CN105428734B - 一种电动汽车动力电池的配组方法 - Google Patents

一种电动汽车动力电池的配组方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车动力电池的配组方法，包括对同一型号的单体电池进行编码；采集所有单体电池的分容恒流充电时间t1及恒流放电容量C1；在搁置6～8小时后采集电压V1和内阻R1；高温搁置后采集电压V2和内阻R2；采集电压V3和内阻R3；采集两次恒流放电容量C2、C3，和三个恒流放电时的放电平台电压W1、W2和W3；根据下面配组条件进行优先集设置进行配组；串、并联形成电池组。经本发明的配组方法配组而成的电池组的寿命提高500次循环，电池组工作效率提高20%，且适用电动汽车动力电池领域。

Description

一种电动汽车动力电池的配组方法
技术领域：
本发明涉及一种动力锂电池，特别涉及一种电动汽车动力电池的配组方法。
背景技术：
自上世纪70年代全球第三次石油危机爆发后，各跨国汽车公司先后开始积极研发各种类型的电动汽车。进入21世纪，以电力驱动为代表、旨在替代以石油燃料为动力的各种新能源汽车动力技术迅猛发展，引发了一场新的绿色交通技术变革，这场变革的主要趋势是汽车能源多元化、汽车动力电气化和汽车排放洁净化。在能源危机与环境保护的双重压力下，各国都加大了对电动汽车相关技术的研发，以求得新的突破，电动汽车已经成为新能源发展中最重要的领域之一。而作为电动汽车的“CPU”——动力电池已毋庸置疑地成为产业发展的最核心技术。
目前电动汽车用的电池是通过多块锂电池进行串并联组合后形成高电压、高容量的电池组，才能用于电动汽车的驱动。随着原材料性能、制备工艺及过程控制能力的整体提高，单体电池寿命能达到2000次以上，但是同一类型同一型号电池的电压容量、内阻等方面参数值相对来说都有差异性，若将性能参数差异性较大的单体电池组合在一起形成电池组，则该电池组的寿命会直接缩短10倍甚至100倍的寿命。
发明内容：
本发明的目的就是提供一种电动汽车动力电池的配组方法，从而提高电池的配组效率，并提高电池组的使用寿命。
本发明的技术方案如下：
一种电动汽车动力电池的配组方法，包括如下步骤：
(1)对同一型号的单体电池进行编码；每步测试前通过扫描单体电池上的条形码，而确保相关数据一一对应；
(2)采集所有单体电池的分容恒流充电时间t1及恒流放电容量C1；
(3)在常温下搁置6～8小时后，分别测试每个单体电池的电压V1和内阻R1；
(4)置于温度为45±2℃的高温车间中搁置72±2小时后，分别测试每个单体电池的电压V2和内阻R2，然后入库存放；
(5)对入库存放不大于30天的单体电池，分别测试其电压V3和内阻R3；
(6)分别采集每个单体电池的两次恒流放电容量C2、C3，以及三个恒流放电时的放电平台电压W1、W2和W3；
(7)根据下面配组条件进行优先集设置，然后按照每组电池组所需的单体电池的数量进行配组，其中优先集设置的配组条件顺序如下：
a、以W1、W2、W3为配组条件1，各单体电池之间公差为±2mV；
b、以放电容量C3为配组条件2，各单体电池之间公差按±1％AH标称容量；
c、以放电电压V1-V2和V2为配组条件3，各单体电池之间公差为±5mV；
d、以单体电池内阻R1及R2-R1为配组条件4，各单体电池之间公差为±0.2mΩ；
e、以放电容量C2-C1为配组条件5，各单体电池之间公差按±1％AH标称容量；
f、以恒流充电时间t1为配组条件6，各单体电池之间公差为±1min；
(8)将经步骤(7)配成组的单体电池进行串、并联形成电池组。
进一步方案，所述步骤(1)中编码是指先形成条形码，再将该条形码粘贴在或喷涂在单体电池外包装铝塑膜上。
进一步方案，所述步骤(2)中分容恒流充电时间t1是指先对单体电池分别进行恒流充电、恒压充电后搁置30分钟，再恒流放电后搁置30分钟，然后对其进行恒流充电的充电时间；
所述恒流放电容量C1是指经上述恒流充电后再进行恒压充电，搁置30分钟后恒流放电的放电容量。
