CN104332666A - 一种退役动力锂电池可用性评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种退役动力锂电池可用性评价方法，其包括：建立判断退役动力单体锂电池可用性的核心参量；确立退役动力单体锂电池可用性核心参量判据；建立退役动力单体锂电池可用性核心参量判据赋值权重。所述判断退役动力单体锂电池可用性的核心参量包括电池剩余容量、安全性和循环性能。所述退役动力单体锂电池可用性核心参量判据包括：电池健康状态（StateofHealth,SOH）、电池内阻、隔膜穿刺强度下降率、隔膜孔隙率和二次循环寿命，其中隔膜穿刺强度下降率、隔膜孔隙率系隔膜性能的范畴。该评价方法测量参数较少，测量方法简便高效，评价结果科学可靠，可以大大提高退役动力锂电池可用性分选效率。

Description

一种退役动力锂电池可用性评价方法

技术领域

本发明属于蓄电池技术领域，具体涉及一种退役动力单体锂电池可用性评价方法。

背景技术

电动汽车对动力电池的性能要求较高，当动力电池的容量下降到一定程度后，为了确保电动汽车的动力性能、续驶里程和运行过程中的安全性能，就必须对其进行更换。从电动汽车上更换下来的电池，仍具有较高的剩余容量。锂离子电池具有比能量高、高温特性好、循环寿命长等优点，在作为电动汽车动力电池退役后，经过筛选和重新配组，有可能应用于工况相对良好、对电池性能要求相对较低的场合，实现动力电池的梯级利用。动力电池梯级利用是指在动力电池性能下降、不能满足电动汽车使用要求后，作为电能蓄放装置在其它领域继续使用。

对于从电动汽车上退役下来、有可能进行梯级利用的电池，部分发明专利公开了退役动力电池的梯次利用分选分级方法。例如：CN201110410608.8提供了一种电动汽车动力电池梯次利用的分级方法，所述分级方法包括如下步骤：(1)对梯次利用动力电池进行外特性分析，判断动力电池是否可以进行梯次利用；(2)对于能梯次利用的电池，根据其外特性参数进行初步分级，然后对每一级别的电池进行抽样内特性分析；(3)在内外特性分析的基础上，建立内外特性参数之间的关联关系，并对电池的健康状态进行评估；(4)将电池健康状态评估结果与电池的使用条件相结合，对梯次利用动力电池进行分级。CN201310261893.0公开一种废旧动力电池梯次利用筛选方法，所述方法步骤为：(1)对废旧动力电池组进行充电，使其荷电状态SOC为15－80%；(2)检测每一只单体电池的开路电压及内阻；(3)将上述废旧动力电池单体并联，直至其开路电压基本相同，与并联前单体电池的开路电压对比，并记录电压升降情况；然后将废旧单体电池及标准单体电池在温度为30－55℃条件下搁置3~7天或者室温下搁置10－30天，检测其开路电压及内阻；(4)对比废旧动力电池单体外观、开路电压、内阻、电压降及健康状态，对废旧动力电池单体进行分级，同一级的电池组与储能电网配合使用。CN201310389331.4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。CN201310030876.6公开了一种电动汽车用动力电池的余能梯次利用方法，包括以下步骤：(1)拆解废弃动力电池组；(2)将无外观损坏的电池单体进行性能检测，筛选出可直接使用的电池单体直接进入步骤(5)，筛选出可修复再用的电池单体，进入步骤(3)处理；筛选出不可修复的电池单体作报废处理；(3)修复可修复再用的电池单体；(4)对已修复的电池单体进行性能检测，筛选出额定电压与实际电压之差不大于0.02V且实际容量不低于标称容量的70%的电池单体，进行下一步骤处理，而已修复但性能不达标的电池单体作报废处理；(5)重组成电池组；(6)装配得新的动力电池组。

上述退役电池梯次利用分选方法大都需要经过一系列复杂步骤方可筛选出可以梯次利用的电池，然而，将来的退役动力电池数量十分庞大，依据上述发明专利的方法分选流程冗长复杂，工作量大，分选工作效率较低。

发明内容

本发明目的在于提供一种退役动力锂电池可用性评价方法，该评价方法测量参数较少，测量方法简便高效，评价结果科学可靠，可以大大提高退役动力锂电池可用性分选效率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种退役动力锂电池可用性评价方法，其包括：建立判断退役动力单体锂电池可用性的核心参量；确立退役动力单体锂电池可用性核心参量判据；建立退役动力单体锂电池可用性核心参量判据赋值权重。

具体的，所述判断退役动力单体锂电池可用性的核心参量包括电池剩余容量、安全性和循环性能。

所述退役动力单体锂电池可用性核心参量判据包括：电池SOH（即电池健康状态，State of Health）、电池内阻、隔膜穿刺强度下降率、隔膜孔隙率和二次循环寿命。其中，所述隔膜穿刺强度下降率、隔膜孔隙率系隔膜性能的范畴，所述隔膜指聚烯烃类动力电池用隔膜。

