專利名稱：鋰離子二次電池經(jīng)過衰減后的容量檢測方法
技術領域：
本發(fā)明屬于鋰離子二次電池容量檢測技術，尤其涉及一種鋰離子二次電池經(jīng)過衰減后的容量檢測方法。
背景技術：
鋰離子二次電池具有電壓高、比能量高、循環(huán)使用次數(shù)多、存儲時間長等優(yōu)點，不僅在便攜式電子設備上如移動電話、數(shù)碼攝像機和手提電腦得到廣泛應用，而且也廣泛應用于電動汽車、電動自行車、電動工具等大中型電動設備以及電站和應急備用電源等方面。因此對鋰離子二次電池的性能要求越來越高。特別是將鋰離子二次電池作為應急備用電源的時候，對電池經(jīng)若干時間使用后容量衰減情況的把握更加重要。但在作為應急電源使用時,采取放電至100%D0D (Depth ofDischarge放電深度)的測定方法將會使電源在一段時間內(nèi)失去應急的效用且浪費時間、能源與經(jīng)費。電池完全放電(即放電至100%D0D)的方法測定電池容量，也就是將電池放電至生產(chǎn)商規(guī)定的放電電壓或電流的最低值。如果在電池完全放電后，剛好斷電，則應急電源無法供電，也就無法起到應急的效用。專利申請?zhí)?201010265668.0公開一種估算鋰離子動力電池組剩余可用容量的方法和系統(tǒng)。該方法通過記錄充電過程中電流值和充電所用的時間，采用安時積分法計算鋰離子二次電池開始放電時的總的可用容量，從而得到鋰離子二次電池總的可用容量的值A;記錄放電過程中開路電壓和電壓降通過電壓降AV來選擇計算剩余可用容量百分率所用的曲線函數(shù)，得到鋰離子二次電池剩余可用容量的百分率a;利用溫度與剩余可用SOC之間的關系，得到當前溫度下電池剩余可用容量SOC的使用效率；所有電池的A*a*相加即為鋰離子二次電池組的剩余可用容量。實現(xiàn)該方法的系統(tǒng)為包含用于監(jiān)測電池組信息的電壓、電流和溫度監(jiān)控模塊，此監(jiān)控模塊將監(jiān)測到的信息反饋至MCU，MCU將估算得到的鋰離子動力電池組剩余可用容量輸出。該專利缺點1.以A來估算電池的總?cè)萘坎粶蚀_，忽略了充放電效率的問題。即充進電池的電量并不等于電池能放出的電量。2.電池電壓V與電池的剩余容量是非線性的關系；且在電池使用過程中，電池的電壓-放電容量曲線會產(chǎn)生變化,故用電壓值V來估算容量并不精確。申請?zhí)?201210488606.5公開了一種鋰離子二次電池的電池容量快速檢測方法，包括步驟:第一步:選取全部電池中的任意數(shù)目作為樣本電池組，然后測量樣本電池組中每個電池的實際放電容量；第二步:測量樣本電池組中每個電池的開路電壓；第三步:根據(jù)樣本電池組中每個電池的實際放電容量和開路電壓，獲得實際放電容量和開路電壓之間的對應關系；第四步:對于除樣本電池組之外剩下的每個電池分別測量開路電壓；第五步:根據(jù)每個電池的實際放電容量和開路電壓之間的對應關系，獲得剩下每個電池的實際放電容量。該項發(fā)明可以對多個鋰離子二次電池在不同條件下實際放電容量進行高效、快捷地檢測。該專利缺點1.由于制造的一致性無法保證，不同的樣本間肯定會存在差異。且在有差異的情況下用測定的樣本去標定未測定的測量對象必然不準確。2.電池電壓V與電池的剩余容量是非線性的關系；且在電池使用過程中，電池的電壓-放電容量曲線會產(chǎn)生變化，故用電壓值V來估算容量并不精確。3.該方法需將樣本完全放電以標定放電容量，不利于應急使用。且產(chǎn)生能量、經(jīng)費的浪費。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述技術的不足，提供一種鋰離子二次電池經(jīng)過衰減后的容量檢測方法，通過測量鋰離子二次電池的剩余容量及某溫度下的交流內(nèi)阻，比照交流內(nèi)阻-放電容量擬合曲線，得出電池當時的容量衰減程度，估算電池容量。