CN112782599A - 锂离子电池无损析锂检测方法、装置及计算机设备 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种锂离子电池无损析锂检测方法、装置及计算机设备，首先在目标电池充电结束后的放电过程中，实时获取所述目标电池的端电压和电流；其次根据所述目标电池的端电压和电流，计算所述目标电池的开路电压OCV和放电电量Q，绘制第一变化曲线，所述第一变化曲线为放电电量Q‑开路电压OCV曲线；最后根据所述第一变化曲线的形状，判断所述目标电池在充电过程中是否发生析锂。本申请可以直接根据放电电量Q‑开路电压OCV曲线形状，判断目标电池在充电过程中是否发生析锂。此种方法可以准确的判断电池内部是否发生析锂，应用成本低，且对电池无损伤。
Description
技术领域
本申请涉及电池检测技术领域，特别是涉及一种锂离子电池无损析锂检测方法、装置及计算机设备。
背景技术
为缓解能源短缺和环境污染问题，我国已经将新能源汽车列入战略性新兴技术产业。汽车动力系统电动化已逐渐成为未来汽车技术发展的主要趋势之一。汽车动力系统电动化的主要特征之一即使用电能替代化学能作为车辆主要的驱动能量来源。锂离子动力电池因其具有比能量高、自放电率低以及循环寿命长的特点，是目前最具实用价值的纯电动汽车能量源。
在低温充电、大倍率充电或过充电等极端工况下，锂离子电池内部的锂离子容易以金属的形式在负极表面析出，形成金属锂，这种现象称之为“析锂”。析锂会导致电池内部的可用锂离子减少，引发电池容量快速衰减。由于析出的金属锂热稳定性差，容易在锂离子电池的正常工作温度区间内与电解液发生产热反应，引起电池异常自产热。另一方面，析出的金属锂还可能长成锂枝晶，进一步刺穿隔膜，导致电池发生内短路，严重影响电池系统的安全性能。因此，为保障电池系统的正常的使用，降低安全风险，需及时对电池析锂进行检测，将已经产生析锂的故障电池筛选出来。
传统的锂离子电池负极析锂的检测方法主要是通过电池拆解后的形貌进行分析。但是一般只有当电极表面有大量的枝晶状物质生成时才能通过扫描电镜或者光学显微镜观察到，因此此时电池的安全性可能已经受到威胁。另外，锂离子电池，尤其是动力电池，电池体积和重量较大，有些电池还是钢壳电池，拆解电池时较危险，并且需要耗费较大的人力和物力。
发明内容
基于此，本申请针对上述技术问题，提供一种锂离子电池无损析锂检测方法、装置及计算机设备。
本申请提供一种锂离子电池无损析锂检测方法，包括：
在目标电池充电结束后的放电过程中，实时获取所述目标电池的端电压和电流；
根据所述目标电池的端电压和电流，计算所述目标电池的开路电压OCV和放电电量Q，绘制第一变化曲线，所述第一变化曲线为放电电量Q-开路电压OCV 曲线；
根据所述第一变化曲线的形状，判断所述目标电池在充电过程中是否发生析锂。
在其中一个实施例中，在预设开路电压区间内，当所述第一变化曲线未出现上凸时，判断所述目标电池在充电过程中未发生析锂。
在其中一个实施例中，在预设开路电压区间内，当所述第一变化曲线出现上凸时，所述锂离子电池无损析锂检测方法还包括：
获取开路电压OCV对放电电量Q的微分dOCV/dQ，并绘制第二变化曲线，所述第二变化曲线为放电电量Q-开路电压OCV对放电电量Q的微分dOCV/dQ曲线；
在预设放电容量区间内，判断所述第二变化曲线是否存在极小值点；
当所述第二变化曲线存在极小值点时，所述目标电池在充电过程中发生析锂；
当所述第二变化曲线不存在极小值点时，所述目标电池在充电过程中未发生析锂。
在其中一个实施例中，利用参数辨识法，根据所述目标电池的端电压和电流计算所述目标电池的开路电压OCV。
在其中一个实施例中，利用安时积分法，计算所述目标电池的荷电状态，进而获取所述放电电量Q。
基于相同的发明构思，本申请提供一种锂离子电池无损析锂检测装置，包括：
第一变化曲线获取模块，用于在目标电池充电结束后的放电过程中，实时获取所述目标电池的端电压和电流；根据所述目标电池的端电压和电流，计算所述目标电池的开路电压OCV和放电电量Q，绘制第一变化曲线，所述第一变化曲线为放电电量Q-开路电压OCV曲线；
判断模块，用于根据所述第一变化曲线的形状，判断所述目标电池在充电过程中是否发生析锂。
