CN106378317A - 高压高功率锂离子电池组单体筛选方法和系统 - Google Patents

高压高功率锂离子电池组单体筛选方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高压高功率锂离子电池组单体筛选方法，其包含：测评单体电池的容量保持率，去除小于预设容量保持率阈值的单体电池；测评单体电池的容量恢复率，去除无法恢复到预设容量筛选范围内的单体电池；测评单体电池的倍率放电中值电压，去除倍率放电中值电压与平均值的公差低于或高于预设的公差阈值范围的单体电池；测评单体电池的脉冲放电直流内阻，去除超出直流内阻阈值范围的单体电池。本发明通过直流内阻和倍率放电平台筛选，保证电池的放电一致性；通过老化后容量保持率和恢复率，分析电池个体的荷电保持能力，筛选出倍率放电性能、荷电保持能力一致的单体电池，为电池组的可靠性和稳定性提供有力保障。

Description

高压高功率锂离子电池组单体筛选方法和系统
技术领域
本发明涉及一种锂离子单体电池筛选技术，具体涉及一种高压高功率锂离子电池组单体筛选方法和系统。
背景技术
近年来，随着新能源汽车的飞速发展，国内外的锂离子电池制造商、动力汽车厂家都在致力于开发混合动力或者纯电动汽车。此外，电网储能领域也是开启了迅猛发展的势头。新能源汽车和动力储能面向的是高压高功率锂离子电池组。要求电池组具有一致的高倍率放电特性、使用可靠性以及较长的循环性能。
高功率电池因为本身电池功率特性的问题，在一致性和荷电保持能力方面较普通锂离子电池稍差。对于电池组而言，要求单体电池的一致性高，这样才可以满足整个电池组均匀放电的工作要求。因此，单体功率电池的筛选技术，对于组装高压高功率锂离子电池组起着至关重要的作用。
目前针对单体的筛选技术方法很多，有的是先对于电池的电压、内阻进行粗筛，再对于电池的倍率放电性能进行全检评测。这些方法的弊端在于，忽略了功率型电池的特点是自放电率较高，并且倍率放电一致性要求较高。因此在筛选技术中，务必要考虑这两个因素。
本发明专利中，通过直流内阻和倍率放电平台筛选，保证电池的放电一致性；通过老化后容量保持率和恢复率，全面分析电池个体的荷电保持能力。为电池组的可靠性和稳定性提供更有力的单体保障。
发明内容
本发明提供一种高压高功率锂离子电池组单体筛选方法和系统，保证电池的放电一致性，全面分析电池个体的荷电保持能力，提高可靠性和稳定性。
为实现上述目的，本发明提供一种高压高功率锂离子电池组单体筛选方法，其特点是，该筛选方法包含：
S1、测评单体电池的容量保持率，去除小于预设容量保持率阈值的单体电池；
S2、测评单体电池的容量恢复率，去除无法恢复到预设容量筛选范围内的单体电池；
S3、测评单体电池的倍率放电中值电压，去除倍率放电中值电压与平均值的公差低于或高于预设的公差阈值范围的单体电池；
S4、测评单体电池的脉冲放电直流内阻，去除超出直流内阻阈值范围的单体电池。
上述测评单体电池的容量保持率包含：
单体电池以相同的电流充满电，搁置时间t后放电；
测取单体电池搁置后放电容量与搁置前放电容量的比，即单体电池的容量保持率；
若单体电池的容量保持率小于预设容量保持率阈值，则筛除该单体电池。
上述测评单体电池的容量恢复率包含：
充满电的单体电池进行搁置并完成第一次放电后，再进行若干次充放电循环，检测最后一次循环恢复电池容量后的放电容量；
测得单体电池最后一次的放电容量与搁置前放电容量的比，即容量恢复率；
若单体电池的容量恢复率小于预设的筛选范围，则筛除该单体电池。
上述测评单体电池的倍率放电中值电压包含：
以单体电池能够承受的额定最大电流持续倍率放电；
记录单体电池的倍率放电中值电压；
若单体电池的倍率放电中值电压与平均值的公差范围低于或者高于预设的公差阈值范围，则筛除该单体电池。
上述测评单体电池的脉冲放电直流内阻包含：
对于单体电池以高于额定最高持续放电电流的电流值，做短时的脉冲放电；
单体电池放电前后的电压差除以放电电流，得到直流内阻；
若单体电池的直流内阻超出预设的直流内阻阈值范围，则筛除该单体电池。
上述预设容量保持率阈值为：100%SOC状态的单体电池搁置时间t后放电，单体电池的容量保持率大于等于90%；t为30天。
上述预设的筛选范围为：单体电池进行搁置并完成第一次放电后，再进行3-5次充放电循环，单体电池容量恢复率大于等于95%。
上述预设的公差阈值范围为±0.02V。
上述预设的直流内阻阈值范围为平均值±10%以内。
一种高压高功率锂离子电池组单体筛选系统，其特点是，该筛选系统包含：
容量保持率测评模块，其去除小于预设容量保持率阈值的单体电池；
