CN107511340B - 一种锂离子动力电池分选配组方法 - Google Patents

一种锂离子动力电池分选配组方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种锂离子动力电池分选配组方法，属于锂离子电池技术领域。本发明的配组方法包括以下步骤：1)将待选单体电池串联，充电至单体电池电压达到充电截止电压，记录充电过程中单体电池的充电时间、电压数据；2)将步骤1)中充电后的单体电池并联，充电至各单体电池的SOC为100％；然后将充电后的单体电池进行常温老化，记录老化前后单体电池的电压数据；3)将步骤2)中老化后的单体电池串联，恒流放电至设定电压，记录放电过程中单体电池的放电时间、电压数据；4)根据步骤1)、2)、3)中记录的数据对单体电池进行一致性筛选，然后将筛选后的单体电池进行配组。本发明的配组方法能够分选出一致性较高的电池组。

Description

一种锂离子动力电池分选配组方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子动力电池分选配组方法，属于锂离子电池技术领域。
背景技术
动力电池组作为电动汽车、储能电源的动力源，其一般通过上百个或上千个单体电池以一定的串并联模式配组形成电池模块加以应用。其中，单体电池在生产过程中，由于原材料、制造工艺、生产设备及环境等因素的差异或波动，导致生产的单体电池性能均存在一定的差异。当单体电池成组应用时，各单体电池之间性能的差异会导致诸如电池组容量下降、寿命缩短甚至起火爆炸等严重的后果。因此，为提高动力电池组性能，需研究合适的配组方法，以确保动力电池组的长期安全运行。目前针对动力电池的配组方法主要有：单参数配组法、多参数配组法以及动态特性(曲线)配组法等，对设备、人力、电力等资源需求较大，尤其对于多并多串的电池组，电池分选效率及合格率较低，分选后电池成组一致性不能满足逐渐提高的客户期望要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂离子动力电池分选配组方法，该配组方法分选出的电池具有良好的静态及动态性能一致性。
为了实现上述目的，本发明的锂离子动力电池分选配组方法的技术方案如下：
一种锂离子动力电池分选配组方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将待选单体电池串联，充电至单体电池电压达到充电截止电压，记录充电过程中单体电池的充电时间、电压数据；
2)将步骤1)中充电后的单体电池并联，充电至各单体电池的SOC为100％；然后将充电后的单体电池进行常温老化，记录老化前后单体电池的电压数据；
3)将步骤2)中老化后的单体电池串联，恒流放电至设定电压，记录放电过程中单体电池的放电时间、电压数据；
4)根据步骤1)、2)、3)中记录的数据对单体电池进行一致性筛选，然后将筛选后的单体电池进行配组。
所述一致性筛选包括如下步骤：
首先根据步骤2)中的电压数据，筛选出符合下列条件的单体电池：a)老化后单体电池电压不小于单体电压设定值；b)老化前后电压压差不大于压差设定值；
然后分别根据步骤1)和步骤3)中记录的充电时间、放电时间、电压数据进行曲线拟合，将拟合一致性差的单体电池剔除。
上述压差设定值为20mV。上述单体电压设定值为3.330V。此单体电压设定值适用于磷酸铁锂电池。
将拟合一致性差的单体电池剔除是指：根据电池总数量及需求数量，确定可剔除的电池数量，然后减去上述根据老化后电压筛选剔除的电池数量，计算出曲线拟合可剔除的电池数量X，然后根据步骤1)中记录的充电时间、电压数据进行曲线拟合，将偏离充电曲线较远的X*30％数量的单体电池剔除；根据步骤3)中记录的放电时间、电压数据进行曲线拟合，将偏离放电曲线较远的X*70％的单体电池剔除。上述偏离充电曲线较远的X*30％数量是指将单体电池的充电数据与充电曲线之间的差值按照从大到小排序，取差值较大的X*30％数量的单体电池。
步骤1)中所述充电为对串联的单体电池进行恒流充电至充电截止电压。或者先对串联的单体电池进行恒流充电至恒流截止电压，然后进行恒压充电至充电截止电压。
上述恒流充电采用0.3C-0.5C充电倍率。
上述恒流截止电压为3.4-3.6V与单体电池数量的乘积。所述恒流截止电压为串联的单体电池的总电压。
上述充电截止电压为单体电池电压达到3.6-3.7V。所述充电截止电压为某一支单体电池的电压。
步骤2)中并联充电为恒压恒流充电。
步骤2)中并联充电为先恒压充电至电流为10A时，然后再以0.15C恒流充电至恒流截止电压。
优选的，上述恒压充电的电压为3.45V。恒流截止电压为3.45V。
