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1、(10)申请公布号 CN 102944849 A (43)申请公布日 2013.02.27 CN 102944849 A *CN102944849A* (21)申请号 201210488606.5 (22)申请日 2012.11.27 G01R 31/36(2006.01) (71)申请人 天津力神电池股份有限公司 地址 300384 天津市西青区滨海高新技术产 业开发区 （环外） 海泰南道 38 号 (72)发明人 沈修岗 贾学恒 孟旭 朱玉芹 (74)专利代理机构 天津市三利专利商标代理有 限公司 12107 代理人 闫俊芬 (54) 发明名称 一种锂离子电池的电池容量快速检测方法 (57。
2、) 摘要 本发明公开了一种锂离子电池的电池容量快 速检测方法， 包括步骤 ： 第一步 ： 选取全部电池中 的任意数目作为样本电池组， 然后测量样本电池 组中每个电池的实际放电容量 ； 第二步 ： 测量样 本电池组中每个电池的开路电压 ； 第三步 ： 根据 样本电池组中每个电池的实际放电容量和开路电 压， 获得实际放电容量和开路电压之间的对应关 系 ； 第四步 ： 对于除样本电池组之外剩下的每个 电池分别测量开路电压 ； 第五步 ： 根据每个电池 的实际放电容量和开路电压之间的对应关系， 获 得剩下每个电池的实际放电容量。本发明公开的 一种锂离子电池的电池容量快速检测方法， 其可 以对多个锂离子。
3、电池在不同条件下实际放电容量 进行高效、 快捷地检测， 大大提高对锂离子电池的 检测效率。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 6 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 6 页 附图 2 页 1/1 页 2 1. 一种锂离子电池的电池容量快速检测方法， 其特征在于， 包括步骤 ： 第一步 ： 选取全部多个锂离子电池中的任意数目作为样本电池组， 然后测量样本电池 组中每个锂离子电池的实际放电容量 ； 第二步 ： 测量样本电池组中每个锂离子电池的开路电压 ； 第三步 ： 根据样本电池组中每个锂离子电池的实际放电容量。
4、和开路电压， 获得样本电 池组中每个锂离子电池的实际放电容量和开路电压之间的对应关系， 然后作为全部多个电 池中每个锂离子电池的实际放电容量与开路电压之间的对应关系 ； 第四步 ： 对于所述多个锂离子电池中除样本电池组之外剩下的每个锂离子电池， 分别 测量它们的开路电压 ； 第五步 ： 根据每个锂离子电池的实际放电容量和开路电压之间的对应关系， 计算获得剩 下的每个锂离子电池对应的实际放电容量， 最终获得全部多个锂离子电池的实际放电容量。 2. 如权利要求 1 所述的检测方法， 其特征在于， 所述第一步具体为 ： 将样本电池组中每 个锂离子电池以预定大小的电流进行恒流恒压充电， 直到充电至电池。
5、的电压上限， 然后再 恒压充电至充电电流小于预设数值， 放置一段时间后， 恒流放电至电池的电压下限， 然后根 据放电时间和恒流放电电流的大小， 计算获得样本电池组中每个锂离子电池的实际放电容 量。 3. 如权利要求 1 所述的检测方法， 其特征在于， 所述第二步具体为 ： 将样本电池组中每 个锂离子电池放电至电池的电压下限， 然后以预定充电倍率大小的电流对该组锂离子电池 进行恒流充电， 直到将样本电池组中每个锂离子电池都充电至预设荷电状态， 然后静置一 段预设时间， 实时检测样本电池组中每个锂离子电池的开路电压。 4. 如权利要求 3 所述的检测方法， 其特征在于， 所述锂离子电池的预设荷电状。
