一種梯次利用鋰電池篩選成組方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種梯次利用鋰電池篩選成組方法，屬于鋰電池參數(shù)確定【技術(shù)領(lǐng)域】。技術(shù)方案是：通過測試、計算得到電池dQ/dV-V曲線，依據(jù)ICA方法分析退運動力電池老化原因，首先剔除負極活性材料損失的退運動力電池；通過測試得出梯次利用電池的容量、歐姆內(nèi)阻、極化內(nèi)阻、自放電值，并根據(jù)上述指標(biāo)進行電池篩選；篩選后的電池重新成組。本發(fā)明的有益效果：通過對梯次利用電池篩選剔除衰退嚴重的電池，保證無個別電池的壞死影響電池梯次利用成組性能；利用加權(quán)k-means聚類方法，把容量、歐姆內(nèi)阻、極化內(nèi)阻相似的電池聚為一類，由于權(quán)值的設(shè)定，保證了電池組的容量利用率?？梢蕴岣咛荽卫秒姵爻山M一致性，延長其使用壽命。
【專利說明】一種梯次利用鋰電池篩選成組方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種梯次利用鋰電池篩選成組方法，屬于鋰電池參數(shù)確定【技術(shù)領(lǐng)域】?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]隨著電動汽車的逐步產(chǎn)業(yè)化，電動汽車用鋰電池的產(chǎn)量將大幅提高，隨之而來的問題是，淘汰鋰電池該如何回收和處理。根據(jù)國家電動汽車電池使用標(biāo)準，當(dāng)鋰離子電池容量衰退為原容量80%時，繼續(xù)在電動汽車上使用就不再適合，提高了整車成本；電動汽車用鋰電池中含有鋰金屬材料和電解液，一旦廢棄鋰電池如不能得到有效地回收處理，不僅造成資源的浪費，對環(huán)境的污染也尤為嚴重。所以在鋰離子電池各功能元件有效、沒有破損、外觀完好的情況下，可對電池進行梯次利用于儲能系統(tǒng)或一些小型的儲能裝置中。由于電池在電動汽車上位置不一致，使用過程中溫度、連接阻抗、震蕩程度等因素均不同，造成電池容量、內(nèi)阻等特性參數(shù)衰退具有一定的不一致性。而淘汰電池的一致性將直接影響到梯次利用電池組性能，所以對淘汰電池篩選成組成為電池梯次利用的關(guān)鍵。
[0003]目前國內(nèi)并沒有梯次利用電池篩選成組的方法的相關(guān)研究。對新電池的篩選成組方法主要有三種:
第一種是根據(jù)電池容量篩選成組；
第二種是根據(jù)電池容量、內(nèi)阻、自放電篩選成組；
第三種是根據(jù)電池充放電特征曲線篩選成組；
上述三種對電池篩選成組方法主要適用于一致性較好的新電池。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的針對現(xiàn)有梯次利用篩選成組技術(shù)的缺乏，提出了一種梯次利用鋰電池篩選成組方法，可以提高梯次利用電池成組一致性，延長其使用壽命。
[0005]一種梯次利用鋰電池篩選成組方法，包括如下步驟:
步驟1:通過測試、計算得到電池dQ/dV-V曲線,Q表示電池容量,V表示電池端電壓,依據(jù)ICA(Incremental Capacity Analysis)方法分析退運動力電池老化原因,包括鋰離子損失、正極活性材料損失、負極活性材料損失，首先剔除負極活性材料損失的退運動力電池；步驟2:通過測試得出梯次利用電池的容量、歐姆內(nèi)阻、極化內(nèi)阻、自放電值，并根據(jù)上述指標(biāo)進行電池篩選；
