CN106356554B - 电池配组方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池配组方法及装置，该方法包括：检测单体电池在预设条件下的电池容量C，将电池容量C不在预设容量范围内的单体电池剔除，计算剩余各单体电池在第一预设比例荷电状态下的等效直流内阻R1；计算各单体电池的特征变量参数σ＝C×R1，根据σ按照预先确定的分组规则对剩余各单体电池进行分组，分别将各分组中的单体电池并联形成电池模组；计算各电池模组的自放电特征参数，将各电池模组按对应的自放电特征参数进行分类；将电池模组放电或者充电至相同荷电状态，检测电池模组的第二等效直流内阻R2，对同一类的电池模组进行分组，将各分组下的电池模组串联形成串联电池模组。本发明提高锂离子电池产品的可靠性、安全性以及使用循环寿命。

Description

电池配组方法及装置

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种电池配组方法及装置。

背景技术

随着能源危机和环境污染的日趋严重，新型的二次无污染能源逐步得到世界各国政府、研究机构及企业的重视。太阳能和风能等无污染的再生能源的应用逐步成为能源焦点之一，电动汽车更是受到世界各国政府的大力推广以缓解能源和环境污染的压力。

在新能源的应用中，储能环节是非常关键的技术之一，无论可再生能源的使用还是电动汽车的大力发展，都离不开作为能量存储单元的二次电池的发展。按照电化学体系进行分类，目前较为成熟的二次可充电电池主要有铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池以及锂离子电池，这类电池的理论电化学最高电压通常比较小，例如，锂离子电池的理论电化学最高电压只有3.7V，而镍氢电池和镍镉电池只有1.2V，容量方面最大单个电芯设计一般在100Ah以内(其中锂离子电池处于安全性考虑通常容量更低)。

在实际的应用领域，通常要求锂离子电池产品有一定的电压以及容量，因此很少有单个锂离子电池可以直接使用，同时处于安全等考虑，都需要增加电池管理系统。产品的好坏除了与锂离子电池本身的电化学性能有关之外，对于由多个电池组成的电池产品而言，单体电池的一致性、配对方法等技术参数是影响产品实际使用过程中的寿命、安全性、可靠性等的关键。

配对方法与技术对于锂离子电池组的重要性不言而喻，在传统的数码产品行业由于涉及到的单体电池数量较少而研究甚少，但是在动力电池以及大型储能锂电池产品中，通常都需要数十个甚至几千个单体电池通过并联和串联等方式以满足产品对电压和容量的需求，例如特斯拉电动汽车的动力电池系统使用了超过7000多颗18650锂离子圆柱电芯(单体电池)，可想而知在这种情况下筛选单体电池一致性是至关重要的技术。

根据锂离子电池组产品的设计结构不一样，实际上采用的单体电池配对技术应该有所区别，而目前市场上使用普遍的都是采用静态的容量、内阻、电压等所谓的“三参数”配对方法，这种传统的方法已经不能满足要求越来越高的锂离子电池产品。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种电池配组方法及装置，旨在提高锂离子电池产品的可靠性、安全性以及使用循环寿命。

为实现上述目的，本发明提供的一种电池配组方法，所述方法包括以下步骤：

a0、检测第一预设数量的单体电池中各个单体电池在预设条件下的电池容量C，将电池容量C不在预设容量范围内的单体电池剔除，计算剩余的各个单体电池在第一预设比例荷电状态下的第一等效直流内阻R1；

a1、根据剩余的各个单体电池的电池容量C、第一等效直流内阻R1，计算剩余的各个单体电池的特征变量参数σ，其中，σ＝C×R1，根据剩余的各个单体电池的特征变量参数σ并按照预先确定的分组规则对剩余的各个单体电池进行分组以分成第二预设数量的分组，并分别将各个分组中的单体电池并联连接在一起形成电池模组，不同分组对应不同电池模组；

a2、计算获取各个所述电池模组的自放电特征参数，根据预设的自放电特征参数的公差范围将各个所述电池模组按对应的自放电特征参数进行分类；

a3、将分类之后同一类的电池模组放电或者充电至相同的荷电状态，在该荷电状态下检测电池模组的第二等效直流内阻R2，根据预先确定的技术参数及第二等效直流内阻R2对同一类的电池模组进行分组，分别将各个分组下的电池模组串联连接在一起以形成串联电池模组，并分别将各个分组对应的串联电池模组连接电池管理系统且进行配件组装，以形成锂离子电池产品。

优选地，所述电池容量C的检测方式是：采用恒流恒压充电以及恒流放电的方法来检测各个单体电池；所述第一等效直流内阻R1的检测方法是：将各个单体电池充电至第一预设比例荷电状态下，搁置第一预设时间并在所述单体电池的电池端电压稳定情况下记录所述单体电池的电池端电压V1，采用所述单体电池的最大放电电流I1放电第二预设时间，在第二预设时间的放电结束时记录所述单体电池的电池端电压V2，则所述单体电池的第一等效直流内阻R1为：R1＝(V1-V2)/I1。

优选地，所述预先确定的分组规则为：b1、将剩余的各个单体电池的特征变量参数σ进行排序，并进入下述的剔除步骤：b2、若单体电池的数量大于第二预设数量，则将特征变量参数σ最大和/或最小的单体电池剔除；若单体电池的数量等于第二预设数量，则结束剔除步骤；若单体电池的数量小于第二预设数量，则增加第一预设数量的单体电池，并返回执行上述步骤a0。

优选地，所述计算获取各个所述电池模组的自放电特征参数的步骤包括：

将各个所述电池模组分别充电至第二预设比例荷电状态，搁置第三预设时间并在各个所述电池模组的端电压稳定情况下记录各个所述电池模组的端电压V3，将所有的电池模组置入一个预设环境温度的储存空间，搁置储存第四预设时间之后检测各个所述电池模组的端电压V4，计算各个所述电池模组的自放电特征参数δ，其中，δ＝V3-V4。