6、态根据 以下步骤确定 ： 事先选择样本电池组中的任意一个电池， 对该电池以预定充电倍率大小的电流进行恒 流充电， 实时检测并记录电池的电压和电池充电容量， 计算电池的电压的变化值和电池充 电容量的变化值之间的比值， 将电池电压的变化值和电池充电容量的变化值的比值变化较 大时所对应的电池充电容量百分比作为对样本电池组恒流充电的预设荷电状态。 5. 如权利要求 3 所述的检测方法， 其特征在于， 所述锂离子电池的预设荷电状态根据 以下步骤确定 ： 事先选择样本电池组中的任意一个电池， 对该电池以预定充电倍率大小的电流进行恒 流充电， 实时检测并记录电池的电压和电池充电容量， 根据电池的电压和电池充。
7、电容量， 形 成电池的电压和电池充电容量的关系曲线， 选择曲线中斜率较大位置处的电池充电容量百 分比作为样本电池组恒流充电的预设荷电状态。 6. 如权利要求 1 所述的检测方法， 其特征在于， 所述第四步具体为 ： 将所述多个锂离子 电池中除样本电池组之外剩下的每个锂离子电池放电至电池的电压下限， 然后以预定充电 倍率大小的电流对该组锂离子电池进行恒流充电， 直到将每个锂离子电池都充电至预设荷 电状态， 然后静置一段预设时间， 实时检测除样本电池组之外剩下的每个锂离子电池的开 路电压。 7. 如权利要求 3 至 6 中任一项所述的检测方法， 其特征在于， 所述预设荷电状态为 80%。 权 利 。
8、要 求 书 CN 102944849 A 2 1/6 页 3 一种锂离子电池的电池容量快速检测方法 技术领域 0001 本发明涉及电池检测技术领域， 特别是涉及一种锂离子电池的电池容量快速检 测方法。 背景技术 0002 锂离子电池具有高能量密度、 高电压、 无污染、 循环寿命高、 无记忆效应、 充电速度 快等特点， 不仅在便携式电子设备上如移动电话、 数码摄像机和手提电脑得到广泛应用， 而 且也广泛应用于电动汽车、 电动自行车以及电动工具等大中型电动设备方面， 因此对锂离 子电池的质量要求越来越高。 0003 对于锂离子电池， 评定锂离子电池质量有很多项技术指标， 其中电池容量是非常 重要的。
9、技术指标之一。电池容量表示在一定条件下 （放电率、 温度、 放电截止电压等） 电池放 出的电量， 通常以 mAh 或 Ah 为单位。电池容量一般分为标称容量和实际容量， 标称容量是 指制造商在电池出厂时确保电池容量的最低值， 实际容量为电池在规定条件下的实际放电 容量。 0004 无论是在锂离子电池的生产制造商， 还是电池客户， 都需要对在一定条件 （放电 率、 温度、 放电截止电压等） 下所生产或者使用电池的实际放电容量进行检测。 0005 目前， 为了检测锂离子电池在规定条件下的实际放电容量， 都需要按照规定条件 先对电池充满电， 然后进行长时间的放电， 将电池放电至放电截止电压， 然后根。
10、据放电时间 和放电电流的大小， 最后计算获得锂离子电池在规定条件下的实际放电容量。 0006 但是， 目前检测锂离子电池在规定条件下实际放电容量所需要的时间都较长， 一 般都不小于 11 小时， 检测过程复杂费时， 同时由于每个电池都需要检测， 因此需要占用大 量的时间和人力成本， 大大增加了锂离子电池的生产成本， 影响了锂离子电池的广泛生产 和推广应用。 0007 因此， 目前迫切需要研发出一种技术， 其可以对锂离子电池在不同条件下的实际 放电容量进行高效、 快捷地检测， 大大提高对锂离子电池的检测效率， 进而降低了电池的生 产成本， 有利于提高电池生产厂家产品的市场应用前景， 具有重大的生。
11、产实践意义。 发明内容 0008 有鉴于此， 本发明的目的是提供一种锂离子电池的电池容量快速检测方法， 其可 以对多个锂离子电池在不同条件下的实际放电容量进行高效、 快捷地检测， 大大提高对锂 离子电池的检测效率， 进而降低了电池组的生产成本， 有利于提高电池生产厂家产品的市 场应用前景， 具有重大的生产实践意义。 0009 为此， 本发明提供了一种锂离子电池的电池容量快速检测方法， 包括步骤 ： 第一步 ： 选取全部多个锂离子电池中的任意数目作为样本电池组， 然后在室温下测量 样本电池组中每个锂离子电池的实际放电容量 ； 第二步 ： 测量样本电池组中每个锂离子电池的开路电压 ； 说 明 书 。
