CN106816661B - 一种退役锂离子动力电池的二次利用选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种退役锂离子动力电池的二次利用选择方法，所述方法包括：步骤1，确定可二次利用的退役锂离子动力电池的标准；步骤2，检测退役锂离子动力电池的气密性、开路电压、以及多频点交流内阻；步骤3，选取可二次利用的退役锂离子动力电池。本发明提供的退役锂离子动力电池的二次利用选择方法只需检测退役锂离子动力电池在静置状态下的气密性、电压和内阻，检测效率高；大大提高了退役锂离子动力电池的二次利用选择效率，降低了选择成本。

Description

一种退役锂离子动力电池的二次利用选择方法

技术领域

本发明涉及一种退役锂离子动力电池的选择方法，具体讲涉及一种为实现退役锂离子动力电池的二次利用而进行的快速选择方法。

背景技术

伴随着电动汽车的快速发展，电动车用动力电池的规模也日渐扩大，但由于电动汽车对动力电池的性能要求较高，当动力电池的性能下降到一定程度后(容量衰减到额定容量的70-80％)，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。从电动汽车上退役下来的电池，仍具有较高的剩余容量，这些电池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，实现动力电池的二次利用。

锂离子动力电池经过了在电动汽车上的长期使用后,电池的性能明显衰退，有的电池可能已经不在具备二次利用的价值，因此，对于退役的锂离子动力电池，需要重新进行检测，以确定其是否具备二次利用的可能性。

传统的检测方法主要包括电池充放电检测、开路电压检测、定频交流内阻检测和交流阻抗测试。充放电检测通常是以电池容量的1/3C倍率，对电池进行3次的充放电循环，这样一支电池测试下来，就需要将近1天的时间，效率偏低；开路电压检测只测试电池的电压，没有将开路电压和电池的荷电状态关联起来，也就不能反映电池是否存在自放电率高或内部微短路的情况，而这两种电池都很有可能造成电池在使用过程中的安全事故；定频交流内阻通常是测量电池在1000Hz时的内阻，由于电池内部的电化学反应是一个连续的过程，某一频点的交流内阻只能反映电池内部某一段的电化学反应过程，不能很全面的反映电池内阻的情况；而交流阻抗测试是从高频到低频对电池进行扫描，一个扫描过程，通常需要几十分钟的时间，并且扫描设备也很昂贵，这也就增加了检测的成本。因此，传统的电池检测手段存在检测效率低、检测结果不准确、检测成本高等问题。

背景技术

为了解决现有技术中所存在的上述问题，本发明提供一种新的退役锂离子动力电池的二次利用选择方法。该二次利用选择方法中的密封性检测只需一两分钟就能完成，开路电压和 多频点交流内阻检测只需几秒钟就能完成，大大提高了检测效率，并且减低了成本。通过该方法，可快速选择能被二次利用的退役锂离子动力电池。

本发明提供的技术方案是：一种退役锂离子动力电池的二次利用选择方法，其改进之处在于：所述方法包括：

步骤1，确定可二次利用的退役锂离子动力电池的标准；

步骤2，检测退役锂离子动力电池的气密性、开路电压、以及多频点交流内阻；

步骤3，选取可二次利用的退役锂离子动力电池。

优选的，所述步骤1中可二次利用的退役锂离子动力电池的标准为：退役锂离子动力电池的气密性良好、开路电压满足与退役锂离子退役时的荷电状态对应关系、且多频点交流内阻处于设定阈值范围内。

优选的，所述步骤3中通过判断所述步骤2的检测结果选取可二次利用的退役锂离子动力电池：当所述退役锂离子动力电池的气密性、开路电压、以及且多频点交流内阻满足所述步骤1中的标准时，判断所述退役锂离子动力电池可二次利用。

优选的，所述步骤2中退役锂离子动力电池的气密性通过如下方法检测：

A1将电池置于25℃下的气密箱体中；

A2向箱体内注入压缩空气到0.13-0.15Mpa；

A3根据箱体内部气压变化确定所述退役锂离子动力电池的气密性良好。

进一步，所述步骤A3中通过如下方法确定所述退役锂离子动力电池的气密性良好：测量箱体内部气压，若箱体内部气压在停止注气后的3分钟内未发生变化、或在停止注气后的3分钟内箱体内部气压下降小于或等于0.005Mpa且在3分钟后箱体内部气压不再降低，则确定所述退役锂离子动力电池的气密性良好。