优选地，所述根据预设的自放电特征参数的公差范围将各个所述电池模组按对应的自放电特征参数进行分类的步骤包括：

将自放电特征参数δ超过预设上限阈值的电池模组剔除，将剩余的电池模组按自放电特征参数δ的大小进行排序，根据预先确定需要串联的电池模组数量Y值对剩余的电池模组按照自放电特征参数δ进行分组，每组的电池模组数量设定为Y值的预设倍数，计算每组电池模组的自放电特征参数δ的平均值以及正负公差值，将正负公差值在预设的自放电特征参数的公差范围内的分类为符合要求的一组电池模组。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种电池配组装置，所述电池配组装置包括：

计算模块，用于检测第一预设数量的单体电池中各个单体电池在预设条件下的电池容量C，将电池容量C不在预设容量范围内的单体电池剔除，计算剩余的各个单体电池在第一预设比例荷电状态下的第一等效直流内阻R1；

第一分组模块，用于根据剩余的各个单体电池的电池容量C、第一等效直流内阻R1，计算剩余的各个单体电池的特征变量参数σ，其中，σ＝C×R1，根据剩余的各个单体电池的特征变量参数σ并按照预先确定的分组规则对剩余的各个单体电池进行分组以分成第二预设数量的分组，并分别将各个分组中的单体电池并联连接在一起形成电池模组，不同分组对应不同电池模组；

分类模块，用于计算获取各个所述电池模组的自放电特征参数，根据预设的自放电特征参数的公差范围将各个所述电池模组按对应的自放电特征参数进行分类；

第二分组模块，用于将分类之后同一类的电池模组放电或者充电至相同的荷电状态，在该荷电状态下检测电池模组的第二等效直流内阻R2，根据预先确定的技术参数及第二等效直流内阻R2对同一类的电池模组进行分组，分别将各个分组下的电池模组串联连接在一起以形成串联电池模组，并分别将各个分组对应的串联电池模组连接电池管理系统且进行配件组装，以形成锂离子电池产品。

优选地，所述电池容量C的检测方式是：采用恒流恒压充电以及恒流放电的方法来检测各个单体电池；所述第一等效直流内阻R1的检测方法是：将各个单体电池充电至第一预设比例荷电状态下，搁置第一预设时间并在所述单体电池的电池端电压稳定情况下记录所述单体电池的电池端电压V1，采用所述单体电池的最大放电电流I1放电第二预设时间，在第二预设时间的放电结束时记录所述单体电池的电池端电压V2，则所述单体电池的第一等效直流内阻R1为：R1＝(V1-V2)/I1。

优选地，所述预先确定的分组规则为：b1、将剩余的各个单体电池的特征变量参数σ进行排序，并进入下述的剔除步骤：b2、若单体电池的数量大于第二预设数量，则将特征变量参数σ最大和/或最小的单体电池剔除；若单体电池的数量等于第二预设数量，则结束剔除步骤；若单体电池的数量小于第二预设数量，则增加第一预设数量的单体电池，并返回调用上述计算模块。

优选地，所述分类模块还用于：

将各个所述电池模组分别充电至第二预设比例荷电状态，搁置第三预设时间并在各个所述电池模组的端电压稳定情况下记录各个所述电池模组的端电压V3，将所有的电池模组置入一个预设环境温度的储存空间，搁置储存第四预设时间之后检测各个所述电池模组的端电压V4，计算各个所述电池模组的自放电特征参数δ，其中，δ＝V3-V4。

优选地，所述分类模块还用于：

将自放电特征参数δ超过预设上限阈值的电池模组剔除，将剩余的电池模组按自放电特征参数δ的大小进行排序，根据预先确定需要串联的电池模组数量Y值对剩余的电池模组按照自放电特征参数δ进行分组，每组的电池模组数量设定为Y值的预设倍数，计算每组电池模组的自放电特征参数δ的平均值以及正负公差值，将正负公差值在预设的自放电特征参数的公差范围内的分类为符合要求的一组电池模组。

本发明提出的电池配组方法及装置，先筛选出满足配组技术要求的若干单体电池并联形成电池模组，再在电池模组基础上评估筛选出若干电池模组进行串联形成锂离子电池产品。由于在充分考虑到单体电池并联要求分流均匀以及串联需要电压均匀的前提下，通过单体电池的电池容量、单体电池在一定荷电状态下的等效直流内阻、特征变量参数、电池模组的自放电特征参数以及等效直流内阻等综合静态和动态的技术参数，全方位设计、优化单体电池、电池模组的静态一致性和动态一致性，从而提高锂离子电池产品的可靠性、安全性以及使用循环寿命。

附图说明

图1为本发明电池配组方法一实施例的流程示意图；

图2为采用本发明电池配组方法与采用传统配对技术进行对应装配的锂离子电池组的循环测试对比示意图；

图3为本发明电池配组装置一实施例的功能模块示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种电池配组方法。

参照图1，图1为本发明电池配组方法一实施例的流程示意图。

在一实施例中，该电池配组方法包括：

步骤S10，检测第一预设数量的单体电池中各个单体电池在预设条件下的电池容量C，将电池容量C不在预设容量范围内的单体电池剔除，计算剩余的各个单体电池在第一预设比例荷电状态下的第一等效直流内阻R1；

本实施例中，针对第一预设数量(例如，1000)的单体电池，检测各个所述单体电池在预设条件如常温下的电池容量C，将电池容量C不在预设容量范围(例如，2020mAh～2040mAh)的单体电池剔除，计算剩余的各个单体电池在第一预设比例(在一种实施方式中，所述第一预设比例在40％--70％之间取值，优选50％)SOC(State of Charge，荷电状态或者剩余电量)下的第一等效直流内阻R1。

