CN104062594B - 锂离子动力电池配组方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锂离子动力电池配组方法，解决了同一电池组的单体电芯之间存在差异性，造成电池组使用寿命不能达标的缺陷，采用阶梯式筛选的方法，通过对待测电芯进行充放电测试、老化测试、动态数据测试和静态数据测试，筛选出性能一致的单体电芯完成配组，每一步测试都可以筛除测试目标不一致的待测电芯，保留测试目标一致的待测电芯，最终成功配组的电池组可以得到达标的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池选配方法，尤其是一种锂离子动力电池配组方法，通过该方法可以选出电化学一致性的动力电芯，提高电池组的实际使用寿命。
背景技术
锂电池（Lithium Cell）是指电化学体系中含有锂（包括金属锂、锂合金和锂离子、锂聚合物）的最基本电化学单位。锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂，并且是可以充电的。锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。
目前，锂离子电池作为新型能源，由于其自身相比传统铅酸电池有显著的优势：①循环性能好，单体循环寿命可达到2000次、②高低温放电安全、③体积能量比最高、④重量能量比最高、⑤支持大倍率充放电且无记忆效应、⑥安全环保，对环境无污染。因此，自锂电池商业化应用以来，以其优异的功能和特性在各个行业领域得到迅速应用。
虽然锂电池的标准使用寿命是铅酸电池的多倍，磷酸铁锂电池的标准使用寿命是铅酸电池的5倍以上。但是，实际生活中，锂电池组使用寿命超过铅酸的并不多，远没有达到预期的使用寿命。电动汽车上的磷酸铁锂电池组，正常使用寿命超过二年以上的更是屈指可数。出现这种情况的原因是锂电池组中的某些单体电芯出现了异常，导致电池组不能正常发挥性能，这是因为电池组成组时，由于所用单体电芯数量较多，单体电芯之间存在差异性，电芯配组时有部分电芯没有达到配组要求却没有筛选出，导致电池组使用一段时间后出现异常。
由于锂离子电芯的化学性能在不同放电倍率、不同温度下表现均不相同，因此配组后导致使用时放电性能出现差异。
发明内容
本发明解决了同一电池组的单体电芯之间存在差异性，造成电池组使用寿命不能达标的缺陷，提供一种锂离子动力电池配组方法，筛选性能相同的电梯电芯组成一组，确保同一电池组的单体电芯的差异性小，从而使电池组使用寿命达标。
本发明还解决了现有的测试方法不能准确反应电池组单体电芯之间的差别的缺陷，提供一种锂离子动力电池配组方法，通过充放电测试、老化测试、动静态数据测试，准确反应单体电芯之间的差异，筛选出性能相同的单体电芯组成电池组。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种锂离子动力电池配组方法，包括如下步骤：
（1）取合适数量的待测电芯，对待测电芯进行充放电测试，并记录各待测电芯的荷电状态参数，按照荷电状态参数第一次分组，相同荷电状态参数的待测电芯并入为一组，形成第一梯系；
（2）对第一梯系的各组待测电芯进行老化测试，测试待测电芯的自放电性能，并记录各待测电芯的自放电性能，将第一梯系各组内的待测电芯按照相同自放电性能第二次分组，第一梯系各组内待测电芯相同自放电性能为一组，形成第二梯系；
（3）对第二梯系各组待测电芯进行动态数据测试，测试待测电芯的动态电化学性能，并记录各待测电芯的动态电化学性能，将第二梯系各组内的待测电芯按照相同动态电化学性能第三次分组，第二梯系各组内待测电芯相同动态电化学性能为一组，形成第三梯系；
（4）对第三梯系各组待测电芯进行静态数据测试，测试待测电芯的静态电化学性能，并记录各待测电芯的静态电化学性能，将第三梯系各组内的待测电芯按照相同静态电化学性能第四次分组，第三梯系各组内待测电芯相同静态电化学性能为一组，形成第四梯系；
