證本發(fā)明方法的可靠性。將上述實施例1判定為一致性比較好的3支電池el、hl和il串聯(lián)組成電池組SS1，將另外判定為一致性更好的3支電池al、bl、cl串聯(lián)組成電池組SS1'，將上述實施例2驗證為較差的3支電池a2、f2、g2串聯(lián)組成電池組SS2，將上述實施例3驗證為一致性較差的3支電池a3、h3、j3串聯(lián)組成電池組SS3，分別將上述電池組SS1、SS1'、SS2和SS3用于充放電循環(huán)測試。充放電循環(huán)測試的步驟如下1)將電池組以0.02倍率的電流放電至電壓為15伏；2)靜置10分鐘；3)在室溫環(huán)境下以0.2倍率充電到20伏，截止電流0.02倍率，擱置10分鐘，0.2倍率電流放電至15伏，擱置10分鐘，此步驟往復(fù)循環(huán)；4)每次充放電循環(huán)結(jié)束記錄當(dāng)前容量，當(dāng)容量減小到初始容量的50%時結(jié)束測試，記錄此時循環(huán)次數(shù)。經(jīng)過循環(huán)測試發(fā)現(xiàn)SS1容量衰減到50%經(jīng)過了480個循環(huán)，SS1，容量衰減到50%經(jīng)過了600個循環(huán)，而SS2容量衰減到50%經(jīng)過了268個循環(huán)，SS3容量衰減到50%經(jīng)過了238個循環(huán)，由此可見，電池組SS1和電池組SS1，的充放電循環(huán)性能顯著優(yōu)于電池組ss2和ss3，且電池組ssi的充放電循環(huán)性能優(yōu)于電池組ssr，因此可以說明通過本發(fā)明的電池一致性評價方法可以準(zhǔn)確、有效地選擇電池以組成性能優(yōu)異、使用壽命長的電池組。權(quán)利要求1.一種評價電池一致性的方法，其特征在于，該方法包括獲取多個電池的電壓曲線，并比較所述多個電池的電壓曲線的緩慢恢復(fù)段(BC)在電壓方向上的高度和在時間方向上的距離，根據(jù)比較結(jié)果判斷多個電池的一致性；所述電壓曲線是指該多個電池各自在恒流充電或恒流放電以及隨后的擱置過程中電壓隨時間的變化曲線，所述緩慢恢復(fù)段(BC)為所述電壓曲線中電壓呈緩慢上升趨勢的區(qū)段。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，根據(jù)多個電池中每一個電池的p的大小，判斷多個電池的一致性，p為AAl與AA2之和；并且，認(rèn)二Ih油-h(o)卿100%(1)aa2JL(u)-l(0)|、鵬L(o)，其中，H(n)和L(n)分別表示所述多個電池中，與基準(zhǔn)電池不同的一個電池的電壓曲線的緩慢恢復(fù)段(BC)在電壓方向上的高度和在時間方向上的距離，H(O)和L(O)分別表示基準(zhǔn)電池的電壓曲線的緩慢恢復(fù)段(BC)在電壓方向上的高度和在時間方向上的距離，所述基準(zhǔn)電池為所述多個電池中的任杳一水3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述多個電池中的每一個電池的pS8QX，則判定該多個電池具有一致性。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該方法還包括比較所述多個電池的電壓曲線的瞬間恢復(fù)段(AB)在電壓方向上的高度，根據(jù)比較結(jié)果判斷多個電池的一致性，所述電壓曲線的瞬間恢復(fù)段(AB)為所述電壓曲線中電壓呈急劇上升的區(qū)段。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，根據(jù)所述多個電池中每一個電池的q的大小，判斷多個電池的一致性，q為AAl、AA2與AA3之和，并且，H(n)-H(O)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中，H(n)和L(n)分別表示所述多個電池中，與基準(zhǔn)電池不同的一個電池的電壓曲線的緩慢恢復(fù)段(BC)在電壓方向上的高度和在時間方向上的距離，H(O)和L(O)分別表示基準(zhǔn)電池的電壓曲線的緩慢恢復(fù)段(BC)在電壓方向上的高度和在時間方向上的距離，H'(0)禾卩H'(n)分別表示所述多個電池中，基準(zhǔn)電池以及與基準(zhǔn)電池不同的一個電池的電壓曲線的瞬間恢復(fù)段(AB)在電壓方向上的高度，所述基準(zhǔn)電池為所述多個電池中的任意一個。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述多個電池中每一個電池的c^10%，則判定該多個電池具有一致性。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述多個電池為相同型號的電池，所述多個電池的恒流充電或恒流放電的電流大小以及恒流充電或恒流放電的時間各自相同。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述多個電池均為鋰離子電池。9.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的方法，其中，所述恒流充電或恒流放電的電流大小為電池工作電流的50-200%，所述恒流充電或恒流放電的時間5-120分鐘；所述擱置的時間為5-60分鐘。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述恒流充電或恒流放電的電流大小為電池工作電流的70-150%，所述恒流充電或恒流放電的時間為10-80分鐘；所述擱置的時間為8-30分鐘。11.根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中，所述恒流充電或恒流放電的電流大小為電池工作電流的80-120%，所述恒流充電或恒流放電的時間為20-50分鐘；所述擱置的時間為10-12分鐘。全文摘要本發(fā)明公開了一種評價電池一致性的方法，其特征在于，該方法包括獲取多個電池的電壓曲線，并比較所述多個電池的電壓曲線的緩慢恢復(fù)段(BC)在電壓方向上的高度和在時間方向上的距離，根據(jù)比較結(jié)果判斷多個電池的一致性；所述電壓曲線是指該多個電池各自在恒流充電或恒流放電以及隨后的擱置過程中電壓隨時間的變化曲線，所述緩慢恢復(fù)段(BC)為所述電壓曲線中電壓呈緩慢上升趨勢的區(qū)段。通過電池的電壓曲線能更加直接的分辨不同電池的本質(zhì)差別，從而減少電池的不一致性對電池組造成的損傷，提高電池組的使用壽命。并且，本發(fā)明提供的電池一致性評價方法不僅提高了評價的準(zhǔn)確性，而且成本低廉，操作簡單、快捷，適合工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用。文檔編號G01R31/36GK101515022SQ20081000722公開日2009年8月26日申請日期2008年2月19日優(yōu)先權(quán)日2008年2月19日發(fā)明者瓊劉,吳光麟,李成亮申請人:比亞迪股份有限公司