进一步地，在获取到剩余的各个单体电池的电池容量C和第一等效直流内阻R1之后，还可按照预先确定的技术参数(电池组的技术要求对应的标准及公差)并基于剩余的各个单体电池的电池容量C和第一等效直流内阻R1进行分组。其中，所述预先确定的技术参数与电池产品所应用的环境、单体电池数量等相关，采用以所参与配对样本参数的平均值为中线，预设一定正负公差(例如:±2％)，统计在允许公差范围的单体电池数量是否可以满足后续的配对数量要求，如果数量过少则需适当增加公差值；对于不在公差范围的单体电池可以进一步求取平均值，然后再按照预设正负公差进行配组，分出不同的组别，在后续过程的筛选或进一步分组中每个组别的单体电池均不可混淆。

步骤S20，根据剩余的各个单体电池的电池容量C、第一等效直流内阻R1，计算剩余的各个单体电池的特征变量参数σ，其中，σ＝C×R1，根据剩余的各个单体电池的特征变量参数σ并按照预先确定的分组规则对剩余的各个单体电池进行分组以分成第二预设数量的分组，并分别将各个分组中的单体电池并联连接在一起形成电池模组，不同分组对应不同电池模组；

根据单体电池的电池容量C、第一等效直流内阻R1，计算得到剩余的各个单体电池的特征变量参数σ＝C×R1，根据各个单体电池的特征变量参数σ并按照预先确定的分组规则对剩余的各个单体电池进行分组以分成第二预设数量(例如，100个)的分组，并分别将各个分组中的单体电池并联连接在一起形成电池模组，不同分组对应不同电池模组，即根据预先定义的公差范围按照特征变量参数σ值对单体电池进行分组，并将每一分组中的单体电池并联连接在一起形成满足容量需求的电池模组，其中，每一分组对应一个电池模组。

需要说明的是，本实施例中将每一分组中的单体电池进行并联连接的方式包括但不限于焊接、螺栓连接、铆接等方式，在此不做限定。

步骤S30，计算获取各个所述电池模组的自放电特征参数，根据预设的自放电特征参数的公差范围将各个所述电池模组按对应的自放电特征参数进行分类；

计算获取各个所述电池模组的自放电特征参数，如各个所述电池模组在高荷电状态的自放电特征参数等，自放电特征参数σ除了取决于单体电池的自放电性能参数之外，还与并联连接技术息息相关，可以很好的识别在并联连接过程中可能对单体电池操作的内部损伤，如由焊接工业技术引起的损伤。根据预先确定的技术参数如电池组的技术要求对应的预设的自放电特征参数的公差范围来将电池模组按照自放电特征参数σ进行分类，以将自放电特征参数σ满足一定公差要求的电池模组分类在同一组。

步骤S40，将分类之后同一类也即同一组内的电池模组放电或者充电至相同的荷电状态(SOC)3，所述的(SOC)3通常在电池总电量的20％～40％之间，也就是较低的荷电状态下，然后在该荷电状态下检测电池模组的第二等效直流内阻R2，其检测方式可参照上述对第一等效直流内阻R1的计算方法。根据预先确定的技术参数(例如电池组的技术要求对应的标准及公差)及第二等效直流内阻R2对同一组内的电池模组进行分组，分别将各个分组下的电池模组串联连接在一起以形成串联电池模组，并分别将各个分组对应的串联电池模组连接电池管理系统且进行配件组装以形成锂离子电池产品。

本实施例中先筛选出满足配组技术要求的若干单体电池并联形成电池模组，再在电池模组基础上评估筛选出若干电池模组进行串联形成锂离子电池产品。由于在充分考虑到单体电池并联要求分流均匀以及串联需要电压均匀的前提下，通过单体电池的电池容量、单体电池在一定荷电状态下的等效直流内阻、特征变量参数、电池模组的自放电特征参数以及等效直流内阻等综合静态和动态的技术参数，全方位设计、优化单体电池、电池模组的静态一致性和动态一致性，从而提高锂离子电池产品的可靠性、安全性以及使用循环寿命。

进一步地，在其他实施例中，所述电池容量C的检测方式采用常规的恒流恒压充电以及恒流放电的方法来检测各个单体电池。所述第一等效直流内阻R1的检测方法是：将各个单体电池充电至第一预设比例荷电状态下，搁置第一预设时间并在所述单体电池的电池端电压稳定情况下记录所述单体电池的电池端电压V1，然后采用大电流(即：单体电池最大放电电流)I1放电第二预设时间(例如，10s)，在第二预设时间的放电结束时记录所述单体电池的电池端电压V2，所述单体电池的第一等效直流内阻R1为：R1＝(V1-V2)/I1。

进一步地，在其他实施例中，所述预先确定的分组规则为：b1、将剩余的各个单体电池的特征变量参数σ进行排序，并进入下述的剔除步骤；b2、若单体电池的数量大于第二预设数量，则将特征变量参数σ最大的单体电池剔除(如果特征变量参数最大的单体电池有多个，则随机选择一个进行剔除)，若单体电池的数量等于第二预设数量，则结束剔除步骤；若单体电池的数量小于第二预设数量，则增加第一预设数量的单体电池，并返回执行上述步骤S10；b3、若剩余的单体电池的数量大于第二预设数量，则将特征变量参数σ最小的单体电池剔除(如果特征变量参数最小的单体电池有多个，则随机选择一个进行剔除)，若剩余的单体电池的数量等于第二预设数量，则结束剔除步骤。

进一步地，在其他实施例中，上述步骤S30可以包括：

将各个所述电池模组分别充电至第二预设比例(在一种实施方式中，所述第二预设比例在70％--100％之间取值，优选85％)荷电状态，搁置第三预设时间(所述第三预设时间与第一预设时间可以相同，也可以不同)并在各个所述电池模组的端电压稳定情况下记录各个所述电池模组的端电压V3，然后将所有的电池模组置入一个预设环境温度(例如，所述预设环境温度可以在20℃至65℃之间取值，优选40℃)的储存空间，搁置储存第四预设时间(所述第三预设时间、第一预设时间及第四预设时间可以两两相同，也可以两两不同)之后检测各个所述电池模组的端电压V4，计算各个所述电池模组的自放电特征参数δ，其中，δ＝V3-V4。