12、CN 102944849 A 3 2/6 页 4 第三步 ： 根据样本电池组中每个锂离子电池的实际放电容量和开路电压， 获得样本电 池组中每个锂离子电池的实际放电容量和开路电压之间的对应关系， 然后作为全部多个电 池中每个锂离子电池的实际放电容量与开路电压之间的对应关系 ； 第四步 ： 对于所述多个锂离子电池中除样本电池组之外剩下的每个锂离子电池， 分别 测量它们的开路电压 ； 第五步 ： 根据每个锂离子电池的实际放电容量和开路电压之间的对应关系， 计算获得 剩下的每个锂离子电池对应的实际放电容量， 最终获得全部多个锂离子电池的实际放电容 量。 0010 其中， 所述第一步具体为 ： 将样本电。
13、池组中每个锂离子电池以预定大小的电流进 行恒流恒压充电， 直到充电至电池的电压上限， 然后再恒压充电至充电电流小于预设数值， 放置一段时间后， 恒流放电至电池的电压下限， 然后根据放电时间和恒流放电电流的大小， 计算获得样本电池组中每个锂离子电池的实际放电容量。 0011 其中， 所述第二步具体为 ： 将样本电池组中每个锂离子电池放电至电池的电压下 限， 然后以预定充电倍率大小的电流对该组锂离子电池进行恒流充电， 直到将样本电池组 中每个锂离子电池都充电至预设荷电状态， 然后静置一段预设时间， 实时检测样本电池组 中每个锂离子电池的开路电压。 0012 其中， 所述锂离子电池的预设荷电状态根据。
14、以下步骤确定 ： 事先选择样本电池组中的任意一个电池， 对该电池以预定充电倍率大小的电流进行恒 流充电， 实时检测并记录电池的电压和电池充电容量， 计算电池的电压的变化值和电池充 电容量的变化值之间的比值， 将电池电压的变化值和电池充电容量的变化值的比值变化较 大时所对应的电池充电容量百分比作为对样本电池组恒流充电的预设荷电状态。 0013 其中， 所述锂离子电池的预设荷电状态根据以下步骤确定 ： 事先选择样本电池组中的任意一个电池， 对该电池以预定充电倍率大小的电流进行恒 流充电， 实时检测并记录电池的电压和电池充电容量， 根据电池的电压和电池充电容量， 形 成电池的电压和电池充电容量的关系。
15、曲线， 选择曲线中斜率较大位置处的电池充电容量百 分比作为样本电池组恒流充电的预设荷电状态。 0014 其中， 所述第四步具体为 ： 将所述多个锂离子电池中除样本电池组之外剩下的每 个锂离子电池放电至电池的电压下限， 然后以预定充电倍率大小的电流对该组锂离子电池 进行恒流充电， 直到将每个锂离子电池都充电至预设荷电状态， 然后静置一段预设时间， 实 时检测除样本电池组之外剩下的每个锂离子电池的开路电压。 0015 其中， 所述预设荷电状态为 80%。 0016 由以上本发明提供的技术方案可见， 与现有技术相比较， 本发明提供了一种锂离 子电池的电池容量快速检测方法， 其可以对多个锂离子电池在不。
16、同条件下的实际放电容 量进行高效、 快捷地检测， 大大提高对锂离子电池的检测效率， 进而降低了电池组的生产成 本， 有利于提高电池生产厂家产品的市场应用前景， 具有重大的生产实践意义。 附图说明 0017 图 1 为本发明提供的一种锂离子电池的电池容量快速检测方法的流程图 ； 图 2 为本发明提供的一种锂离子电池的电池容量快速检测方法所选择的样本电池组 说 明 书 CN 102944849 A 4 3/6 页 5 中的一个锂离子电池以预定充电倍率大小 （具体为电池实际放电容量的预设倍率大小） 的 电流进行充电时， 其电池电压和电池充电容量的关系曲线图 ； 图 3 为本发明提供的一种锂离子电池的。
