一种电池充电析锂的判定方法及判定装置
文献发布时间：2023-06-19 16:08:01
技术领域
本发明实施例涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池充电析锂的判定方法及装置。
背景技术
近年来，随着电池技术的发展，锂离子电池以其高能量密度、高工作电压、长循环寿命、低自放电率、无记忆效应、可快速充放电和环境友好等诸多优点得到了广泛的应用。
但是目前锂离子电池在充电过程中，石墨负极极易发生表面析锂的现象，析锂不仅会使电池性能下降，循环寿命大幅缩短，还限制了电池的容量，影响电池的安全。
目前，对电池析锂的检测主要通过对充电后的电池进行拆解，观察负极极片状态来判断电池是否析锂，这种检测方法不仅影响检测效率，还一定程度上浪费了电池材料，造成资源浪费。
发明内容
本发明提供一种电池充电析锂的判定方法及装置，简化了监控参数，同时无需对电池进行拆解来判定电池是否析锂，节约判定时间和电池资源。
第一方面，本发明实施例提供一种电池充电析锂的判定方法，包括：
调整电池的容量为第一荷电状态，并记录截止电压，在预设温度下静置第一时间；
将所述电池以第一电流进行预设时间的充电，获取所述电池充电后的电压与所述电池充电前的电压的电压差，以第二电流从所述充电后的电压放电至所述截止电压；
循环所述电池的充放电过程，在所述电压差出现电压突变时，则判定所述电池发生析锂。
可选的，循环所述电池的充放电过程，在所述电压差出现电压突变时，则判定所述电池发生析锂包括：
记录每次循环中所述电池充电后的电压与所述电池充电前的电压的电压差；
根据所述电压差和循环次数确定所述电压差随循环次数变化的曲线关系；
根据所述曲线关系，当所述电压差出现电压突变时，则判定所述电池发生析锂。
可选的，将所述电池以第一电流进行预设时间的充电，获取所述电池充电后的电压与所述电池充电前的电压的电压差，以第二电流从所述充电后的电压放电至所述截止电压包括：
记录所述电池充电前的电压；
将所述电池以第一电流进行预设时间的充电，获得所述电池充电后的电压，静置第二时间；
计算所述电池充电后的电压与所述电池充电前的电压的电压差；
以第二电流从所述充电后的电压放电至所述截止电压，并静置第三时间。
可选的，所述第二电流根据所述电池的放电倍率选取，所述电池的放电倍率为0.1C-0.33C。
可选的，所述第一时间大于或等于6小时，所述第二时间大于或等于10分钟，所述第三时间大于或等于30分钟。
可选的，所述第一荷电状态为10％-90％。
可选的，调整电池为第一荷电状态，并记录截止电压之前包括：
对所述电池的容量进行标定。
可选的，所述预设温度小于0℃。
第二方面，本发明实施例提供一种电池充电析锂的判定装置，包括：
调整模块，用于调整电池的容量为第一荷电状态，并记录截止电压，在预设温度下静置第一时间；
充放电模块，用于将所述电池以第一电流进行预设时间的充电，获取所述电池充电后的电压与所述电池充电前的电压的电压差，以第二电流从所述充电后的电压放电至所述截止电压；
循环判断模块，用于循环所述电池的充放电过程，在所述电压差出现电压突变时，则判定所述电池发生析锂。
可选的，所述循环判断模块包括：
记录单元，用于记录每次循环中所述电池充电后的电压与所述电池充电前的电压的电压差；
处理单元，用于根据所述电压差和循环次数确定所述电压差随循环次数变化的曲线关系；
判断模块，用于根据所述曲线关系，当所述电压差出现电压突变时，则判定所述电池发生析锂。
本发明实施例通过记录第一荷电状态下的截止电压，以第一电流进行预设时间的充电，获取充电前后的电压差，然后再将电池放电至截止电压，循环充放电过程，在电压差出现电压突变时，则判定电池发生析锂，测试过程仅需监控每次循环充放电过程的充电前后的电压差，简化了监控参数，同时无需对电池进行拆解来判定电池是否析锂，可以节约判定时间和电池资源。
附图说明
图1为本发明实施例提供了一种电池充电析锂的判定方法的流程示意图。
图2为本发明实施例提供了又一种电池充电析锂的判定方法的流程示意图。
图3为本发明实施例提供了又一种电池充电析锂的判定方法的流程示意图。