进一步地，在其他实施例中，上述步骤S30还可以包括：

首先，根据电池模组的特征确定一个预设上限阈值，所有自放电特征参数δ超过预设上限阈值的电池模组均被视为不合格品剔除，然后将合格品的电池模组按自放电特征参数δ进行排序，根据产品需要串联的电池模组数量Y值对电池模组按照自放电特征参数δ进行分组，每组的数量通常为Y值的固定倍数值(例如：1.2—1.5倍数取整)，在每组里面按照自放电特征参数δ的平均值并计算正负公差值，将正负公差值在预设的自放电特征参数的公差范围内的分类为符合要求的一组电池模组，即满足正负公差在一定范围的(例如：±2％)视为合格一组，其数量至少保证为Y值的1.2倍以保证后续可以筛选，如果数量不足需要重新调整每组电池模组的基数，例如：第一次为Y值的1.2倍，数量不足，则需调整Y值的1.5倍等，或者调整正负公差。

本实施例在充分考虑到单体电池并联要求分流均匀以及串联需要电压均匀的前提下，通过容量、单体电池居中荷电状态下等效直流内阻、特征参数、电池模组高荷电状态的自放电以及低荷电状态下的等效直流内阻等综合静态和动态的技术参数，全方位设计、优化单体电池、电池模组等静态一致性和动态一致性，提高锂离子电池产品的可靠性、安全性以及使用循环寿命等。

进一步地，在一种实施例中，以一个48V8Ah电动助力车用的锂离子电池为例进行具体说明。

本实施例中，采用18650圆柱锂离子单体动力电池，容量为2000mAh。参见下表一，按照传统的配对方式记录的动力电池产品的容量、内阻、电压“三参数”数据，其中单体电池容量为2020mAh～2040mAh、单体电池电压为3.84V～3.85V之间，交流内阻为40mΩ～45mΩ。将表一数据所对应的单体电池通过4并联13串联组成并连接好保护板组成48V8Ah的锂离子电池组(一)，用于与本发明提出的配对方法组成的锂离子电池组(二)进行性能测试对比。

表一

本实施例中所使用的单体电池与上述用于对比的锂离子电池组(一)所使用的单体电池为同一厂家、同一批次产品，同时，电池组(二)所用的单体电池均在上述电池组(一)所述单体电池的“三参数”范围之内。为了提升配对的几率，本实施例中采用单体电池的数量初期按照72个进行筛选，如下表二中所提供的所述单体电池的容量C、等效直流内阻R1以及计算的σ值。在计算单体电池的特征参数之后，从一致性的角度出发从表二的72个单体电池中筛选掉了σ值最大和最小的单体电池，同时满足剩余单体电池数量为4的倍数，因此本实施案例中剔除第1#、17#、26#、28#、39#、41#、62#和68#等8个单体电池。将表二中其余64个单体电池按照4个一组采用储能焊接工艺并联成16个电池模组，并测试所述16个电池模组的特征参数δ以及在30％SOC下的R2数据并列表于下表三中。

No.	C/Ah	R<sub>1</sub>/mΩ	σ	No.	C/Ah	R<sub>1</sub>/mΩ	σ	No.	C/Ah	R<sub>l</sub>/mΩ	σ	No.	C/Ah	R<sub>1</sub>/mΩ	σ
																1	2.035	35.37	71.98	19	2.026	35.05	71.01	37	2.027	34.89	70.71	55	2.036	35.05	71.36
2	2.029	35.43	71.88	20	2.025	35.10	71.08	38	2.034	33.58	68.30	56	2.040	35.10	71.61
																3	2.033	35.16	71.47	21	2.034	32.90	66.91	39	2.031	32.53	66.07	57	2.028	35.16	71.30
4	2.022	32.90	66.52	22	2.032	32.83	66.70	40	2.036	35.05	71.36	58	2.021	35.21	71.16
																5	2.021	32.83	66.34	23	2.023	32.75	66.26	41	2.035	32.39	65.91	59	2.022	35.26	71.30
6	2.026	33.58	68.03	24	2.022	34.89	70.54	42	2.028	33.58	68.10	60	2.023	35.32	71.45
																7	2.028	34.78	70.53	25	2.023	33.58	67.93	43	2.037	33.27	67.77	61	2.031	35.37	71.84
8	2.034	32.83	66.78	26	2.026	32.53	65.91	44	2.039	33.98	69.29	62	2.038	35.43	72.20
																9	2.025	34.89	70.64	27	2.029	35.05	71.11	45	2.040	33.56	68.45	63	2.029	33.58	68.13
10	2.036	33.94	69.10	28	2.030	32.39	65.75	46	2.034	34.78	70.74	64	2.037	35.27	71.84
																11	2.028	34.99	70.97	29	2.020	33.58	67.83	47	2.024	34.83	70.50	65	2.039	33.98	69.29
12	2.038	34.05	69.39	30	2.028	35.10	71.19	48	2.026	34.89	70.68	66	2.028	33.56	68.05
																13	2.039	35.10	71.57	31	2.029	35.16	71.33	49	2.040	34.94	71.28	67	2.030	33.48	67.97
14	2.026	34.16	69.20	32	2.024	32.90	66.59	50	2.022	34.99	70.76	68	2.032	35.41	71.95
																15	2.038	34.83	70.99	33	2.026	32.83	66.50	51	2.029	35.05	71.11	69	2.023	34.78	70.36
16	2.029	34.89	70.78	34	2.039	32.90	67.08	52	2.033	35.10	71.36	70	2.029	34.83	70.67
																17	2.022	35.94	72.67	35	2.034	32.83	66.77	53	2.039	35.16	71.68	71	2.034	32.89	66.89
18	2.021	34.99	70.72	36	2.026	32.75	66.36	54	2.037	34.99	71.28	72	2.031	34.94	70.96