在其中一个实施例中，在预设开路电压区间内，当所述判断模块判断所述第一变化曲线未出现上凸时，所述目标电池在充电过程中未发生析锂。
在其中一个实施例中，在预设开路电压区间内，当所述判断模块判断所述第一变化曲线出现上凸时，所述锂离子电池无损析锂检测装置还包括：
第二变化曲线获取模块，用于获取开路电压OCV对放电电量Q的微分 dOCV/dQ，并绘制第二变化曲线，所述第二变化曲线为放电电量Q-开路电压OCV 对放电电量Q的微分dOCV/dQ曲线；
在预设放电容量区间内，所述判断模块判断所述第二变化曲线是否存在极小值点；
当所述第二变化曲线存在极小值点时，所述目标电池在充电过程中发生析锂；
当所述第二变化曲线不存在极小值点时，所述目标电池在充电过程中未发生析锂。
在其中一个实施例中，所述第一变化曲线获取模块利用参数辨识法，根据所述目标电池的端电压和电流计算所述目标电池的开路电压OCV；
所述第一变化曲线获取模块还利用安时积分法，计算所述目标电池的荷电状态，进而获取所述放电电量Q。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例中任一项所述的锂离子电池无损析锂检测方法的步骤。
上述锂离子电池无损析锂检测方法、装置及计算机设备中，首先在目标电池充电结束后的放电过程中，实时获取所述目标电池的端电压和电流；其次根据所述目标电池的端电压和电流，计算所述目标电池的开路电压OCV和放电电量Q，绘制第一变化曲线，所述第一变化曲线为放电电量Q-开路电压OCV曲线；最后根据所述第一变化曲线的形状，判断所述目标电池在充电过程中是否发生析锂。本申请可以直接根据放电电量Q-开路电压OCV曲线形状，判断目标电池在充电过程中是否发生析锂。此种方法可以准确的判断电池内部是否发生析锂，应用成本低，且对电池无损伤。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一个实施例提供的锂离子电池无损析锂检测方法流程示意图；
图2为本申请实施例1提供的时间t-电压V曲线图和时间t-电流I曲线图；
图3为本申请实施例1提供的放电电量Q-开路电压OCV曲线图；
图4为本申请实施例1提供的放电电量Q-开路电压OCV对放电电量Q的微分dOCV/dQ曲线图；
图5为本申请实施例2提供的实施例2的放电电量Q-开路电压OCV曲线图；
图6为本申请实施例2提供的放电电量Q-开路电压OCV对放电电量Q的微分dOCV/dQ曲线图。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一获取模块称为第二获取模块，且类似地，可将第二获取模块称为第一获取模块。第一获取模块和第二获取模块两者都是获取模块，但其不是同一个获取模块。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参见图1，本申请提供一种锂离子电池无损析锂检测方法。所述锂离子电池无损析锂检测方法包括：
S10，在目标电池充电结束后的放电过程中，实时获取所述目标电池的端电压和电流；
S20，根据所述目标电池的端电压和电流，计算所述目标电池的开路电压 OCV和放电电量Q，绘制第一变化曲线，所述第一变化曲线为放电电量Q-开路电压OCV曲线(Q-OCV曲线)；其中，所述第一变化曲线的横坐标为放电电量Q，纵坐标为开路电压OCV。
S30，根据所述第一变化曲线的形状，判断所述目标电池在充电过程中是否发生析锂。
可以理解的是，步骤S10中，所述目标电池的类型不做具体限定。所述目标电池适用于所有种类的锂离子电池，包括聚合物锂离子蓄电池、液态锂离子蓄电池或固态锂离子蓄电池。可选地，锂离子电池的正极材料优选为锰酸锂类或三元系活性材料。所述目标电池可以包括多个电池单体。所述目标电池的端电压指的是所述目标电池中的电池单体的端电压。
对所述目标电池的充电方式不要求特殊的充电策略。并且虽然本方法适用于充电后的放电过程。但不要求必须为恒流放电，因此本方法的适用性更强。
步骤S20中，可以利用参数辨识法，根据所述目标电池的端电压和电流计算所述目标电池的开路电压OCV。具体地，所述参数辨识法可以为递归最小二乘算法。
获取放电电量Q的方法不做具体限定，在一个可以实施的方式中，可以利用安时积分法，计算所述目标电池的荷电状态，进而获取所述放电电量Q。即，可以通过对所述目标电池的电流的积分，获取所述目标电池的荷电状态，进而获取所述放电电量Q。在另一个可以实施的方式中，可以直接获取放电过程中的所述目标电池的荷电状态，进而获取所述放电电量Q。