17、电池容量快速检测方法所选择的一组锂离子 电池的实际放电容量和预设荷电状态下的开路电压之间的对应关系示意图 ； 图 4 为本发明提供的一种锂离子电池的电池容量快速检测方法所检测获得的锂离子 电池容量与现有方法所测试的锂离子电池容量之间容量差值的分布示意图。 具体实施方式 0018 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案， 下面结合附图和实施方式对本 发明作进一步的详细说明。 0019 图 1 为本发明提供的一种锂离子电池的电池容量快速检测方法的流程图。 0020 参见图 1， 本发明提供了一种锂离子电池的电池容量快速检测方法， 该方法可以对 同一种类的多个大批量锂离子电池 （即标称容量相同的。
18、多个锂离子电池） 在不同条件下的 实际放电容量进行高效、 快捷地检测， 大大提高对锂离子电池的检测效率， 该方法具体包括 以下步骤 ： 第一步 ： 选取全部多个锂离子电池中的任意数目作为样本电池组 （该组电池数目小于 总数， 只是一部分电池， 例如为选取 1000 个电池中的 200 个作为样本电池） ， 然后在室温 （例 如 25 5的温度） 下测量样本电池组中每个锂离子电池的实际放电容量 ； 第二步 ： 测量样本电池组中每个锂离子电池的开路电压 ； 第三步 ： 根据样本电池组中每个锂离子电池的实际放电容量和开路电压， 获得样本电 池组中每个锂离子电池的实际放电容量和开路电压之间的对应关系，。
19、 然后作为全部多个电 池中每个锂离子电池的实际放电容量与开路电压之间的对应关系 ； 第四步 ： 对于所述多个锂离子电池中除样本电池组之外剩下的每个锂离子电池， 按照 第二步同样的方法， 分别测量每个锂离子电池的开路电压 ； 第五步 ： 根据所述第四步获得的锂离子电池的实际放电容量和开路电压之间的对应关 系， 计算获得剩下的每个锂离子电池对应的实际放电容量， 最终获得全部多个锂离子电池 的实际放电容量。 0021 在本发明中， 所述第一步具体为 ： 将样本电池组中每个锂离子电池以预定大小的 电流进行恒流恒压充电， 直到充电至电池的电压上限， 然后再恒压充电至充电电流小于预 设数值， 放置一段时间。
20、 （例如 1 小时） 后， 恒流放电至电池的电压下限 （即放电截止电压） ， 然 后根据放电时间 （即恒流放电至电池的电压下限所花费的时间） 和恒流放电电流 （即恒流放 电电流） 的大小， 计算获得样本电池组中每个锂离子电池的实际放电容量 （即等于放电时间 和放电电流之积） 。需要说明的是， 该方法为测量电池实际放电容量的标准方法， 由于每次 都需要进行充电、 放电操作， 费时较长， 工作效率低下。 0022 在本发明中， 所述第二步具体为 ： 将样本电池组中每个锂离子电池放电至电池的 电压下限 （即放电截止电压） ， 然后以预定充电倍率大小的电流对该组锂离子电池进行恒流 充电， 直到将样本电。
21、池组中每个锂离子电池都充电至预设荷电状态 （例如为 80%） ， 然后静置 一段预设时间 （优选为 412 小时） ， 实时检测样本电池组中每个锂离子电池的开路电压。 0023 在所述第二步中， 所述以预定充电倍率大小的电流对该组锂离子电池进行恒流充 说 明 书 CN 102944849 A 5 4/6 页 6 电到预设荷电状态所需要的时间具体为 ： 锂离子电池的预设荷电状态与预定充电倍率大小 的电流之间的比值。 0024 在本发明中， 所述锂离子电池的预设荷电状态可以根据以下步骤确定 ： 事先选择 样本电池组中的任意一个电池， 对该电池以预定充电倍率大小的电流进行恒流充电， 实时 检测并记录。
22、电池的电压和电池充电容量， 计算电池的电压的变化值和电池充电容量的变化 值之间的比值， 将电池电压的变化值和电池充电容量的变化值的比值变化较大时所对应的 电池充电容量百分比作为对样本电池组恒流充电的预设荷电状态。 （即充电截止百分比电 池容量） 。 0025 具体实现上， 所述锂离子电池的预设荷电状态的确定步骤具体可以为 ： 根据电池 的电压和电池充电容量， 形成电池的电压和电池充电容量的关系曲线， 选择曲线中斜率较 大位置处的电池充电容量百分比作为样本电池组恒流充电的预设荷电状态 （即充电截止百 分比电池容量） 。 0026 例如， 参见图 2， 对于图 2 所示样本电池组中一个锂离子电池的。