容量恢复率测评模块，其连接容量保持率测评模块输出端，去除无法恢复到预设容量筛选范围内的单体电池；
倍率放电中值电压测评模块，其连接容量恢复率测评模块的输出端，去除倍率放电中值电压与平均值的公差低于或高于预设的公差阈值范围的单体电池；
脉冲放电直流内阻测评模块，其连接倍率放电中值电压测评模块的输出端，去除超出直流内阻阈值范围的单体电池。
本发明高压高功率锂离子电池组单体筛选方法和系统和现有技术的单体电池筛选技术相比，其优点在于，本发明通过直流内阻和倍率放电平台筛选，保证电池的放电一致性；通过老化后容量保持率和恢复率，全面分析电池个体的荷电保持能力，可以筛选出倍率放电性能、荷电保持能力一致的待组装单体电池，为电池组的可靠性和稳定性提供更有力的单体保障。
附图说明
图1为本发明高压高功率锂离子电池组单体筛选方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图，进一步说明本发明的具体实施例。
如图1所示，公开了一种高压高功率锂离子电池组单体筛选方法的实施例一，该筛选方法具体包含以下步骤：
S1、测评单体电池的容量保持率，去除小于预设容量保持率阈值的单体电池。
S1.1、单体电池以相同的电流充满电，100%SOC状态的单体电池搁置时间t，t为30天。
S1.2、搁置前后分别以同样放电制式对电池单体进行放电，测取单体电池搁置后放电容量与搁置前放电容量的比，即得到单体电池的容量保持率。
S1.3、判断每个单体电池的容量保持率是否小于预设容量保持率阈值，即单体电池容量保持率小于90%。
若是，单体电池的容量保持率小于90%，则筛除该些单体电池的容量保持率低于90%的单体电池。
若否，单体电池的容量保持率大于等于90%，则保留该些单体电池的容量保持率大于等于90%的单体电池，进行下一步的筛选。
实际操作中，满足预设容量保持率阈值的单体电池的容量保持率处于90%至95%。
S2、测评单体电池的容量恢复率，去除无法恢复到预设容量筛选范围内的单体电池。
S2.1、将S1中筛选保留的单体电池（该单体电池为充满电后进行搁置，并在搁置后完成第一次放电），再进行3-5次充放电循环（即容量恢复测试），检测最后一次循环时恢复电池的容量后的放电容量。
S2.2、测得单体电池最后一次的放电容量与搁置前放电容量的比，即得到单体电池的容量恢复率。
S2.3、判断每个单体电池的容量恢复率是否小于预设的筛选范围，即低于95%。
若是，单体电池的容量恢复率小于95%，则筛除该些单体电池。
若否，单体电池的容量恢复率大于等于95%，则保留该些单体电池，进行下一步的筛选。
实际操作中，满足预设筛选范围的单体电池的容量保持率处于95%至98%。
S3、测评单体电池的倍率放电中值电压，去除倍率放电中值电压与平均值的公差低于或高于预设的公差阈值范围的单体电池。
S3.1、以单体电池能够承受的额定最大电流持续倍率放电。
S3.2、记录单体电池的倍率放电中值电压。
S3.3、判断单体电池的倍率放电中值电压与平均值的公差范围是否低于或者高于预设的公差阈值范围，公差阈值范围为±0.02V。
若是，单体电池的倍率放电中值电压与平均值的公差范围低于或者高于预设的公差阈值范围±0.02V，则筛除该单体电池。
若否，单体电池的倍率放电中值电压与平均值的公差范围在公差阈值范围±0.02V内，则保留该些单体电池，进行下一步的筛选。
S4、测评单体电池的脉冲放电直流内阻，去除超出直流内阻阈值范围的单体电池。
S4.1、对于单体电池以高于额定最高持续放电电流20%的电流值，做短时（10-20秒）的脉冲放电。
S4.2、通过前后单位电池的瞬间压降，单体电池放电前后的电压差除以放电电流，得到直流内阻。
S4.3、判断单体电池的直流内阻是否超出预设的直流内阻阈值范围，直流内阻阈值范围为平均值的±10%以内。该平均值为由所有被测单体电池直流内阻做全检得到平均值。
若是，单体电池的直流内阻超出预设的直流内阻阈值范围，则筛除该些直流内阻超出预设的直流内阻阈值范围的单体电池。
若否，单体电池的直流内阻处于预设的直流内阻阈值范围平均值±10%内，则保留该些单体电池。
通过这四步的评估工作，可以筛选出倍率放电性能、荷电保持能力一致的待组装单体电池。
本发明还公开了一种适用于上述筛选方法实施例一的高压高功率锂离子电池组单体筛选系统，该筛选系统包含：容量保持率测评模块、容量恢复率测评模块、倍率放电中值电压测评模块和脉冲放电直流内阻测评模块。
容量保持率测评模块用于根据上述S1测评单体电池的容量保持率，去除小于预设容量保持率阈值的单体电池；
容量恢复率测评模块连接容量保持率测评模块输出端，用于根据上述S2，测评单体电池的容量恢复率，去除无法恢复到预设容量筛选范围内的单体电池。