步骤S30中，可以通过判断所述第一变化曲线的形状是否出现异常，判断所述目标电池在充电过程中是否发生析锂。形状异常可以指在预设开路电压区间内，所述第一变化曲线出现上凸。所述预设开路电压区间可以为高开路电压区间；可选地，所述预设开路电压区间可以为开路电压大于3.8V的区间。在预设开路电压区间内，当所述第一变化曲线未出现上凸时，判断所述目标电池在充电过程中未发生析锂。在预设开路电压区间内，当所述第一变化曲线出现上凸时，可以预判断出所述目标电池可能发生了析锂。
本实施例中，本申请可以直接根据放电电量Q-开路电压OCV曲线形状，判断目标电池在充电过程中是否发生析锂。此种方法只利用电压、电流信号，不需要额外测量其他物理信号，可以准确的判断电池内部是否发生析锂，应用成本低，且对电池无损伤。
为了使步骤S30中所指的Q-OCV曲线形状异常更为显著，在其中一个实施例中，在预设开路电压区间内，当所述第一变化曲线出现上凸时，所述锂离子电池无损析锂检测方法还包括：
获取开路电压OCV对放电电量Q的微分dOCV/dQ，并绘制第二变化曲线，所述第二变化曲线为放电电量Q-开路电压OCV对放电电量Q的微分dOCV/dQ曲线(Q-dOCV/dQ曲线)；其中，所述第一变化曲线的横坐标为放电电量Q，纵坐标为开路电压OCV对放电电量Q的微分。
在预设放电容量区间内，判断所述第二变化曲线是否存在极小值点；所述预设放电容量区间可以为开路电压大于3.8V对应的放电电量的区间。
当所述第二变化曲线存在极小值点时，所述目标电池在充电过程中发生析锂；当所述第二变化曲线不存在极小值点时，所述目标电池在充电过程中未发生析锂。
实施例1：利用一款软包锂离子电池，材料体系811-石墨，电池容量70Ah。将电池置于-10℃恒温箱中，用0.2C电流进行恒流恒压充电，作为实验组。电池充满电后，对电池进行动态放电，放电工况为FUDS(Federal Urban Driving Schedule)工况，该工况为一种常用的动态工况，不能理解为对本申请使用条件的限制。记录放电过程中的电池电压、电流，如图2所示。放电结束后测量电池容量，发现其容量衰减4.6％，证明在本次充电中存在明显析锂。
进一步的，将电池置于-10℃温箱中，用0.1C电流进行恒流恒压充电，作为对照组。电池充满电后，对电池进行相同的动态放电，记录放电过程中的电池电压、电流。放电结束后测量电池容量，发现其容量无衰减，证明在本次充电中不存在析锂。
之后，按照本申请提供的锂离子电池无损析锂检测方法进行析锂检测，计算得到的放电电量Q-开路电压OCV曲线如图3所示，图中实线为对照组对应的曲线，虚线为实验组对应的曲线。可以看到如虚线圈圈出的，虚线曲线和实线曲线均存在上凸，判断可能实验组和对照组均有可能存在析锂。
因此进一步计算得到的Q-dOCV/dQ曲线如图4所示，图中实线对照组对应的曲线，虚线为实验组对应的曲线。可以看到如虚线圈圈出的，虚线曲线存在极小值点，而实线曲线不存在极小值点，因此判断实验组存在析锂，而对照组不存在析锂。这与实际结果一致。
实施例2：利用一款方壳锂离子电池，材料体系532-石墨，电池容量28Ah。将电池置于-10℃恒温箱中，用0.2C电流进行恒流恒压充电，作为实验组。电池充满电后，对电池进行动态放电。放电结束后测量电池容量，发现其容量衰减 28.8％，证明在本次充电中存在明显析锂。
进一步的，将电池置于-10℃温箱中，用0.1C电流进行恒流恒压充电，作为对照组。电池充满电后，对电池进行相同的动态放电，记录放电过程中的电池电压、电流。放电结束后测量电池容量，发现其容量无衰减，证明在本次充电中不存在析锂。
之后，按照本申请提供的锂离子电池无损析锂检测方法进行析锂检测，计算得到的放电电量Q-开路电压OCV曲线如图5所示，图中实线为对照组对应的曲线，虚线为实验组对应的曲线。可以看到如虚线圈圈出的，虚线曲线和实线曲线均存在上凸，判断可能实验组和对照组均有可能存在析锂。
因此进一步计算得到的Q-dOCV/dQ曲线如图6所示，图中实线对照组对应的曲线，虚线为实验组对应的曲线。可以看到如虚线圈圈出的，虚线曲线存在极小值点，而实线曲线不存在极小值点，因此判断实验组存在析锂，而对照组不存在析锂。这与实际结果一致。
