一种测定电压温度补偿系数的方法与流程

1.本发明涉及芯片测试领域，具体涉及一种测定电压温度补偿系数的方法。


背景技术：

2.在电芯制备完成后，电芯的自放电水平往往是客户重点关注的性能。行业内通常用k值来定义电芯的自放电能力，k值的物理含义是单位时间内电压的变化量，单位是mv/h。理论上，随着电芯存储时间不断增加，电芯的电压是不断降低的，k值是不断变化的，但应总为正值。然而在某些情况下，电芯的k值会出现负值，即电压不降反增。这一般主要由两种因素造成：温度和仪器误差。然而如果前后测试均用同一台仪器，则可消除仪器误差的影响。因此，k值的异常往往受温度影响，温度主要影响电芯的电压，从而间接影响k值的准确计算。基于上述背景，需要一种方法来测定温度对电芯电压的影响，从而获得电压的温度补偿系数，从而校准k值的计算，准确反映电芯的自放电水平。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种测定电压温度补偿系数的方法，通过测定不同温度下电芯电压值的差异，获得温度补偿系数，从而进行电芯k值的准确计算。
4.一种测定电压温度补偿系数的方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.步骤一：根据吉布斯自由能公式：
6.g＝h-ts
①
7.得到吉布斯自由能微分方程：
8.dg＝-sdt+vdp
②
9.然后将公式
②
两边对温度求导，就可以得出吉布斯自由能、温度以及熵的导数关系式：
[0010][0011]
吉布斯自由能与电压有如下关系：
[0012][0013]
上式中，e为电池的电压，z为反应转移的电子数，f为法拉第常数；
[0014]
步骤二：将
③
式带入到
④
式中，得到可逆反应电压与熵变之间的关系：
[0015][0016]
在可逆反应中、熵与反应热的关系为：
[0017][0018]
步骤三：将
⑥
式带入
⑤
式，得到最终公式：
[0019][0020]
其中，z代表化学反应方程式中电子的转移数量，t代表绝对温度，f为法拉第常数，δq代表电芯在特定soc下的放电反应热；
[0021]
在此公式中，等式左边为开路电压在压强、体积不变时对温度的偏导数，即电压温度系数，
[0022]
优选的，述步骤二中：如果公式的等号左边大于0，则说明温度增加，电压也会变大，如果小与0，则说明温度增加，电压会减小。
[0023]
优选的，所述步骤三中：如果电压温度系数值为正，则说明温度升高，电压会升高；如果其为负，则说明温度升高，电压会降低。
[0024]
优选的，所述步骤三中：z恒为正，t恒为正，f恒为正，δq可正可负。
[0025]
优选的，所述步骤三中：在最终公式等号右边，电压温度系数的正负，完全取决于电芯在该soc下的放电反应热的正负。
[0026]
本发明的优点在于：相对于不进行温度补偿的电压，本发明方法所测得的电压及计算的k值更加准确，更能准确的反映电芯的自放电水平。
附图说明
[0027]
图1为本发明在22℃、24℃，26℃，28℃，30℃的实验结果示意图；
[0028]
图2为本发明在12℃，14℃，16℃，18℃，21℃，23℃的实验结果示意图；
具体实施方式
[0029]
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
[0030]
如图1至图2所示，不同材料体系在不同soc时，温度的变化对电压的影响是不一样的。简而言之，温度升高，电芯的电压可能升高也可能降低。总之，同一电芯在不同温度下的电压是不一样的，温度影响着电压的测定，主要影响原理如下：首先，“吉布斯自由能”是表示系统在等温等压条件下、做非体积功的能力。其定义式为：
[0031]
g＝h-ts
①
[0032]
其中h代表系统的焓，表示系统在等压可逆过程中热量的度量；t代表绝对温度；s代表系统的熵，指的是系统混乱的程度。根据
①
式中吉布斯自由能的定义及焓的定义式：h＝u+pv(u为内能，p为压强，v为体积)，可以得到吉布斯自由能微分方程：
[0033]
dg＝-sdt+vdp
②
[0034]
公式
②
两边对温度求导，就可以得出吉布斯自由能、温度以及熵的导数关系式：
[0035][0036]
对于一个可逆的电化学反应而言，其吉布斯自由能与电压有如下关系：
[0037][0038]
上式中，e为电池的电压，z为反应转移的电子数，f为法拉第常数。将
③
式带入到
④
式中，就可以得到可逆反应电压与熵变之间的关系：
[0039][0040]
假设等号左边大于0，则说明温度增加，电压也会变大；如果小与0，则说明温度增加，电压会减小。只不过等号右边有一个我们不太熟悉的量：熵s，为了将公式进一步简化，我们还需要知道可逆反应中、熵与反应热的关系，这一关系其实也正是熵的定义：
[0041][0042]
将
⑥
式带入
⑤
式，得到最终公式：
[0043][0044]
在此公式中，等式左边为开路电压在压强、体积不变时对温度的偏导数，我们将其称呼为“电压温度系数”；如果电压温度系数值为正，则说明温度升高，电压会升高；如果其为负，则说明温度升高，电压会降低。在等号右边，z代表化学反应方程式中电子的转移数量、恒为正；t代表绝对温度、恒为正；f为法拉第常数、恒为正；δq代表电芯在特定soc下的放电反应热，可正可负。电压温度系数的正负，完全取决于电芯在该soc下的放电反应热的正负：如果电芯在该soc下是放热反应(放热反应q为正，吸热反应q为负)，则电压温度系数为正，说明温度升高，电压增加。如果电芯在soc下是吸热反应，则电压温度系数为负，说明温度升高，电压减少。以上就是温度影响电压的原理，正是由于不同温度下的电压不一样，温度差异导致的电压差异将会对k值的计算产生影响，因此需要知道温度对电压的具体影响，从而获得电压温度补偿系数，使获得的k值更加准确。
[0045]
具体实施方式及原理：
[0046]
实施例一：(1)监测20ea(280ah电芯，磷酸铁锂体系，20％soc)电芯两天压降，计算两天k值，选取5eak值较小且初始电压相近的5ea电芯作为实验样本(减小电芯自放电对实验结果的影响，5ea电芯进行后续所有实验)；(2)5ea电芯同时放入高低温烘箱，烘箱设定22℃，待烘箱内环境温度达到22℃，测ocv1，温度适应5h，再测ocv2；(3)整个实验过程接入多路实时监测电压、烘箱内环境温度、负极柱温度；同时需要人使用同一台电压内阻仪进行卡点测上述ocv1和ocv2，测试精度至少0.1mv；(4)依次重复步骤2进行24℃，26℃，28℃，30℃的实验。
[0047]
实验结果如下图：
[0048]
k值数据：
[0049][0050][0051]
电压数据：
[0052]
[0053]
线性关系如图1所示实验结论：温度与电压呈强相关，22℃/30℃电芯ocv数据差～0.82mv，温度(22-30℃)每升高1℃，ocv下降～0.1mv
[0054]
实施例二：为进一步扩大温度范围，进行了第二次验证，使用实施例一中的5ea电芯作为实验样本。(1)监测实施例一中的5ea电芯两天压降，计算两天k值(5ea电芯进行后续所有实验)；
[0055]
(2)5ea电芯同时放入高低温烘箱，烘箱设定10℃，待烘箱内环境温度达到10℃，测ocv1，温度适应5h，再测ocv2；(3)整个实验过程接入多路实时监测烘箱内环境温度、负极柱温度；同时需要人使用同一台电压内阻仪进行卡点测上述ocv1和ocv2，测试精度至少0.1mv；(4)依次重复步骤2进行12℃，14℃，16℃，18℃，21℃，23℃的实验。线性关系如图2所示。
[0056]
实验结论：温度与电压呈强相关，10℃/23℃电芯ocv数据差～1.33mv，每升高1℃，ocv下降～0.1mv；与之前22～30℃实验结果吻合。因此，本实验所适用的状态电芯在10-30℃内，每升高1℃，ocv下降～0.1mv。0.1mv可作为10-30℃的温度补偿系数。
[0057]
基于上述，本发明通过测定不同温度下电芯电压值的差异，获得温度补偿系数，从而进行电芯k值的准确计算。
[0058]
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