通過步驟I篩選的梯次利用電池利用恒流恒壓的方法進行容量測試，篩除容量值低于額定值50%的電池；再把電池放電至50%S0C(荷電狀態(tài))，利用脈沖法測試內(nèi)阻，篩除內(nèi)阻值大于平均內(nèi)阻值50%的電池；最后進行自放電測試，保留滿足國家自放電標(biāo)準的電池；通過以上篩選條件的梯次利用電池應(yīng)用于成組；
步驟3:篩選后的電池重新成組；首先計算得出容量、歐姆內(nèi)阻、極化內(nèi)阻對能量利用率的影響比例，確定這三個指標(biāo)的權(quán)值；利用加權(quán)k-means (k均值)聚類方法把梯次利用電池成組。[0006]所述樣品電池的容量及樣品電池的內(nèi)阻測試溫度均在25°C。
[0007]本發(fā)明的有益效果:通過對梯次利用電池篩選剔除衰退嚴重的電池，保證無個別電池的壞死影響電池梯次利用成組性能；利用加權(quán)k-means聚類方法，把容量、歐姆內(nèi)阻、極化內(nèi)阻相似的電池聚為一類，由于權(quán)值的設(shè)定，保證了電池組的容量利用率。可以提高梯次利用電池成組一致性，延長其使用壽命。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1退運動力電池dQ/dV-V曲線；
圖2梯次利用電池容量分布圖；
圖3是不同采樣時間直流內(nèi)阻隨SOC變化曲線；
圖4是適用于本發(fā)明的復(fù)合脈沖電流法的內(nèi)阻檢測方法示意圖；
圖5梯次利用電池Is內(nèi)阻分布圖；
圖6梯次利用電池5s內(nèi)阻分布圖；
圖7梯次利用電池IOs內(nèi)阻分布圖；
圖8兩串電池的Thevenin等效電路t旲型；
圖9梯次利用電池放電曲線；
圖10聚3組結(jié)果；
圖11聚4組結(jié)果；
圖12聚5類組結(jié)果；
圖13樹形圖。
【具體實施方式】
[0009]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的說明:
本實施例提供一種梯次利用鋰電池篩選成組方法，電池是電動車輛中使用的錳酸鋰動力電池及磷酸鐵鋰電池，以一車08年奧運會大巴車用淘汰錳酸鋰動力電池為例進行一下說明。
[0010]梯次利用鋰電池篩選方法包括以下四個步驟:
(1)dQ/dV-V 曲線
退運動力電池dQ/dV-V曲線測試方法采用《電動汽車用鋰離子蓄電池測試規(guī)范》(QC/T743-2006標(biāo)準)，連續(xù)測試3次，提取第3次Q-V測試數(shù)據(jù)并求微分，得到電池dQ/dV-V曲線，通過分析，剔除負極活性材料損失導(dǎo)致電池衰退的電池；
(2)容量
梯次利用電池容量測試方法采用《電動汽車用鋰離子蓄電池測試規(guī)范》(QC/T743-2006標(biāo)準)，為了得到準確的容量值，需要連續(xù)測試5個循環(huán)以上，如果連續(xù)3次測試容量的極差與其平均值之比在3%以內(nèi)，停止實驗，并將3次測試容量的平均值作為電池實際容量；直接篩除容量值低于額定值50%，即容量值低于180Ah的電池；
(3)內(nèi)阻
不同米樣時間內(nèi)阻正態(tài)分布ls、5s、10s ；
不同采樣時間內(nèi)得到的直流內(nèi)阻值隨SOC變化如圖3所示，電池SOC在10%-90%區(qū)間內(nèi)，內(nèi)阻值基本保持不變，將內(nèi)阻測試的SOC設(shè)為50%。如圖4所示，直流內(nèi)阻的測量采用復(fù)合脈沖電流法，通過對電池輸入電流階躍信號ΔΙ并測定對應(yīng)的電壓變化值Δ?/，利用歐姆定律得到直流內(nèi)阻i?= Μ//Λ/。測試方法是將電池組首先以標(biāo)稱容量的I倍電流放電10s，再以標(biāo)稱容量的0.5倍電流充電持續(xù)10s，電壓響應(yīng)如圖4所示，在第30s電流信號由標(biāo)稱容量的I倍電流放電到0.5倍電流充電時電壓增量AL/,以此計算直流內(nèi)阻值。由于電池已經(jīng)處于老化狀態(tài)，為了避免過充過放，加在電池上的電流不宜過大。這種方法電流由負值直接變?yōu)檎?，相?dāng)于電流幅值加倍，電壓響應(yīng)也同時加倍，減小設(shè)備采集誤差及極化對直流內(nèi)阻測量的影響；
