一种电芯自放电电流的检测方法及系统与流程

1.本发明涉及电芯特性检测技术领域，具体为一种电芯自放电电流的检测方法及系统。


背景技术：

2.电芯自放电为其本体在静置或者运行时，因内部物理放电或者化学副反应导致容量以及能量降低的过程，是电芯本体无法避免的特性。在电芯使用过程中，电芯自放电是决定电芯单体一致性以及电芯组可用容量的重要指标，故有效快速检测电芯自放电是电芯厂商以及储能系统商的重要需求。
3.一般，国际标准iec 61960中规定的自放电率检测步骤较为繁琐，花费时间较长。同时，业界通用的开路电压采样、高温存储后容量的变化以及实时的自放电电流检测等方法，均存在测试过长、定性测试或者测试精度难以保证等缺陷。
4.电芯自放电测试领域，检测设备精度、测试时长以及方法可实现性是非常重要且难以优化的。因此设计一种快速、可行的电芯自放电检测方法对于提升电芯品质管理、评估电芯一致性都是非常有必要的。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于：解决电芯自放电电流快速检测方法复杂和效率低的问题。
6.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
7.一种电芯自放电电流的检测方法，包括以下步骤：
8.获取待测电芯的自身质量，并调节所述待测电芯的荷电状态；
9.将在特定的荷电状态下的待测电芯，放置在测试设备中，获取在特定温度区间内，所述待测电芯的比热容；
10.采集在所述特定温度区间对应的时间区间内，所述待测电芯的开路电压以及温升值；
11.根据所述比热容、所述开路电压及所述温升值，获取所述待测电芯的平均自放电电流。
12.优点：只需适当调整绝热阶段测试时长以及保证电芯稳态时温度采样的精度，即可获取电芯因自放电电流产热导致的自身吸收热量，进而推导出此阶段电池的平均自放电电流，与现有的测试方法相比，测试周期较短，效率较高，整体测试方法为准确的定量测试，准确度高。
13.在本发明的一实施例，所述特定温度区间的选取范围为[t1-5，t1+5]，其中，t1表示为待测电芯自放电测试时的稳定温度。
[0014]
在本发明的一实施例，所述测试设备为能够进行电芯比热容测试的设备。
[0015]
在本发明的一实施例，基于所述待测电芯的净吸热功率，获取不同加热时间段和
温度条件下，待测电芯的比热容。
[0016]
在本发明的一实施例，所述温升值为所述待测电芯在绝热追踪阶段结束时间对应的温度与所述待测电芯自放电测试时的稳定温度的温差，且所述温升值不超过2℃。
[0017]
本发明还一种电芯自放电电流的检测系统，基于上述的电芯自放电电流的检测方法，包括：
[0018]
调节及称重模块，用于获取待测电芯的自身质量，并调节所述待测电芯的荷电状态；
[0019]
比热容模块，用于将在特定的荷电状态下的待测电芯，放置在测试设备中，获取在特定温度区间内，所述待测电芯的比热容；
[0020]
电压及温升模块，用于采集在所述特定温度区间对应的时间区间内，所述待测电芯的开路电压以及温升值；
[0021]
自放电电流模块，用于根据所述比热容、所述开路电压及所述温升值，获取所述待测电芯的平均自放电电流。
[0022]
在本发明的一实施例，所述特定温度区间的选取范围为[t1-5，t1+5]，其中，t1表示为待测电芯自放电测试时的稳定温度。
[0023]
在本发明的一实施例，所述测试设备为能够进行电芯比热容测试的设备。
[0024]
在本发明的一实施例，基于所述待测电芯的净吸热功率，获取不同加热时间段和温度条件下，待测电芯的比热容。
[0025]
在本发明的一实施例，所述温升值为所述待测电芯在绝热追踪阶段结束时间对应的温度与所述待测电芯自放电测试时的稳定温度的温差，且所述温升值不超过2℃。
[0026]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：电芯自放电电流的测试过程简单、操作便捷，其测试周期较短，效率较高。测试电池自放电过程无需知晓电池原始的荷电状态，无需高精度长时间监控电池开路电压的变化而定性表征电池电量的衰减。整体测试方法为准确的定量测试，准确度高。
