CN105903692B

CN105903692B - 锂离子电池一致性筛选方法

Info

Publication number: CN105903692B
Application number: CN201610335049.1A
Authority: CN
Inventors: 李珣
Original assignee: Sichuan Changhong Electric Co Ltd
Current assignee: Sichuan Changhong Electric Co Ltd
Priority date: 2016-05-19
Filing date: 2016-05-19
Publication date: 2018-05-25
Anticipated expiration: 2036-05-19
Also published as: CN105903692A

Abstract

本发明涉及电池测试技术，其公开了一种锂离子电池一致性筛选方法，有效降低锂电池组内单体电芯差异，提高整组电池的使用寿命。包括：a.选取N个单体锂离子电池作为测试样本组，在测试环境下，对测试样本组中的各个电池恒流放电至预设的放电终止电压，然后搁置一定时间；b.对测试样本组中的各个电池恒流充电至预设的充电终止电压后，再进行恒压充电后，搁置一定时间，测试并记录容量数据组q_i(i＝1，2，……N)及内阻数据组r_i(i＝1，2，……N)；c.将测试样本组在高温、高湿度环境下搁置一定时间后测试样本组中的各个电池的电压v_i(i＝1，2，……N)；d.对向量组X_i(q_i,r_i,v_i)进行K‑均值聚类分组计算，根据计算结果完成样本组的一致性筛选。

Description

锂离子电池一致性筛选方法

技术领域

本发明涉及电池测试技术，具体涉及一种锂离子电池一致性筛选方法。

背景技术

锂离子电池由于具有高能量存储密度、长寿命、低自放电率、环境污染小等特点，已逐渐成为数码产品及新能源汽车的主要动力源。

锂电池单体电压通常仅为3.0V～4.0V(公称电压为3.6V)，且容量有限，所以在电动车、电动工具等大功率系统中，需要将几十节、上百节的锂电池串联、并联成组使用。

由于工艺制备的局限性，即使是同批次生产出的单体电池，也会存在电压、容量、内阻及自放电率的差异性。若不经过筛选随意配组使用，这些差异就会严重降低整体电池组的使用寿命，所以有必要对电池进行一致性的筛查。

常用的筛查方法包括电压配组法、容量配组法、内阻匹配法。它们各有优缺点，比如电压法操作简单，但未考虑荷载变化；容量法需按照特定的充放电条件进行，花费时间长，测试成本高；内阻法虽可快速完成测量，但由于无法去除极化内阻的影响而导致精确度不高。

电池的生产过程不可能完全避免灰尘和杂质，它们的存在会导致电池内部微短路进而引发自放电现象。单体间自放电率的差异也会影响到整体电池组的性能和使用寿命，所以配组时，还有必要对自放电率差异进行筛选。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种锂离子电池一致性筛选方法，有效降低锂电池组内单体电芯差异，提高整组电池的使用寿命。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

锂离子电池一致性筛选方法，包括以下步骤：

a.选取N个单体锂离子电池作为测试样本组，在测试环境下，对测试样本组中的各个电池恒流放电至预设的放电终止电压，然后搁置一定时间；

b.对测试样本组中的各个电池恒流充电至预设的充电终止电压后，再进行恒压充电后，搁置一定时间，测试并记录测试样本组中的各个电池的容量及内阻，获得对应的容量数据组q_i(i＝1，2，……N)及内阻数据组r_i(i＝1，2，……N)；

c.将测试样本组在高温、高湿度环境下搁置一定时间后测试样本组中的各个电池的电压v_i(i＝1，2，……N)；

d.对向量组X_i(q_i,r_i,v_i)(i＝1，2，……N)进行K-均值聚类分组计算，根据计算结果完成样本组的一致性筛选。

作为进一步优化，步骤a中，所述测试环境的温度为25℃±5℃，对测试样本组中的各个电池以0.2C～1C恒流放电至预设的放电终止电压。

作为进一步优化，步骤b中，对测试样本组中的各个电池以0.2C～1C恒流充至预设的充电终止电压后，转恒压充电致充电倍率降至0.05C为止。

作为进一步优化，步骤c中，所述高温、高湿度环境为45℃±2℃，95％。

作为进一步优化，步骤a、b中所述一定时间为1小时，步骤c中所述一定时间为7天。

作为进一步优化，步骤d中，对向量组X_i(q_i,r_i,v_i)(i＝1，2，……N)进行K-均值聚类分组计算，根据计算结果完成样本组的一致性筛选的具体方法包括：

