CN111354988B - 锂枝晶消除方法及装置和计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种锂枝晶消除方法及装置和计算机可读存储介质，该方法包括：在电芯使用过程中，监测所述电芯的实时容量；在所述实时容量每降低预定百分比时，将所述电芯加热至预定温度范围；当所述电芯加热至所述预定温度范围后，按照第一充放电倍率对所述电芯循环充放电第一数量次数；按照第二充放电倍率对所述电芯循环充放电第二数量次数，其中，所述第二充放电倍率小于所述第一充放电倍率。通过本发明的技术方案，可在保护电芯性能的同时，高效、彻底地消除锂枝晶，减少锂枝晶对电芯性能乃至整车行车安全的负面影响，大幅度提升了电芯的安全性，最终有助于增加电芯的使用寿命，使得续航能力提升。

Description

锂枝晶消除方法及装置和计算机可读存储介质

【技术领域】

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种锂枝晶消除方法及装置和计算机可读存储介质。

【背景技术】

车辆的动力电池的电芯发生析锂是普遍现象，电芯析锂后，会在电芯表面产生锂枝晶，锂枝晶大量覆盖在电芯表面，会大大影响电芯的性能。

因此，如何及时消除电芯析锂产生的锂枝晶，成为目前亟待解决的技术问题。

【发明内容】

本发明实施例提供了一种锂枝晶消除方法及装置、电池管理系统、车辆和计算机可读存储介质，旨在解决相关技术中电芯析锂产生的锂枝晶无法被及时消除的技术问题，能够在电芯使用过程中成功消除锂枝晶，减少析锂对电芯性能的影响。

第一方面，本发明实施例提供了一种锂枝晶消除方法，包括：在电芯使用过程中，监测所述电芯的实时容量；在所述实时容量每降低预定百分比时，将所述电芯加热至预定温度范围；当所述电芯加热至所述预定温度范围后，按照第一充放电倍率对所述电芯循环充放电第一数量次数；按照第二充放电倍率对所述电芯循环充放电第二数量次数，其中，所述第二充放电倍率小于所述第一充放电倍率。

在本发明上述实施例中，可选地，所述预定百分比为5％至10％。

在本发明上述实施例中，可选地，所述预定温度范围为30℃-60℃。

在本发明上述实施例中，可选地，所述按照第一充放电倍率对所述电芯循环充放电第一数量次数的步骤，包括：采用0.6C-1C的充放电倍率对所述电芯循环充放电2次或3次。

在本发明上述实施例中，可选地，所述按照第二充放电倍率对所述电芯循环充放电第二数量次数的步骤，包括：采用0.05C-0.1C的充放电倍率对所述电芯循环充放电2次、3次、4次或5次。

在本发明上述实施例中，可选地，还包括：当所述电芯的使用过程中断时，所述按照第一充放电倍率对所述电芯循环充放电第一数量次数步骤和所述按照第二充放电倍率对所述电芯循环充放电第二数量次数的步骤中任一正在进行的步骤中断；当所述电芯恢复使用时，所述任一正在进行的步骤从前次中断处继续进行。

第二方面，本发明实施例提供了一种锂枝晶消除装置，包括：电芯容量监测单元，用于在电芯使用过程中，监测所述电芯的实时容量；电芯加热单元，用于在所述实时容量每降低预定百分比时，将所述电芯加热至预定温度范围；第一循环充放电单元，用于当所述电芯加热至所述预定温度范围后，按照第一充放电倍率对所述电芯循环充放电第一数量次数；第二循环充放电单元，用于按照第二充放电倍率对所述电芯循环充放电第二数量次数，其中，所述第二充放电倍率小于所述第一充放电倍率。

在本发明上述实施例中，可选地，所述预定百分比为5％至10％。

在本发明上述实施例中，可选地，所述预定温度范围为30℃-60℃。

在本发明上述实施例中，可选地，所述第一循环充放电单元具体用于：采用0.6C-1C的充放电倍率对所述电芯循环充放电2次或3次。

在本发明上述实施例中，可选地，所述第二循环充放电单元用于：采用0.05C-0.1C的充放电倍率对所述电芯循环充放电2次、3次、4次或5次。

在本发明上述实施例中，可选地，还包括：中断单元，用于当所述电芯的使用过程中断时，将所述第一循环充放电单元的工作或所述第二循环充放电单元的工作中断；启动单元，用于当所述电芯恢复使用时，将所述第一循环充放电单元的工作或所述第二循环充放电单元的工作从前次中断处继续进行。

