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一種梯次利用鋰電池篩選成組方法

文檔序號:5088736閱讀:1706來源:國知局
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
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