d1.根据初始化设定的聚类数初值K，从向量组X_i中随机选取K个样本作为初始聚类中心向量F_j,m(q_j,m,r_j,m,v_j,m)(j＝1，2，……K)，其中m为聚类次数，初始值为1；

d2.对剩余的向量X_i(q_i,r_i,v_i)(i＝1，2，……(N–K))进行随机归组，分配到某一个聚类组中；

d3.计算所有剩余成员向量X_i(i＝1，2，……(N–K))至各聚类中心F_j,m(q_j,m,r_j,m,v_j,m)的欧式距离：

d4按最小距离原则，重新分配X_i(i＝1，2，……(N–K))的聚类位置，将其分配到欧式距离为最小的那个聚类组；

d5.根据更新后的聚类组，通过三个分量(q_j,r_j,v_j)的算术平均值，计算出新的聚类中心向量F _j,(m+1)(q_j,(m+1),r_j,(m+1),v_j,(m+1)),j≤K；

d6.聚类持续判断：若F_j,(m+1)(q_j,(m+1),r_j,(m+1),v_j,(m+1))＝F_j(q_j,r_j,v_j)，则完成聚类；否则重复d3-d5步，直到K-均值聚类收敛，也即相邻两次聚类中心向量相等为止，完成样本组的一致性筛查。

作为进一步优化，在步骤d5中，当出现某组除聚类中心之外未能包含其它成员，则取消该组，将聚类中心按最小距离原则归入剩余的某组中去。

本发明的有益效果是：将锂电池的电压、内阻、容量、自放电率、环境温湿度、筛查时长、检测成本等多项因素综合考虑，使用数据处理中能快速收敛、算法简单的K-均值滤波聚类原理而完成的一致性筛查方法；经实践检验，与现有技术相比简便实用、可靠性高，可有效降低锂电池组内单体电芯差异，提高整组的使用寿命。

附图说明

图1为本发明中锂离子电池一致性筛选方法流程图；

图2是K-均值聚类算法流程图。

具体实施方式

在完成了尺寸、外观、印刷、安全(包括撞击、跌落、振动)等基本测试后，对同批次锂电池的一致性进行配组筛选，如图1所示，步骤如下：

1.选取数量为N的样本组，在25℃±5℃环境下，以0.2C～1C恒流放电至预设的放电终止电压，搁置一段时间；

2.再以0.2C～1C的恒流充至预设的充电终止电压，转恒压充电至电流降为0.05C；记录容量数据组q_i(i＝1，2，……N)、内阻数据组r_i(i＝1，2，……N)；

3.将样本搁置一段时间后，使用测试仪测其开路电压，获得v_i(i＝1，2，……N)；

4.获得K-均值聚类向量组X_i(q_i,r_i,v_i)(i＝1，2，……N)；对X_i进行K-均值聚类计算如图2所示：

41.根据初定的聚类数初值K，从X_i中随机选取K个样本作为初始聚类中心向量F_j,m(q_j,m,r_j,m,v_j,m)(j＝1，2，……K)，其中m为聚类次数，初始值为1；

42.对剩余的向量X_i(q_i,r_i,v_i)(i＝1，2，……(N–K))进行随机归组，分配到某一个聚类组中；

43.计算所有剩余成员向量X_i(i＝1，2，……(N-k))至各聚类中心F_j,m(q_j,m,r_j,m,v_j,m)的欧式距离：

44.按最小距离原则，重新分配X_i(i＝1，2，……(N–K))的聚类位置，将其分配到欧式距离为最小的那个聚类组；

45.根据更新后的聚类组，通过三个分量(q_j,r_j,v_j)的算术平均值，计算出新的聚类中心向量F _j,(m+1)(q_j,(m+1),r_j,(m+1),v_j,(m+1))，j≤K；当出现某组除聚类中心之外未能包含其它成员，则可取消该组，将中心按最小距离原则归入剩余的某组中去；