不同程度衰退的電池在不同采樣時間下建立的極化內(nèi)阻均不相同，不同采樣時間直流內(nèi)阻可以表征電池不同內(nèi)阻特性。這里取ls、5s、10s四個采樣時間的直流內(nèi)阻值。直流內(nèi)阻分布圖如圖5、6、7所示；
(4)自放電
梯次利用電池自放電測試方法采用《電動汽車用鋰離子蓄電池測試規(guī)范》(QC/T743-2006標(biāo)準)，要求測試最終得到的常溫荷電保持率應(yīng)不低于額定值的80%。剔除不滿足上述要求的電池。
[0011]梯次利用鋰電池成組方法:
根據(jù)梯次利用鋰電池成組指標(biāo)對能量利用率的影響比值，計算得出各指標(biāo)所占的權(quán)重，采用加權(quán)層次聚類方法，把特性相近的電池分為一類，以得到新電池組較好一致性。圖8為兩串電池的Thevenin等效電路模型，可以看出串聯(lián)電池組一致性是由單體電池的容量(開路電壓)、歐姆內(nèi)阻、極化內(nèi)阻決定的，所以把這3個指標(biāo)作為梯次利用鋰電池成組指標(biāo)。利用上述數(shù)據(jù)，近似計算這三個指標(biāo)最大極差值占平均值的能量利用率的百分比，得出各指標(biāo)所占權(quán)值比例。
[0012]200Ah電池的放電曲線如圖9所示，一車梯次利用電池容量平均值為200Ah，電池放電平均能量為:
【權(quán)利要求】
1.一種梯次利用鋰電池篩選成組方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟1:通過測試、計算得到電池dQ/dV-V曲線,Q表示電池容量,V表示電池端電壓,依據(jù)ICA方法分析退運動力電池老化原因，包括鋰離子損失、正極活性材料損失、負極活性材料損失，首先剔除負極活性材料損失的退運動力電池； 步驟2:通過測試得出梯次利用電池的容量、歐姆內(nèi)阻、極化內(nèi)阻、自放電值，并根據(jù)上述指標(biāo)進行電池篩選； 通過步驟I篩選的梯次利用電池利用恒流恒壓的方法進行容量測試，篩除容量值低于額定值50%的電池；再把電池放電至50%S0C，利用脈沖法測試內(nèi)阻，篩除內(nèi)阻值大于平均內(nèi)阻值50%的電池；最后進行自放電測試，保留滿足國家自放電標(biāo)準的電池；通過以上篩選條件的梯次利用電池應(yīng)用于成組； 步驟3:篩選后的電池重新成組；首先計算得出容量、歐姆內(nèi)阻、極化內(nèi)阻對能量利用率的影響比例，確定這三個指標(biāo)的權(quán)值；利用加權(quán)k-means聚類方法把梯次利用電池成組。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種梯次利用鋰電池篩選成組方法，其特征在于所述樣品電池的容量及樣品電池的內(nèi)阻測試溫度均在25°C。
【文檔編號】B07C5/344GK103785629SQ201410014028
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月13日
【發(fā)明者】張鴻, 張彩萍, 張維戈, 王玉坤, 安動, 馬偉強, 楊萬宏, 張西術(shù), 袁繼軍, 梁東, 穆勇 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)冀北電力有限公司唐山供電公司