第三方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行上述第一方面中任一项所述的方法流程。

通过以上技术方案，针对相关技术中的电芯析锂产生的锂枝晶无法被及时消除的技术问题，能够在电芯使用过程中成功消除锂枝晶，减少析锂对电芯性能的影响。具体来说，可在电芯使用过程中，监测所述电芯的实时容量，在电芯的实时容量每降低预定百分比(比如5％)时，对其进行一次锂枝晶的消除工作。

一次锂枝晶的消除工作包括加热、初步消除和彻底消除三个步骤，首先将所述电芯加热至预定温度范围，预定温度范围可选为30℃-60℃，在此30℃-60℃对电芯进行充放电，有利于锂离子的扩散传输，并且不会损伤电芯性能，若在低于30℃的条件下进行充放电，则会因电芯内部温度不足而使得锂离子扩散不足，影响锂枝晶的消除效果，而若预定温度范围高于60℃，则超出了车辆动力电池本身的热承受能力，会对电池产生损伤。

接着，当所述电芯加热至所述预定温度范围后，按照第一充放电倍率对所述电芯循环充放电第一数量次数，以实现对锂枝晶的初步消除。对电芯进行充放电可消除尖锐的锂枝晶，使其变得光滑平整，并溶解少量的锂枝晶，降低安全风险。第一充放电倍率可选为0.6C-1C，低于0.6C充放电倍率可能使电池内部瞬时温度达不到锂枝晶的溶解温度，而高于1C的充放电倍率太高，对电芯自身性能损伤很大，因此，在第一充放电倍率为0.6C-1C的情况下，可在保证达到锂枝晶的最低溶解温度的同时不损伤电芯性能。

最后，按照第二充放电倍率对所述电芯循环充放电第二数量次数，其中，所述第二充放电倍率小于所述第一充放电倍率，说明第二充放电倍率对应小电流，而小电流充放能够使可逆容量及溶解的锂枝晶进行容量恢复，进而成功分解，而若此时仍使用大于第二充放电倍率的充放电倍率，则不利于容量的完全恢复，若此时使用小于第二充放电倍率的充放电倍率，则会使得充放电能力不足，消除锂枝晶的时间就会大量增长，失去锂枝晶消除的高效性。

因此，通过以上技术方案，可在保护电芯性能的同时，高效、彻底地消除锂枝晶，减少锂枝晶对电芯性能乃至整车行车安全的负面影响，大幅度提升了电芯的安全性，最终有助于增加电芯的使用寿命，使得整车续航能力提升。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1示出了相关技术中使用前的电芯的电子显微镜扫描图；

图2示出了相关技术中容量降低5％后的电芯的电子显微镜扫描图；

图3示出了本发明的一个实施例的锂枝晶消除方法的流程图；

图4示出了图3实施例中进行锂枝晶消除后的电芯的电子显微镜扫描图；

图5示出了本发明的另一个实施例的锂枝晶消除方法的流程图；

图6示出了本发明的一个实施例的锂枝晶消除装置的框图；

图7示出了本发明的一个实施例的电池管理系统的框图；

图8示出了本发明的一个实施例的电池管理系统与相关技术的对比图；

图9示出了本发明的一个实施例的车辆的框图。

【具体实施方式】

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

本案发明人通过细致深入研究，对于现有技术中的电芯，如图1所示，使用前的电芯在电子显微镜下清晰明了，如图2所示，容量降低5％后的电芯在电子显微镜下已覆盖了大量锂枝晶，锂枝晶大量覆盖在电芯表面，会大大影响电芯的性能。目前，通常通过在动力电池的电芯使用之前用充电流程来抑制锂枝晶的生长，但此种方法无法应用于动力电池的电芯的使用过程中，而正是在其使用过程中，会不可避免地产生大量锂枝晶。最终，大量锂枝晶导致电芯跳水失效，甚至可能影响车辆的行驶安全。因此，为了避免在电芯使用之前或之后消耗额外的时间和成本，可提供一种在电芯使用过程中进行高效消除锂枝晶的技术方案。下面通过具体实施例对此在电芯使用过程中进行高效消除锂枝晶的技术方案进行详细阐述。

