一种基于气体传感的锂离子电池状态评估及筛选方法

测量装置的制造及其应用技术1.本发明涉及锂离子电池技术领域，具体为一种基于气体传感的锂离子电池状态评估及筛选方法。背景技术：2.随着锂离子电池的应用不断扩大，其安全性和可靠性至关重要。在实际使用时，锂离子电池往往是通过串并联若干只单体组成模组及电池组之后进行使用。单体电池的一致性越高，电池组的可靠性和安全性也越高。因此，准确评估锂离子电池的状态，筛选出并剔除异常电池是实现电池组内单体高一致性，保证电池组安全可靠的关键。3.目前，锂离子电池的状态评估存在两大问题：第一个问题是，如何准确判断锂离子电池的状态。目前大多数研究集中在电池健康状态(state-of-health,soh)的预测，专利cn 111948560 a提供了一种基于多因子评估模型的锂电池健康状态估算方法，首先建立锂离子电池的一阶rc等效电路模型；得到开路电压与荷电状态的具体函数关系，构建开路电压ocv与不同荷电状态soc值的soc-ocv关系表；然后分别建立以欧姆内阻、极化内阻和极化时间常数为状态变量的状态观测方程；迭代计算实时获得锂电池的欧姆内阻、极化内阻和极化电容；用训练获得的欧姆内阻、极化内阻和极化电容分别对应的权重系数，进行同类型全新电池的健康状态的评估，专利cn111736085a提供了一种基于电化学阻抗谱的锂离子电池健康状态估计方法，构建锂离子电池等效电路模型；根据电化学阻抗谱对等效电路模型中各电器元件进行参数辨识，分别得到新锂离子电池的欧姆内阻rnew和不同循环次数下锂离子电池的欧姆内阻r；计算x＝r-rnew值；作图得到锂离子电池的健康状态估算公式：soh＝ax+b；测定待测状态下100％soc锂离子电池的电化学阻抗谱，得到待测状态下锂离子电池的欧姆内阻r，根据公式估算待测状态下锂离子电池的健康状态，即soh。4.这些方法通常使用电池老化的表征参数来定义电池健康状态，如电压、容量、内阻和功率等，但这些参数并不是电池健康状态的全部决定因素，其对电池健康状态的反映往往比较片面。5.第二个问题是，如何进行及时有效的状态评估。目前对锂离子电池的健康状态评估主要是在锂离子电池生产制作之后及使用过程中。cn 110703121 a提供了一种锂离子电池健康状态预测方法，将锂离子电池置于恒温环境中，待静置时间后，对锂离子电池进行恒流充放电循环；每充放电循环预设次数后，将锂离子电池置于室温环境中静置预设时间后，对锂离子电池进行一次容量标定；以一定倍率对电池进行恒流放电，当锂离子电池荷电状态值降低至设定值后，测量一次锂离子电池交流阻抗，建立动态阻抗谱；根据动态阻抗谱建立锂离子电池的等效电路，并根据等效电路对锂离子电池动态阻抗谱进行拟合得到拟合数据；提取拟合数据作为输入参量，代入bp神经网络模型中得到锂离子电池的健康状态，专利cn 111257783 a提供了一种锂离子电池健康状态的检测方法，检测不同健康状态下锂离子电池的室温磁性能，建立健康状态与磁化率的对应关系库；检测不同温度下磁化率的变化，得到相应的锂离子电池健康状态的温度补偿系数；采用磁性传感器和温度传感器采集锂离子电池工作状态下的磁性能数据和工作环境温度数据；将所述磁性能数据与所述健康状态与磁化率的对应关系库中的数据进行智能匹配，得到相应的锂离子电池健康状态；通过温度传感器采集到的温度数据得到锂离子电池健康状态的温度补偿系数，计算得到锂离子电池最终的健康状态。6.这些方法不能发现锂离子电池生产过程中本身的材料、结构和制造缺陷，只是对生产出来的最终电池产品的性能进行被动检测。因此，这些方法不能对电池状态进行及时有效评估，也无法从源头上筛选出不良单体电池。7.而本发明针对锂离子电池本身的结构、组成和生产工艺特征，利用气体传感掌握其在化成过程中内部产生气体的种类、浓度及产气量变化。本发明可真实有效地对锂离子单体电池的初始状态进行准确评估，并根据其状态与实际技术标准与需求筛选出异常及不良电池，从而保证了单体电池之间的一致性，提高电池组的可靠性及安全性，延长电池组的使用寿命。技术实现要素：8.针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于气体传感的锂离子电池状态评估及筛选方法，以解决上述背景技术中提出的问题。