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当前速读：锂电池自放电测量方法：静置测量法！

2022-06-27 05:31:48来源：锂电联盟会长  

锂离子电池自放电的测量方法主要分为两大


【资料图】

类

：

1)

静置测量方法

，

通过对电池进行长时间的静

置得到自放电率

；

2)

动态测量方法

，

在动态过程中

实现对电池的参数识别

。

本期主

要介绍静置测量方法。下期主要介绍动态测量方法，请持续关注。


目前主流的锂离子电池自放电测量方法是在一

定

的环境条件下

，

对电池进行较长时间的静置

，

测

量静置前后电池参数的变化

，

来表征锂离子电池的

自放电程度

。

根据测量参数的不同

，

静置测量主要

分为

3

大类

：

容量测量

、

开路电压测量和电流测量

。


1. 容量测量

在电池进行长时间静置前，对电池进行一次充

放电，记录静置前的放电容量Q0。

静置后采用同样

的方式使电池放电，记录静置后的放电容量Q。

根

据式(7)可以计算得到电池的自放电率η。

再对电池

采用同样的方式进行一次充放电，记录循环后的电

池放电容量Q1。

根据式(8)和(9)可以分别计算得

到电池的可逆自放电量Qrev和不可逆自放电量Qirr。

该方法的示意图如图1所示。

图1 容量测量方法示意图

在国际标准化机构及各国政府相关部门和行业

协会发布的电池测试手册中，对通过容量测量来检

测电池自放电作了相关规定：

国际电工委员会(IEC)

发布的《含碱性或其他非酸性电解质的蓄电池和蓄

电池组：

便携式二次锂电池和蓄电池组》(IEC 61960)

中规定，将处于50%SOC状态下的电池，

在环境温度(20

±5

)℃下存储90d，再次充电后电池

的放电量应不小于额定容量的85%，具体测量流程

如图2a所 示。

美国汽车研究委员会(USCAR)

发布的电

动车用电池测试手册规定，测量前应先测量与电

池工作区间对应的实际电量。

将电池以C/3倍率放

出50%的可用电量后，在环境温度30℃下存储

30d，再次充电后测量电池的放电量。

中国国家标准

化管理委员会发布的《电动汽车用动力蓄电池性能要

求及试验方法》(GB/T 31486)

与IEC标准较为相

近

，规定了荷电保持及容量恢复能力的测量试验流

程。

以室温试验为例，电池在室温条件下存储8d，要

求荷电保持率不低于初始容量的85%，容量恢复不低

于初始容量的90%。

具体测量流程如图2b所示。

图2IEC 61960标准规定的测量流程(a)和GB/T 31486标准规定的测量流程(b)


2.开路电压测量

开路电压测量通过直接测量电池静置过程中开

路电压的变化，来表征锂离子电池的自放电程

度

。

这种方法的优点是与测量容量相比较为简

洁，耗时较短；

缺点是对于开路电压-SOC曲线上

电压平台较长的锂离子电池(

如LFP电池

)，在很

大的

SO

C

范围内，电池电压变化较小，较难通

过测量开路电压表征自放电程度，即该方法存在一

定的适用范围。


3.电流测量

对锂离子电池进行微小电流充电，以维持电池

的电压保持不变，稳定时的充电电流值即为自放电

电流[1-2]

。

根据Zimmerman的研究，该微小电流

可能数月内都无法稳定下来，不同设计的电池稳定

时间也不尽相同，一般推荐的测量时间为至少

一周[3]。


这种方法同测量开路电压的方法存在相似的问

题，即对于电压平台较长的锂离子电池，该方法的

有效性面临挑战。

此外，由于锂离子电池的自放电

电流极其微小，一般为C/50000或更低，要施

加并测量这一微小量级的电流，对实验仪器的要求

较高。


Sazhin等对上述常规的静置测量电流方法

作了一定的改进，使用电化学工作站对电池施加一

个比开路电压低的恒定电压，同时测量电路中流过

的电流，不存在自放电和存在自放电的电池的电

流-时间曲线如图3a所示。

图3 Sazhin

电流测量方法部分实验结果

通过主动施加恒定电压，控制电池达到平衡状

态并测量该过程中电路中流过的电流，可以缩短测

量时间。

此外，电流为零的跨越点(CZCP)

也可以作为表征自放电率的

参数，如图3b所示，电流Isc达到零点的时间tCZCP

的对数与自放电电阻Rself的对数成正相关关系。


但是，该方法也存在一个较为严重的缺点，即

对实验设备的精度要求较高。

实验所用的电化学工

作站电压分辨率为100uV(14.5V量程下)，电流

分辨率为1pA(200nA

量程

下

)。


综合来看，以上3种方法都非常耗时，实验时

间跨度从一天至数十天不等，电流测量场景下测量

时间的缩短需要高昂的设备成本。


参考：裴普成, 陈嘉瑶, 吴子尧. 锂离子电池自放电机理及测量方法[J]. 清华大学学报：自然科学版, 2019, 59(1):13.

[1]刘双全

．

锂电池自放电检测技术的研究与应用

[D]

．

哈尔滨

：

哈尔滨理工大学

，

2014．

[2]徐雄文，武红波，倪漫利．一种电池自放电检测方法及装置：CN106054086A[P]

．2016-10-26

．

[3] Zimmerman A H . Self-discharge losses in lithium-ion cells[J]. IEEE Aerospace & Electronic Systems Magazine, 2004, 19(2):19-24.

标签： 测量方法 锂离子电池 开路电压

责任编辑：hnmd003

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