图3示出了本发明的一个实施例的锂枝晶消除方法的流程图。

如图3所示，本发明实施例提供了一种锂枝晶消除方法，包括：

步骤302，在电芯使用过程中，监测所述电芯的实时容量。

步骤304，在所述实时容量每降低预定百分比时，将所述电芯加热至预定温度范围。其中，所述预定百分比可选为5％，若预定百分比过大，则在进行锂枝晶消除前就已经积累的大量锂枝晶，使得锂枝晶消除步骤的能效降低，难以彻底消除锂枝晶。而如果预定百分比过小，则启动锂枝晶消除步骤就会过于频繁，在锂枝晶还没有积累到需要消除的程度就启动消除工作，会造成消除工作的效率的浪费。当然，预定百分比还可以为5％以外的任何符合电芯实际工作需要的其他值，比如，设置为5％至10％范围内的任一值。

一次锂枝晶的消除工作包括加热、初步消除和彻底消除三个步骤，首先将所述电芯加热至预定温度范围，预定温度范围可选为30℃-60℃，在此30℃-60℃对电芯进行充放电，有利于锂离子的扩散传输，并且不会损伤电芯性能，若在低于30℃的条件下进行充放电，则会因电芯内部温度不足而使得锂离子扩散不足，影响锂枝晶的消除效果，而若预定温度范围高于60℃，则超出了车辆动力电池本身的热承受能力，会对电池产生损伤。预定温度范围还可以为除此范围以外的任何满足电芯实际性能需求的其他范围。

步骤306，当所述电芯加热至所述预定温度范围后，按照第一充放电倍率对所述电芯循环充放电第一数量次数。

接着，当所述电芯加热至所述预定温度范围后，按照第一充放电倍率对所述电芯循环充放电第一数量次数，以实现对锂枝晶的初步消除。对电芯进行充放电可消除尖锐的锂枝晶，使其变得光滑平整，并溶解少量的锂枝晶，降低安全风险。第一充放电倍率可选为0.6C-1C，低于0.6C充放电倍率可能使电池内部瞬时温度达不到锂枝晶的溶解温度，而高于1C的充放电倍率太高，对电芯自身性能损伤很大，因此，在第一充放电倍率为0.6C-1C的情况下，可在保证达到锂枝晶的最低溶解温度的同时不损伤电芯性能。

步骤308，按照第二充放电倍率对所述电芯循环充放电第二数量次数，其中，所述第二充放电倍率小于所述第一充放电倍率。

最后，按照第二充放电倍率对所述电芯循环充放电第二数量次数，其中，所述第二充放电倍率小于所述第一充放电倍率，说明第二充放电倍率对应小电流，而小电流充放能够使可逆容量及溶解的锂枝晶进行容量恢复，进而成功分解，而若此时仍使用大于第二充放电倍率的充放电倍率，则不利于容量的完全恢复，若此时使用小于第二充放电倍率的充放电倍率，则会使得充放电能力不足，消除锂枝晶的时间就会大量增长，失去锂枝晶消除的高效性。

通过以上技术方案，针对相关技术中的电芯析锂产生的锂枝晶无法被及时消除的技术问题，能够在电芯使用过程中成功消除锂枝晶，减少析锂对电芯性能的影响。具体来说，可在电芯使用过程中，监测所述电芯的实时容量，在电芯的实时容量每降低预定百分比(比如5％)时，对其进行一次锂枝晶的消除工作。

因此，以上技术方案，可在保护电芯性能的同时，高效、彻底地消除锂枝晶，减少锂枝晶对电芯性能乃至整车行车安全的负面影响，大幅度提升了电芯的安全性，最终有助于增加电芯的使用寿命，使得整车续航能力提升。