图4为电压差随循环次数变化的曲线关系的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
锂离子电池因其具有能量密度高、循环寿命长且无记忆效应等优点，在数码和动力能源行业广泛应用。但随着其应用范围的不断扩大，对于其使用性能也越来越被重视，在汽车的混合动力应用中，低温情况下充电会造成电池析锂问题，而电池析锂将严重影响电池的循环和安全性能。目前，常用的判断电池析锂方式为拆解电池观察界面，该方法可对界面有直观的判断，但判断成本较大。
有鉴于此，图1为本发明实施例提供了一种电池充电析锂的判定方法的流程示意图，该方法可以由电池充电析锂的判定装置来执行，该装置可采用硬件和/或软件的方式来实现。该方法具体包括如下步骤：
S110、调整电池的容量为第一荷电状态，并记录截止电压，在预设温度下静置第一时间。
具体的，荷电状态是电池在一定的放电倍率下剩余电量与相同条件下额定容量的比值，荷电状态可以反映电池的容量的变化。截止电压是指电池放电时，电压下降到电池不宜再继续放电的最低工作电压值。将需要测试的电池的容量调整为指定的第一荷电状态，示例性的，第一荷电状态可以选择在10％-90％之间任一取值，在该区间内电池充放电的性能较为稳定。记录电池在第一电荷状态下对应的截止电压，在预设温度下放置第一时间，从而模拟工况温度，使电池状态更加接近实际工况。其中，预设温度可以根据模拟的工况温度进行调整，示例性的，预设温度小于零摄氏度，用来模拟低温工况，第一时间大于或等于6小时，从而保持电池的低温状态。从而在低温工况下，测量电池充放电的过程，电池是否在阳极表面析锂。
S120、将电池以第一电流进行预设时间的充电，获取电池充电后的电压与电池充电前的电压的电压差，以第二电流从充电后的电压放电至截止电压。
具体的，将电池以第一电流进行预设时间的充电，其中，预设时间在同一组测试中为固定的充电时间，电池充电完成后根据充电前的电压和充电后的电压，获取充电前后的电压差。第一电流可以采用最大的充电电流，也可以采用恒流的小电流进行充电。在小电流下充电，可以一定程度上缓解电池析锂问题，但在一些特殊工况或测试过程需要在电池以最大充电电流值输入输出，因此第一电流的设置可以根据实际的工程需要进行选择，这里不做限制。将充完电的电池从当前电压进行放电，放电至截止电压，完成一次充放电过程。示例性的，第二电流可以采用小电流放电，从而避免负极表面产生极化问题。
S130、循环电池的充放电过程，在电压差出现电压突变时，则判定电池发生析锂。
具体的，将电池以第一电流进行预设时间的充电，再以第二电流从充电后的电压放电至截止电压，为一次充放电过程，其中，在每次充电完成后和放电完成后静置一定时间，等待电池状态稳定。同时每一次循环充放电过程中的第一电流、第二电流和充电的预设时间为相同的参数，从而保证测试参数的一致性。记录每一次循环中的充电前后的电压差。根据记录的电压差数据，当电池发生析锂问题时，电压差相比于无析锂时增大，此时则认为电压差出现电压突变，电压差的增大程度可以反映析锂问题的程度，析锂越严重，则电压差的变化越大。
本发明实施例通过记录第一荷电状态下的截止电压，以第一电流进行预设时间的充电，获取充电前后的电压差，然后再将电池放电至截止电压，循环充放电过程，在电压差出现电压突变时，则判定电池发生析锂，测试过程仅需监控每次循环充放电过程的充电前后的电压差，简化了监控参数，同时无需对电池进行拆解来判定电池是否析锂，可以节约判定时间和电池资源。
图2为本发明实施例提供了又一种电池充电析锂的判定方法的流程示意图，参见图2，步骤包括：
S210、调整电池的容量为第一荷电状态，并记录截止电压，在预设温度下静置第一时间。
S220、将电池以第一电流进行预设时间的充电，获取电池充电后的电压与电池充电前的电压的电压差，以第二电流从充电后的电压放电至截止电压。
S230、记录每次循环中电池充电后的电压与电池充电前的电压的电压差。
具体的，步骤S220为一次循环充放电过程，循环步骤S220即循环充放电过程，记录每一次循环充放电过程中电池充电前后的电压差。