技术特征：
1.一种测定电压温度补偿系数的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：根据吉布斯自由能公式：g＝h-ts
①
得到吉布斯自由能微分方程：dg＝-sdt+vdp
②
然后将公式
②
两边对温度求导，就可以得出吉布斯自由能、温度以及熵的导数关系式：吉布斯自由能与电压有如下关系：上式中，e为电池的电压，z为反应转移的电子数，f为法拉第常数；步骤二：将
③
式带入到
④
式中，得到可逆反应电压与熵变之间的关系：在可逆反应中、熵与反应热的关系为：步骤三：将
⑥
式带入
⑤
式，得到最终公式：其中，z代表化学反应方程式中电子的转移数量，t代表绝对温度，f为法拉第常数，δq代表电芯在特定soc下的放电反应热；在此公式中，等式左边为开路电压在压强、体积不变时对温度的偏导数，即电压温度系数。2.根据权利要求1所述的一种测定电压温度补偿系数的方法，其特征在于：所述步骤二中：如果公式的等号左边大于0，则说明温度增加，电压也会变大，如果小与0，则说明温度增加，电压会减小。3.根据权利要求1所述的一种测定电压温度补偿系数的方法，其特征在于：所述步骤三中：如果电压温度系数值为正，则说明温度升高，电压会升高；如果其为负，则说明温度升高，电压会降低。4.根据权利要求1所述的一种测定电压温度补偿系数的方法，其特征在于：所述步骤三中：z恒为正，t恒为正，f恒为正，δq可正可负。5.根据权利要求1所述的一种测定电压温度补偿系数的方法，其特征在于：所述步骤三中：在最终公式等号右边，电压温度系数的正负，完全取决于电芯在该soc下的放电反应热的正负。

技术总结
本发明公开一种测定电压温度补偿系数的方法，通过测定不同温度下电芯电压值的差异，获得温度补偿系数，从而进行电芯K值的准确计算，正是由于不同温度下的电压不一样，温度差异导致的电压差异将会对K值的计算产生影响，因此需要知道温度对电压的具体影响，从而获得电压温度补偿系数，使获得的K值更加准确。使获得的K值更加准确。使获得的K值更加准确。


技术研发人员：未海峰 邹泽贤
受保护的技术使用者：芜湖天弋能源科技有限公司
技术研发日：2023.04.12
技术公布日：2023/7/20