倍率放电中值电压测评模块连接容量恢复率测评模块的输出端，用于根据上述S3，测评单体电池的倍率放电中值电压，去除倍率放电中值电压与平均值的公差低于或高于预设的公差阈值范围的单体电池；
脉冲放电直流内阻测评模块连接倍率放电中值电压测评模块的输出端，用于根据上述S4，测评单体电池的脉冲放电直流内阻，去除超出直流内阻阈值范围的单体电池。
本发明还公开了一种高压高功率锂离子电池组单体筛选方法的实施例二。
该实施例二中，待筛单体电池400颗，单体容量5Ah，额定最大放电电流150A，脉冲放电电流180A。
步骤1、荷电保持能力测试：保持率大于等于90%的390颗，筛去10颗；恢复率大于等于95%的385颗，筛去5颗。
步骤2、倍率全检：以150A做倍率持续放电全检测，倍率放电中值电压在平均值±0.02V的单体电池筛去，筛去30颗；
步骤3、直流内阻评测：以180A电流对于单体电池做20秒的脉冲放电，放电前后压降为ΔU，直流内阻为ΔU/I。筛去超出（平均值±10%）范围的单体电池20颗。
按照上述方法，共筛去单体电池65颗。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种高压高功率锂离子电池组单体筛选方法，其特征在于，该筛选方法包含：
S1、测评单体电池的容量保持率，去除小于预设容量保持率阈值的单体电池；
S2、测评单体电池的容量恢复率，去除无法恢复到预设容量筛选范围内的单体电池；
S3、测评单体电池的倍率放电中值电压，去除放电中值电压与平均值的公差低于或高于预设的公差阈值范围的单体电池；
S4、测评单体电池的脉冲放电直流内阻，去除超出直流内阻阈值范围的单体电池。
2.如权利要求1所述的高压高功率锂离子电池组单体筛选方法，其特征在于，所述测评单体电池的容量保持率包含：
单体电池以相同的电流充满电，搁置时间t后放电；
测取单体电池搁置后放电容量与搁置前放电容量的比，即单体电池的容量保持率；
若单体电池的容量保持率小于预设容量保持率阈值，则筛除该单体电池。
3.如权利要求1或2所述的高压高功率锂离子电池组单体筛选方法，其特征在于，所述测评单体电池的容量恢复率包含：
充满电的单体电池进行搁置并完成第一次放电后，再进行若干次充放电循环，检测最后一次循环恢复电池容量后的放电容量；
测得单体电池最后一次的放电容量与搁置前放电容量的比，即容量恢复率；
若单体电池的容量恢复率小于预设的筛选范围，则筛除该单体电池。
4.如权利要求1所述的高压高功率锂离子电池组单体筛选方法，其特征在于，所述测评单体电池的放电中值电压包含：
以单体电池能够承受的额定最大电流持续倍率放电；
记录单体电池的放电中值电压；
若单体电池的放电中值电压与平均值的公差范围低于或者高于预设的公差阈值范围，则筛除该单体电池。
5.如权利要求1所述的高压高功率锂离子电池组单体筛选方法，其特征在于，所述测评单体电池的脉冲放电直流内阻包含：
对于单体电池以高于额定最高持续放电电流的电流值，做短时的脉冲放电；
单体电池脉冲放电前后的电压差除以放电电流，得到直流内阻；
若单体电池的直流内阻超出预设的直流内阻阈值范围，则筛除该单体电池。
6.如权利要求2所述的高压高功率锂离子电池组单体筛选方法，其特征在于，所述预设容量保持率阈值为：100%SOC状态的单体电池搁置时间t后放电，单体电池的容量保持率大于等于90%；t为30天。
7.如权利要求3所述的高压高功率锂离子电池组单体筛选方法，其特征在于，所述预设的筛选范围为：100%SOC状态的单体电池进行搁置并完成第一次放电后，再进行3-5次充放电循环，单体电池容量恢复率大于等于95%。
8.如权利要求4所述的高压高功率锂离子电池组单体筛选方法，其特征在于，所述预设的公差阈值范围为±0.02V。
9.如权利要求4所述的高压高功率锂离子电池组单体筛选方法，其特征在于，所述预设的直流内阻阈值范围为平均值±10%以内。
10.一种高压高功率锂离子电池组单体筛选系统，其特征在于，该筛选系统包含：
容量保持率测评模块，其去除小于预设容量保持率阈值的单体电池；
容量恢复率测评模块，其连接容量保持率测评模块输出端，去除无法恢复到预设容量筛选范围内的单体电池；
倍率放电中值电压测评模块，其连接容量恢复率测评模块的输出端，去除放电中值电压与平均值的公差低于或高于预设的公差阈值范围的单体电池；
脉冲放电直流内阻测评模块，其连接放电中值电压测评模块的输出端，去除超出直流内阻阈值范围的单体电池。
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