23、电池电压和电池充 电容量的关系曲线图， 曲线中斜率较大位置处的电池充电容量百分比 （即荷电状态） 为 80%， 这时电池的电压和电池充电容量的比值变化最大， 以 80% 的电池荷电状态作为对样本电池 组恒流充电的预设荷电状态。在电池充电容量百分比为 80% 的位置， 电池的开路电压数据 散布大， 可以更加准确地反映电池实际放电容量的差异。 0027 在本发明中， 在所述第二步中， 所述预定充电倍率大小具体为电池实际放电容量 的预设倍率大小， 例如为 0.5C， C 为电池实际放电容量， 即电池实际容量。 0028 在本发明中， 在所述第三步中， 具体实现上， 所述样本电池组中每个锂离子电池的 。
24、实际放电容量和开路电压之间的对应关系具体可以为函数关系， 将该函数关系作为全部电 池中每个锂离子电池的实际放电容量与开路电压之间存在的对应关系。 0029 需要说明的是， 对于本发明， 为了得出电池放电容量和开路电压之间的函数关系， 可以将实际放电容量和开路电压数据进行曲线拟合， 得出开路电压对电池放电容量的一元 一次线性函数。 例如， 具体曲线拟合方法可以为 ： 使用美国Minitab公司开发的数据统计软 件 Minitab15 的曲线拟合功能即可。当然， 还可以通过人工统计分析获得。 0030 在本发明中， 在所述第四步中， 按照与第二步同样的方法， 测量每个锂离子电池的 开路电压。具体为。
25、 ： 将所述多个锂离子电池中除样本电池组之外剩下的每个锂离子电池放 电至电池的电压下限 （即放电截止电压） ， 然后以预定充电倍率大小的电流对该组锂离子电 池进行恒流充电， 直到将每个锂离子电池都充电至预设荷电状态 （例如为 80%） ， 然后静置一 段预设时间 （优选为412小时） ， 实时检测除样本电池组之外剩下的每个锂离子电池的开路 电压。 0031 在本发明中， 在所述第五步中， 对于已经选取样本电池组之外的每个锂离子电池， 根据第四步获得的开路电压， 结合第三步中获得的任意一个锂离子电池的实际放电容量和 开路电压之间的对应关系， 既可以获得剩下的每个锂离子电池对应的实际放电容量。 0。
26、032 因此， 基于本发明提供的上述技术方案， 对于本发明， 对于需要检测实际放电容量 的同一种类多个锂离子电池， 只需要选取部分电池作为样本电池组 （即一批或几个批次电 池， 一般取 100-1000 只） ， 对样本电池组所包括的部分电池， 通过运用标准方法， 即执行充 电、 静置和放电操作来进行实际放电容量 （D0） 的检测， 并且测量样本电池组所包括部分电 说 明 书 CN 102944849 A 6 5/6 页 7 池的开路电压， 获得样本电池组中每个锂离子电池的实际放电容量和开路电压之间的对应 关系 ； 当对于全部电池剩下的其他部分电池 （优选为大部分的电池） ， 需要获知其实际放。
27、电容 量时， 只需要检测一个恒流充电后再放置一段时间的开路电压 （OCV0） ， 然后可以根据样本 电池组中每个锂离子电池的实际放电容量和开路电压之间的对应关系 （例如函数关系， 作 为同一类全部电池中每个锂离子电池的实际放电容量与开路电压之间的函数关系） ， 通过 计算， 即可获得全部多个锂离子电池中每个锂离子电池的实际放电容量 （D0） ， 因此可以节 约大量的时间， 可以高效、 方便地对大批量锂离子电池的实际放电容量进行检测， 具有广泛 的生产实践意义。 0033 因此， 对于本发明提供的一种锂离子电池的电池容量快速检测方法， 其具有如下 优点 ： 1、 本发明充分考虑充电曲线的斜率， 。