無需采用電池放電0%至100%D0D的常規(guī)方法，即可估算電池容量衰減程度。本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，采用以下技術方案:一種鋰離子二次電池經(jīng)過衰減后的容量檢測方法，包括以下步驟，I)在選定的荷電狀態(tài)以及選定的溫度條件下，針對待測鋰離子二次電池若干次采集其交流內(nèi)阻數(shù)據(jù)和放電深度從0%到100%的放電容量數(shù)據(jù)；2)將采集到的交流內(nèi)阻與放電容量數(shù)據(jù)錄入電腦中，通過數(shù)據(jù)處理，得到交流內(nèi)阻與放電容量的交流內(nèi)阻-放電容量擬合曲線；3)測鋰離子二次電池在日后的使用過程中，需要測定其經(jīng)過一段時間衰減后的容量時，只需測量與之前采集交流內(nèi)阻時相同的荷電狀態(tài)、相同溫度時，以相同頻率測量的交流內(nèi)阻；4)將測得的交流內(nèi)阻對照之前的交流內(nèi)阻-放電容量擬合曲線，即可得到電池在裳減后的各量。所述測量鋰離子二次電池交流內(nèi)阻時使用的交流頻率定義在700至1300Hz。所述鋰離子二次電池在固定測量頻率、固定溫度以及固定荷電狀態(tài)條件下測定的交流內(nèi)阻與衰減后容量呈線性關系的擬合曲線。所述采集鋰離子二次電池的交流內(nèi)阻及放電容量數(shù)據(jù)的次數(shù)至少兩次。有益效果:與現(xiàn)有技術相比，通過測量鋰離子二次電池的剩余容量及一定的溫度條件下的交流內(nèi)阻，通過數(shù)據(jù)處理得到內(nèi)阻與容量的呈線性關系的擬合曲線；鋰離子二次電池使用過程中，當需要測定鋰離子二次電池經(jīng)過一段時間衰減后的容量時，只需在與之前采集鋰離子二次電池相同的SOC狀態(tài)、溫度及以相同頻率的條件下測量，采集到的交流內(nèi)阻與之前的交流內(nèi)阻-放電容量擬合曲線對照比較，即可得到電池在衰減后的容量。依據(jù)交流內(nèi)阻與電池容量的線性關系，對容量進行估算，避免了由多次充放電造成的時間、能源與經(jīng)費方面的浪費，同時可以獲得較高的檢測速度與精度。尤其是適用于聚合物以及方形鋰離子二次電池，避免了多次充放電檢測所帶來的時間、經(jīng)費、能源上的浪費，可以獲得較高的檢測速度與精度。


圖1是鋰離子二次電池正常充放電示意圖；圖2是鋰離子二次電池經(jīng)過一段時間衰減后的狀態(tài)示意圖；圖3是實施例1的交流內(nèi)阻-放電容量曲線圖；圖4是實施例2的交流內(nèi)阻-放電容量曲線圖；圖5是實施例3的交流內(nèi)阻-放電容量曲線圖。
具體實施例方式下面結(jié)合較佳實施例詳細說明本發(fā)明的具體實施方式
。本發(fā)明提供一種鋰離子二次電池經(jīng)過衰減后的容量檢測方法，包括以下步驟，I)在選定的荷電狀態(tài)以及選定的溫度條件下，針對待測鋰離子二次電池若干次(至少兩次)地采集其交流內(nèi)阻數(shù)據(jù)和放電深度從0%到100%的放電容量數(shù)據(jù)；2)將采集到的交流內(nèi)阻與放電容量數(shù)據(jù)錄入電腦中，通過數(shù)據(jù)處理，得到交流內(nèi)阻與放電容量的交流內(nèi)阻-放電容量擬合曲線；3)測鋰離子二次電池在日后的使用過程中，需要測定其經(jīng)過一段時間衰減后的容量時，只需測量與之前采集交流內(nèi)阻時相同的荷電狀態(tài)、相同溫度時，以相同頻率測量的交流內(nèi)阻；4)將測得的交流內(nèi)阻對照之前的交流內(nèi)阻-放電容量擬合曲線，即可得到電池在裳減后的各量。