基于相同的发明构思，本申请提供一种锂离子电池无损析锂检测装置。锂离子电池无损析锂检测装置包括第一变化曲线获取模块和判断模块。
第一变化曲线获取模块用于在目标电池充电结束后的放电过程中，实时获取所述目标电池的端电压和电流；根据所述目标电池的端电压和电流，计算所述目标电池的开路电压OCV和放电电量Q，绘制第一变化曲线，所述第一变化曲线为放电电量Q-开路电压OCV曲线。判断模块用于根据所述第一变化曲线的形状，判断所述目标电池在充电过程中是否发生析锂。在预设开路电压区间内，当所述判断模块判断所述第一变化曲线未出现上凸时，所述目标电池在充电过程中未发生析锂。
可以理解的是，锂离子电池无损析锂检测装置用于实现上述锂离子电池无损析锂检测方法。因此锂离子电池无损析锂检测装置中的第一变化曲线获取模块和判断模块的结构不做具体限定，只要第一变化曲线获取模块和判断模块配合使用可以实现上述锂离子电池无损析锂检测装置方法即可。
本实施例中，锂离子电池无损析锂检测装置可以直接根据放电电量Q-开路电压OCV曲线形状，判断目标电池在充电过程中是否发生析锂。此种方法只利用电压、电流信号，不需要额外测量其他物理信号，可以准确的判断电池内部是否发生析锂，应用成本低，且对电池无损伤。
在其中一个实施例中，在预设开路电压区间内，当所述判断模块判断所述第一变化曲线出现上凸时，所述锂离子电池无损析锂检测装置还包括第二变化曲线获取模块。
第二变化曲线获取模块，用于获取开路电压OCV对放电电量Q的微分 dOCV/dQ，并绘制第二变化曲线，所述第二变化曲线为放电电量Q-开路电压OCV 对放电电量Q的微分dOCV/dQ曲线。在预设放电容量区间内，所述判断模块判断所述第二变化曲线是否存在极小值点。当所述第二变化曲线存在极小值点时，所述目标电池在充电过程中发生析锂；当所述第二变化曲线不存在极小值点时，所述目标电池在充电过程中未发生析锂。
本申请提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例中任一项所述的锂离子电池无损析锂检测方法的步骤。
锂离子电池无损析锂检测方法包括：
S10，在目标电池充电结束后的放电过程中，实时获取所述目标电池的端电压和电流；
S20，根据所述目标电池的端电压和电流，计算所述目标电池的开路电压 OCV和放电电量Q，绘制第一变化曲线，所述第一变化曲线为放电电量Q-开路电压OCV曲线(Q-OCV曲线)；其中，所述第一变化曲线的横坐标为放电电量Q，纵坐标为开路电压OCV。
S30，根据所述第一变化曲线的形状，判断所述目标电池在充电过程中是否发生析锂。
为了使步骤S30中所指的Q-OCV曲线形状异常更为显著，在其中一个实施例中，在预设开路电压区间内，当所述第一变化曲线出现上凸时，所述锂离子电池无损析锂检测方法还包括：
获取开路电压OCV对放电电量Q的微分dOCV/dQ，并绘制第二变化曲线，所述第二变化曲线为放电电量Q-开路电压OCV对放电电量Q的微分dOCV/dQ曲线(Q-dOCV/dQ曲线)；其中，所述第一变化曲线的横坐标为放电电量Q，纵坐标为开路电压OCV对放电电量Q的微分。
在预设放电容量区间内，判断所述第二变化曲线是否存在极小值点；所述预设放电容量区间可以为开路电压大于3.8V对应的放电电量的区间。
当所述第二变化曲线存在极小值点时，所述目标电池在充电过程中发生析锂；当所述第二变化曲线不存在极小值点时，所述目标电池在充电过程中未发生析锂。
存储器作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的锂离子电池无损析锂检测方法对应的程序指令/模块。处理器通过运行存储在存储器中的软件程序、指令以及模块，从而执行设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述锂离子电池无损析锂检测方法。
存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序。存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器可进一步包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
