CN103439665A - 动力电池梯次利用的分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力电池梯次利用的分析方法，包括以下步骤：S1，将待分析的动力电池进行评估以获得有梯次利用价值的动力电池；S2，测试所述有梯次利用价值的动力电池的静态特性参数和动态特性参数，并根据所述静态特性参数和动态特性参数分别从容量和功率角度对所述有梯次利用价值的动力电池进行梯次筛选；S3，对梯次筛选后的动力电池分级使用。本发明的动力电池梯次利用的分析方法无需采用大型设备和精密仪器对电池内部进行探测就能实现对动力电池的梯次利用分析，不仅可以让动力电池性能得到充分的发挥，提高动力电池的利用效率，并且大大降低了分析成本。

Description

动力电池梯次利用的分析方法

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种动力电池梯次利用的分析方法。

背景技术

随着社会的发展，锂离子电池的应用也越来越广泛，尤其在电动汽车的应用上。目前电池购置价格偏高是限制电动汽车推广的重要因素之一，电池梯次利用是有望降低电动汽车动力电池使用成本的重要手段。通过开展动力电池梯次利用，可以挖掘电池的使用价值，有效降低电池在电动汽车使用阶段的成本。

一般认为，当车用动力电池容量衰减至初始容量的80%以下时，因一次充电续航里程的明显减小（同时电池的功率能力也大打折扣），意味着车用动力电池车载使命的终结。但对于比能量要求不高的储能应用来说，动力电池仍具有较大的使用价值，通过梯次利用，不仅可以让动力电池性能得到充分的发挥，还有利于降低电池的使用成本。

因此，可以在电池不同的寿命阶段，开展不同的使用，如动力使用、储能削峰填谷使用、不间断电源或其他使用等。这样充分提高电池利用率，从而降低最开始阶段的使用费用。

现有技术中，对动力电池进行梯次利用分析时，一种是利用工业CT无损检测及三维成像技术，实现对退役电池内部结构进行检测并实现三维成像，观察电池内部电极片是否存在鼓涨现象，以此判断电池健康状态；利用核磁共振成像仪无损检测技术对锂电池碳负极进行成分分析，检测是否存在纤维锂，以判断电池安全性。另一种是通过X射线衍射谱对电极材料进行晶体结构研究，以扫描电镜、透射电镜对电极、隔膜进行微观形貌分析，并观察SEI膜情况，还利用质谱对电池内残余的电解液进行成分分析。以上两种分析方法均需要采用大型设备和精密仪器对电池内部进行探测，大大提高了分析成本。

发明内容

本发明的目的旨在至少从一定程度上解决上述的技术缺陷。

为此，本发明的目的在于提出一种动力电池梯次利用的分析方法，无需采用大型设备和精密仪器对电池内部进行探测就能实现对动力电池的梯次利用分析，不仅可以让动力电池性能得到充分的发挥，提高动力电池的利用效率，并且大大降低了分析成本。

为达到上述目的，本发明的实施例提出的一种动力电池梯次利用的分析方法，包括以下步骤：S1，将待分析的动力电池进行评估以获得有梯次利用价值的动力电池；S2，测试所述有梯次利用价值的动力电池的静态特性参数和动态特性参数，并根据所述静态特性参数和动态特性参数分别从容量和功率角度对所述有梯次利用价值的动力电池进行梯次筛选；S3，对梯次筛选后的动力电池分级使用。

根据本发明实施例的动力电池梯次利用的分析方法，通过外观辨识对待分析的动力电池进行初步评估，筛选出形变较小的动力电池，之后利用动力电池的静态特性参数的阈值进行选择，辨识严重问题的动力电池，然后从电池容量和功率角度对动力电池进行考察，评价电池容量品质系数和电池的内阻情况，从而表征电池容量能力和功率能力的同时体现电池的寿命状态，因为虽然是同期报废的产品但是电池的劣化状态肯定存在差异，因此这样做可以更好地利用电池，避免使用成本巨大的电镜等分析设备，降低分析成本，降低电池的使用成本，更好地二次利用动力电池，提高动力电池的利用效率。