进一步，所述箱体为体积不超过所述退役锂离子动力电池体积的3倍的六面体；所述箱体上设有连接压力表的接口和连接充气设备的接口；所述接口处涂覆有密封胶，用于加强所述箱体的气密性。

优选的，所述步骤2中退役锂离子动力电池的开路电压通过如下方法检测：

B1在25℃环境下，对与所述退役锂离子动力电池同型号的未使用过的电池进行不同容量衰减程度下的开路电压和荷电状态检测；

B2根据步骤B1中的检测结果绘制未使用电池在不同容量衰减程度下，其开路电压与荷电状态的对应关系曲线；

B3根据所述开路电压与荷电状态的对应关系曲线、以及所述退役锂离子动力电池在退役 时的容量和荷电状态确定所述退役锂离子动力电池在退役时的理论开路电压V_t；

B4测量所述退役锂离子动力电池在退役时的实际开路电压V_r；

B5判断所述实际开路电压V_r与所述理论开路电压V_t的偏差值V_d；当偏差值V_d的绝对值小于或等于20mV时，确定所述退役锂离子动力电池的开路电压满足与退役锂离子退役时的荷电状态对应关系。

进一步，所述步骤B1中与所述退役锂离子动力电池同型号的未使用过的电池在不同容量衰减程度下的开路电压和荷电状态是通过如下方法检测的：对充满电的未使用电池进行循环测试，以使未使用电池的容量不断衰减；每当未使用电池的容量衰减量达到满电状态下总容量的5％、10％、15％、20％、25％和30％时，停止循环测试，并以未使用电池额定容量的1/3C倍率电流将未使用电池充至满电状态；再以1/3C倍率电流对未使用电池进行放电；每放电5％荷电状态SOC后，静置8个小时，测量并记录未使用电池的开路电压，重复放电步骤，直至未使用电池放电至下限电压，从而确定未使用电池在特定电容衰减程度下的开路电压和荷电状态的对应关系曲线；根据上述测量结果，绘制未使用电池在不同容量衰减程度下的开路电压和荷电状态的对应关系曲线。

进一步，所述未使用电池为磷酸铁锂体系电池、三元材料体系电池或锰酸锂体系电池中的任意一种，所述下限电压的取值由未使用电池的类型决定：当所述未使用电池为磷酸铁锂体系电池时，下限电压取值为2.0V；当所述未使用电池为三元材料体系电池时，下限电压取值为2.8V；当所述未使用电池为锰酸锂体系电池时，下限电压取值3.0V。

优选的，所述步骤2中退役锂离子动力电池的多频点交流内阻通过如下方法检测：

在25℃环境下，对与所述退役锂离子动力电池同型号但不同容量保持率的电池进行交流内阻检测，检测频率范围为10KHz-1MHz；比较不同容量保持率电池在同一检测频率下的交流内阻，以获取电池在不同检测频率下交流内阻随容量保持率的变化范围、以及电池在不同容量保持率下交流内阻随检测频率点的变化范围；选择不同容量保持率中交流内阻方差最大的5个频率点作为退役锂离子动力电池的交流内阻检测频点，对退役锂离子动力电池进行交流内阻检测；判断退役锂离子动力电池的交流内阻是否处于该检测频率点下交流内阻的变化范围内，当所述退役锂离子动力电池在所有检测频率点下的交流电阻均处于对应的内阻变化范围内时，确定所述退役锂离子动力电池的多频点交流电阻处于阈值范围内。

与最接近的技术方案相比，本发明具有如下显著进步：

1、本发明提供的技术方案在进行锂离子动力电池的密封性检测时只需一两分钟就能完 成，开路电压和多频点交流内阻检测只需几秒钟就能完成，这样就大大提高了检测效率，降低了成本。通过该方法，可快速淘汰明显不具备二次利用价值的电池，从而选择能被二次利用的退役锂离子动力电池。