表二

电池模组	δ/mV	R<sub>2</sub>/mΩ	电池模组	δ/mV	R<sub>2</sub>/mΩ	电池模组	δ/mV	R<sub>2</sub>/mΩ	电池模组	δ/mV	R<sub>2</sub>/mΩ
												1	42	13.26	5	41	13.47	9	52	13.27	13	46	13.46
2	38	13.30	6	42	13.98	10	39	13.48	14	42	14.51
												3	40	13.18	7	45	13.53	11	42	13.21	15	39	13.54
4	54	12.35	8	38	12.89	12	47	12.59	16	44	12.34

表三

在表三中，所述特征参数δ是将单个电池模组充电至4.0V之后将电池模组置于50℃高温箱中搁置7天的数据，所述R2为电池在完成前述高温搁置之后常温静止待电池电压稳定，然后放电至电池模组的剩余荷电量为30％SOC下测试的数据，测试所用电流为10A。从表三中剔除特征参数δ最大的第4#、9#电池模组以及R2最大的第14#电池模组，剩余的13个电池模组按照与锂离子电池组(一)完全相同的工艺组装成锂离子电池组(二)。

参照图2，图2为采用本发明电池配组方法与采用传统配对技术进行对应装配的锂离子电池组的循环测试对比示意图；本实施例中，为了便于对比，在相同的条件以及相同的测试制度下同时检测了传统配对技术对应的锂离子电池组(一)，所述的相同条件及相同测试制度为常温下采用4A充电至54.6V转恒压充电至电流为100mA，搁置30min之后用10A电流放电至39V。从图2的循环测试数据可知，采用本实施例电池配组方法进行对应装配的锂离子电池组(二)相比采用传统配对技术对应装配的锂离子电池组(一)，锂离子电池组(二)的循环能力具有显著的提升效果。

本发明进一步提供一种电池配组装置。

参照图3，图3为本发明电池配组装置一实施例的功能模块示意图。

在一实施例中，该电池配组装置包括：

计算模块01，用于检测第一预设数量的单体电池中各个单体电池在预设条件下的电池容量C，将电池容量C不在预设容量范围内的单体电池剔除，计算剩余的各个单体电池在第一预设比例荷电状态下的第一等效直流内阻R1；

本实施例中，针对第一预设数量(例如，1000)的单体电池，检测各个所述单体电池在预设条件如常温下的电池容量C，将电池容量C不在预设容量范围(例如，2020mAh～2040mAh)的单体电池剔除，计算剩余的各个单体电池在第一预设比例(在一种实施方式中，所述第一预设比例在40％--70％之间取值，优选50％)SOC(State of Charge，荷电状态或者剩余电量)下的第一等效直流内阻R1。

进一步地，在获取到剩余的各个单体电池的电池容量C和第一等效直流内阻R1之后，还可按照预先确定的技术参数(电池组的技术要求对应的标准及公差)并基于剩余的各个单体电池的电池容量C和第一等效直流内阻R1进行分组。其中，所述预先确定的技术参数与电池产品所应用的环境、单体电池数量等相关，采用以所参与配对样本参数的平均值为中线，预设一定正负公差(例如:±2％)，统计在允许公差范围的单体电池数量是否可以满足后续的配对数量要求，如果数量过少则需适当增加公差值；对于不在公差范围的单体电池可以进一步求取平均值，然后再按照预设正负公差进行配组，分出不同的组别，在后续过程的筛选或进一步分组中每个组别的单体电池均不可混淆。

第一分组模块02，用于根据剩余的各个单体电池的电池容量C、第一等效直流内阻R1，计算剩余的各个单体电池的特征变量参数σ，其中，σ＝C×R1，根据剩余的各个单体电池的特征变量参数σ并按照预先确定的分组规则对剩余的各个单体电池进行分组以分成第二预设数量的分组，并分别将各个分组中的单体电池并联连接在一起形成电池模组，不同分组对应不同电池模组；

根据单体电池的电池容量C、第一等效直流内阻R1，计算得到剩余的各个单体电池的特征变量参数σ＝C×R1，根据各个单体电池的特征变量参数σ并按照预先确定的分组规则对剩余的各个单体电池进行分组以分成第二预设数量(例如，100个)的分组，并分别将各个分组中的单体电池并联连接在一起形成电池模组，不同分组对应不同电池模组，即根据预先定义的公差范围按照特征变量参数σ值对单体电池进行分组，并将每一分组中的单体电池并联连接在一起形成满足容量需求的电池模组，其中，每一分组对应一个电池模组。

需要说明的是，本实施例中将每一分组中的单体电池进行并联连接的方式包括但不限于焊接、螺栓连接、铆接等方式，在此不做限定。

分类模块03，用于计算获取各个所述电池模组的自放电特征参数，根据预设的自放电特征参数的公差范围将各个所述电池模组按对应的自放电特征参数进行分类；

计算获取各个所述电池模组的自放电特征参数，如各个所述电池模组在高荷电状态的自放电特征参数等，自放电特征参数σ除了取决于单体电池的自放电性能参数之外，还与并联连接技术息息相关，可以很好的识别在并联连接过程中可能对单体电池操作的内部损伤，如由焊接工业技术引起的损伤。根据预先确定的技术参数如电池组的技术要求对应的预设的自放电特征参数的公差范围来将电池模组按照自放电特征参数σ进行分类，以将自放电特征参数σ满足一定公差要求的电池模组分类在同一组。

第二分组模块04，用于将分类之后同一类也即同一组内的电池模组放电或者充电至相同的荷电状态(SOC)3，所述的(SOC)3通常在电池总电量的20％～40％之间，也就是较低的荷电状态下，然后在该荷电状态下检测电池模组的第二等效直流内阻R2，其检测方式可参照上述对第一等效直流内阻R1的计算方法。根据预先确定的技术参数(例如电池组的技术要求对应的标准及公差)及第二等效直流内阻R2对同一组内的电池模组进行分组，分别将各个分组下的电池模组串联连接在一起以形成串联电池模组，并分别将各个分组对应的串联电池模组连接电池管理系统且进行配件组装以形成锂离子电池产品。