步骤3)中恒流放电采用0.3C-1C放电倍率。步骤3)中恒流放电至单体电池电压为2.5V时停止。
所述常温老化是在常温下进行搁置。搁置的时间为4-7天。
步骤1)中待选单体电池是将单体电池进行静态筛选后得到的，所述待选单体电池的数量比实际所需电池数量多10％。具体的，对于M并N串的电池包，筛选出的电池数量比M*N大10％。所述静态筛选是根据电池的容量、电压、内阻、生产日期进行筛选。
静态筛选后，步骤1)中的待选单体电池的容量差不大于3Ah。步骤1)中的待选单体电池的容量差不大于3Ah。步骤1)中的待选单体电池的生产日期差不大于30天。
步骤1)中的待选单体电池的满电14天静置电压不小于3.330V。步骤1)中的待选单体电池的内阻不大于0.6mΩ。
上述单体电池并联时以10、20、30或40个单体电池为一组。
本发明的有益效果：
本发明的配组方法，通过对电池容量、内阻、自放电等的分组控制，结合充放电动态曲线拟合，间接对电池充放电直流内阻的一致性进行分选，最终综合考虑静态容量差、满电压降、动态曲线及成组方式而确定电池配组，该方法能够分选出一致性较高的电池组，有效提高动力电源系统充放电性能和循环寿命。
附图说明
图1是实施例1中配组方法的流程图；
图2是实施例2中配组方法的流程图；
图3是实施例2中配组后不同单体的容量对比图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步的说明。
实施例1
本实施例的锂离子动力电池分选配组方法包括如下步骤，如图1所示：
1)根据容量、电压、内阻及生产日期等静态参数筛选选择多于需求电池数量10％的电池，其中容量差可根据电池并联数量选择，本实施例中挑选容量差≤2Ah，生产日期在同一个月内的合格电池500支(内阻和电压在合格范围内)；本实施例所用锂离子动力电池为磷酸铁锂电池，单体容量为72Ah；
2)使用专用探针设备1将500支电池串联，以0.5C充电倍率充电至单体电池电压为3.6V时，再以3.6V电压恒压充电至电流为0.15C时停止充电；
记录充电过程的时间、电压数据；
3)使用专用探针设备2将上述充电后的电池进行分组并联，每一组20支电池并联，然后以3.45V电压对电池进行恒压充电，当电流减小为10A时转为恒流充电，至电池电压达到3.45V时停止充电；
4)常温状态下对电池进行满电搁置4天，搁置前后分别测量单体电池电压并记录；
5)使用专用探针设备3对电池进行串联，以1C放电倍率进行恒流放电，直至单体电池电压达到2.5V；记录放电过程的时间、电压数据；
6)根据步骤4)记录的电池电压，剔除搁置后电压小于3.330V、搁置前后压差大于20mv的电池；根据步骤2)记录的充电时间、电压数据进行曲线拟合，剔除拟合一致性差的电池；根据步骤5)记录的放电时间、电压数据进行曲线拟合，剔除拟合一致性差的电池；根据电池容量及成组方式进行最终的电池配组；本实施例中共剔除电池70支，配组方式为2并215串。
实施例2
本实施例的锂离子动力电池分选配组方法包括如下步骤，如图2所示：
本配组方法适用于任何串并联方式的电池配组，对于多并多串电池配组效果更优，该实施例中所需配组的电池成组方式为2并203串；使用的锂离子动力电池为磷酸铁锂电池，单体容量为74Ah；
1)根据容量、电压、内阻及生产日期等静态参数筛选选择多于需求电池数量10％的电池，其中容量差可根据电池并联数量选择，挑选容量差≤2Ah，生产日期在同一个月内的电池480支；
2)使用专用探针设备1将480支电池串联，以0.3C充电倍率，充电至单体电池电压为3.7V时停止；具体是指充电至某一支单体电池电压达到3.7V；记录充电过程的时间、电压数据；
3)使用专用探针设备2将充满电的电池进行分组并联，每一组30支电池进行并联，并联后以3.45V电压对电池进行恒压充电，当电流减小为10A时转为恒流充电，至电池电压达到3.45V时停止充电；
4)常温状态下对电池进行满电搁置4天，搁置前后分别测量电池电压并记录；
5)使用专用探针设备3对电池进行串联，以0.3C放电倍率放电，直至单体电池电压达到2.5V；记录放电过程的时间、电压数据；
6)根据步骤4)记录的电池电压，剔除搁置后电压小于3.330V、搁置前后压差大于20mv的电池；根据步骤2)记录的充电时间、电压数据进行曲线拟合，剔除拟合一致性差的电池；根据步骤5)记录的放电时间、电压数据进行曲线拟合，剔除拟合一致性差的电池；根据电池容量及成组方式进行最终的电池配组；本实施例中共剔除电池74支，配组方式为2并203串。
图3所示为实施例2的分选效果，配组后组间容量极差为0.375Ah，其中横坐标为电池串数量，纵坐标为单体电池容量，图中两条曲线分别表示每一串电池配组的2支单体电池的容量数据，极差0.375Ah指本组内配组后的每2并电池的总容量的最大值与最小值的差。

