CN107617582B - 动力电芯梯次利用筛选成组方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种动力电芯梯次利用筛选成组方法，其包括以下步骤：1)对退役电芯进行初步筛选，剔除掉外观不良的电芯，留下初步筛选合格的电芯；2)取得初步筛选合格电芯的至少两个重要参数的参数值，并计算每一电芯的每一参数值偏差，剔除任一参数值偏差不合格的电芯，筛选出每一参数值偏差均在预设范围内的电芯作为备选电芯；所述重要参数包括容量和交流内阻；3)分析备选电芯的直流内阻DCR随容量衰减的变化趋势，将直流内阻随容量衰减变化趋势一致的电芯划分成同一层级，配对成组。与现有技术相比，本发明动力电芯梯次利用筛选成组方法可以在保证电芯容量一致的同时保证成组后电芯的自放电、倍率性能的一致性，大幅提高了电池组的使用寿命。

Description

动力电芯梯次利用筛选成组方法

技术领域

本发明涉及动力电池的梯次利用领域，更具体地说，涉及一种动力电芯梯次利用筛选成组方法。

背景技术

电动汽车的核心部件是动力电池，当动力电池只能充满初始容量80％的时候，就不再适合继续在电动汽车上使用，随着动力电池使用寿命的结束，将从电动汽车上报废下来大量动力电池。这些报废的动力电池制造工艺先进，即使报废以后仍然保持有很高的安全性和电性能，经过检测和处理后，在其电芯外观完好、没有破损、各功能元件有效的情况下，可在通信、储能等领域进行梯次利用，例如安装在建筑使用的太阳能光伏储能系统中，辅助可再生能源的稳定输出、利用充放功能进行调峰、用作备用电源及不间断电源等，也可以用在公园景区的短距离电动场地车、游览车、高尔夫球车上，作为这些低速电动车的动力源。可见，采用梯次利用的方式能够实现废旧动力电池的资源利用最大化，从储能设备或低速电动车上二次淘汰下来的电池，才需要进行电芯的回收、拆解、再生。

目前，动力电芯梯次利用所采用的筛选方法类似新鲜电芯测试，主要通过外观、容量、内阻或内阻增大率、k值测试等表观测试或材料结构、活性物质、集流体、隔离膜及SEI膜状态等理化特征测试，来判断车载退役电芯的状态。但是，电芯性能测试或材料层级的理化测试均只能表征电芯在某一时刻的状态，却无法解决退役电芯的配对成组的一致性技术难题。

有鉴于此，确有必要提供一种能够解决上述问题的动力电芯梯次利用筛选成组方法。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种动力电芯梯次利用筛选成组方法，以对车载退役动力电池中一致性较好的电芯进行配对成组，提高动力电芯梯次利用的使用寿命。

为了实现上述目的，本发明提供了一种动力电芯梯次利用筛选成组方法，其包括以下步骤：

1)对退役电芯进行初步筛选，剔除掉外观不良的电芯，留下初步筛选合格的电芯；

2)取得初步筛选合格电芯的至少两个重要参数的参数值，并计算每一电芯的每一参数值偏差，剔除任一参数值偏差不合格的电芯，筛选出每一参数值偏差均在预设范围内的电芯作为备选电芯；所述重要参数包括容量和交流内阻；

3)分析备选电芯的直流内阻DCR随容量衰减的变化趋势，将直流内阻随容量衰减变化趋势一致的电芯划分成同一层级，配对成组。

作为本发明动力电芯梯次利用筛选成组方法的一种改进，所述步骤3)分析备选电芯的直流内阻DCR随容量衰减的变化趋势的方法为：以容量衰减率、DCR增大率中的一个参数为横轴、另一个参数为纵轴，制作每一备选电芯的DCR增大率随容量衰减率变化的拟合直线图，并计算出每一拟合直线的斜率；直流内阻随容量衰减变化趋势一致的判断标准为：电芯的拟合直线斜率偏差值在预设范围内。

作为本发明动力电芯梯次利用筛选成组方法的一种改进，所述步骤3)中，判断电芯的拟合直线斜率偏差值是否在预设范围内的方法为：计算出所有电芯的拟合直线斜率平均值、拟合直线斜率标准差和每一电芯的拟合直线斜率偏差；拟合直线斜率偏差超过拟合直线斜率标准差的电芯判定为拟合直线斜率偏差值不在预设范围内，需要剔除；拟合直线斜率偏差不超过拟合直线斜率标准差的电芯判定为拟合直线斜率偏差值在预设范围内，划分成同一层级，配对成组。