2、本发明提供的技术方案在进行退役锂离子动力电池的二次利用选择时，只检测退役锂离子动力电池在静置状态下的气密性、电压和内阻，不需要对退役锂离子动力电池进行长时间的充放电，也不需要对退役锂离子动力电池进行交流阻抗测试；大大提高了退役锂离子动力电池的二次利用选择效率，降低了选择成本。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

为了彻底了解本发明实施例，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明实施例的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

本发明提供一种退役锂离子动力电池的二次利用选择方法，该方法主要包括三个步骤：

步骤1，确定可二次利用的退役锂离子动力电池的标准；

步骤2，检测退役锂离子动力电池的气密性、开路电压、以及多频点交流内阻；

步骤3，选取可二次利用的退役锂离子动力电池。

所述步骤1中可二次利用的退役锂离子动力电池的标准为：退役锂离子动力电池的气密性良好、开路电压满足与退役锂离子退役时的荷电状态对应关系、且多频点交流内阻处于设定阈值范围内。

所述步骤3中通过判断所述步骤2的检测结果选取可二次利用的退役锂离子动力电池：当所述退役锂离子动力电池的气密性、开路电压、以及且多频点交流内阻满足所述步骤1中的标准时，判断所述退役锂离子动力电池可二次利用。

目前的锂离子大多采用含锂盐的有机溶剂作为电解液体系，而这种电解液体系非常容易和空气的氧气和水分发生反应，因此，锂离子电池都要做很好的密封。动力电池经过在电动汽车长期使用后，受机械、温度都应力的影响，有的电池的密封性可能会出现问题，造成电池内部与空气的接触，这样就会造成电池性能的快速衰退。本发明采用如下方法判断退役锂离子动力电池的气密性是否良好：

(1)退役锂离子动力电池密封性检测

在25℃的环境中,将电池放置于一个密封性良好的六面体箱体中，箱体的容积不超过电 池体积的3倍。箱体带有一个可与外面进行气体交换的接口以及连接压力表的接口，用压力表可测量箱体内部的气压，用充气设备可为箱体充气；另外，为了加强箱体的密闭性，在箱体的接口处涂覆有密封胶。采用充气设备向箱体内注入压缩空气，待箱体内气压达到0.13-0.15Mpa时，停止注气，并密封接口。观察箱体内压力在未来3分钟的变化情况。由于锂离子动力电池内部为常压或真空状态，因此，若箱体内压力下降超过0.005Mpa，则说明箱体内的气体进入电池内部，电池密封性出现问题，该电池不能再继续使用。如果箱体内压力未发生变化，则说明电池密封性良好，具备继续使用的可能性。若箱体内压力有下降未超过0.005Mpa,则增加电池在箱体内的时间，继续观察箱体内压力的变化，若压力还是继续下降，则说明电池密封性出现问题，该电池不能再继续使用。

电池的开路电压和荷电状态有一定的对于关系，通过建立两者之间的关系，可以高效简便的来判断电池的状态。本发明通过如下方法来判断退役锂离子动力电池的开路电压是否满足与退役锂离子退役时的荷电状态对应关系：

(2)退役锂离子动力电池开路电压检测

B1在25℃环境下，对与所述退役锂离子动力电池同型号的未使用过的电池进行不同容量衰减程度下的开路电压和荷电状态检测；

B2根据步骤B1中的检测结果绘制未使用电池在不同容量衰减程度下，其开路电压与荷电状态的对应关系曲线；

B3对于退役的锂离子动力电池，追踪历史数据，可以知道其退役时的容量和荷电状态；根据所述开路电压与荷电状态的对应关系曲线、以及所述退役锂离子动力电池在退役时的容量和荷电状态确定所述退役锂离子动力电池在退役时的理论开路电压V_t；

B4测量所述退役锂离子动力电池在退役时的实际开路电压V_r；

B5判断所述实际开路电压V_r与所述理论开路电压V_t的偏差值V_d；当偏差值V_d的绝对值小于或等于20mV时，判断所述退役锂离子动力电池的开路电压满足与退役锂离子退役时的荷电状态对应关系。