S240、根据电压差和循环次数确定电压差随循环次数变化的曲线关系。
具体的，将电压差和循环次数可以绘制电压差随循环次数变化的曲线关系。
S250、根据曲线关系，当电压差出现电压突变时，则判定电池发生析锂。
具体的，根据曲线关系无析锂现象发生时，电压差波动较稳定，当产生析锂现象时，电压差相比于无析锂现象时，电压差增大，析锂现象越严重，电压差增大的幅度就越大。电池析锂的原因是石墨表面极化增大，而这种极化会在充电前后的电压变化上。
可选的，将电池以第一电流进行预设时间的充电，获取电池充电后的电压与电池充电前的电压的电压差，以第二电流从充电后的电压放电至截止电压包括：
记录电池充电前的电压。
将电池以第一电流进行预设时间的充电，获得电池充电后的电压，静置第二时间。
计算电池充电后的电压与电池充电前的电压的电压差。
以第二电流从充电后的电压放电至截止电压，并静置第三时间。
具体的，测量电池充电前的电压，在一些特殊工况或测试过程需要预设温度下，例如小于0℃，第一电流可以通过不同的测试要求和电池类型，选择电池的充电电流进行充电，需要说明的是，第一电流可以根据测试需求设定充电电流，并不做具体限定，本发明实施例示例性的以最大的充电电流进行充电，其中充电时间是可以根据工程测试需要进行调整，在后续测试中每次充电时间为相同的预设时间t，充电完成后，将电池静置第二时间，在多次低温最大充电电流充电后，若电池发生析锂，则不能按照此电流值输出。计算电池充电前后的电压差，以第二电流从充电后的电压放电至截止电压再次静置第三时间，从而完成一次充放电过程。示例性的，第二时间大于或等于10分钟，第三时间大于或等于30分钟，从而在电池完成充电后和完成放电后，使电池恢复到稳定状态，避免不同的电池状态产生测试误差。
可选的，第二电流根据电池的放电倍率选取，电池的放电倍率为0.1C-0.33C。具体的，第二电流可以采用小电流放电，从而避免负极表面产生极化问题。
可选的，第一时间大于或等于6小时，第二时间大于或等于10分钟，第三时间大于或等于30分钟。具体的，第一时间大于或等于6小时，从而保持电池的预设温度状态，第二时间大于或等于10分钟，第三时间大于或等于30分钟，从而在电池完成充电后和完成放电后，使电池恢复到稳定状态，避免不同的电池状态产生测试误差。
可选的，第一荷电状态为10％-90％。具体的，第一荷电状态可以选择在10％-90％之间任一取值，在该区间内电池充放电的性能较为稳定。
图3为本发明实施例提供了又一种电池充电析锂的判定方法的流程示意图，参见图3，包括：
S310、对电池的容量进行标定。
具体的，将电池充满电后进行放电，重复充放电过程，对电池的容量进行标定，通过对电池标定可以获得电池的参数，例如相应温度的最大充电电流、充电后的电压、充电时间和充电上限电压等参数。
S320、调整电池的容量为第一荷电状态，并记录截止电压，在预设温度下静置第一时间。
具体的，根据标定的容量调整电池的容量为第一荷电状态，并记录截止电压，预设温度设置为小于零摄氏度，用来模拟低温工况，第一时间设置为6小时，从而保持电池的低温状态。从而在低温工况下，测量电池充放电的过程，电池是否在阳极表面析锂。
S330、记录电池充电前的电压，将电池以第一电流进行预设时间的充电，获得电池充电后的电压，静置第二时间，计算电池充电后的电压与电池充电前的电压的电压差，以第二电流从充电后的电压放电至截止电压，并静置第三时间。
具体的，以最大的充电电流进行充电，其中充电时间是可以根据工程测试需要进行调整，在后续测试中每次充电时间为相同的预设时间t，充电完成后，将电池静置第二时间，其中，第二时间取10分钟，在多次低温最大充电电流充电后，若电池发生析锂，则不能按照此电流值输出。其中，需要说明的是，多次低温最大充电电流充电的充电次数可以根据厂商的测试要求进行设置不做具体次数的限定。计算电池充电前后的电压差，以第二电流从充电后的电压放电至截止电压，其中，第二电流为0.33c倍率放电，放电完成后，再次静置第三时间，其中第三时间为30分钟，从而完成一次充放电过程。
S340、记录每次循环中电池充电后的电压与电池充电前的电压的电压差。