图4示出了图3实施例中进行锂枝晶消除后的电芯的电子显微镜扫描图。如图4所示，在进行图3实施例中的锂枝晶消除方案后，阳极极片显示锂枝晶变得更加平整，并大部分直接已经被消除。经过这样的方式，电芯内部已经析出的锂可以部分或者全部消失，从而提高电芯的使用寿命，增加整车的续航里程。

图5示出了本发明的另一个实施例的锂枝晶消除方法的流程图。

如图5所示，本发明的另一个实施例的锂枝晶消除方法包括：

步骤502，在电芯使用过程中，监测所述电芯的实时容量。

步骤504，在所述实时容量每降低5％时，将所述电芯加热至30℃-60℃。

步骤506，当所述电芯加热至30℃-60℃后，采用0.6C-1C的充放电倍率对所述电芯循环充放电2次或3次。

步骤508，采用0.05C-0.1C的充放电倍率对所述电芯循环充放电2次、3次、4次或5次。

充放电的循环次数可影响锂枝晶的消除效果，若充放电的循环次数太少，则不利于锂枝晶的溶解，充放电的循环次数太多，则消耗时间过长，实际消除效率低下。因此，在初步消除过程中，可采用0.6C-1C的充放电倍率对所述电芯循环充放电2次或3次，对电芯进行充放电可消除尖锐的锂枝晶，使其变得光滑平整，并溶解少量的锂枝晶，降低安全风险。在二次消除过程中，可采用0.05C-0.1C的充放电倍率对所述电芯循环充放电2次、3次、4次或5次，使可逆容量及溶解的锂枝晶进行容量恢复，进而成功分解。

另外，在本发明的一种实现方式中，还包括：当所述电芯的使用过程中断时，所述按照第一充放电倍率对所述电芯循环充放电第一数量次数步骤和所述按照第二充放电倍率对所述电芯循环充放电第二数量次数的步骤中任一正在进行的步骤中断；当所述电芯恢复使用时，所述任一正在进行的步骤从前次中断处继续进行。

在该技术方案中，此消除锂枝晶的过程均在电芯使用过程中进行，其进行可跨越多次行车过程，也就是说，当车辆断电停止使用时，此消除锂枝晶的过程暂停，当车辆再次开始通电运行时，此消除锂枝晶的过程会继续，从而可以在车辆使用过程中完成锂枝晶消除，不会影响用户的正常行车需求，提升了用户体验。

图6示出了本发明的一个实施例的锂枝晶消除装置的框图。

如图6所示，本发明的一个实施例的锂枝晶消除装置600包括：电芯容量监测单元602，用于在电芯使用过程中，监测所述电芯的实时容量；电芯加热单元604，用于在所述实时容量每降低预定百分比时，将所述电芯加热至预定温度范围；第一循环充放电单元606，用于当所述电芯加热至所述预定温度范围后，按照第一充放电倍率对所述电芯循环充放电第一数量次数；第二循环充放电单元608，用于按照第二充放电倍率对所述电芯循环充放电第二数量次数，其中，所述第二充放电倍率小于所述第一充放电倍率。

在本发明上述实施例中，可选地，所述预定百分比为5％至10％。

在本发明上述实施例中，可选地，所述预定温度范围为30℃-60℃。

在本发明上述实施例中，可选地，所述第一循环充放电单元606具体用于：采用0.6C-1C的充放电倍率对所述电芯循环充放电2次或3次。

在本发明上述实施例中，可选地，所述第二循环充放电单元608用于：采用0.05C-0.1C的充放电倍率对所述电芯循环充放电2次、3次、4次或5次。

在本发明上述实施例中，可选地，还包括：中断单元，用于当所述电芯的使用过程中断时，将所述第一循环充放电单元的工作或所述第二循环充放电单元的工作中断；启动单元，用于当所述电芯恢复使用时，将所述第一循环充放电单元的工作或所述第二循环充放电单元的工作从前次中断处继续进行。

图7示出了本发明的一个实施例的电池管理系统的框图。

如图7所示，本发明的一个实施例的电池管理系统700，包括至少一个存储器702；以及，与所述至少一个存储器702通信连接的处理器704；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器704执行的指令，所述指令被设置为用于执行上述图3或图5实施例中任一项所述的方案。因此，该电池管理系统700具有和图3或图5实施例中任一项相同的技术效果，在此不再赘述。