本实施例中先筛选出满足配组技术要求的若干单体电池并联形成电池模组，再在电池模组基础上评估筛选出若干电池模组进行串联形成锂离子电池产品。由于在充分考虑到单体电池并联要求分流均匀以及串联需要电压均匀的前提下，通过单体电池的电池容量、单体电池在一定荷电状态下的等效直流内阻、特征变量参数、电池模组的自放电特征参数以及等效直流内阻等综合静态和动态的技术参数，全方位设计、优化单体电池、电池模组的静态一致性和动态一致性，从而提高锂离子电池产品的可靠性、安全性以及使用循环寿命。

进一步地，在其他实施例中，所述电池容量C的检测方式采用常规的恒流恒压充电以及恒流放电的方法来检测各个单体电池。所述第一等效直流内阻R1的检测方法是：将各个单体电池充电至第一预设比例荷电状态下，搁置第一预设时间并在所述单体电池的电池端电压稳定情况下记录所述单体电池的电池端电压V1，然后采用大电流(即：单体电池最大放电电流)I1放电第二预设时间(例如，10s)，在第二预设时间的放电结束时记录所述单体电池的电池端电压V2，所述单体电池的第一等效直流内阻R1为：R1＝(V1-V2)/I1。

进一步地，在其他实施例中，所述预先确定的分组规则为：b1、将剩余的各个单体电池的特征变量参数σ进行排序，并进入下述的剔除步骤；b2、若单体电池的数量大于第二预设数量，则将特征变量参数σ最大的单体电池剔除(如果特征变量参数最大的单体电池有多个，则随机选择一个进行剔除)，若单体电池的数量等于第二预设数量，则结束剔除步骤；若单体电池的数量小于第二预设数量，则增加第一预设数量的单体电池，并返回调用上述计算模块01；b3、若剩余的单体电池的数量大于第二预设数量，则将特征变量参数σ最小的单体电池剔除(如果特征变量参数最小的单体电池有多个，则随机选择一个进行剔除)，若剩余的单体电池的数量等于第二预设数量，则结束剔除步骤。

进一步地，在其他实施例中，上述分类模块03还用于：

将各个所述电池模组分别充电至第二预设比例(在一种实施方式中，所述第二预设比例在70％--100％之间取值，优选85％)荷电状态，搁置第三预设时间(所述第三预设时间与第一预设时间可以相同，也可以不同)并在各个所述电池模组的端电压稳定情况下记录各个所述电池模组的端电压V3，然后将所有的电池模组置入一个预设环境温度(例如，所述预设环境温度可以在20℃至65℃之间取值，优选40℃)的储存空间，搁置储存第四预设时间(所述第三预设时间、第一预设时间及第四预设时间可以两两相同，也可以两两不同)之后检测各个所述电池模组的端电压V4，计算各个所述电池模组的自放电特征参数δ，其中，δ＝V3-V4。

进一步地，在其他实施例中，上述分类模块03还用于：

首先，根据电池模组的特征确定一个预设上限阈值，所有自放电特征参数δ超过预设上限阈值的电池模组均被视为不合格品剔除，然后将合格品的电池模组按自放电特征参数δ进行排序，根据产品需要串联的电池模组数量Y值对电池模组按照自放电特征参数δ进行分组，每组的数量通常为Y值的固定倍数值(例如：1.2—1.5倍数取整)，在每组里面按照自放电特征参数δ的平均值并计算正负公差值，将正负公差值在预设的自放电特征参数的公差范围内的分类为符合要求的一组电池模组，即满足正负公差在一定范围的(例如：±2％)视为合格一组，其数量至少保证为Y值的1.2倍以保证后续可以筛选，如果数量不足需要重新调整每组电池模组的基数，例如：第一次为Y值的1.2倍，数量不足，则需调整Y值的1.5倍等，或者调整正负公差。

本实施例在充分考虑到单体电池并联要求分流均匀以及串联需要电压均匀的前提下，通过容量、单体电池居中荷电状态下等效直流内阻、特征参数、电池模组高荷电状态的自放电以及低荷电状态下的等效直流内阻等综合静态和动态的技术参数，全方位设计、优化单体电池、电池模组等静态一致性和动态一致性，提高锂离子电池产品的可靠性、安全性以及使用循环寿命等。

进一步地，在一种实施例中，以一个48V8Ah电动助力车用的锂离子电池为例进行具体说明。

本实施例中，采用18650圆柱锂离子单体动力电池，容量为2000mAh。参见下表四，按照传统的配对方式记录的动力电池产品的容量、内阻、电压“三参数”数据，其中单体电池容量为2020mAh～2040mAh、单体电池电压为3.84V～3.85V之间，交流内阻为40mΩ～45mΩ。将表四数据所对应的单体电池通过4并联13串联组成并连接好保护板组成48V8Ah的锂离子电池组(一)，用于与本发明提出的配对方法组成的锂离子电池组(二)进行性能测试对比。

表四

本实施例中所使用的单体电池与上述用于对比的锂离子电池组(一)所使用的单体电池为同一厂家、同一批次产品，同时，电池组(二)所用的单体电池均在上述电池组(一)所述单体电池的“三参数”范围之内。为了提升配对的几率，本实施例中采用单体电池的数量初期按照72个进行筛选，如下表五中所提供的所述单体电池的容量C、等效直流内阻R1以及计算的σ值。在计算单体电池的特征参数之后，从一致性的角度出发从表五的72个单体电池中筛选掉了σ值最大和最小的单体电池，同时满足剩余单体电池数量为4的倍数，因此本实施案例中剔除第1#、17#、26#、28#、39#、41#、62#和68#等8个单体电池。将表五中其余64个单体电池按照4个一组采用储能焊接工艺并联成16个电池模组，并测试所述16个电池模组的特征参数δ以及在30％SOC下的R2数据并列表于下表六中。