进一步方案，所述步骤(5)中对于存放大于30天的单体电池重新执行步骤(3)、(4)。
进一步方案，所述步骤(6)中恒流放电容量C2、C3分别指电流为0.5C和1C时的恒流放电容量；
放电平台电压W1、W2和W3分别指在电流为1C时，依次恒流放电70％SOC、55％SOC和20％SOC所相对应的放电平台电压。
进一步方案，所述步骤(7)中未配成组的单体电池降级使用。如当单体电池使用或者要求较低的太阳能路灯电池使用。
本发明中SOC是荷电状态(也叫剩余电量)的简称，是指电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，常用百分数表示。其取值范围为0-1，当SOC＝0时表示电池放电完全，当SOC＝1时表示电池完全充满。
放电平台电压W1是表示恒流放电70％SOC时，放电能量和恒流放电70％SOC时的电池容量的比值；放电平台电压W2是表示恒流放电55％SOC时，放电能量和恒流放电55％SOC时的电池容量的比值；放电平台电压W3是表示恒流放电20％SOC时，放电能量和恒流放电20％SOC时电池容量的比值。放电能量是直接通过仪器对电池进行恒流放电70％SOC、55％SOC和20％SOC时检测出分别放出的能量，其单位为伏特·安培·时间，而恒流放电的电池容量单位是安培·时间，所以放电平台电压的单位是伏特。
本发明的配组方法中各步骤所采集的恒流充电时间t1、恒流放电容量C1、单体电池的电压V1、V2、V3和内阻R1、R2、R3，以及恒流放电容量C2、C3和放电平台电压W1、W2、W3等这些数据输入电脑中形成数据库，并采用SAS计算机数据进行分析筛选，其主要是将相关单体电池的条形码及相关配组参数一一对应列出形成数据库，通过事先设计好可调的配组参数之间的极差值及配组电池组所需要的单体电池数量，通过事先设定好优先集的筛选条件，进行自动筛选，将符合筛选条件的单体电池选出配成电池组，然后通过打印机将每组电池(包含符合工艺要求的单体电池)配组条件打印如下：
单体电池条形码 t1 C1 C2 C3 V1 V2 V3 W1 W2 W3 R1 R2
以100台单体电池为例(168串)按本发明的配组方法采用电脑进行配组的时间为5分钟，而采用人工进行配组需要40个小时，所以采用本发明的配组方法可提高工作效率48倍。
本发明从动力电池的充放电特性如温升、内阻变化率、容量、电压、电池存储性及电池自放电特性进行相关数据采集，然后通过德尔菲法分析各指标的影响程度，然后根据该影响程度设计出本发明的一种电动汽车动力电池的配组方法。经本发明的配组方法配组而成的电池组的寿命提高，电池组工作效率提高20％，实际适用寿命提高500次循环。另外还可以提高电池组配组的效率，其中筛选效率可以提高48倍，整体配组效率可以提高5倍。所以本发明配组的电池组适用电动汽车动力电池领域。
具体实施方式
实施例1：
一种电动汽车动力电池的配组方法，包括如下步骤：
(1)对同一型号的单体电池进行编码，形成条形码，再将该条形码粘贴在或喷涂在单体电池外包装铝塑膜上；每步测试前通过扫描单体电池上的条形码，而确保相关数据一一对应；
(2)采集所有单体电池的分容恒流充电时间t1及恒流放电容量C1；其中分容恒流充电时间t1是指先对单体电池分别进行恒流充电、恒压充电后搁置30分钟，再恒流放电后搁置30分钟，然后对其进行恒流充电的充电时间；所述恒流放电容量C1是指经上述恒流充电后再进行恒压充电，搁置30分钟后恒流放电的放电容量；
分容恒流充电时间t1及恒流放电容量C1的采集方式由自动电池检测设备进行采集，电池充、放电流程是事先设置好程序或步骤，其充、放电工步及采集过程如下表所示：(表中截止条件也是提前设定的一个参数值，达到这个参数值就自动进行下一个工步。)
工步 充放电方式 电流(A) 上/下限电压(V) 时间(min) 截止条件 备注
1 恒流充电 0.5C 上限工作电压 电压
2 恒压充电 0.05C 上限工作电压 电流
3 搁置 30 时间
