提前预判电池循环失效的方法与流程

本发明属于电池测试技术领域，尤其涉及一种提前预判电池循环失效的方法。

背景技术：

对于二次电池而言，其循环次数是一项极为重要的指标，直接体现电池的使用寿命，循环次数越多，则电池越耐用，其带来的经济效益则越大。但在电池生命周期的后段，由于内部界面的衰减，电池的容量存在“跳水”风险，即从某个循环开始，电池容量迅速下降。此时不仅电池容量无法满足使用要求，更严重的是可能带来安全风险，尤其是锂离子电池。现在常用容量衰减来判断电池的循环失效，但该方法无法提前预判，只能在失效发生后才能观察到。同时，二次电池在循环过程中的失效均由内部活性物质的副反应和界面恶化引起，该过程极为缓慢，很难判断电池从哪个节点开始“跳水”，也就难以提前预判电池的循环失效。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种提前预判电池循环失效的方法，旨在解决现有技术中的难以提前预判电池的循环失效的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种提前预判电池循环失效的方法，包括以下步骤：

s1：提供电池和循环充放电测试设备；

s2：将电池放入所述循环充放电测试设备进行多次充放电测试；

s3：获取每次所述充放电测试的循环次数；

s4：获取每次所述充放电测试中的静置步骤结束时的电压值；

s5：以所述循环次数为横坐标，以所述电压值为纵坐标绘制电压曲线；

s6：根据所述电压曲线的趋势，以所述电压曲线的快速上升段的起点作为所述电池的循环失效预判点。

可选地，各所述循环充放电测试中的所述静置步骤中的静置时间范围为5min～30min。

可选地，各所述循环充放电测试中的所述静置步骤中的静置时间范围为10min～20min。

可选地，所述充放电测试中的充放电倍率范围为0.2c～2c。

可选地，所述充放电测试中的充放电倍率均为1c。

可选地，将所述电压曲线进行线性拟合得到拟合电压曲线，根据所述拟合电压曲线的趋势，以所述拟合电压曲线的快速上升段的起点作为所述电池的循环失效预判点。

可选地，在所述步骤s6之后，还包括步骤s7：获取每次所述循环充放电测试中的所述电池的容量保持率，以所述循环次数为横坐标，所述容量保持率为左侧纵坐标，以所述电压值为右侧纵坐标，绘制所述容量保持率和所述电压值随所述循环次数的增加而变化的关系曲线。

可选地，所述充放电测试的环境温度范围为10℃～60℃。

可选地，所述充放电测试的环境温度范围为25℃～45℃。

可选地，所述电池为锂离子电池、铅酸电池、镍铬电池或者镍氢电池。

本发明提供的提前预判电池循环失效的方法中的上述一个或多个技术方案至少具有如下技术效果之一：在每次充放电测试中的静置步骤结束时的电压值可以表征电池内部的极化情况，电池内部的极化越强，测得电压值的数值越大，而当随着循环次数的增加，电压值开始快速上升时，说明电池内部的极化情况强烈，电池快要达到电池的循环失效；本发明的提前预判电池循环失效的方法，通过以循环次数为横坐标，电压值为纵坐标绘制电压曲线，通过观察电压曲线的上升趋势，可以准确有效地将电压值开始快速上升的起点找出，并将该起点作为电池的循环失效预判点，但是电池在该起点时，电池并不是处于循环失效的状态，而是快要接近失效的状态，即利用该提前预判电池循环失效的方法所得电池的循环失效预判点小于电池的实际循环失效点，如此便实现了电池循环失效的提前预判。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的提前预判电池循环失效的方法的流程图。

图2是在25℃时三元锂离子电池的电压值与循环次数以及容量保持率与循环次数的关系图。

图3是在45℃时三元锂离子电池的电压值与循环次数以及容量保持率与循环次数的关系图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图1～3描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