具体的，电池SOH是判断电池剩余容量的参量；电池内阻、隔膜穿刺强度下降率是影响退役动力单体锂电池安全性的关键参量；隔膜孔隙率和二次循环寿命是影响退役动力单体锂电池循环性能的关键参量。所述电池SOH、电池内阻、隔膜穿刺强度下降率、隔膜孔隙率及二次循环寿命为判断电池可用性的充分必要条件，即五个指标参数缺一不可。

所述退役动力单体锂电池可用性核心参量判据赋值权重包括：所述的电池SOH应不小于60%；所述的内阻值应不大于5mΩ；所述的隔膜穿刺强度下降率不大于18%；所述的隔膜孔隙率要求不小于30%；所述的二次循环寿命要求：在1C充放电条件下，循环500－700次后剩余容量为退役后容量的40－80%；同时要求在0.3C充电0.5C放电条件下，循环350－800次后剩余容量为退役后容量的85－99%，循环1000－2000次剩余容量为退役后容量的50－80%。该赋值权重适合在下述情况使用：单体电池以串联方式配组且电池组电压不大于60V时，或者单体电池以先并后串方式配组且电池并联数目不超过5只，电池组电压不超过60V时。即在上述赋值权重范围内，电池SOH、电池内阻、隔膜性能及二次循环寿命赋值权重可以以较低标准要求，也即所述电池SOH、电池内阻、隔膜性能及二次循环寿命的赋值权重可按接近下限值优选取值。

所述退役动力单体锂电池可用性核心参量判据赋值权重包括：所述的电池SOH应不小于80%；所述的内阻值应不大于3mΩ；所述的隔膜穿刺强度下降率不大于10%；所述的隔膜孔隙率要求不小于35%；所述的二次循环寿命要求：在1C充放电条件下，循环500－700次后剩余容量为退役后容量的70－80%；同时要求在0.3C充电0.5C放电条件下，循环350－800次后剩余容量为退役后容量的90－99%，循环1500－2000次剩余容量为退役后容量的50－80%。该赋值权重适合在下述情况使用：单体电池以串联方式配组且电池组电压大于60V，或者单体电池以先并后串方式配组且电池并联数目为5－10只，电池组电压大于60V时。即在上述赋值权重范围内，电池SOH、电池内阻、隔膜性能及二次循环寿命的赋值权重以较高标准要求。也即所述电池SOH、电池内阻、隔膜性能及二次循环寿命的赋值权重宜按接近上限值优选取值。

本发明评价方法需依据退役动力单体锂电池配组方式及电池组规格选择适当的核心参量判据赋值权重。电池健康状态（SOH，State of Health）指蓄电池的荷电能力，即蓄电池满充容量相对额定容量的百分比，新出厂电池为100%，完全报废为0%。

此外，在采用本发明评价方法前，优选先进行如下操作：将退役动力电池组拆解为单体电池，外观分选去掉功能元件受损、外壳破损、气胀及发软的单体电池。然后可采用如下方法和步骤对分选出的外观良好的退役电池进行相关测试，具体包括：

1）对分选出的外观良好的退役电池进行全样品内阻测试；

2）在0.3C充电/0.5C放电、1C充放电的条件下对退役电池进行测试，得到退役电池的二次循环寿命；

3）拆解退役电池，取出隔膜并适当的有机溶剂（如N-甲基吡咯烷酮NMP等）清洗后，测量隔膜的穿刺强度和孔隙率，并与出厂数据比较。

本发明可用性评价方法，其通过建立判断退役动力单体锂电池可用性的核心参量；确立退役动力单体锂电池可用性核心参量判据；建立退役动力单体锂电池可用性核心参量判据赋值权重；并根据退役动力单体锂电池配组方式及电池组规格选择合适的核心参量判据赋值权重，从而建立可用性评价标准，最终实现对可利用退役电池的快速高效分选，分选出可利用的退役电池。与现有技术相比，本发明方法测量参数较少，测量方法简便高效，评价结果科学可靠，可以大大提高退役动力锂电池可用性分选效率。

附图说明

图1为退役电池容量分析统计结果；

图2 为退役电池的内阻分布图；

图3为0.3C充电、0.5C放电条件下，退役电池循环寿命与容量的变化关系；

图4为 1C充放电条件下，退役电池循环寿命与容量的变化关系。  

具体实施方式

以下通过实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的保护范围不限于此。

实施例1

一种退役动力单体锂电池可用性评价方法，其包括如下步骤：

（1）退役电池为某公司生产的、从电动大巴退役下来的方形软包磷酸铁锂动力电池。该电芯标称容量20Ah，平台电压3.2V，充放电范围2.80~3.65V。电池配组方式为：首先将10只方形软包磷酸铁锂电芯并联成200Ah的电池模块，再经过2并180串组成400Ah/576V磷酸铁锂动力电池组与三相异步电机驱动系统配合，为车辆提供动力。这些电池自2010年投运至今有3年的运行时间，运行里程达14万km。电池组完全采用充电模式运营。本实施例共拆解了320个200Ah电池模块，共3200支电芯。经外观分选去掉功能元件受损及外壳破损的单体电池。