本实施例中，上述计算机设备实现上述锂离子电池无损析锂检测方法。本申请可以直接根据放电电量Q-开路电压OCV曲线形状，判断目标电池在充电过程中是否发生析锂。此种方法只利用电压、电流信号，不需要额外测量其他物理信号，可以准确的判断电池内部是否发生析锂，应用成本低，且对电池无损伤。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种锂离子电池无损析锂检测方法，其特征在于，包括：
在目标电池充电结束后的放电过程中，实时获取所述目标电池的端电压和电流；
根据所述目标电池的端电压和电流，计算所述目标电池的开路电压OCV和放电电量Q，绘制第一变化曲线，所述第一变化曲线为放电电量Q-开路电压OCV曲线；
根据所述第一变化曲线的形状，判断所述目标电池在充电过程中是否发生析锂。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池无损析锂检测方法，其特征在于，在预设开路电压区间内，当所述第一变化曲线未出现上凸时，判断所述目标电池在充电过程中未发生析锂。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池无损析锂检测方法，其特征在于，在预设开路电压区间内，当所述第一变化曲线出现上凸时，所述锂离子电池无损析锂检测方法还包括：
获取开路电压OCV对放电电量Q的微分dOCV/dQ，并绘制第二变化曲线，所述第二变化曲线为放电电量Q-开路电压OCV对放电电量Q的微分dOCV/dQ曲线；
在预设放电容量区间内，判断所述第二变化曲线是否存在极小值点；
当所述第二变化曲线存在极小值点时，所述目标电池在充电过程中发生析锂；
当所述第二变化曲线不存在极小值点时，所述目标电池在充电过程中未发生析锂。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池无损析锂检测方法，其特征在于，利用参数辨识法，根据所述目标电池的端电压和电流计算所述目标电池的开路电压OCV。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池无损析锂检测方法，其特征在于，利用安时积分法，计算所述目标电池的荷电状态，进而获取所述放电电量Q。
6.一种锂离子电池无损析锂检测装置，其特征在于，包括：
第一变化曲线获取模块，用于在目标电池充电结束后的放电过程中，实时获取所述目标电池的端电压和电流；根据所述目标电池的端电压和电流，计算所述目标电池的开路电压OCV和放电电量Q，绘制第一变化曲线，所述第一变化曲线为放电电量Q-开路电压OCV曲线；
判断模块，用于根据所述第一变化曲线的形状，判断所述目标电池在充电过程中是否发生析锂。
7.根据权利要求6所述的锂离子电池无损析锂检测装置，其特征在于，在预设开路电压区间内，当所述判断模块判断所述第一变化曲线未出现上凸时，所述目标电池在充电过程中未发生析锂。
8.根据权利要求7所述的锂离子电池无损析锂检测装置，其特征在于，在预设开路电压区间内，当所述判断模块判断所述第一变化曲线出现上凸时，所述锂离子电池无损析锂检测装置还包括：
第二变化曲线获取模块，用于获取开路电压OCV对放电电量Q的微分dOCV/dQ，并绘制第二变化曲线，所述第二变化曲线为放电电量Q-开路电压OCV对放电电量Q的微分dOCV/dQ曲线；
在预设放电容量区间内，所述判断模块判断所述第二变化曲线是否存在极小值点；
当所述第二变化曲线存在极小值点时，所述目标电池在充电过程中发生析锂；
当所述第二变化曲线不存在极小值点时，所述目标电池在充电过程中未发生析锂。
9.根据权利要求6所述的锂离子电池无损析锂检测装置，其特征在于，所述第一变化曲线获取模块利用参数辨识法，根据所述目标电池的端电压和电流计算所述目标电池的开路电压OCV；
所述第一变化曲线获取模块还利用安时积分法，计算所述目标电池的荷电状态，进而获取所述放电电量Q。
10.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至5中任一项所述的锂离子电池无损析锂检测方法的步骤。
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