参阅图1所示，在本发明的一个实施例中，提供一种提前预判电池循环失效的方法，包括以下步骤：

s1：提供电池和循环充放电测试设备；

s2：将电池放入循环充放电测试设备进行多次充放电测试；其中，需要说明的是，对电池进行循环充放电测试，其具体的测试步骤可参考国标或规定的测试制度；

s3：获取每次充放电测试的循环次数，具体地，循环充放电设备直接输出；

s4：获取每次充放电测试中的静置阶段结束时的电压值，其中，需要说明的是，一个充放电测试包括充电阶段、放电阶段和静置阶段，具体地，对电池充满电的过程，即为充电阶段，电池充满电后进行放电的过程，即为放电阶段，电池放电完成后，静置一段时间的过程，即为静置阶段；每次充放电测试内的静置阶段的静置时间均相同，这样可以避免不同静置时间导致电压值误差，进而影响电压值的变化，而影响电池的循环失效预判点的判断；

s5：以循环次数为横坐标，以电压值为纵坐标绘制电压曲线；

s6：根据电压曲线的趋势，以电压曲线的快速上升段的起点作为电池的循环失效预判点，其中，需要说明的是，随着循环次数的增加，电压值不断地增加的过程中，突然电压值陡然开始快速上升，电压值开始陡然开始快速上升的阶段为快速上升段，而电压值开始陡然开始快速上升的起点为循环失效预判点，在快速上升段内，后一次循环次数的电压值增量均是前一次循环次数的电压值增量的3倍以上。

具体地，本发明实施例的提前预判电池循环失效的方法，在每次充放电测试中的静置步骤结束时的电压值可以表征电池内部的极化情况，电池内部的极化越强，测得电压值的数值越大，而当随着循环次数的增加，电压值开始快速上升时，说明电池内部的极化情况强烈，电池快要达到电池的循环失效；本发明实施例的提前预判电池循环失效的方法，通过以循环次数为横坐标，电压值为纵坐标绘制电压曲线，通过观察电压曲线的上升趋势，可以准确有效地将电压值开始快速上升的起点找出，并将该起点作为电池的循环失效预判点，但是电池在该起点时，电池并不是处于循环失效的状态，而是快要接近失效的状态，即利用该提前预判电池循环失效的方法所得电池的循环失效预判点小于电池的实际循环失效点，如此便实现了电池循环失效的提前预判。

进一步地，本发明实施例的提前预判电池循环失效的方法，通过每个充放电测试后的电压值与循环次数作图，获得循环的“跳水”点，具有普遍性，适用于各类二次电池。

进一步地，本发明实施例的提前预判电池循环失效的方法，只需用到现有的循环充放电测试设备，实施简单，试验成本低，易于推广应用，且不需要额外的设备和数据来支持，仅需要选取每次循环放电后的电压值。

进一步地，本发明实施例的提前预判电池循环失效的方法，在测试电池的循环性能过程中，无需暂停测试，保持了性能测试的连贯性，避免了中断测试带来的异常可能。

进一步地，本发明实施例的提前预判电池循环失效的方法，在电池出现“跳水”拐点时，可提前停止测试，可大幅节省目前测试电池的循环寿命所需的时间、人力和物力。

进一步地，本发明实施例的提前预判电池循环失效的方法，可指导电动汽车、电动自行车、储能电池箱等所有二次电池使用过程中的电池更换，保障其良好运行，同时也有利于规避安全隐患。

进一步地，本发明实施例的提前预判电池循环失效的方法，通过将每个放电后静置步骤结束时的电压值作为纵坐标，以循环次数为横坐标作图可以有效而快速地提前预判电池循环性能的失效。当电压曲线的斜率迅速增大的起点，即是电池循环失效的“拐点”。本发明实施例的提前预判电池循环失效的方法，简单便捷且有效，不仅节省资源，保障测试的连续性，防止安全事故的发生，而且对电池的更换具有指导意义。

在本发明的另一个实施例中，提供的该提前预判电池循环失效的方法的各循环充放电测试中的静置步骤中的静置时间范围为5min～30min。具体地，静置时间可以为5min、10min、15min、20min、25min或者30min，电池在放电完成后在经过该范围内的静置时间后，所测得的电压值可以准确地反映出电池内部的极化情况，保证电池的循环失效预判点判断的准确性；若该范围设置的过小，所测得的电压值无法准确地表征电池内部的极化情况；若该范围设置的过大，整个循环充放电测试所消耗的时间过长，大大降低了电池的检测效率。

优选地，静置时间为30min。

在本发明的另一个实施例中，提供的该提前预判电池循环失效的方法的各循环充放电测试中的静置步骤中的静置时间范围为10min～20min。具体地，静置时间可以为10min、12min、14min、16min、18min或者20min。

在本发明的另一个实施例中，提供的该提前预判电池循环失效的方法的充放电测试中的充放电倍率范围为0.2c～2c。具体地，充放电倍率可以为0.2c、0.4c、0.6c、0.8c、1c、1.5c或者2c，将充放电倍率设置在上述范围内时，电池的充放电的效率高，耗时短，大大节约测试时间和测试成本；避免将充放电倍率设置的过小，而造成充放电效率低，耗时长；也可以避免充放电倍率设置的过大而造成电池损坏，无法准确地判断出电池的循环失效预判点。