在本发明的一个实施例中，所述步骤S2进一步包括：S21，将所述有梯次利用价值的动力电池充满电后静置预设时间，测试所述有梯次利用价值的动力电池的电压和内阻，根据电压和内阻将所述有梯次利用价值的动力电池中未满足预设要求的动力电池进行剔除；S22，以预设电流对未剔除的动力电池进行预设次数充放电，获得所述未剔除的动力电池的容量数据和内阻数据；S23，根据所述未剔除的动力电池的容量数据计算容量系数，并根据所述容量系数对所述未剔除的动力电池进行二次剔除；S24，将二次剔除后剩余的动力电池进行容量筛分；S25，根据功率需求对筛分后的动力电池进行梯次筛选。

根据本发明的一个实施例，在步骤S21中，剔除电压小于预设电压和内阻大于预设阻值的动力电池。

根据本发明的一个实施例，在步骤S22中，所述容量数据包括动力电池的恒流放电容量、恒流充电容量和恒压充电容量，所述内阻数据包括动力电池的放电内阻。

根据本发明的一个实施例，在步骤S23中，根据以下公式计算所述容量系数：

$\mathrm{\λ}=\frac{\sqrt{Q1\×Q2}}{Q3+Q2}$

其中，λ为所述容量系数，Q1为所述动力电池在所述预设次数内的恒流放电容量的平均值，Q2为所述动力电池在所述预设次数内的恒流充电容量的平均值，Q3为所述动力电池在所述预设次数内的恒压充电容量的平均值。

根据本发明的一个实施例，在步骤S24中，根据每个动力电池在所述预设次数内的恒流放电容量的平均值对所述二次剔除后剩余的动力电池进行筛分。

根据本发明的一个实施例，在步骤S25中，根据以下公式对所述筛分后的动力电池进行梯次筛选：

SOH（R）=（R_now-R_new）/（R_old-R_new）

其中，R_now为所述动力电池在所述预设次数内的当前放电内阻的平均值，R_old为预设的动力电池寿命终结时的放电内阻，R_new为所述动力电池的额定放电内阻。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的动力电池梯次利用的分析方法的流程图；

图2为根据本发明一个实施例的动力电池梯次利用的分析方法中步骤S2的具体流程图；以及

图3为根据本发明一个示例的容量系数的散点图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的范围不受此实施例的限制。

下面参照附图来描述根据本发明实施例提出的动力电池梯次利用的分析方法。

图1为根据本发明实施例的动力电池梯次利用的分析方法的流程图。如图1所示，该动力电池梯次利用的分析方法包括以下步骤：

S1，将待分析的动力电池进行评估以获得有梯次利用价值的动力电池。

在步骤S1中，把从电动汽车上退役下来的电池组进行拆分，对同种规格、同种型号的动力电池即待分析的动力电池进行外观评估以获得有梯次利用价值的动力电池。其中，判断动力电池的外观是否完好，表面是否平整干燥，有无破损，有无变形，有无污渍，有无鼓包胀气现象，外观识别需在良好的光线条件下进行，筛选出认为有梯次利用价值的动力电池。而无梯次利用价值的电池直接进入回收流程，有梯次利用价值的电池进入下一步骤分析。

S2，测试有梯次利用价值的动力电池的静态特性参数和动态特性参数，并根据静态特性参数和动态特性参数分别从容量和功率角度对有梯次利用价值的动力电池进行梯次筛选。

在本步骤中，根据动力电池的动态特性参数和静态特性参数以及特性参数的组合参数，对动力电池进行阈值分选。具体而言，在本发明的一个实施例中，如图2所示，步骤S2进一步包括以下步骤：

S21，将有梯次利用价值的动力电池充满电后静置预设时间例如1小时，测试有梯次利用价值的动力电池的电压和内阻，根据电压和内阻将有梯次利用价值的动力电池中未满足预设要求的动力电池进行剔除。