9.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于气体传感的锂离子电池状态评估及筛选方法，包括以下步骤：10.s1、放置传感器：在锂离子电池生产过程中，将气体传感器逐只置于经过装配和注液，但未经过化成的若干锂离子电池内部，再对锂离子电池进行封装；11.s2、锂离子电池化成及气体检测：对若干锂离子电池进行化成，利用气体传感器检测化成过程中电池的变化；12.s3、初始容量确定：测定化成之后每只锂离子的初始容量(cn)；13.s4、绘制并汇总浓度变化曲线：选择一种或几种所产气体，并绘制其相应的浓度变化与化成时间曲线，并对所有电池的曲线进行汇总；14.s5、标定各自产气量：对单只锂离子电池，以其化成过程中的某种气体的产气量除以初始容量，得到标定后的各自产气量变化值(gvi/cn)；15.s6、绘制并汇各自产气量变化曲线：绘制标定后的各自产气量变化值与化成时间的曲线，并对所有电池的曲线进行汇总；16.s7、标定产气总量：对单只锂离子电池，以其化成过程中的产气总量除以初始容量，得到标定后的产气总量变化值(gv/cn)；17.s8、绘制并汇总产气总量变化曲线：绘制标定后的产气总量变化值与化成时间的曲线，并对所有电池的曲线进行汇总；18.s9、锂离子电池状态评估及筛选：根据据步骤s2中的产气种类差异以及步骤s4、步骤s6及步骤s8所得的曲线，结合实际技术标准，判定每只锂离子电池的状态是否正常，并根据异常情况及实际标准及需求筛选出合格电池与不合格电池。19.进一步优化本技术方案，通过所述气体传感器，可以感知锂离子电池化成过程中产生气体的种类、每种气体的浓度变化、各自产气量及产气总量。20.进一步优化本技术方案，所述气体传感器不接触锂离子电池的极片和电解液，气体传感器的工作过程与锂离子电池的化成过程是同步且互不干扰的。21.进一步优化本技术方案，通过所述气体传感器，可以感受的气体种类包括但不限于乙炔，乙烯，乙烷，二氧化碳、一氧化碳、氢气、氧气、甲烷。22.进一步优化本技术方案，所述若干锂离子电池的规格型号、材料组成、结构及生产工艺条件是一致的。23.进一步优化本技术方案，所述步骤s2中，利用气体传感器检测化成过程中电池中所产生的气体种类(i)、各自浓度(gci)、各自产气量(gvi)及产气总量(gv)的变化。24.与现有技术相比，本发明提供了一种基于气体传感的锂离子电池状态评估及筛选方法，具备以下有益效果：25.该基于气体传感的锂离子电池状态评估及筛选方法，本发明基于气体传感获取锂离子电池化成过程中的产气种类、各种气体种类、各自浓度、各自产气量及产气总量的变化规律，从而对锂离子电池的状态进行准确有效的评估，并对其进行筛选，剔除状态异常的或不良的电池，本发明可以反映锂离子电池的初始状态方面差异，有效保证了单体电池之间具有高度的一致性，从而提高电池组的可靠性及安全性，延长电池组的使用寿命。附图说明26.图1为本发明提出的一种基于气体传感的锂离子电池状态评估及筛选方法的流程示意图；27.图2为本发明提出的一种基于气体传感的锂离子电池状态评估及筛选方法的20ah三元软包锂离子电池化成过程中c2h4浓度与化成时间的关系；28.图3为本发明提出的一种基于气体传感的锂离子电池状态评估及筛选方法的20ah三元软包锂离子电池化成过程中c2h4标定产气量与化成时间的关系；29.图4为本发明提出的一种基于气体传感的锂离子电池状态评估及筛选方法的20ah三元软包锂离子电池化成过程中标定产气总量与化成时间的关系。具体实施方式30.下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。31.实施例：32.