步骤B1中与所述退役锂离子动力电池同型号的未使用过的电池在不同容量衰减程度下的开路电压和荷电状态是通过如下方法检测的：对充满电的未使用电池进行循环测试，以使未使用电池的容量不断衰减；每当未使用电池的容量衰减量达到满电状态下总容量的5％、10％、15％、20％、25％和30％时，，停止循环测试，并以未使用电池额定容量的1/3C倍率电流将未使用电池充至满电状态；再以1/3C倍率电流对未使用电池进行放电；每放电5％荷电状态SOC 后，静置8个小时，测量并记录未使用电池的开路电压，重复放电步骤，直至未使用电池放电至下限电压，从而确定未使用电池在特定电容衰减程度下的开路电压和荷电状态的对应关系曲线；根据上述测量结果，绘制未使用电池在不同容量衰减程度下的开路电压和荷电状态的对应关系曲线。

所述未使用电池为磷酸铁锂体系电池、三元材料体系电池或锰酸锂体系电池中的任意一种，所述下限电压的取值由未使用电池的类型决定：当所述未使用电池为磷酸铁锂体系电池时，下限电压取值为2.0V；当所述未使用电池为三元材料体系电池时，下限电压取值为2.8V；当所述未使用电池为锰酸锂体系电池时，下限电压取值3.0V。

一个频率点的定频交流内阻测试，反应出来的电池内部反应情况不够全面，通过多频点的交流内阻测试，可更好的反应电池内部的反应情况，更全面的掌握电池的性能。本发明通过如下方法判断退役锂离子动力电池的多频点交流电阻是否处于阈值范围内：

(3)退役锂离子动力电池多频点交流内阻检测

在25℃环境下，对与所述退役锂离子动力电池同型号但不同容量保持率的电池进行交流内阻检测，检测频率范围为10KHz-1MHz；比较不同容量保持率电池在同一检测频率下的交流内阻，以获取电池在不同检测频率下交流内阻随容量保持率的变化范围、以及电池在不同容量保持率下交流内阻随检测频率点的变化范围；

选择不同容量保持率中交流内阻方差最大的5个频率点作为退役锂离子动力电池的交流内阻检测频点，对退役锂离子动力电池进行交流内阻检测；判断退役锂离子动力电池的交流内阻是否处于该检测频率点下交流内阻的变化范围内，当所述退役锂离子动力电池在所有检测频率点下的交流电阻均处于对应的内阻变化范围内时，确定所述退役锂离子动力电池的多频点交流电阻处于阈值范围内。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种退役锂离子动力电池的二次利用选择方法，其特征在于：所述方法包括：

步骤1，确定可二次利用的退役锂离子动力电池的标准；

步骤2，检测退役锂离子动力电池的气密性、开路电压、以及多频点交流内阻；

步骤3，选取可二次利用的退役锂离子动力电池；所述步骤2中退役锂离子动力电池的开路电压通过如下方法检测：

B1在25℃环境下，对与所述退役锂离子动力电池同型号的未使用过的电池进行不同容量衰减程度下的开路电压和荷电状态检测；

B2根据步骤B1中的检测结果绘制未使用电池在不同容量衰减程度下，其开路电压与荷电状态的对应关系曲线；

B3根据所述开路电压与荷电状态的对应关系曲线、以及所述退役锂离子动力电池在退役时的容量和荷电状态确定所述退役锂离子动力电池在退役时的理论开路电压V_t；

B4测量所述退役锂离子动力电池在退役时的实际开路电压V_r；

B5判断所述实际开路电压V_r与所述理论开路电压V_t的偏差值V_d；当偏差值V_d的绝对值小于或等于20mV时，确定所述退役锂离子动力电池的开路电压满足电池退役时开路电压与荷电状态的对应关系；所述步骤2中退役锂离子动力电池的多频点交流内阻通过如下方法检测：