附图说明
[0027]
图1为本发明实施例的一种电芯自放电电流的检测方法流程示意图。
[0028]
图2为本发明实施例的待测电芯在测试设备腔体的绝热试验示意图。
[0029]
图3为本发明实施例的绝热阶段的待测电芯以及测试设备腔体的温度变化示意图。
[0030]
图4为本发明实施例的一种电芯自放电电流的检测系统框图。
具体实施方式
[0031]
为便于本领域技术人员理解本发明技术方案，现结合说明书附图对本发明技术方案做进一步的说明。
[0032]
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0033]
国际标准中固定的自放电率检测步骤较为繁琐，花费时间较长，同时，业界通用的开路电压采样、高温存储后容量的变化以及实时的自放电电流检测等方法，均存在测试过长、定性测试或者测试精度难以保证等缺陷。本发明针对上述技术问题，请参阅图1所示，提供一种电芯自放电电流的检测方法，包括以下步骤：
[0034]
s100，获取待测电芯的自身质量，并调节所述待测电芯的荷电状态。
[0035]
s200，将在特定的荷电状态下的待测电芯，放置在测试设备中，获取在特定温度区间内，所述待测电芯的比热容。
[0036]
s300，采集在所述特定温度区间对应的时间区间内，所述待测电芯的开路电压以及温升值。
[0037]
s400，根据所述比热容、所述开路电压及所述温升值，获取所述待测电芯的平均自放电电流。
[0038]
请参阅图1所示，在步骤s100中，选取待测电芯，确定电芯自放电电流测试的电芯容量以及温度，利用高低温箱以及充放电机，调节待测电芯的soc，即荷电状态，并利用天平精确称量待测电芯的质量。
[0039]
请参阅图1至图3所示，在本发明的一实施例中，在步骤s200中，检测原理如下：
[0040]
对于电芯或者电池组，由能量守恒可知：
[0041]
q＝p
×
δt'＝c
p
×m×
δt'；
[0042]
式中，q表示为电芯净吸收热量，p表示为电芯的净吸热功率，δt'表示为加热时间，c
p
表示为电芯平均比热容，m表示为电芯质量，δt'表示为电芯温升幅值，为起始温度与末尾温度的差值。
[0043]
则对于电芯在特定温度区间内的平均比热容为：
[0044][0045]
式中，t11和t22表示为加热的起始和终止时间，δt'具体值为特定温度区间内两端点温度的差值。
[0046]
对应的，电芯的变温比热容c
p0
(t)为：
[0047][0048]
即根据上式可知，获取加热过程中，电芯温度与时间的区间以及位温升速率曲线后，即可通过实时加热功率，得到不同加热时间和温度条件下的电芯变温比热容。
[0049]
根据上述检测原理，基于所述待测电芯的净吸热功率，获取不同加热时间段和温度条件下，待测电芯的比热容，再结合进行电芯比热容测试的设备，即可获取待测电芯的平均自放电电流。具体的，电芯比热容为其本体特性，一般在电芯热物性分析时，可实现不同温度点的变温比热或者特定温度区间的平均比热。在步骤s200中，测试设备100为能够进行电芯比热容测试的设备，如绝热加热量热仪(arc)设备、arc设备结合加热电源或arc设备结合加热片，但不规定具体测试方法。在本实施例中，测试设备100为arc设备。arc设备是一种用于评价化工工艺过程及危险化学品稳定性和潜在危害的仪器，在电池安全性测试领域，一般通过arc设备的加热以及绝热追踪过程，创造电池产热或者热失控的环境。如图2所示，
当待测电芯200放置于arc设备内部时，首先通过arc腔体热辐射加热待测电芯200至待测温度。当电芯温度稳定之后，arc腔体不断追踪电芯的温度，使得待测电芯200整体温度与腔体内部空气、腔体内部基板保持相等。此时，待测电芯200处于绝热状态，即可忽略电芯因轻微热辐射和热传导导致的热损耗，其内部产热过程可导致其本体温度的不断变化。通过此后不断追踪电池此种状态的温度变化情况，即可判断电池的内部物理和化学过程导致自产热特性和规律。
[0050]