其中，剔除电压小于预设电压和内阻大于预设阻值的动力电池，即言，未满足预设要求的动力电池为电压小于预设电压和内阻大于预设阻值的动力电池，例如，剔除电压为0v以及内阻大于所有的有梯次利用价值的动力电池内阻均值1.5倍以上的电池，其他未剔除的动力电池进入下一步骤S22。

S22，以预设电流对未剔除的动力电池进行预设次数充放电，获得未剔除的动力电池的容量数据和内阻数据。

在步骤S22中，容量数据包括动力电池的恒流放电容量、恒流充电容量和恒压充电容量，内阻数据包括动力电池的放电内阻。

在本发明的一个示例中，以小倍率电流1/3C电流慢充慢放充放电循环3次，循环过程对所有未剔除的动力电池进行三次充放电处理。分别记录每个动力电池的容量数据（恒流放电容量Q_d1、Q_d2、Q_d3及恒流充电容量Q_c1、Q_c2、Q_c3和恒压充电容量Q_c1’、Q_c2’、Q_c3’和内阻数据（放电内阻R1、R2、R3）。

S23，根据未剔除的动力电池的容量数据计算容量系数，并根据容量系数对未剔除的动力电池进行二次剔除。

在步骤S23中，根据以下公式计算容量系数：

$\mathrm{\λ}=\frac{\sqrt{Q1\×Q2}}{Q3+Q2}$

其中，λ为容量系数，Q1为动力电池在所述预设次数内的恒流放电容量的平均值，Q2为动力电池在所述预设次数内的恒流充电容量的平均值，Q3为动力电池在所述预设次数内的恒压充电容量的平均值。例如Q1为恒流放电容量Q_d1、Q_d2、Q_d3三者的均值，Q2为恒流充电容量Q_c1、Q_c2、Q_c3三者的均值，Q3为恒压充电容量Q_c1’、Q_c2’、Q_c3’三者的均值。

即言，在此步骤S23中，利用容量系数λ进行阈值法剔除差异较大的动力电池。一般要求，容量品质系数低于某设定值λ₀时，进行剔除。其中，λ₀的值包括但不限于以下确定方法，如图3所示，利用散点图，针对不同的电池的λ有不同的分布区间，选取主要集中分布区间，选取分布区间的下限，如图3中选取0.82为电池λ值分布下限线，则剔除λ值低于0.82的电池。其中，纵坐标为λ。

S24，将二次剔除后剩余的动力电池进行容量筛分。

在步骤S24中，根据每个动力电池在预设次数内例如3次的恒流放电容量的平均值Q₁对二次剔除后剩余的动力电池进行筛分。即言，利用每个动力电池的恒流放电容量的平均值Q₁进行阈值筛分不同容量分组。

具体地说，每个动力电池的恒流放电容量的平均值Q1可能会存在较大差异，不同容量差异对应不同使用能力，因此有必要再次进行筛分。对所筛选的电池进行恒流放电容量的平均值Q1的分布统计，求取分布的均值，然后以均值为中心，依此以5%为筛选区间对电池进行筛分。即求取电池Q1的值，记为a，求取容量最大值b，最小值c。可以在c到b的区间内选取10个阈值段，阈值段分别为：[c,c+0.1*(b-c)],[c+0.1*(b-c),c+0.2*(b-c)],[c+0.2*(b-c),c+0.3*(b-c)]…,[c+0.8*(b-c),c+0.9*(b-c)],[c+0.9*(b-c),b]，依据此容量区间进行分组。

S25，根据功率需求对筛分后的动力电池进行梯次筛选。

在步骤S25中，根据以下公式对筛分后的动力电池进行梯次筛选：

SOH（R）=（R_now-R_new）/（R_old-R_new）

其中，R_now为动力电池在所述预设次数内的当前放电内阻的平均值，例如R_now为放电内阻R1、R2、R3的均值，R_new为动力电池的额定放电内阻，R_old为预设的动力电池寿命终结时的放电内阻，即动力电池报废时的放电内阻，例如可以为R_new的两倍。也就是说，在步骤S24之后，利用公式SOH（R）=（R_now-R_new）/（R_old-R_new）针对不同的功率需求分选出不同功率要求的电池。如SOH（R）较小的可以作为调峰能力要求高的电站使用。如SOH（R）较大的可以作为不间断电源备用电能使用。