优选地，充放电测试中的充放电倍率均为1c。具体地，在每次的充电过程中，将电池的充电倍率设置为1c，在每次的放电过程中，将电池的放电倍率设置为1c，这样电池的充放电的效率高，耗时短，大大节约测试时间和测试成本。

在本发明的另一个实施例中，提供的该提前预判电池循环失效的方法的将电压曲线进行线性拟合得到拟合电压曲线，根据拟合电压曲线的趋势，以拟合电压曲线的快速上升段的起点作为电池的循环失效预判点。具体地，将得到电压曲线进行拟合后，可以剔除一些电压曲线上的部分噪声点，避免噪声点对电池的循环失效预判点的判断产生影响，提高电池的循环失效预判点判断的准确性。

在本发明的另一个实施例中，提供的该提前预判电池循环失效的方法的在步骤s6之后，还包括步骤s7：获取每次循环充放电测试中的电池的容量保持率，以循环次数为横坐标，容量保持率为左侧纵坐标，以电压值为右侧纵坐标，绘制容量保持率和电压值随循环次数的增加而变化的关系曲线。具体地，这样容量保持率和电压值随循环次数的增加而变化的关系曲线绘制成一个双纵坐标图表，这样工作人员在观看双纵坐标图表的过程中，可以同时获取到电压值与对应的容量保持率的信息，方便工作人员对比和说明，通过循环放电后的电压曲线的趋势以及与容量保持率曲线的对比可以发现，该提前预判电池循环失效的方法可以有效预判电池循环失效，保证电池的循环失效预判点准确性。

在本发明的另一个实施例中，提供的该提前预判电池循环失效的方法的充放电测试的环境温度范围为10℃～60℃。具体地，在循环充放点设备中，电池测试的环境温度可以设置为10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃或者60℃，位于该温度范围的环境温度可以覆盖大部分的电池应用的环境，使得测试准确性更好，同时，根据不同的温度下获得不同的电压曲线可以针对应用在不同温度环境下电池的循环失效预判点，从而指导应用在不同温度环境下电池更换，保障其良好运行，也有利于规避安全隐患。

在本发明的另一个实施例中，提供的该提前预判电池循环失效的方法的充放电测试的环境温度范围为25℃～45℃。具体地，环境温度可以设置为25℃、27℃、29℃、31℃、33℃、35℃、37℃、39℃、41℃、43℃或者45℃。

优选地，环境温度范围为25℃或者45℃。

在本发明的另一个实施例中，提供的该提前预判电池循环失效的方法的电池为锂离子电池、铅酸电池、镍铬电池或者镍氢电池。该提前预判电池循环失效的方法可以应用于锂离子电池、铅酸电池、镍铬电池或者镍氢电池的循环失效预判点判断过程中。当然，在其他实施例中，本发明实施例的提前预判电池循环失效的方法也可以应用于其他类型的二次电池。

以选取某型号锂离子电池在25℃下进行1c充放电循环，每次循环放电结束后静置30分钟，并记录每次循环的容量保持率和每次静置步骤结束时电压值，以上述电压值和容量保持率为纵坐标，循环次数为横坐标作图，其具体图示如图2所示。随着循环次数的增加，电压值持续减小，而容量保持率不断降低。在循环次数达到420次时，电压值达到最低并开始上扬，以此作为该电池的循环失效的预判点，电池容量保持率从该点开始下降斜率逐渐增大，衰减越来越快，并迅速达到80％的容量保持率。

以选取某型号锂离子电池在25℃下进行1c充放电循环，每次循环放电结束后静置30分钟，并记录每次循环的容量保持率和每次静置步骤结束时电压值，以上述电压值和容量保持率为纵坐标，循环次数为横坐标作图，其具体图示如图3所示。随着循环次数的进行，电压值缓慢增加，容量保持率不断降低。在循环次数达到600次时，电压值斜率迅速增大，以此作为该电池的循环“跳水”点，电池容量保持率从该点开始衰减迅速加快，容量衰减出现明显拐点。

综上，通过循环放电后的电压曲线的趋势与容量保持率曲率的对比可以发现，本发明实施例的提前预判电池循环失效的方法可以有效预判电池循环失效。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。