（5）第四梯系内各组待测电芯的荷电状态参数一致、自放电性能一致、动态电化学性能一致、静态电化学性能一致，第四梯系内各组待测电芯为配组成功的单体电芯，重复步骤（1）至步骤（4），获取所有单体电芯的配组参数并成功配组。
本申请的测试配组方法采用阶梯式筛选的方法，每一步测试都可以筛除测试目标不一致的待测电芯，保留测试目标一致的待测电芯，最终成功配组的电池组可以得到达标的使用寿命，通过充放电测试并将荷电状态参数一致的待测电芯分为一组，获得第一梯系，第一梯系具有多组，每一组的荷电量一致；通过老化测试，将第一组再次分组形成第二梯系，第二梯系具有多组，每一组的自放电性能一致，而且可能会出现自放电性能相同的组，但是自放电性能相同的组不能合并，因为其分属于第一梯系不同的组；以此类推获得最终所有测试参数一致的待测电芯，这些待测电芯配组成功就能获得理想的电池组，其使用寿命能达到配组的目标。
作为优选，荷电状态参数测试时，将待测电芯移动到分容设备上并连接，以0.5C倍率恒流放电至下限保护电压，使得待测电芯荷电量为0%，并确保此时待测电芯的荷电状态参数一致，接着以0.5C倍率恒流充电60min后停止，筛选待测电芯，将荷电状态数一致的分为一组。
作为优选，老化测试时，将荷电状态参数一致的待测电芯入库常温搁置30天或再温度45℃下搁置7天，测试待测电芯的自放电性能，将荷电状态参数一致、自放电性能一致的待测电芯分为一组。
作为优选，动态数据测试在大倍率放电下进行：a）0.5C电流恒流放电至下限保护电压，测试单体电芯放出的电量，再以0.5C电流采用恒流恒压方式充电至电芯上限充电电压，电流降至0.02C时停止，记录充电容量及充电恒流比，测试待测电芯大电流充电电流的一致性；
b）再以1.5C电流恒流方式放电至下限保护电压，同时记录待测电芯放电总容量及五个电压点的放电容量，测试待测电芯的放电容量与放电平台；
c）再以0.5C电流采用恒流恒压方式充电至电芯上限充电电压，电流降至0.02C时停止，记录待测电芯的充电容量与充电恒流比，再次测试待测电芯充电电流的一致性。
作为优选，根据待测电芯动态数据测试的结构，按自放电、充电容量、充电恒流比、倍率放电容量、五个电压点的倍率放电容量五个项目进行汇总、对比，找出动态大倍率放电下电化学性能一致的待测电芯，并将找出的待测电芯分组。动态数据测试结束表示基本的测试已经完成，后续的静态数据测试属于后续的检验，因此动态数据测试后进行分组，确定了待测电芯配组的框架或范围，分组后并筛除的待测电芯属于个别项的差异，作为保留或者库存，以便后续电池组内部单体电芯替换或者更新使用；五个电压点的选择根据不同材料而定，五个电压点的大倍率放电容量一致，代表待测电芯的放电平台一致，电化学性能一致。
作为优选，静态数据测试时，将待测电芯静置8小时，使待测电芯电化学性能趋于稳定，接着用内阻测试仪对静置后的待测电芯测试内阻电压并记录。
作为优选，待测电芯固定安装于对应的电池工位上，每个待测电芯与测试设备相连，电池工位具有编号，待测电芯具有编号，电池工位编号与待测电芯编号一一对应并保持不变，待测电芯分组由电池工位位置移动变化来实现。不同步骤的测试项目，只需转移电池工位即可，在单体电芯测试完成之前，电池工位的编号与待测电芯的编号始终统一，确保单体电芯的测试数据的连续性和稳定性，防止单体电芯在改变电池工位时出现的连接误差或者操作误差，电池工位的转移由控制器控制。
作为优选，重复步骤（1）进行充放电测试时，将多次测试筛选出的相同的待测电芯并入一组，共同作为第一梯系。
作为优选，待测电芯配同一批次经过化成后入库的合格电芯，或者不同批次混合而成的合格电芯。不同批次的待测电芯可以是一批次单独进行测试再筛选配组，也可以是先混合整体测试后再最终配组。
本发明的有益效果是：本申请的测试配组方法采用阶梯式筛选的方法，每一步测试都可以筛除测试目标不一致的待测电芯，保留测试目标一致的待测电芯，最终成功配组的电池组可以得到达标的使用寿命。
附图说明
图1是本发明一种流程结构示意图；