46.聚类持续判断：若F _j,(m+1)(q_j,(m+1),r_j,(m+1),v_j,(m+1))＝F_j(q_j,r_j,v_j)，则完成聚类；否则重复第43～45步，直到K-均值聚类收敛，也即相邻两次聚类中心向量相等为止，完成样本组的一致性筛查。

本发明可以结合具体情况，从实现成本、组性能要求等方面考虑，设定和调整测试精度、K、自放电搁置时长，要求越高，选择测试精度、K、自放电搁置时长也相应越大。

实施例：

以下针对某品牌磷酸铁锂电池(3.2V\3.5AH)的一致性筛选配组，对本发明进行详细说明：

1.选取200只单体电池，在25℃±5℃环境下，以0.2C恒流放电至2.5V，搁置1h；

2.以0.2C～1C的恒流充至3.2V，转恒压充电致电流降至0.05C为止，搁置1h；使用容量测试仪及内阻测试仪，记录容量数据组q_i,(i＝1，2，……200)、内阻数据组r_i(i＝1，2，……200)

3.将样本送入45℃±2℃，95％的环境下，搁置7天；然后测其电压，获得v_i,(i＝1，2，……200)；

4.选取聚类数为4，随机抽取4个样本组成员作为初始聚类中心向量F_1,1(q_1,1,r_1,1,v_1,1)、F_75,1(q_75,1,r_75,1,v_75,1)、F_120,1(q_120,1,r_120,1,v_120,1)、F_170,1(q_170,1,r_170,1,v_170,1)；开始进行初次随机分组，每组分得50个成员；

5.计算剩余每组成员各向量X_i(i＝1，2，……(N-K))至4个初始聚类中心的欧式距离：

6.按最小距离原则，重新分配各向量的聚类位置，使各向量被分配到与某中心的欧式距离为最小的对应组；

7.对新聚类组所有包含向量的三个分量进行算数平均，得到第二次聚类的中心向量F_j,2(q_j,2,r_j,2,v_j,2)；

8.重复第5～7步，直到相邻前后两次的聚类中心向量相同为止，结束K-均值聚类循环计算过程，完成本样品组的一致性分组筛查。

Claims

1.锂离子电池一致性筛选方法，其特征在于，包括以下步骤：

d.对向量组X_i(q_i,r_i,v_i)(i＝1，2，……N)进行K-均值聚类分组计算，根据计算结果完成样本组的一致性筛选；

步骤d具体包括：

<mrow> <mi>d</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>F</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mo>,</mo> <mi>m</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>X</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <msqrt> <mrow> <mi>&Sigma;</mi> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>F</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mo>,</mo> <mi>m</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>X</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </msqrt> </mrow>

d5.根据更新后的聚类组，通过三个分量(q_j,r_j,v_j)的算术平均值，计算出新的聚类中心向量F_j,(m+1)(q_j,(m+1),r_j,(m+1),v_j,(m+1)),j≤K；

2.如权利要求1所述的锂离子电池一致性筛选方法，其特征在于，步骤a中，所述测试环境的温度为25℃±5℃，对测试样本组中的各个电池以0.2C～1C恒流放电至预设的放电终止电压。

3.如权利要求1所述的锂离子电池一致性筛选方法，其特征在于，步骤b中，对测试样本组中的各个电池以0.2C～1C恒流充至预设的充电终止电压后，转恒压充电致充电倍率降至0.05C为止。

4.如权利要求1所述的锂离子电池一致性筛选方法，其特征在于，步骤c中，所述高温、高湿度环境为45℃±2℃，95％。

5.如权利要求1所述的锂离子电池一致性筛选方法，其特征在于，步骤a、b中所述一定时间为1小时，步骤c中所述一定时间为7天。

6.如权利要求1所述的锂离子电池一致性筛选方法，其特征在于，在步骤d5中，当出现某组除聚类中心之外未能包含其它成员，则取消该组，将聚类中心按最小距离原则归入剩余的某组中去。