请参考图1-4所示，本发明公开了一种基于气体传感的锂离子电池状态评估及筛选方法，包括以下步骤：33.s1、放置传感器：在锂离子电池生产过程中，将气体传感器逐只置于经过装配和注液，但未经过化成的若干锂离子电池内部，再对锂离子电池进行封装；34.s2、锂离子电池化成及气体检测：对若干锂离子电池进行化成，利用气体传感器检测化成过程中电池中所产生的气体种类(i)、各自浓度(gci)、各自产气量(gvi)及产气总量(gv)的变化；35.s3、初始容量确定：测定化成之后每只锂离子的初始容量(cn)；36.s4、绘制并汇总浓度变化曲线：选择一种或几种所产气体，并绘制其相应的浓度变化与化成时间曲线，并对所有电池的曲线进行汇总；37.s5、标定各自产气量：对单只锂离子电池，以其化成过程中的某种气体的产气量除以初始容量，得到标定后的各自产气量变化值(gvi/cn)；38.s6、绘制并汇各自产气量变化曲线：绘制标定后的各自产气量变化值与化成时间的曲线，并对所有电池的曲线进行汇总；39.s7、标定产气总量：对单只锂离子电池，以其化成过程中的产气总量除以初始容量，得到标定后的产气总量变化值(gv/cn)；40.s8、绘制并汇总产气总量变化曲线：绘制标定后的产气总量变化值与化成时间的曲线，并对所有电池的曲线进行汇总；41.s9、锂离子电池状态评估及筛选：根据据步骤s2中的产气种类差异以及步骤s4、步骤s6及步骤s8所得的曲线，结合实际技术标准，判定每只锂离子电池的状态是否正常，并根据异常情况及实际标准及需求筛选出合格电池与不合格电池。42.本发明中气体传感器，可以感知电池化成中的产气种类、每种气体浓度变化、各自产气量及产气总量等，气体传感器不接触锂离子电池的极片和电解液，气体传感器的工作过程与锂离子电池的化成过程是同步且互不干扰的，本发明的评估和筛选方法是针对同一类型及统一生产工艺的锂离子电池，本发明针对锂离子电池本身的结构、组成和生产工艺特征，利用气体传感掌握其在化成过程中内部产生气体的种类、浓度及产气量变化，本发明可真实有效地对锂离子单体电池的初始状态进行准确评估，并根据其状态与实际技术标准与需求筛选出异常及不良电池，从而保证了单体电池之间的一致性，提高电池组的可靠性及安全性，延长电池组的使用寿命。43.作为本实施例具体的优化方案，通过所述气体传感器，可以感知锂离子电池化成过程中产生气体的种类、每种气体的浓度变化、各自产气量及产气总量。44.作为本实施例具体的优化方案，所述气体传感器不接触锂离子电池的极片和电解液，气体传感器的工作过程与锂离子电池的化成过程是同步且互不干扰的。45.作为本实施例具体的优化方案，通过所述气体传感器，可以感受的气体种类包括但不限于乙炔，乙烯，乙烷，二氧化碳、一氧化碳、氢气、氧气、甲烷。46.作为本实施例具体的优化方案，所述若干锂离子电池的规格型号、材料组成、结构及生产工艺条件是一致的。47.实施例一：48.在生产20ah磷酸铁锂软包电池的过程中实施，单体电池数量为100只，其组成、结构及生产工艺是相同的。49.首先，对单体电池进行编号后，按生产工艺进行装配及注液，再将气体传感器逐只放置在单体电池内部但不接触极片及电解液，然后对单体进行封装。50.其次，将封装好的单体电池安装在电池化成设备上，按相同的生产工艺对上述单体电池进行化成，总化成时间为6h。利用传感器获得每只单体化成过程中的所产生的气体种类(i)、c2h4浓度(gcc2h4)、c2h4产气量(gvc2h4)及产气总量(gv)的变化。51.第三，测定每只单体电池的初始容量(cn)。52.第四，标定c2h4产气量及产气总量：对单只锂离子电池，以其化成过程中的c2h4的产气量除以初始容量，得到标定后的c2h4产气量变化值(gvc2h4/cn)；以其化成过程中的产气总量除以初始容量，得到标定后的产气总量变化值(gv/cn)。53.第五，绘制并汇总浓度变化曲线：选择所产气体中的c2h4，绘制其相应的浓度变化与化成时间曲线，并对所有电池的曲线进行汇总，得到图2。54.第六，绘制并汇各自产气量变化曲线：绘制标定后的c2h4产气量变化值与化成时间的曲线，并对所有电池的曲线进行汇总，得到图3。55.第七，绘制标定后的产气总量变化值与化成时间的曲线，并对所有电池的曲线进行汇总，得到图4。56.第八，根据步骤s2中的产气种类差异(表1)以及步骤s4、步骤s6及步骤s8所得的曲线，结合实际技术标准，判定每只锂离子电池的状态是否正常(表2)，并根据异常情况及实际标准及需求筛选出合格电池与不合格电池。57.表1化成产气种类汇总[0058][0059]表2曲线汇总所得异常电池统计及评估筛选[0060][0061]根据步骤s2中的产气种类差异，得到表1。