Claims (10)

1.一种锂离子动力电池分选配组方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将待选单体电池串联，充电至单体电池电压达到充电截止电压，记录充电过程中单体电池的充电时间、电压数据；
2）将步骤1）中充电后的单体电池并联，充电至各单体电池的SOC为100%；然后将充电后的单体电池进行常温老化，记录老化前后单体电池的电压数据；
3）将步骤2）中老化后的单体电池串联，恒流放电至设定电压，记录放电过程中单体电池的放电时间、电压数据；
4）根据步骤1）、2）、3）中记录的数据对单体电池进行一致性筛选，然后将筛选后的单体电池进行配组。
2.如权利要求1所述的锂离子动力电池分选配组方法，其特征在于，所述一致性筛选包括如下步骤：
首先根据步骤2）中的电压数据，筛选出符合下列条件的单体电池：a）老化后单体电池电压不小于单体电压设定值；b）老化前后电压压差不大于压差设定值；
然后分别根据步骤1）和步骤3）中记录的充电时间、放电时间、电压数据进行曲线拟合，将拟合一致性差的单体电池剔除。
3.如权利要求1所述的锂离子动力电池分选配组方法，其特征在于，步骤1）中所述充电是对串联的单体电池进行恒流充电至充电截止电压。
4.如权利要求1所述的锂离子动力电池分选配组方法，其特征在于，步骤1）中所述充电是先对串联的单体电池进行恒流充电至恒流截止电压，然后进行恒压充电至充电截止电压。
5.如权利要求3或4所述的锂离子动力电池分选配组方法，其特征在于，所述恒流充电采用0.3C-0.5C充电倍率。
6.如权利要求1所述的锂离子动力电池分选配组方法，其特征在于，步骤2）中并联充电为恒压恒流充电。
7.如权利要求6所述的锂离子动力电池分选配组方法，其特征在于，所述恒压恒流充电为先恒压充电至电流为0.15C，然后再以0.15C恒流充电至恒流截止电压。
8.如权利要求1所述的锂离子动力电池分选配组方法，其特征在于，步骤3）中恒流放电采用0.3C-1C放电倍率。
9.如权利要求1所述的锂离子动力电池分选配组方法，其特征在于，步骤1）中待选单体电池是将单体电池进行静态筛选后得到的，所述待选单体电池的数量比实际所需电池数量多10%。
10.如权利要求1所述的锂离子动力电池分选配组方法，其特征在于，步骤1）中的待选单体电池的容量差不大于3Ah。
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