4 恒流放电 0.5C 下限工作电压 电压
5 搁置 30 时间
6 恒流充电 0.5C 上限工作电压 电压 采集充电时间t1
7 恒压充电 0.05C 上限工作电压 电流
8 搁置 30 时间
9 恒流放电 0.5C 下限工作电压 电压 采集放电容量C1
10 搁置 30 时间
11 恒流充电 0.5C 90 电压
12 搁置 30 时间
(3)在常温下搁置6～8小时后，分别测试每个单体电池的电压V1和内阻R1；
(4)置于温度为45±2℃的高温车间中搁置72±2小时后，分别测试每个单体电池的电压V2和内阻R2，然后入库存放；
(5)对入库存放不大于30天的单体电池，分别测试其电压V3和内阻R3；对于存放大于30天的单体电池重新执行步骤(3)、(4)；
(6)分别采集每个单体电池在电流为0.5C和1C时的恒流放电容量C2、C3，以及在电流为1C时，依次恒流放电70％的SOC、55％的SOC和20％的SOC所相对应的放电平台电压W1、W2和W3；
电池充放电工步及采集过程如下表所示：
(7)根据下面配组条件进行优先集设置，然后按照每组电池组所需的单体电池的数量进行配组，其中优先集设置的配组条件顺序如下：
a、以W1、W2、W3为配组条件1，各单体电池之间公差为±2mV；
b、以放电容量C3为配组条件2，各单体电池之间公差按±1％AH标称容量；
c、以放电电压V1-V2和V2为配组条件3，各单体电池之间公差为±5mV；
d、以单体电池内阻R1及R2-R1为配组条件4，各单体电池之间公差为±0.2mΩ；
e、以放电容量C2-C1为配组条件5，各单体电池之间公差按±1％AH标称容量；
f、以恒流充电时间t1为配组条件6，各单体电池之间公差为±1min；
(8)将经步骤(7)配成组的单体电池进行串、并联形成电池组；而未配成组的单体电池降级使用。
经过上述步骤配组而成的电池组，对其进行检测相关性能，检验合格的电池组即可包装出货，直接做为电动汽车上动力电池用。
实施例2：
为了验证本发明的配组方法的可行性和先进性，特进行如下实验，其实验步骤如下：
1、取同批次的100台单体电池，进行如下5个方案分别配组成2组电池组；
2、分别将按配组方案挑选出来的单体电池进行串、并联形成电池组；
3、对电池组进行充放电循环测试；
4、将相关循环数据进行对比。
方案1：
直接采用单体电池开路电压(V2)±5mV、内阻(R1)±0.2mΩ及分容容量C1±1％AH标称容量为配组条件进行配组。
方案2：
直接采用单体电池开路电压(V2)±5mV、内阻(R1)±0.2mΩ、分容容量C1±1％AH标称容量及配组分容容量C3±1％AH标称容量为配组条件进行配组。
方案3：
以下面配组条件进行优先集设置进行配组：
a、以放电电压V1-V2,和V2为配组条件1，各单体电池之间公差为±5mV；
b、以单体电池内阻R1及R2-R1为配组条件2，各单体电池之间公差为±0.2mΩ；
c、以放电容量C2-C1为配组条件3，各单体电池之间公差为±1％AH标称容量；
d、以恒流充电时间t1为配组条件4，各单体电池之间公差为±1min。
方案4：
以下面配组条件进行优先集设置进行配组：
a、以放电容量C3为配组条件2，各单体电池之间公差按±1％AH标称容量；
b、以放电电压V1-V2和V2为配组条件3，各单体电池之间公差为±5mV；
c、以单体电池内阻R1及R2-R1为配组条件4，各单体电池之间公差为±0.2mΩ；
d、以放电容量C2-C1为配组条件5，各单体电池之间公差按±1％AH标称容量；
e、以恒流充电时间t1为配组条件6，各单体电池之间公差为±1min。
方案5：
以下面配组条件进行优先集设置进行配组：
a、以W1、W2、W3为配组条件1，各单体电池之间公差为±2mV；
b、以放电容量C3为配组条件2，各单体电池之间公差按±1％AH标称容量；
c、以放电电压V1-V2和V2为配组条件3，各单体电池之间公差为±5mV；
d、以单体电池内阻R1及R2-R1为配组条件4，各单体电池之间公差为±0.2mΩ；