从表1中的结果可知，有4只异常电池,进一步将表1、图2、图3及图4结果汇总得到表2,从表2中的结果可知，异常电池共5只，编号分别为25、48、52、72及99，处理结果为剔除上述5只单体电池。[0062]实施例二：[0063]在生产100ah三元方形电池的过程中实施，单体电池数量为50只，其组成、结构及生产工艺是相同的。[0064]首先，对单体电池进行编号后，按生产工艺进行装配及注液，再将气体传感器逐只放置在单体电池内部但不接触极片及电解液，然后对单体进行封装。[0065]其次，将封装好的单体电池安装在电池化成设备上，按相同的生产工艺对上述单体电池进行化成，总化成时间为48h。利用传感器获得每只单体化成过程中的所产生的气体种类(i)、co2浓度(gcco2)、co2产气量(gvco2)及产气总量(gv)的变化。[0066]第三，测定每只单体电池的初始容量(cn)。[0067]第四，标定co2产气量及产气总量：对单只锂离子电池，以其化成过程中的co2的产气量除以初始容量，得到标定后的co2产气量变化值(gvco2/cn)；以其化成过程中的产气总量除以初始容量，得到标定后的产气总量变化值(gv/cn)。[0068]第五，绘制并汇总浓度变化曲线：选择所产气体中的co2，绘制其相应的浓度变化与化成时间曲线，并对所有电池的曲线进行汇总，得到汇总图。[0069]第六，绘制并汇各自产气量变化曲线：绘制标定后的co2产气量变化值与化成时间的曲线，并对所有电池的曲线进行汇总，得到汇总图。[0070]第七，绘制标定后的产气总量变化值与化成时间的曲线，并对所有电池的曲线进行汇总，得到汇总图。[0071]第八，根据步骤s2中的产气种类差异(表3)以及步骤s4、步骤s6及步骤s8所得的曲线，结合实际技术标准，判定每只锂离子电池的状态是否正常(表4)，并根据异常情况及实际标准及需求筛选出合格电池与不合格电池。[0072]表3化成产气种类汇总[0073][0074][0075]表4曲线汇总所得异常电池统计及评估筛选及co2产气量除以初始容量，得到标定后的h2及co2产气量变化值及以其化成过程中的产气总量除以初始容量，得到标定后的产气总量变化值(gv/cn)。[0084]第五，绘制并汇总浓度变化曲线：选择所产气体中的h2及co2，绘制其相应的浓度变化与化成时间曲线，并对所有电池的曲线进行汇总，得到汇总图。[0085]第六，绘制并汇各自产气量变化曲线：绘制标定后的h2及co2产气量变化值与化成时间的曲线，并对所有电池的曲线进行汇总，得到汇总图。[0086]第七，绘制标定后的产气总量变化值与化成时间的曲线，并对所有电池的曲线进行汇总，得到汇总图。[0087]第八，根据步骤s2中的产气种类差异(表5)以及步骤s4、步骤s6及步骤s8所得的曲线，结合实际技术标准，判定每只锂离子电池的状态是否正常(表6)，并根据异常情况及实际标准及需求筛选出合格电池与不合格电池。[0088]表5化成产气种类汇总[0089][0090]表6曲线汇总所得异常电池统计及评估筛选[0091][0092][0093]根据步骤s2中的产气种类差异，得到表5，从表5中的结果可知，有4只异常电池，进一步将表5、各汇总图的结果汇总得到表6，从表2中的结果可知，异常电池共11只，编号分别为2、9、13、15、28、33、43、56、76、82及97，处理结果为剔除上述11只单体电池。[0094]上述3个实施例的数据汇总如下：[0095][0096]本发明的有益效果是：[0097]该基于气体传感的锂离子电池状态评估及筛选方法，本发明基于气体传感获取锂离子电池化成过程中的产气种类、各种气体种类、各自浓度、各自产气量及产气总量的变化规律，从而对锂离子电池的状态进行准确有效的评估，并对其进行筛选，剔除状态异常的或不良的电池。本发明可以反映锂离子电池的初始状态方面差异，有效保证了单体电池之间具有高度的一致性，从而提高电池组的可靠性及安全性，延长电池组的使用寿命。[0098]尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。









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