如图8所示，通过电池管理系统(BMS)700控制策略的电芯，自加热以及小电流充放电后，能够将析出的金属锂消除，循环性能相对于未使用电池管理系统(BMS)700控制策略的相关技术会得到改善，从而使电池包的使用寿命延长，并且可最大限度的规避析锂导致的安全风险。

图9示出了本发明的一个实施例的车辆的框图。

如图9所示，车辆900包括电池管理系统700，因此，该车辆900具有和电池管理系统700相同的技术效果，在此不再赘述。

另外，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行上述图3和图5实施例中任一项所述的方法流程。

以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，通过本发明的技术方案，可在保护电芯性能的同时，高效、彻底地消除锂枝晶，减少锂枝晶对电芯性能乃至整车行车安全的负面影响，大幅度提升了电芯的安全性，最终有助于增加电芯的使用寿命，使得整车续航能力提升。

应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二等来描述充放电倍率，但这些充放电倍率不应限于这些术语。这些术语仅用来将充放电倍率彼此区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一充放电倍率也可以被称为第二充放电倍率，类似地，第二充放电倍率也可以被称为第一充放电倍率。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机装置(可以是个人计算机，服务器，或者网络装置等)或处理器(Processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (4)

1.一种锂枝晶消除方法，其特征在于，包括：

在电芯使用过程中，监测所述电芯的实时容量；

在所述实时容量每降低预定百分比时，将所述电芯加热至预定温度范围；

当所述电芯加热至所述预定温度范围后，按照第一充放电倍率对所述电芯循环充放电第一数量次数；

按照第二充放电倍率对所述电芯循环充放电第二数量次数，其中，所述第二充放电倍率小于所述第一充放电倍率；

所述预定百分比为5％至10％；

所述预定温度范围为30℃-60℃；

所述按照第一充放电倍率对所述电芯循环充放电第一数量次数的步骤，包括：

采用0.6C-1C的充放电倍率对所述电芯循环充放电2次或3次；

所述按照第二充放电倍率对所述电芯循环充放电第二数量次数的步骤，包括：

采用0.05C-0.1C的充放电倍率对所述电芯循环充放电2次、3次、4次或5次；

在所述按照第一充放电倍率对所述电芯循环充放电第一数量次数之后，再执行所述按照第二充放电倍率对所述电芯循环充放电第二数量次数的步骤。

2.根据权利要求1所述的锂枝晶消除方法，其特征在于，还包括：

当所述电芯的使用过程中断时，所述按照第一充放电倍率对所述电芯循环充放电第一数量次数步骤和所述按照第二充放电倍率对所述电芯循环充放电第二数量次数的步骤中任一正在进行的步骤中断；

当所述电芯恢复使用时，所述任一正在进行的步骤从前次中断处继续进行。

3.一种锂枝晶消除装置，其特征在于，包括：

电芯容量监测单元，用于在电芯使用过程中，监测所述电芯的实时容量；

电芯加热单元，用于在所述实时容量每降低预定百分比时，将所述电芯加热至预定温度范围；

第一循环充放电单元，用于当所述电芯加热至所述预定温度范围后，按照第一充放电倍率对所述电芯循环充放电第一数量次数；

第二循环充放电单元，用于按照第二充放电倍率对所述电芯循环充放电第二数量次数，其中，所述第二充放电倍率小于所述第一充放电倍率；

所述预定百分比为5％至10％；

所述预定温度范围为30℃-60℃；

所述第一循环充放电单元，具体用于采用0.6C-1C的充放电倍率对所述电芯循环充放电2次或3次；

所述第二循环充放电单元，具体用于采用0.05C-0.1C的充放电倍率对所述电芯循环充放电2次、3次、4次或5次；

在所述第一循环充放电单元执行所述按照第一充放电倍率对所述电芯循环充放电第一数量次数的操作之后，触发所述第二循环充放电单元，以执行所述按照第二充放电倍率对所述电芯循环充放电第二数量次数的操作。

4.一种计算机可读存储介质，其特征在于，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行如权利要求1至2中任一项所述的方法。

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