改善锂电池配组压差的方法与流程

1.本发明专利涉及锂电池的技术领域，具体而言，涉及改善锂电池配组压差的 方法。


背景技术：

2.锂电池经常多个配组使用，形成锂电池组，锂电池组在使用过程中，经常出 现由于锂电池组的压差过大产生的软件报警，限制了锂电池组的正常使用或限制 锂电池组功能的有效发挥。
3.目前，导致锂电池组压差报警主要原因有两个，首先，锂电池组中的各个锂 电池的电容量差异较大，因电容量差异较大，导致锂电池组压差报警；其次，锂 电池组中的各个锂电池的电容量差异较小，但是，各个锂电池的充放电曲线不重 合，这样，也会导致多个锂电池之间实际状态存在差异，进而表现为锂电池组压 差报警。
4.现有技术中，主要聚焦是如何提升锂电池组中各个锂电池的电容量测试准确 性，并尽可能减小各个锂电池之间的电容量差值，但是，没有关于锂电池的充放 电曲线差异所引起的锂电池组压差报警相关的研究。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供改善锂电池配组压差的方法，旨在解决现有技术中， 没有通过减小锂电池组中各个锂电池的充放电曲线的差异，解决锂电池组压差报 警的问题。
6.本发明是这样实现的，改善锂电池配组压差的方法，包括以下步骤：
7.1)、将锂电池充电至满电状态，将充电后的锂电池搁置设定时间；
8.2)、设置阶梯式放电容量：将搁置后的锂电池在环境温度为t的条件下进 行大小电流组合的阶梯放电，并测量各个放电阶段的放电容量和各个放电阶段放 电结束后的电压；第1放电阶段的放电容量为c(1)，第1放电阶段放电结束 时的放电电压为v
d1
，第2放电阶段的放电容量为c(2)，第2放电阶段放电结 束时的放电电压为v
d2
，第n放电阶段的放电容量为c(n)，第n放电阶段放 电结束时的放电电压为v
dn
，最后放电阶段，在环境温度为t的条件下以标准放 电电流a的放电容量为c(n+1)；
9.3)、设置阶梯式充电容量：对锂电池进行充电，并采集达到充电容量时锂 电池的电压；第1充电阶段达到充电容量时的充电电压为v
c1
，第2充电阶段达 到充电容量时的充电电压为v
c2
，第n充电阶段达到充电容量时的充电电压为 v
cn
；
10.4)、建立锂电池以标准放电电流a的总放电容量c(0)的数学模型为：c (0)＝c(1)+c(2)+
……
c(n)+c(n+1)+c(n+1)*(a*t+b)，a为环境 温度为t时，对最后放电阶段放电容量c(n+1)的受温度影响系数，b为修正 系数；
11.5)、保证锂电池的设计、材料、结构以及容量测试方法一致，按照所述步 骤2)的放电方式，测试不同环境温度下各放电阶段的总放电容量，通过(c(1) +c(2)+
……
+c(n)+c(n+1)-c(0))/c(n+1)作线性拟合，确定系数a 和系数b的确定值，通过所述数学模型计算批量
生产过程中按标准放电电流a放 电的放电容量；
12.6)、对总放电容量为c0、达到限制放电容量时的放电电压v
dn
以及达到限 制充电容量时的充电电压v
cn
的锂电池进行配组。
13.进一步的，所述步骤2)中的标准放电电流a为0.2c。
14.进一步的，所述步骤2)的第n放电阶段中，放电至所述锂电池的放电电压v
dn
达到2.5v或2.75v时，停止放电。
15.进一步的，所述步骤2)的最后放电阶段中，所述锂电池的放电电压保持为 2.5v或2.75v。
16.进一步的，所述步骤2)的最后放电阶段，放电时间为30分钟。
17.进一步的，所述步骤1)中，所述锂电池的充电电流为0.5c，所述锂电池充 电至充电电压为4.2v时，所述锂电池为满电状态。
18.进一步的，所述锂电池满电状态时，所述锂电池的截止电流为0.05c。
19.进一步的，所述步骤1)中，满电状态的锂电池搁置时间大于10分钟。
20.进一步的，所述参与配组的锂电池单体间的总放电容量c0极差≤50mah。
21.进一步的，所述步骤2)中，第1放电阶段放电结束时的配组锂电池的放电 电压v
d1
极差≤20mv，所述步骤3)中，第1充电阶段达到充电容量时的配组锂 电池的充电电压v
c1
极差≤20mv。
22.与现有技术相比，本发明提供的改善锂电池配组压差的方法，具有以下益处：
23.1)、贴近锂电池配组使用场景，解决了因锂电池充放电过程中，因为充放 电曲线差异或者锂电池电容量差异导致的锂电池组压差报警，大大提高锂电池组 性能及体验；
24.2)、广泛应用于锂电池批量加工生产过程中的检测工序，且不会对生产效 率及生产操作的便捷性产生影响。
具体实施方式
25.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释 本发明，并不用于限定本发明。