（2）进一步对分选出的电池按照气胀、发软及外观良好的标准进行分类，拆解后的电芯外观统计结果见表1。

表1 退役电池外观分选结果统计

外观	数量（支）
		气胀	512
发软	1600
		外观良好	1088

（3）参照QC/T 743-2006《电动汽车用锂离子蓄电池》，在常温下采用0.3C充电/0.5C放电的条件下，对退役电池进行全样品测试，再与电池的额定容量比较，计算电池的剩余容量SOH。结果见图1。

（4）利用内阻测试仪，对退役电池进行全样品内阻测试，测试结果见图2。

（5）选取外观良好、SOH不小于60%且内阻不大于5mΩ的退役电池，抽样进行接下来的可用性评价测试：

（6）拆解退役电池取出隔膜，利用有机溶剂NMP清洗隔膜并在真空干燥箱中干燥60min，然后依据文献（P. Arora, Z. M. Zhang, Battery Separators, Chem. Rev. 2004, 104, 4419-4462.）报道的方法，测量隔膜穿刺强度和孔隙率，并与出厂数据比较。结果显示，退役电池的穿刺强度为5.31N，与新隔膜的6.25N相比，下降了15%，符合梯次利用要求。测试得到退役电池的隔膜孔隙率为39%，符合梯次利用要求。

（7）按照QC/T 743-2006测试条件，分别采用0.3C充电/0.5C放电、1C充放电的充放电策略，对退役电池的循环性能进行测试，以此得出退役电池的循环性能，见图3和4。测试结果显示：在0.3C充电、0.5C放电的充放电策略下，电池的循环稳定性非常好，循环近400次后容量基本保持不变，容量下降不超过5％，即剩余容量在95%以上。退役电池在1C充放电条件下循环700次，剩余容量为退役时的80%左右，循环700次以后电池容量下降非常明显，到780次时剩余容量仅剩2Ah左右。满足梯次利用要求。

（8）分选出满足梯次利用基本要求的退役电池，进一步分选出内阻值不大于2mΩ的退役电池，以如下方式配组：先以10支20Ah的单体电池并联成200Ah的电池模块，再将6个200Ah的电池模块串联，形成电池包，最后将40个电池包串联，最后重组成100kW/150kWh的储能系统，电池组总电压768V，用在风光储微电网中。

（9）分选出满足梯次利用基本要求的退役电池，进一步分选出内阻值不大于3mΩ的退役电池，以如下方式配组：先以10支20Ah单体电池并联成200Ah的电池模块，然后将76个电池模块串联，最后重组成240V-200Ah的电池组，用在UPS电源中。

   （10）分选出满足梯次利用基本要求的退役电池，进一步分选出内阻值不大于5mΩ的退役电池，以16支18Ah的单体电池串联的方式重组成48V-18Ah的电池组，用在电动摩托车中。

Claims (5)

1.一种退役动力锂电池可用性评价方法，其特征在于，包括：建立判断退役动力单体锂电池可用性的核心参量；确立退役动力单体锂电池可用性核心参量判据；建立退役动力单体锂电池可用性核心参量判据赋值权重。

2.如权利要求1所述的退役动力锂电池可用性评价方法，其特征在于，所述判断退役动力单体锂电池可用性的核心参量包括电池剩余容量、安全性和循环性能。

3.如权利要求1所述的退役动力锂电池可用性评价方法，其特征在于，所述退役动力单体锂电池可用性核心参量判据包括：电池SOH、电池内阻、隔膜穿刺强度下降率、隔膜孔隙率和二次循环寿命。

4.如权利要求3所述的退役动力锂电池可用性评价方法，其特征在于，所述退役动力单体锂电池可用性核心参量判据赋值权重包括：所述的电池SOH应不小于60%；所述的电池内阻值应不大于5mΩ；所述的隔膜穿刺强度下降率不大于18%；所述的隔膜孔隙率要求不小于30%；所述的二次循环寿命要求：在1C充放电条件下，循环500－700次后剩余容量为退役后容量的40－80%；同时要求在0.3C充电0.5C放电条件下，循环350－800次后剩余容量为退役后容量的85－99%，循环1000－2000次剩余容量为退役后容量的50－80%。

5.如权利要求3所述的退役动力锂电池可用性评价方法，其特征在于，所述退役动力单体锂电池可用性核心参量判据赋值权重包括：所述的电池SOH应不小于80%；所述的电池内阻值应不大于3mΩ；所述的隔膜穿刺强度下降率不大于10%；所述的隔膜孔隙率要求不小于35%；所述的二次循环寿命要求：在1C充放电条件下，循环500－700次后剩余容量为退役后容量的70－80%；同时要求在0.3C充电0.5C放电条件下，循环350－800次后剩余容量为退役后容量的90－99%，循环1500－2000次剩余容量为退役后容量的50－80%。