具体的，步骤S330为一次循环充放电过程，循环步骤S330即循环充放电过程，记录每一次循环充放电过程中电池充电前后的电压差。
S350、根据电压差和循环次数确定电压差随循环次数变化的曲线关系。
具体的，将电压差和循环次数可以绘制电压差随循环次数变化的曲线关系。示例性的，取完全一致的三颗电池作为平行样本按上述流程进行测试，作电压差随循环次数变化的曲线。图4为电压差随循环次数变化的曲线关系的示意图，参见图4，三颗电池的曲线基本保持一致。1#、2#和3#电池循环1至43次时，电压差无明显变化，2#电池到48次时，电压差曲线上升，3#电池在循环55次后，电压差曲线上升程度最大。将1#电池在循环至43次时拆解，2#电池在循环48次时拆解，3#电池在循环55次拆解。可以发现，1#电池无析锂现象发生，2#电池出现析锂现象，3#电池发生严重析锂。
S360、根据曲线关系，当电压差出现电压突变时，则判定电池发生析锂。
具体的，因此根据电压差的变化曲线，则可以判定电池发生析锂。如果电压差出现较大变化，则可以判定电芯发生析锂，这是由于电芯析锂造成石墨表面极化增大，而这种极化会反应在充电前后的电压变化上，因此可通过电压差变化判定电池是否析锂。
图4为本发明实施例提供了一种电池充电析锂的判定装置的结构示意图，参见图4，包括：
调整模块410，用于调整电池的容量为第一荷电状态，并记录截止电压，在预设温度下静置第一时间。
充放电模块420，用于将电池以第一电流进行预设时间的充电，获取电池充电后的电压与电池充电前的电压的电压差，以第二电流从充电后的电压放电至截止电压。
循环判断模块430，用于循环电池的充放电过程，在电压差出现电压突变时，则判定电池发生析锂。
具体的，调整模块410将需要测试的电池的容量调整为指定的第一荷电状态，记录电池在第一电荷状态下对应的截止电压，在预设温度下放置第一时间，从而模拟工况温度，使电池状态更加接近实际工况。其中，预设温度可以根据模拟的工况温度进行调整，示例性的，预设温度小于零摄氏度，用来模拟低温工况，第一时间大于或等于6小时，从而保持电池的低温状态。从而在低温工况下，测量电池充放电的过程，电池是否在阳极表面析锂。充放电模块420将电池以第一电流进行预设时间的充电，其中，预设时间在同一组测试中为固定的充电时间，电池充电完成后根据充电前的电压和充电后的电压，获取充电前后的电压差。第一电流可以采用最大的充电电流，也可以采用恒流的小电流进行充电。在小电流下充电，可以一定程度上缓解电池析锂问题，但在一些特殊工况或测试过程需要在电池以最大充电电流值输入输出，因此第一电流的设置可以根据实际的工程需要进行选择，这里不做限制。将充完电的电池从当前电压进行放电，放电至截止电压，完成一次充放电过程。示例性的，第二电流可以采用小电流放电，从而避免负极表面产生极化问题。循环判断模块430记录每一次循环中的充电前后的电压差。根据记录的电压差数据，当电池发生析锂问题时，电压差相比于无析锂时增大，此时则认为电压差出现电压突变，电压差的上升程度可以反映析锂问题的程度，析锂越严重，则电压差的变化越大。
本发明实施例通过调整模块记录第一荷电状态下的截止电压，充放电模块以第一电流进行预设时间的充电，获取充电前后的电压差，然后再将电池放电至截止电压，循环判断模块循环充放电过程，在电压差出现电压突变时，则判定电池发生析锂，测试过程仅需监控每次循环充放电过程的充电前后的电压差，简化了监控参数，同时无需对电池进行拆解来判定电池是否析锂，可以节约判定时间和电池资源。
可选的，循环判断模块包括：
记录单元，用于记录每次循环中电池充电后的电压与电池充电前的电压的电压差。
处理单元，用于根据电压差和循环次数确定电压差随循环次数变化的曲线关系。
判断模块，用于根据曲线关系，当电压差出现电压突变时，则判定电池发生析锂。
本发明实施例提供的电池充电析锂的判定装置与本发明任意实施例提供的电池充电析锂的判定方法属于相同的发明构思，具有相应的有益效果，未在本实施例详尽的技术细节详见本发明任意实施例提供的电池充电析锂的判定方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。