所述測量鋰離子二次電池交流內(nèi)阻時使用的交流頻率定義在700至1300Hz。所述鋰離子二次電池在固定測量頻率、固定溫度以及固定荷電狀態(tài)條件下測定的交流內(nèi)阻與衰減后容量呈線性關系的擬合曲線。理論分析如圖1所示，為鋰離子二次電池正常充放電示意圖。如圖所示，N為負極，P為正極、X為鋰離子、G為隔膜。如圖2所示，在重復充放電使用或經(jīng)過`一段時間的存儲過后，因為在負極表面生成含有Li的薄膜M而形成電池性能衰減。設由此造成的容量損失為Q。設薄膜M的厚度為t，薄膜中Li的密度為d (此處將薄膜M視為材質(zhì)均勻的物質(zhì))，S為沿Y-Y線切斷后的橫截面積。則有式①Q(mào)=dXtXS......①測得的鋰離子二次電池交流阻抗Rac可以為認為由負極表面生成的薄膜的阻抗Rfilm與其他阻抗R ^共同構(gòu)成。用式②表示Rac = R film + R O ……②此處的Rac為電池被施加一定頻率的交流電壓與交流電流所測得的交流阻抗。此時，R ^可視為為常數(shù)。對負極表面生成的薄膜進行以下的設定，含有Li的薄膜M的電阻率為P (此處將薄膜M視為材質(zhì)均勻的物質(zhì))，薄膜的厚度為t，其橫截面積為3，則1^ film可由式③表示R film = P.t / S......③由式①②③，Rac 一 Rfilm+Ro(帶入式3) ~(帶入式I) = TTx
SSd
= ^-X Q + R (其中 P，S，d，R0 都是常數(shù))即Rac = AXQ+B (A, B 為常數(shù))可知二次電池的交流阻抗R AC與容量損失Q的關系可表示為式④R Ac = A X Q + B......④其中A，B皆為常數(shù)。即測得的交流阻抗與容量損失呈線性關系。設電池初始容量為Qtl,經(jīng)衰減后的容量為Qrest,則有Qrest=Q0-Q ……⑤而Qci也是一個 常數(shù)，所以電池衰減后的剩余容量Qrest與交流阻抗Rac也呈線性關系O因公式中的參數(shù)P，S，d，Rtl，都與溫度、SOC狀態(tài)、測量電池交流內(nèi)阻時所施加的頻率有關，所以在測量時，要盡量保證測量電池時的溫度、SOC狀態(tài)以及所用交流頻率一致。這樣才能使得根據(jù)測量的交流內(nèi)阻推導出的容量值比較準確。本發(fā)明對被測電池選定的溫度以及SOC狀態(tài)沒有特殊要求。只需在測量時，保證與之前預先測量的溫度、SOC狀態(tài)相同即可。制作擬合曲線時，數(shù)據(jù)的測量并非必須在鋰離子二次電池剛剛制成的成品時進行，也可以在使用或存儲的中途測量、取點、制圖。實施例1選用標稱容量為16.5Ah的鋰離子二次電池(即1C=16.5A)。在25°C條件下，使用IC電流恒流充電至3.65V，再恒壓充電至電流減小到1C/20 (即0.825A)時充電截止。將此時的充電狀態(tài)定義為100%S0C，即0%放電深度(D印th of discharge縮寫D0D)。使用IC電流放電至2.0V時，放電截止，此時的狀態(tài)定義為100%D0D，即0%S0C。將IC循環(huán)定義為“將電池放電至100%D0D，休眠2min，之后再充電至100%S0C，休眠2min”的過程。本實施例的電池在循環(huán)測試過程的中途，分別在第O次(即循環(huán)前)、21次、49次、98次循環(huán)后，在25°C條件下，使用頻率為1000Hz的測量設備測量并記錄了當時電池的交流內(nèi)阻，取X軸為交流內(nèi)阻值，Y軸為衰減后的容量值，做散點圖并通過數(shù)據(jù)處理軟件(本實驗中采用Excel與MiniTab)擬合出線性曲線。如圖3所示測量值與散點的交流內(nèi)阻-放電容量曲線圖，(循環(huán)后內(nèi)阻VS容量)其中“計算容量”為根據(jù)擬合的交流內(nèi)阻-放電容量直線，不同的交流內(nèi)阻值Ra。在擬合直線上對應的容量值?！皩嶋H容量”為測量電池內(nèi)阻前最后一次由0%D0D放電至100%D0D的放電容量?！捌睢睘槎卟钪蹬c實際容量的比值。