请参阅图1至图3所示，在本发明的一实施例中，当待测电芯200静置于测试设备100内部时。首先，测试设备100腔体升温至电池自放电测试所需的稳定温度t1。此时，测试设备100腔体温度快速上升至t1，待测电芯200因测试设备100腔体的热辐射加热，缓慢升温至接近t1。此后，测试设备100腔体温度维持至t1，待测电芯200的本体温度非常接近于t1且缓慢上升接近t1。此阶段为待测电芯200的起始温度稳定阶段。此后，令测试设备100腔体进入绝热追踪阶段，即测试设备100腔体的温度不断追寻待测电芯200本体的温度，使得待测电芯200持续保持绝热过程。随着绝热过程时间的延长，由于电池自放电导致的自产热不断加热电芯，使其自身温度不断增大。当达到t2时间点时，待测电芯200本体温度上升至t2。可适当控制t1至t2的时间长，使得t2稍微大于t1。即，待测电芯200温度在t0至t1阶段，为测电芯200起始温度稳定阶段，在t1至t2阶段，为待测电芯200绝热温升阶段。测试设备100腔体温度在t0’至t1阶段，为测试设备100腔体温度稳定阶段，在在t1至t2阶段，测试设备100腔体绝热追踪阶段。此时，绝热时间
△
t＝t2-t1，温升值
△
t＝t2-t1。在t1至t2时间段，待测电池200平均温度接近于t1时，其本次产热净能量为：
[0051][0052]
式中，q
tot
表示为待测电池在特定温度区间内产热净能量，p表示为待测电芯的净吸热功率，t1表示为待测电芯绝热追踪阶段开始时间，t2表示为待测电芯绝热追踪阶段结束时间，t1表示为待测电芯自放电测试时的稳定温度，t2表示为待测电芯绝热追踪阶段结束时间对应的温度，m表示为待测电芯的质量，c
p
表示为待测电芯的变温比热容，表示为在t1和t2温度区间的平均比热容。
[0053]
具体的，在此测试环节中，开启测试的最低温度不高于待测电芯自放电测试时的稳定温度t1，同时不低电芯的最低安全限定温度。比热容测试的最高结束温度不低于t1+5，同时，不超电池的最高安全限定温度，因此特定温度区间的选取范围为[t1-5，t1+5]。在本实施例中，由于是测试电芯自放电电流的过程中，电芯绝热阶段的温升不会过高，一般不超过2℃。故特定温度区间[t1，t2]即不超过区间[t1，t1+2]。
[0054]
请参阅图1至图3所示，在本发明的一实施例中，在步骤s300中，将被测电芯200静止于测试设备100之中，设定起始稳定温度，即t1及绝热追踪结束时间t2，开启试验并采集待测电芯200的开路电压以及通过温度采样点300测量待测电芯200的温度。此过程中，待测电芯200的开路电压测试系统建议为输入内阻较大的装置，降低电压采样系统400引起的电芯对外放电的影响。同时，由于此过程待测电芯200基本处于均温状态，其温度采样区域可位于待测电芯200一个大面的中心区域，或者多个采样区域的温度均值。
[0055]
请参阅图1至图3所示，在本发明的一实施例中，在步骤s400中，测试结束后求解待测电芯200在特定温度区间以及特定的荷电状态下的平均自放电电流，即利用绝热追踪阶
段的测试时长、温升大小以及开路电压，结合待测电芯200的比热容测试结果，求解待测电芯200的平均自放电电流。由于待测电芯200本体开路电压变化较小，可选取绝热阶段电芯开路电压的均值。具体的，待测电芯200的平均自放电电流通过以下公式获取：
[0056][0057]
式中，i表示为平均自放电电流，voc表示为开路电压，由于电芯温度稳定，此时可选取t1至t2阶段的开路电压的平均值。
[0058]
请参阅图1至图4所示，本发明还提供一种电芯自放电电流的检测系统，包括调节及称重模块10、比热容模块20、电压及温升模块30和自放电电流模块40。其中，调节及称重模块10用于获取待测电芯的自身质量，并调节所述待测电芯的荷电状态，比热容模块20用于将在特定的荷电状态下的待测电芯，放置在测试设备中，获取在特定温度区间内，所述待测电芯的比热容，电压及温升模块30用于采集在所述特定温度区间对应的时间区间内，所述待测电芯的开路电压以及温升值，自放电电流模块40用于根据所述比热容、所述开路电压及所述温升值，获取所述待测电芯的平均自放电电流。
[0059]