No.	C/Ah	R<sub>1</sub>/mΩ	σ	No.	C/Ah	R<sub>1</sub>/mΩ	σ	No.	C/Ah	R<sub>l</sub>/mΩ	σ	No.	C/Ah	R<sub>1</sub>/mΩ	σ
																1	2.035	35.37	71.98	19	2.026	35.05	71.01	37	2.027	34.89	70.71	55	2.036	35.05	71.36
2	2.029	35.43	71.88	20	2.025	35.10	71.08	38	2.034	33.58	68.30	56	2.040	35.10	71.61
																3	2.033	35.16	71.47	21	2.034	32.90	66.91	39	2.031	32.53	66.07	57	2.028	35.16	71.30
4	2.022	32.90	66.52	22	2.032	32.83	66.70	40	2.036	35.05	71.36	58	2.021	35.21	71.16
																5	2.021	32.83	66.34	23	2.023	32.75	66.26	41	2.035	32.39	65.91	59	2.022	35.26	71.30
6	2.026	33.58	68.03	24	2.022	34.89	70.54	42	2.028	33.58	68.10	60	2.023	35.32	71.45
																7	2.028	34.78	70.53	25	2.023	33.58	67.93	43	2.037	33.27	67.77	61	2.031	35.37	71.84
8	2.034	32.83	66.78	26	2.026	32.53	65.91	44	2.039	33.98	69.29	62	2.038	35.43	72.20
																9	2.025	34.89	70.64	27	2.029	35.05	71.11	45	2.040	33.56	68.45	63	2.029	33.58	68.13
10	2.036	33.94	69.10	28	2.030	32.39	65.75	46	2.034	34.78	70.74	64	2.037	35.27	71.84
																11	2.028	34.99	70.97	29	2.020	33.58	67.83	47	2.024	34.83	70.50	65	2.039	33.98	69.29
12	2.038	34.05	69.39	30	2.028	35.10	71.19	48	2.026	34.89	70.68	66	2.028	33.56	68.05
																13	2.039	35.10	71.57	31	2.029	35.16	71.33	49	2.040	34.94	71.28	67	2.030	33.48	67.97
14	2.026	34.16	69.20	32	2.024	32.90	66.59	50	2.022	34.99	70.76	68	2.032	35.41	71.95
																15	2.038	34.83	70.99	33	2.026	32.83	66.50	51	2.029	35.05	71.11	69	2.023	34.78	70.36
16	2.029	34.89	70.78	34	2.039	32.90	67.08	52	2.033	35.10	71.36	70	2.029	34.83	70.67
																17	2.022	35.94	72.67	35	2.034	32.83	66.77	53	2.039	35.16	71.68	71	2.034	32.89	66.89
18	2.021	34.99	70.72	36	2.026	32.75	66.36	54	2.037	34.99	71.28	72	2.031	34.94	70.96

表五

电池模组	δ/mV	R<sub>2</sub>/mΩ	电池模组	δ/mV	R<sub>2</sub>/mΩ	电池模组	δ/mV	R<sub>2</sub>/mΩ	电池模组	δ/mV	R<sub>2</sub>/mΩ
												1	42	13.26	5	41	13.47	9	52	13.27	13	46	13.46
2	38	13.30	6	42	13.98	10	39	13.48	14	42	14.51
												3	40	13.18	7	45	13.53	11	42	13.21	15	39	13.54
4	54	12.35	8	38	12.89	12	47	12.59	16	44	12.34

表六

在表六中，所述特征参数δ是将单个电池模组充电至4.0V之后将电池模组置于50℃高温箱中搁置7天的数据，所述R2为电池在完成前述高温搁置之后常温静止待电池电压稳定，然后放电至电池模组的剩余荷电量为30％SOC下测试的数据，测试所用电流为10A。从表六中剔除特征参数δ最大的第4#、9#电池模组以及R2最大的第14#电池模组，剩余的13个电池模组按照与锂离子电池组(一)完全相同的工艺组装成锂离子电池组(二)。

本实施例中，为了便于对比，在相同的条件以及相同的测试制度下同时检测了传统配对技术对应的锂离子电池组(一)，所述的相同条件及相同测试制度为常温下采用4A充电至54.6V转恒压充电至电流为100mA，搁置30min之后用10A电流放电至39V。从图2的循环测试数据可知，采用本实施例电池配组方法进行对应装配的锂离子电池组(二)相比采用传统配对技术对应装配的锂离子电池组(一)，锂离子电池组(二)的循环能力具有显著的提升效果。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件来实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上参照附图说明了本发明的优选实施例，并非因此局限本发明的权利范围。上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。另外，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质，可以有多种变型方案实现本发明，比如作为一个实施例的特征可用于另一实施例而得到又一实施例。凡在运用本发明的技术构思之内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本发明的权利范围之内。

Claims (8)

1.一种电池配组方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

a0、检测第一预设数量的单体电池中各个单体电池在预设条件下的电池容量C，将电池容量C不在预设容量范围内的单体电池剔除，计算剩余的各个单体电池在第一预设比例荷电状态下的第一等效直流内阻R1；

a1、根据剩余的各个单体电池的电池容量C、第一等效直流内阻R1，计算剩余的各个单体电池的特征变量参数σ，其中，σ＝C×R1，根据剩余的各个单体电池的特征变量参数σ并按照预先确定的分组规则对剩余的各个单体电池进行分组以分成第二预设数量的分组，并分别将各个分组中的单体电池并联连接在一起形成电池模组，不同分组对应不同电池模组；

a2、计算获取各个所述电池模组的自放电特征参数，根据预设的自放电特征参数的公差范围将各个所述电池模组按对应的自放电特征参数进行分类；

a3、将分类之后同一类的电池模组放电或者充电至相同的荷电状态，在该荷电状态下检测电池模组的第二等效直流内阻R2，根据预先确定的技术参数及第二等效直流内阻R2对同一类的电池模组进行分组，分别将各个分组下的电池模组串联连接在一起以形成串联电池模组，并分别将各个分组对应的串联电池模组连接电池管理系统且进行配件组装，以形成锂离子电池产品；