28、选取合适的 SOC 状态作为容量测试点， 容量测试 精度高 ； 2、 本发明快速测试容量所需的时间大约是标准方法的 20%30%， 大大提高生产效率， 同 时可以节省大量的充放电设备和电能。 0034 下面通过具体实施例来说明本发明的技术方案。 具体实施例 0035 选取同一种类多个锂离子电池 （即同一标称容量的多个锂离子电池） 中的 50 个作 为样本电池组， 对其进行充电， 如图 2 所示， 对于图 2 所示样本电池组中的一个锂离子电池 的电池电压和电池充电容量的关系曲线图， 选取曲线斜率较大的 80% 的电池荷电状态 SOC 处作为恒流充电的截止点， 然后用于恒流充电的电流大小选取为 1。
29、105mA （0.5C2A， C2表示以 2h 放电速率将电池放电至终止电压时的放电容量） ， 根据 80% 的电池荷电状态 SOC， 可以计 算出恒流充电所需要的时间可以设定为 97 分钟 （min） 。 0036 然后采用标准检测方法， 测量样本电池组中每个电池的实际放电容量 D0 和恒流 充电后静置 5 个小时的开路电压 （OCV0） 。如图 3 所示， 将二者进行曲线拟合， 得到二者函数 关系为 ： D0=11544-2.275* OCV0， 然后将该函数关系作为该类锂离子电池容量与开路电压 的函数关系。 0037 所述标准检测方法为 ： 对于样本电池组中每个锂离子电池， 以预定大小的。
30、电流进 行恒流恒压充电， 直到充电至电池的电压上限， 然后再恒压充电至充电电流小于预设数值， 放置一段时间 （例如 1 小时） 后， 恒流放电至电池的电压下限 （即放电截止电压） ， 然后根据放 电时间和放电电流的大小， 计算获得样本电池组中每个锂离子电池的实际放电容量。 0038 在具体生产实际中， 对于需要检测的多个同一种类多个锂离子电池， 需要需要检 测其中 200 个电池， 那么将该 200 个电池使用本发明的快速方法进行容量检测。具体操作 为 ： 在恒流充电之前， 将电池放电至电压下限 （即放电截止电压） ， 然后以 1105mA（0.5C2A， C2表示以 2h 放电速率将电池放电。
31、至终止电压时的放电容量） 电流进行恒流充电 97min， 充电完成放置 5 个小时后进行开路电压检测， 开路电压记为 OCV0， 将 OCV0 代入函数 D0=11544-2.275* OCV0 中， 即得出通过本发明快速检测出的电池容量 D0， 每个锂离子电池 与其容量数据一一对应。 说 明 书 CN 102944849 A 7 6/6 页 8 0039 使用标准方法再对这些电池进行容量检测， 记为 D1， 其中电池与其容量数据一一 对应。使用两种检测方法检测出的电池容量差值 D= D1- D0。如图 4 所示， 使用本发明的 方法快速检测出的电池实际放电容量较使用标准方法检测出的容量最大差。
32、异 4.3mAh， 误差 率小于 0.5%。而且本发明的容量测试只进行了 97min 中的恒流充电， 相比较标准的容量检 测方法和常规的容量检测方法， 至少节省了 3 个小时的充放电时间， 不仅大大提高了生产 效率， 而且也节省了大量的充电设备和电能。 0040 综上所述， 与现有技术相比较， 本发明提供的一种锂离子电池的电池容量快速检 测方法， 其可以对多个锂离子电池在不同条件下的实际放电容量进行高效、 快捷地检测， 大 大提高对锂离子电池的检测效率， 进而降低了电池组的生产成本， 有利于提高电池生产厂 家产品的市场应用前景， 具有重大的生产实践意义。 0041 以上所述仅是本发明的优选实施方式， 应当指出， 对于本技术领域的普通技术人 员来说， 在不脱离本发明原理的前提下， 还可以做出若干改进和润饰， 这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。 说 明 书 CN 102944849 A 8 1/2 页 9 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102944849 A 9 2/2 页 10 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 102944849 A 10 。