26.以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。
[0027][0028]
改善锂电池配组压差的方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0029]
1)、将锂电池充电至满电状态，将充电后的锂电池搁置设定时间；
[0030]
2)、设置阶梯式放电容量：将搁置后的锂电池在环境温度为t的条件下进 行大小电流组合的阶梯放电，并测量各个放电阶段的放电容量和各个放电阶段放 电结束后的电压；
[0031]
第1放电阶段的放电容量为c(1)，第1放电阶段放电结束时的放电电压 为v
d1
，第2放电阶段的放电容量为c(2)，第2放电阶段放电结束时的放电电 压为v
d2
，第n放电阶段的放电容量为c(n)，第n放电阶段放电结束时的放 电电压为v
dn
，最后放电阶段，在环境温度为t的条件下以标准放电电流a的放 电容量为c(n+1)；
[0032]
3)、设置阶梯式充电容量：对锂电池进行充电，并采集达到充电容量时锂 电池的
电压；第1充电阶段达到充电容量时的充电电压为v
c1
，第2充电阶段达 到充电容量时的充电电压为v
c2
，第n充电阶段达到充电容量时的充电电压为 v
cn
；
[0033]
4)、建立锂电池以标准放电电流a的总放电容量c(0)的数学模型为：c (0)＝c(1)+c(2)+
……
c(n)+c(n+1)+c(n+1)*(a*t+b)，a为环境 温度为t时，对最后放电阶段放电容量c(n+1)的受温度影响系数，b为修正 系数；
[0034]
5)、保证锂电池的设计、材料、结构以及容量测试方法一致，按照步骤2) 的放电方式，测试不同环境温度下各放电阶段的总放电容量，通过(c(1)+c (2)+
……
+c(n)+c(n+1)-c(0))/c(n+1)作线性拟合，确定系数a和 系数b的确定值，通过数学模型计算批量生产过程中按标准放电电流a放电的放 电容量；
[0035]
6)、对总放电容量为c0、达到限制放电容量时的放电电压v
dn
以及达到限 制充电容量时的充电电压v
cn
的锂电池进行配组。
[0036]
上述提供的改善锂电池配组压差的方法，具有以下益处：
[0037]
1)、贴近锂电池配组使用场景，解决了因锂电池充放电过程中，因为充放 电曲线差异或者锂电池电容量差异导致的锂电池组压差报警，大大提高锂电池组 性能及体验；
[0038]
2)、广泛应用于锂电池批量加工生产过程中的检测工序，且不会对生产效 率及生产操作的便捷性产生影响。
[0039]
步骤2)中，大小放电电流组合的阶梯放电工艺，以先大电流放电后，按0.2c 小电流放电的两步阶梯放电工艺为最优方法，既能通过大电流放电实现快速放 电，提高生产效率，又能通过小电流放电实现准确测量总锂电池容量，提高测量 的准确性。
[0040]
本实施例中，步骤2)中的标准放电电流a为0.2c。
[0041]
步骤2)的第n放电阶段中，放电至锂电池的放电电压v
dn
达到2.5v或2.75v 时，停止放电。
[0042]
步骤2)的最后放电阶段中，锂电池的放电电压保持为2.5v或2.75v。
[0043]
步骤2)的最后放电阶段，放电时间为30分钟。
[0044]
步骤1)中，锂电池的充电电流为0.5c，锂电池充电至充电电压为4.2v时， 锂电池为满电状态。
[0045]
锂电池满电状态时，锂电池的截止电流为0.05c。
[0046]
步骤1)中，满电状态的锂电池搁置时间大于10分钟。
[0047]
配组锂电池单体间的总放电容量c0极差≤50mah。
[0048]
步骤2)中，第1放电阶段放电结束时的配组锂电池的放电电压v
d1
极差≤ 20mv，步骤3)中，第1充电阶段达到充电容量时的配组锂电池的充电电压为 v
c1
极差≤20mv。
[0049]
步骤2)中，设置阶梯式放电容量时，优选锂电池总容量的40％-60％和90％
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99％。
[0050]
步骤3)中，设置阶梯式充电容量，优选锂电池总容量的90％-99％。
[0051]
以下提供两个具体实施例
[0052]
实施例一
[0053]
一种26650锂电池，锂电池设计容量5000mah，该锂电池包括正极镍钴锰酸 锂三元材料，负极石墨，六氟磷锂电解液，隔膜、钢壳等关键材料，基本原理是 充电时正极脱锂嵌入负极石墨，放电时，负极石墨脱嵌锂离子回到正极材料，改 善该改善锂电池配组压差的
方法，包括如下步骤：