所述预先确定的分组规则为：b1、将剩余的各个单体电池的特征变量参数σ进行排序，并进入下述的剔除步骤：b2、若单体电池的数量大于第二预设数量，则将特征变量参数σ最大和/或最小的单体电池剔除；若单体电池的数量等于第二预设数量，则结束剔除步骤；若单体电池的数量小于第二预设数量，则增加第一预设数量的单体电池，并返回执行上述步骤a0；

所述预先确定的技术参数为电池组的技术要求对应的标准及公差。

2.如权利要求1所述的电池配组方法，其特征在于，所述电池容量C的检测方式是：采用恒流恒压充电以及恒流放电的方法来检测各个单体电池；所述第一等效直流内阻R1的检测方法是：将各个单体电池充电至第一预设比例荷电状态下，搁置第一预设时间并在所述单体电池的电池端电压稳定情况下记录所述单体电池的电池端电压V1，采用所述单体电池的最大放电电流I1放电第二预设时间，在第二预设时间的放电结束时记录所述单体电池的电池端电压V2，则所述单体电池的第一等效直流内阻R1为：R1＝(V1-V2)/I1。

3.如权利要求1或2所述的电池配组方法，其特征在于，所述计算获取各个所述电池模组的自放电特征参数的步骤包括：

将各个所述电池模组分别充电至第二预设比例荷电状态，搁置第三预设时间并在各个所述电池模组的端电压稳定情况下记录各个所述电池模组的端电压V3，将所有的电池模组置入一个预设环境温度的储存空间，搁置储存第四预设时间之后检测各个所述电池模组的端电压V4，计算各个所述电池模组的自放电特征参数δ，其中，δ＝V3-V4。

4.如权利要求3所述的电池配组方法，其特征在于，所述根据预设的自放电特征参数的公差范围将各个所述电池模组按对应的自放电特征参数进行分类的步骤包括：

将自放电特征参数δ超过预设上限阈值的电池模组剔除，将剩余的电池模组按自放电特征参数δ的大小进行排序，根据预先确定需要串联的电池模组数量Y值对剩余的电池模组按照自放电特征参数δ进行分组，每组的电池模组数量设定为Y值的预设倍数，计算每组电池模组的自放电特征参数δ的平均值以及正负公差值，将正负公差值在预设的自放电特征参数的公差范围内的分类为符合要求的一组电池模组。

5.一种电池配组装置，其特征在于，所述电池配组装置包括：

计算模块，用于检测第一预设数量的单体电池中各个单体电池在预设条件下的电池容量C，将电池容量C不在预设容量范围内的单体电池剔除，计算剩余的各个单体电池在第一预设比例荷电状态下的第一等效直流内阻R1；

第一分组模块，用于根据剩余的各个单体电池的电池容量C、第一等效直流内阻R1，计算剩余的各个单体电池的特征变量参数σ，其中，σ＝C×R1，根据剩余的各个单体电池的特征变量参数σ并按照预先确定的分组规则对剩余的各个单体电池进行分组以分成第二预设数量的分组，并分别将各个分组中的单体电池并联连接在一起形成电池模组，不同分组对应不同电池模组；

所述预先确定的分组规则为：b1、将剩余的各个单体电池的特征变量参数σ进行排序，并进入下述的剔除步骤：b2、若单体电池的数量大于第二预设数量，则将特征变量参数σ最大和/或最小的单体电池剔除；若单体电池的数量等于第二预设数量，则结束剔除步骤；若单体电池的数量小于第二预设数量，则增加第一预设数量的单体电池，并返回调用上述计算模块；

分类模块，用于计算获取各个所述电池模组的自放电特征参数，根据预设的自放电特征参数的公差范围将各个所述电池模组按对应的自放电特征参数进行分类；

第二分组模块，用于将分类之后同一类的电池模组放电或者充电至相同的荷电状态，在该荷电状态下检测电池模组的第二等效直流内阻R2，根据预先确定的技术参数及第二等效直流内阻R2对同一类的电池模组进行分组，分别将各个分组下的电池模组串联连接在一起以形成串联电池模组，并分别将各个分组对应的串联电池模组连接电池管理系统且进行配件组装，以形成锂离子电池产品；

所述预先确定的技术参数为电池组的技术要求对应的标准及公差。

6.如权利要求5所述的电池配组装置，其特征在于，所述电池容量C的检测方式是：采用恒流恒压充电以及恒流放电的方法来检测各个单体电池；所述第一等效直流内阻R1的检测方法是：将各个单体电池充电至第一预设比例荷电状态下，搁置第一预设时间并在所述单体电池的电池端电压稳定情况下记录所述单体电池的电池端电压V1，采用所述单体电池的最大放电电流I1放电第二预设时间，在第二预设时间的放电结束时记录所述单体电池的电池端电压V2，则所述单体电池的第一等效直流内阻R1为：R1＝(V1-V2)/I1。

7.如权利要求5或6所述的电池配组装置，其特征在于，所述分类模块还用于：

将各个所述电池模组分别充电至第二预设比例荷电状态，搁置第三预设时间并在各个所述电池模组的端电压稳定情况下记录各个所述电池模组的端电压V3，将所有的电池模组置入一个预设环境温度的储存空间，搁置储存第四预设时间之后检测各个所述电池模组的端电压V4，计算各个所述电池模组的自放电特征参数δ，其中，δ＝V3-V4。

8.如权利要求7所述的电池配组装置，其特征在于，所述分类模块还用于：

将自放电特征参数δ超过预设上限阈值的电池模组剔除，将剩余的电池模组按自放电特征参数δ的大小进行排序，根据预先确定需要串联的电池模组数量Y值对剩余的电池模组按照自放电特征参数δ进行分组，每组的电池模组数量设定为Y值的预设倍数，计算每组电池模组的自放电特征参数δ的平均值以及正负公差值，将正负公差值在预设的自放电特征参数的公差范围内的分类为符合要求的一组电池模组。