在25℃环境下，对与所述退役锂离子动力电池同型号但不同容量保持率的电池进行交流内阻检测，检测频率范围为10KHz-1MHz；比较不同容量保持率电池在同一检测频率下的交流内阻，以获取电池在不同检测频率下交流内阻随容量保持率的变化范围、以及电池在不同容量保持率下交流内阻随检测频率点的变化范围；选择不同容量保持率中交流内阻方差最大的5个频率点作为退役锂离子动力电池的交流内阻检测频点，对退役锂离子动力电池进行交流内阻检测；判断退役锂离子动力电池的交流内阻是否处于该检测频率点下交流内阻的变化范围内，当所述退役锂离子动力电池在所有检测频率点下的交流电阻均处于对应的内阻变化范围内时，确定所述退役锂离子动力电池的多频点交流电阻处于阈值范围内。

2.根据权利要求1所述的一种退役锂离子动力电池的二次利用选择方法，其特征在于：

所述步骤1中可二次利用的退役锂离子动力电池的标准为：退役锂离子动力电池的气密性良好、开路电压满足与退役锂离子退役时的荷电状态对应关系、且多频点交流内阻处于设定阈值范围内。

3.根据权利要求1所述的一种退役锂离子动力电池的二次利用选择方法，其特征在于：

所述步骤3中通过判断所述步骤2的检测结果选取可二次利用的退役锂离子动力电池：当所述退役锂离子动力电池的气密性、开路电压、以及且多频点交流内阻满足所述步骤1中的标准时，判断所述退役锂离子动力电池可二次利用。

4.根据权利要求1所述的一种退役锂离子动力电池的二次利用选择方法，其特征在于：

所述步骤2中退役锂离子动力电池的气密性通过如下方法检测：

A1将电池置于25℃下的气密箱体中；

A2向箱体内注入压缩空气到0.13-0.15Mpa；

A3根据箱体内部气压变化确定所述退役锂离子动力电池的气密性良好。

5.根据权利要求4所述的一种退役锂离子动力电池的二次利用选择方法，其特征在于：

所述步骤A3中通过如下方法确定所述退役锂离子动力电池的气密性良好：测量箱体内部气压，若箱体内部气压在停止注气后的3分钟内未发生变化、或在停止注气后的3分钟内箱体内部气压下降小于或等于0.005Mpa且在3分钟后箱体内部气压不再降低，则确定所述退役锂离子动力电池的气密性良好。

6.根据权利要求4所述的一种退役锂离子动力电池的二次利用选择方法，其特征在于：

所述箱体为体积不超过所述退役锂离子动力电池体积的3倍的六面体；所述箱体上设有连接压力表的接口和连接充气设备的接口；所述接口处涂覆有密封胶，用于加强所述箱体的气密性。

7.根据权利要求1所述的一种退役锂离子动力电池的二次利用选择方法，其特征在于：

所述步骤B1中与所述退役锂离子动力电池同型号的未使用过的电池在不同容量衰减程度下的开路电压和荷电状态是通过如下方法检测的：对充满电的未使用电池进行循环测试，以使未使用电池的容量不断衰减；每当未使用电池的容量衰减量达到满电状态下总容量的5％、10％、15％、20％、25％和30％时，停止循环测试，并以未使用电池额定容量的1/3C倍率电流将未使用电池充至满电状态；再以1/3C倍率电流对未使用电池进行放电；每放电5％荷电状态SOC后，静置8个小时，测量并记录未使用电池的开路电压，重复放电步骤，直至未使用电池放电至下限电压，从而确定未使用电池在特定电容衰减程度下的开路电压和荷电状态的对应关系曲线；根据上述测量结果，绘制未使用电池在不同容量衰减程度下的开路电压和荷电状态的对应关系曲线。

8.根据权利要求7所述的一种退役锂离子动力电池的二次利用选择方法，其特征在于：

所述未使用电池为磷酸铁锂体系电池、三元材料体系电池或锰酸锂体系电池中的任意一种，所述下限电压的取值由未使用电池的类型决定：当所述未使用电池为磷酸铁锂体系电池时，下限电压取值为2.0V；当所述未使用电池为三元材料体系电池时，下限电压取值为2.8V；当所述未使用电池为锰酸锂体系电池时，下限电压取值3.0V。