[0054]
1)、取8pcs锂电池分别在25℃恒温环境中搁置30min，然后按照产品规格 书要求0.5c恒流恒压充电至4.2v，截止电流0.05c；
[0055]
2)、搁置10min后按产品规格书所规定的标准放电电流0.2c放电至2.75v， 放电容量标记为c(0)；
[0056]
3)、按照步骤1)将锂电池再次充电至4.2v，搁置10min后先以1.0c放电 至2.75v，放电容量标记为c(1)，再以标准放电电流放电至2.75v，容量标记 为c(2)；
[0057]
4)、重复步骤1)至3)，分别在27℃、29℃、31℃和33℃测试各放电电 流下放电容量c(0)、c(1)和c(2)及达到放电容量时的放电电压；
[0058]
5)、用(c(1)+c(2)-c(0))/c(2)～t作拟合分析，该型号锂电池 容量测试数学转化模型为：c(0)＝c(1)+c(2)-c(2)*(0.1440*t-3.464)， 23℃≤t≤33℃；
[0059]
6)、锂电池批量生产按下表1所述的充放电工步完成测试，采集1.0c放电 电流放电至设计容量的50％(2500mah，标记为c(1))时放电电压(标记为 v
d1
)，继续1.0c放电电流放电至2.75v时测量该步放电容量(标记为c(2))， 然后按0.2c放电至设计容量的99％(4950mah，标记为c(3))时放电电压(标 记为v
d2
)，继续按0.2c放电至2.75v，测量该步放电容量和温度(标记为c(4) 和t)，搁置10min后按2500mah充电电流恒流恒压充电至设计容量的99％ (4950mah)时测量充电电压(标记为v
c1
)。该型号锂电池满电4.2v按0.2c 放电至2.75v容量c(0)＝c(1)+c(2)+c(3)+c(4)-(c(3)+c(4))* (0.1440*t-3.464)，23℃≤t≤33℃。
[0060]
7)、对锂电池进行配组放电容量c(0)极差≤50mah，放电平台电压差 v
d1
≤10mv，放电末端电压差v
d2
≤10mv，充电末端电压差v
c1
≤10mv，配组后 锂电池组在充电末端、放电平台及放电末端的压差显著改善。
[0061]
表1 26650批量测试充放电工步
[0062][0063]
实施例二
[0064]
一种18650锂电池，设计容量3350mah，该锂电池包括正极镍钴铝材料，负 极石墨，六氟磷锂电解液，隔膜、钢壳等关键材料，基本原理是充电时正极脱锂 嵌入负极石墨，放电时负极石墨脱嵌锂离子回到正极材料。
[0065]
改善该改善锂电池配组压差的方法，包括如下步骤：
[0066]
1)、取8pcs锂电池分别在25℃恒温环境中搁置30min，然后按照产品规格 书要求0.5c恒流恒压充电至4.2v，截止电流0.05c；
[0067]
2)、搁置10min后按产品规格书所规定的标准放电电流0.2c放电至2.5v， 放电容量标记为c(0)；
[0068]
3)、按步骤1)所述方法将锂电池再次充电至4.2v，搁置10min后先以1.0c 放电至2.5v，放电容量标记为c(1)，再以标准放电电流放电至2.5v，容量标 记为c(2)；
[0069]
4)、重复步骤1)至3)分别在27℃、29℃、31℃和33℃测试各放电电流 下放电容量c(0)、c(1)和c(2)；
[0070]
5)、用(c(1)+c(2)-c(0))/c(2)～t作拟合分析，该型号锂电池 容量测试数学转化模型为：c(0)＝c(1)+c(2)-c(2)*(0.06475*t-1.659)， 23℃≤t≤33℃；
[0071]
6)、锂电池批量生产容量测试按下表2所述的工步充放电，采集1.0c放电 电流放电至设计容量的50％(1675mah，标记为c(1))时放电电压(标记为 v
d1
)，继续1.0c放电电流放电至2.5v时测量该步放电容量(标记为c(2))， 然后按0.2c放电至设计容量的99％(3316mah，标记为c(3))时放电电压(标 记为v
d2
)，继续按0.2c放电至2.5v，测量该步放电容量和温度(标记为c(4) 和t)，搁置10min后按1675mah充电电流恒流恒压充电至设计容量的99％ (3316mah)时测量充电电压(标记为v
c1
)，该型号锂电池满电4.2v按0.2c 放电至2.5v容量c(0)＝c(1)+c(2)+c(3)+c(4)-(c(3)+c(4))* (0.06475*t-1.659)，23℃≤t≤33℃。
[0072]
表1 26650批量测试充放电工步
[0073][0074]
以上所述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。