图2是本发明一种具体实施示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：一种锂离子动力电池配组方法（参见附图1），（1）从统一批次或不同批次中取合适数量的待测电芯，对待测电芯进行充放电测试，并记录各待测电芯的荷电状态参数，按照荷电状态参数第一次分组，相同荷电状态参数的待测电芯并入为一组，形成第一梯系，具体为：将待测电芯移动到分容设备上并连接，以0.5C倍率恒流放电至下限保护电压，使得待测电芯荷电量为0%，并确保此时待测电芯的荷电状态参数一致，接着以0.5C倍率恒流充电60min后停止，筛选待测电芯，将荷电状态数一致的分为一组；
（2）对第一梯系的各组待测电芯进行老化测试，测试待测电芯的自放电性能，并记录各待测电芯的自放电性能，将第一梯系各组内的待测电芯按照相同自放电性能第二次分组，第一梯系各组内待测电芯相同自放电性能为一组，形成第二梯系，具体为：将荷电状态参数一致的待测电芯入库常温搁置30天或再温度45℃下搁置7天，测试待测电芯的自放电性能，将荷电状态参数一致、自放电性能一致的待测电芯分为一组；
（3）对第二梯系各组待测电芯在大倍率放电下进行动态数据测试，测试待测电芯的动态电化学性能，并记录各待测电芯的动态电化学性能，将第二梯系各组内的待测电芯按照相同动态电化学性能第三次分组，第二梯系各组内待测电芯相同动态电化学性能为一组，形成第三梯系，具体为：a）0.5C电流恒流放电至下限保护电压，测试单体电芯放出的电量，再以0.5C电流采用恒流恒压方式充电至电芯上限充电电压，电流降至0.02C时停止，记录充电容量及充电恒流比，测试待测电芯大电流充电电流的一致性；
b）再以1.5C电流恒流方式放电至下限保护电压，同时记录待测电芯放电总容量及五个电压点的放电容量，测试待测电芯的放电容量与放电平台；
c）再以0.5C电流采用恒流恒压方式充电至电芯上限充电电压，电流降至0.02C时停止，记录待测电芯的充电容量与充电恒流比，再次测试待测电芯充电电流的一致性；
d）根据待测电芯动态数据测试的结构，按自放电、充电容量、充电恒流比、倍率放电容量、五个电压点的倍率放电容量五个项目进行汇总、对比，找出动态大倍率放电下电化学性能一致的待测电芯，并将找出的待测电芯分组；
（4）对第三梯系各组待测电芯进行静态数据测试，测试待测电芯的静态电化学性能，并记录各待测电芯的静态电化学性能，将第三梯系各组内的待测电芯按照相同静态电化学性能第四次分组，第三梯系各组内待测电芯相同静态电化学性能为一组，形成第四梯系，具体为：将待测电芯静置8小时，使待测电芯电化学性能趋于稳定，接着用内阻测试仪对静置后的待测电芯测试内阻电压并记录；
（5）第四梯系内各组待测电芯的荷电状态参数一致、自放电性能一致、动态电化学性能一致、静态电化学性能一致，第四梯系内各组待测电芯为配组成功的单体电芯。
注意：待测电芯固定安装于对应的电池工位上，每个待测电芯与测试设备相连，电池工位具有编号，待测电芯具有编号，电池工位编号与待测电芯编号一一对应并保持不变，待测电芯分组由电池工位位置移动变化来实现。
以16个单体电芯为例（参见附图2），分别安装于对应的电池工位上，电池工位的编号与单体电芯的编号一一对应。经过充放电测试，形成两种荷电容量，筛选出荷电状态一致的单体电芯为1组，共分成2组，两组单体电芯组成了第一梯系；接着对第一梯系的2组单体电芯进行老化测试，测试自放电性能，根据自放电性能一致性，第一梯系的每一组又各分成2组，共分成4组，4组单体电芯组成了第二梯系；接着对第二梯系内的4组单体电芯进行动态数据测试，测试单体电芯的动态电化学性能，根据动态电化学性能一致性，第二梯系的4组单体电芯又各分成2组，共分成8组，8组单体电芯组成了第三梯系；接着对第三梯系内的8组单体电芯进行静态数据测试，测试单体电芯的静态电化学性能，根据静态电化学性能一致性，第三梯系的8组单体电芯又各分成2组，共分成16组，16组单体电芯组成了第四梯系，第四梯系内各组待测电芯的荷电状态参数一致、自放电性能一致、动态电化学性能一致、静态电化学性能一致，第四梯系内各组待测电芯为配组成功的单体电芯。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (8)