e、以放电容量C2-C1为配组条件5，各单体电池之间公差按±1％AH标称容量；
f、以恒流充电时间t1为配组条件6，各单体电池之间公差为±1min。
分别对上述方案1-5所配组的电池组按照GB/T 31484-2015的标准对电池组的循环寿命即电池容量保持率进行实验，其实验数据如下表所示：
从上表可看出，采用本发明的配组方法(方案5)对单体电池进行配组，大大提高了电池组的循环寿命，特别是在循环1000周以上电池容量保持率显著高于对比例(方案1-4)的电池容量保持率，如循环1000周，本发明配组的电池组的电池容量保持率达到89％以上，而对比例中仅为66％；循环2000周，本发明配组的电池组的电池容量保持率达到80％以上，而对比例中仅为42％。
上述仅为本发明的实施例而已，对本领域的技术人员来说，本发明有多种更改和变化。凡在本发明的发明思想和原则之内，作出任何修改、等同替换等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电动汽车动力电池的配组方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）对同一型号的单体电池进行编码；每步测试前通过扫描单体电池上的条形码，而确保相关数据一一对应；
（2）采集所有单体电池的分容恒流充电时间t1及恒流放电容量C1；
（3）在常温下搁置6～8小时后，分别测试每个单体电池的电压V1和内阻R1；
（4）置于温度为45±2℃的高温车间中搁置72±2小时后，分别测试每个单体电池的电压V2和内阻R2，然后入库存放；
（5）对入库存放不大于30天的单体电池，分别测试其电压V3和内阻R3；
（6）分别采集每个单体电池的两次恒流放电容量C2、C3，以及三个恒流放电时的放电平台电压W1、W2和W3；
（7）根据下面配组条件进行优先集设置，然后按照每组电池组所需的单体电池的数量进行配组，其中优先集设置的配组条件顺序如下：
a、以W1、W2、W3为配组条件1，各单体电池之间公差为±2mV；
b、以放电容量C3为配组条件2，各单体电池之间公差按±1%AH标称容量；
c、以放电电压V1-V2和V2为配组条件3，各单体电池之间公差为±5mV；
d、以单体电池内阻R1及R2-R1为配组条件4，各单体电池之间公差为±0.2mΩ；
e、以放电容量C2-C1为配组条件5，各单体电池之间公差按±1%AH标称容量；
f、以恒流充电时间t1为配组条件6，各单体电池之间公差为±1min；
（8）将经步骤（7）配成组的单体电池进行串、并联形成电池组。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车动力电池的配组方法，其特征在于：所述步骤（1）中编码是指先形成条形码，再将该条形码粘贴在或喷涂在单体电池外包装铝塑膜上。
3.根据权利要求1所述的一种电动汽车动力电池的配组方法，其特征在于：所述步骤（2）中分容恒流充电时间t1是指先对单体电池分别进行恒流充电、恒压充电后搁置30分钟，再恒流放电后搁置30分钟，然后对其进行恒流充电的充电时间；
所述恒流放电容量C1是指经采集分容恒流充电时间t1后再进行恒压充电，搁置30分钟后恒流放电的放电容量。
4.根据权利要求1所述的一种电动汽车动力电池的配组方法，其特征在于：所述步骤（5）中对于存放大于30天的单体电池重新执行步骤（3）、（4）。
5.根据权利要求1所述的一种电动汽车动力电池的配组方法，其特征在于：所述步骤（6）中恒流放电容量C2、C3分别指电流为0.5C和1C时的恒流放电容量；
放电平台电压W1、W2和W3分别指在电流为1C时，依次恒流放电70%SOC、55%SOC和20%SOC所相对应的放电平台电压。
6.根据权利要求1所述的一种电动汽车动力电池的配组方法，其特征在于：所述步骤（7）中未配成组的单体电池降级使用。
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