请参阅图1至图4所示，在本发明的一实施例中，所述述特定温度区间的选取范围为[t1-5，t1+5]，其中，t1表示为待测电芯自放电测试时的稳定温度。测试设备100为能够进行电芯比热容测试的设备。在比热容模块20中，基于所述待测电芯的净吸热功率，获取不同加热时间段和温度条件下，待测电芯200的比热容。
[0060]
电压及温升模块30中，所述温升值为所述待测电芯在绝热追踪阶段结束时间对应的温度与所述待测电芯自放电测试时的稳定温度的温差，且所述温升值不超过2℃。
[0061]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0062]
以上所述实施例仅表示发明的实施方式，本发明的保护范围不仅局限于上述实施例，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明保护范围。

技术特征：
1.一种电芯自放电电流的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：获取待测电芯以及所述待测电芯的自身质量，并调节所述待测电芯的荷电状态；将在特定的荷电状态下的待测电芯，放置在测试设备中，获取在特定温度区间内，所述待测电芯的比热容；采集在所述特定温度区间对应的时间区间内，所述待测电芯的开路电压以及温升值；根据所述比热容、所述开路电压及所述温升值，获取所述待测电芯的平均自放电电流。2.根据权利要求1所述的电芯自放电电流的检测方法，其特征在于，所述特定温度区间的选取范围为[t1-5，t1+5]，其中，t1表示为待测电芯自放电测试时的稳定温度。3.根据权利要求1所述的电芯自放电电流的检测方法，其特征在于，所述测试设备为能够进行电芯比热容测试的设备。4.根据权利要求2所述的电芯自放电电流的检测方法，其特征在于，基于所述待测电芯的净吸热功率，获取不同加热时间段和温度条件下，待测电芯的比热容。5.根据权利要求2所述的电芯自放电电流的检测方法，其特征在于，所述温升值为所述待测电芯在绝热追踪阶段结束时间对应的温度与所述待测电芯自放电测试时的稳定温度的温差，且所述温升值不超过2℃。6.一种电芯自放电电流的检测系统，其基于权利要求1-5任一所述的电芯自放电电流的检测方法，其特征在于，包括：调节及称重模块，用于获取待测电芯的自身质量，并调节所述待测电芯的荷电状态；比热容模块，用于将在特定的荷电状态下的待测电芯，放置在测试设备中，获取在特定温度区间内，所述待测电芯的比热容；电压及温升模块，用于采集在所述特定温度区间对应的时间区间内，所述待测电芯的开路电压以及温升值；自放电电流模块，用于根据所述比热容、所述开路电压及所述温升值，获取所述待测电芯的平均自放电电流。7.根据权利要求6所述的电芯自放电电流的检测系统，其特征在于，所述特定温度区间的选取范围为[t1-5，t1+5]，其中，t1表示为待测电芯自放电测试时的稳定温度。8.根据权利要求6所述的电芯自放电电流的检测系统，其特征在于，所述测试设备为能够进行电芯比热容测试的设备。9.根据权利要求7所述的电芯自放电电流的检测系统，其特征在于，基于所述待测电芯的净吸热功率，获取不同加热时间段和温度条件下，待测电芯的比热容。10.根据权利要求7所述的电芯自放电电流的检测系统，其特征在于，所述温升值为所述待测电芯在绝热追踪阶段结束时间对应的温度与所述待测电芯自放电测试时的稳定温度的温差，且所述温升值不超过2℃。

技术总结
本发明公开一种电芯自放电电流的检测方法及系统，所述方法包括以下步骤：获取待测电芯的自身质量，并调节所述待测电芯的荷电状态；将在特定的荷电状态下的待测电芯，放置在测试设备中，获取在特定温度区间内，所述待测电芯的比热容；采集在所述特定温度区间对应的时间区间内，所述待测电芯的开路电压以及温升值；根据所述比热容、所述开路电压及所述温升值，获取所述待测电芯的平均自放电电流。通过本发明公开的电芯自放电电流的检测方法及系统，能够快速测量电池自放电电流。能够快速测量电池自放电电流。能够快速测量电池自放电电流。


技术研发人员：王鼎奕 王圣明 郑辉 王浩然
受保护的技术使用者：恒钧检测技术有限公司
技术研发日：2023.07.26
技术公布日：2023/10/7