S3，对梯次筛选后的动力电池分级使用。

其中，如果无梯次利用价值的动力电池直接进入回收流程，有梯次利用价值的动力电池进入二次利用流程，可以根据级别高低，分别用作储能电站、备用电源等。

根据本发明实施例的动力电池梯次利用的分析方法，通过外观辨识对待分析的动力电池进行初步评估，筛选出形变较小的动力电池，之后利用动力电池的静态特性参数的阈值进行选择，辨识严重问题的动力电池，然后从电池容量和功率角度对动力电池进行考察，评价电池容量品质系数和电池的内阻情况，从而表征电池容量能力和功率能力的同时体现电池的寿命状态，因为虽然是同期报废的产品但是电池的劣化状态肯定存在差异，因此这样做可以更好地利用电池，避免使用成本巨大的电镜等分析设备，降低分析成本，降低电池的使用成本，更好地二次利用动力电池，提高动力电池的利用效率。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），可擦除可编辑只读存储器（EPROM或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，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模块中，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模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

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限定。

Claims (7)

1.一种动力电池梯次利用的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，将待分析的动力电池进行评估以获得有梯次利用价值的动力电池；

S2，测试所述有梯次利用价值的动力电池的静态特性参数和动态特性参数，并根据所述静态特性参数和动态特性参数分别从容量和功率角度对所述有梯次利用价值的动力电池进行梯次筛选；

S3，对梯次筛选后的动力电池分级使用。

2.如权利要求1所述的动力电池梯次利用的分析方法，其特征在于，所述步骤S2进一步包括：

S21，将所述有梯次利用价值的动力电池充满电后静置预设时间，测试所述有梯次利用价值的动力电池的电压和内阻，根据电压和内阻将所述有梯次利用价值的动力电池中未满足预设要求的动力电池进行剔除；

S22，以预设电流对未剔除的动力电池进行预设次数充放电，获得所述未剔除的动力电池的容量数据和内阻数据；

S23，根据所述未剔除的动力电池的容量数据计算容量系数，并根据所述容量系数对所述未剔除的动力电池进行二次剔除；

S24，将二次剔除后剩余的动力电池进行容量筛分；

S25，根据功率需求对筛分后的动力电池进行梯次筛选。

3.如权利要求2所述的动力电池梯次利用的分析方法，其特征在于，在步骤S21中，剔除电压小于预设电压和内阻大于预设阻值的动力电池。

4.如权利要求2所述的动力电池梯次利用的分析方法，其特征在于，在步骤S22中，所述容量数据包括动力电池的恒流放电容量、恒流充电容量和恒压充电容量，所述内阻数据包括动力电池的放电内阻。

5.如权利要求4所述的动力电池梯次利用的分析方法，其特征在于，在步骤S23中，根据以下公式计算所述容量系数：

$\mathrm{\λ}=\frac{\sqrt{Q1\×Q2}}{Q3+Q2}$

其中，λ为所述容量系数，Q1为所述动力电池在所述预设次数内的恒流放电容量的平均值，Q2为所述动力电池在所述预设次数内的恒流充电容量的平均值，Q3为所述动力电池在所述预设次数内的恒压充电容量的平均值。

6.如权利要求5所述的动力电池梯次利用的分析方法，其特征在于，在步骤S24中，根据每个动力电池在所述预设次数内的恒流放电容量的平均值对所述二次剔除后剩余的动力电池进行筛分。

7.如权利要求4所述的动力电池梯次利用的分析方法，其特征在于，在步骤S25中，根据以下公式对所述筛分后的动力电池进行梯次筛选：

SOH（R）=（R_now-R_new）/（R_old-R_new）

其中，R_now为所述动力电池在所述预设次数内的当前放电内阻的平均值，R_old为预设的动力电池寿命终结时的放电内阻，R_new为所述动力电池的额定放电内阻。

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