1.一种锂离子动力电池配组方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）取合适数量的待测电芯，对待测电芯进行充放电测试，并记录各待测电芯的荷电状态参数，按照荷电状态参数第一次分组，相同荷电状态参数的待测电芯并入为一组，形成第一梯系；
（2）对第一梯系的各组待测电芯进行老化测试，测试待测电芯的自放电性能，并记录各待测电芯的自放电性能，将第一梯系各组内的待测电芯按照相同自放电性能第二次分组，第一梯系各组内待测电芯相同自放电性能为一组，形成第二梯系；
（3）对第二梯系各组待测电芯进行动态数据测试，测试待测电芯的动态电化学性能，并记录各待测电芯的动态电化学性能，将第二梯系各组内的待测电芯按照相同动态电化学性能第三次分组，第二梯系各组内待测电芯相同动态电化学性能为一组，形成第三梯系；动态数据测试在大倍率放电下进行：
a）0.5C电流恒流放电至下限保护电压，测试待测电芯放出的电量，再以0.5C电流采用恒流恒压方式充电至电芯上限充电电压，电流降至0.02C时停止，记录充电容量及充电恒流比，测试待测电芯大电流充电电流的一致性；
b）再以1.5C电流恒流方式放电至下限保护电压，同时记录待测电芯放电总容量及五个电压点的放电容量，测试待测电芯的放电容量与放电平台；
c）再以0.5C电流采用恒流恒压方式充电至电芯上限充电电压，电流降至0.02C时停止，记录待测电芯的充电容量与充电恒流比，再次测试待测电芯大电流充电电流的一致性；
（4）对第三梯系各组待测电芯进行静态数据测试，测试待测电芯的静态电化学性能，并记录各待测电芯的静态电化学性能，将第三梯系各组内的待测电芯按照相同静态电化学性能第四次分组，第三梯系各组内待测电芯相同静态电化学性能为一组，形成第四梯系；
（5）第四梯系内各组待测电芯的荷电状态参数一致、自放电性能一致、动态电化学性能一致和静态电化学性能一致，第四梯系内各组待测电芯为配组成功的单体电芯，重复步骤（1）至步骤（4），获取所有待测电芯的配组参数并成功配组。
2.根据权利要求1所述的锂离子动力电池配组方法，其特征在于荷电状态参数测试时，将待测电芯移动到分容设备上并连接，以0.5C倍率恒流放电至下限保护电压，使得待测电芯荷电量为0%，并确保此时待测电芯的荷电状态参数一致，接着以0.5C倍率恒流充电60min后停止，筛选待测电芯，将荷电状态参数一致的分为一组。
3.根据权利要求1所述的锂离子动力电池配组方法，其特征在于老化测试时，将荷电状态参数一致的待测电芯入库常温搁置30天或在温度45℃下搁置7天，测试待测电芯的自放电性能，将荷电状态参数一致和自放电性能一致的待测电芯分为一组。
4.根据权利要求1所述的锂离子动力电池配组方法，其特征在于根据待测电芯动态数据测试的结构，按自放电性能、充电容量、充电恒流比、大倍率放电下的放电总容量、大倍率放电下的五个电压点的放电容量五个项目进行汇总、对比，找出动态大倍率放电下电化学性能一致的待测电芯，并将找出的待测电芯分组。
5.根据权利要求1所述的锂离子动力电池配组方法，其特征在于静态数据测试时，将待测电芯静置8小时，使待测电芯电化学性能趋于稳定，接着用内阻测试仪对静置后的待测电芯测试内阻电压并记录。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的锂离子动力电池配组方法，其特征在于待测电芯固定安装于对应的电池工位上，每个待测电芯与测试设备相连，电池工位具有编号，待测电芯具有编号，电池工位编号与待测电芯编号一一对应并保持不变，待测电芯分组由电池工位位置移动变化来实现。
7.根据权利要求1或2或3或4或5所述的锂离子动力电池配组方法，其特征在于重复步骤（1）进行充放电测试时，将多次测试筛选出的相同的待测电芯并入一组，共同作为第一梯系。
8.根据权利要求1或2或3或4或5所述的锂离子动力电池配组方法，其特征在于待测电芯配同一批次经过化成后入库的合格电芯，或者不同批次混合而成的合格电芯。
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