循環(huán)次數(shù)交流內(nèi)阻/m I實際容量/Ah 計算容量/Ah 偏差
__O____
O3.77916.52116.520 | 0.008%
權(quán)利要求
1.一種鋰離子二次電池經(jīng)過衰減后的容量檢測方法，其特征是:包括以下步驟， 1)在選定的荷電狀態(tài)以及選定的溫度條件下，針對待測鋰離子二次電池若干次采集其交流內(nèi)阻數(shù)據(jù)和放電深度從0%到100%的放電容量數(shù)據(jù)； 2)將采集到的交流內(nèi)阻與放電容量數(shù)據(jù)錄入電腦中，通過數(shù)據(jù)處理，得到交流內(nèi)阻與放電容量的交流內(nèi)阻-放電容量擬合曲線； 3)測鋰離子二次電池在日后的使用過程中，需要測定其經(jīng)過一段時間衰減后的容量時，只需測量與之前采集交流內(nèi)阻時相同的荷電狀態(tài)、相同溫度時，以相同頻率測量的交流內(nèi)阻； 4)將測得的交流內(nèi)阻對照之前的交流內(nèi)阻-放電容量擬合曲線，即可得到電池在衰減后的容量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池經(jīng)過衰減后的容量檢測方法，其特征是:所述測量鋰離子二次電池交流內(nèi)阻時使用的交流頻率定義在700至1300Hz。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋰離子二次電池經(jīng)過衰減后的容量檢測方法，其特征是:所述鋰離子二次電池在固定測量頻率、固定溫度以及固定荷電狀態(tài)條件下測定的交流內(nèi)阻與衰減后容量呈線性關系的擬合曲線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋰離子二次電池經(jīng)過衰減后的容量檢測方法，其特征是:所述采集鋰離子二次電池的交流內(nèi)阻及放電容量數(shù)據(jù)的次數(shù)至少兩次。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋰離子二次電池經(jīng)過衰減后的容量檢測方法，包括以下步驟，在選定的荷電狀態(tài)及溫度條件下，對鋰離子二次電池若干次采集交流內(nèi)阻和放電容量；將采集到的交流內(nèi)阻與放電容量數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)處理，得到交流內(nèi)阻與放電容量的交流內(nèi)阻-放電容量擬合曲線；需要測定鋰離子二次電池衰減后的容量時，只需測量與之前采集交流內(nèi)阻時相同的荷電狀態(tài)、相同溫度時，以相同頻率測量的交流內(nèi)阻；將測得的交流內(nèi)阻對照之前的交流內(nèi)阻-放電容量擬合曲線，即可得到電池在衰減后的容量。有益效果依據(jù)交流內(nèi)阻與電池容量的線性關系，對容量進行估算，避免了由多次充放電造成的時間、能源與經(jīng)費方面的浪費，同時可以獲得較高的檢測速度與精度。
文檔編號G01R31/36GK103163478SQ201310098098
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月25日
發(fā)明者刁志中, 高飛, 張娜 申請人:天津力神電池股份有限公司