作为本发明动力电芯梯次利用筛选成组方法的一种改进，制作每一备选电芯的DCR增大率随容量衰减率变化的拟合直线图时，对容量衰减率取点的要求及其对应的DCR取值方法为：在容量衰减区间0～20％内，每5％区间内取1-5个点。

作为本发明动力电芯梯次利用筛选成组方法的一种改进，所述步骤2)中，每一电芯的参数值偏差是指该电芯的参数值与所有电芯的参数平均值的差值，判断参数值偏差是否合格的方法为：计算出所有电芯的参数平均值、参数标准差和每一电芯的参数值偏差，参数值偏差超过参数标准差的电芯判定为参数值偏差不合格，以每一参数值偏差均不超过参数标准差的电芯作为备选电芯。

作为本发明动力电芯梯次利用筛选成组方法的一种改进，所述步骤2)的重要参数还包括OCV(开路电压)。

作为本发明动力电芯梯次利用筛选成组方法的一种改进，所述步骤2)中，在计算每一电芯的每一参数值偏差前，还需要首先剔除容量低于初始容量40％的电芯。

作为本发明动力电芯梯次利用筛选成组方法的一种改进，所述步骤1)所述外观不良的电芯为壳体有刮痕、腐蚀、漏液、严重突起或凹痕的电芯。

与现有技术相比，本发明动力电芯梯次利用筛选成组方法可以在保证电芯容量一致的同时保证成组后电芯的自放电、倍率性能的一致性，从而大幅提高电池组的使用寿命。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明动力电芯梯次利用筛选成组方法及其有益技术效果进行详细说明，其中：

图1为本发明动力电芯梯次利用筛选成组方法的流程图；

图2为实施例1的各电芯的DCR随容量衰减的变化趋势图；

图3为实施例2的各电芯的DCR随容量衰减的变化趋势图；

图4为实施例3的各电芯的DCR随容量衰减的变化趋势图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。

实施例1

从编号分别为1、2、3的三辆电动车上各拆解下来三个三元动力锂离子电芯，并通过以下步骤对9个退役电芯进行梯次利用筛选成组。

1)初步筛选，剔除掉壳体有刮痕、腐蚀、漏液、严重突起或凹痕等外观不良的3个电芯，还剩下6个电芯。

2)对初步筛选后的6个电芯(初始容量为40Ah)，取得其容量、OCV(开路电压)和交流内阻三个重要参数的参数值(数值可以从电芯所在电池的BMS系统中采集，也可以通过测试得出)，如表1所示；之后根据取得的参数值对电芯进行以下筛选：a，剔除容量低于初始容量的40％的电芯；b，计算出所有电芯的参数平均值、参数标准差和每一电芯的参数值偏差(指每一参数值与参数平均值的差值)，剔除掉参数值偏差超过参数标准差电芯，筛选出每一参数值偏差均在预设范围内的电芯作为备选电芯。例如，本实施例中6个电芯的筛选过程为：a，不存在容量低于初始容量40％的电池，剔除0个；b，以容量值偏差剔除电芯5、电芯6，以OCV值偏差剔除电芯5、电芯6，以交流内阻值偏差剔除电芯4，最后筛选出容量、OCV和交流内阻值的偏差均符合要求的电芯1～3作为备选电芯。

3)对备选电芯，分析其使用过程中的历史数据，得出DCR(直流内阻)随容量衰减的变化趋势，将直流内阻随容量衰减变化趋势一致的电芯划分成同一层级，配对成组。具体来说，DCR数据是通过采集动力电池一个历史时间段内的电压、电流计算出来的，具体过程为：任意取t<10s，记录t时间段内的U1、U2以及I，用(U1-U2)/I计算得到DCR。以容量衰减率、DCR增大率中的一个参数为横轴、另一个参数为纵轴制图，为了保证图中取点的均匀性和分析的准确性，在容量衰减区间0～20％内，每5％区间内取1-5个点，得到如图2所示多个数据点(由于每一电芯的历史数据记录方式、条件并不一致，所以各电芯的取点位置、密度等并不要求一一对应，只要满足前述的取点要求，能够制作出可用的DCR增大率随容量衰减率变化的拟合直线图即可)，将每一备选电芯的DCR增大率随容量衰减率变化的数据点拟合成直线，并计算出每一拟合直线的斜率。计算出所有电芯的拟合直线斜率平均值、拟合直线斜率标准差和每一电芯的拟合直线斜率偏差(指每一斜率与斜率平均值的差值)；将拟合直线斜率偏差超过拟合直线斜率标准差的电芯判定为拟合直线斜率偏差值不在预设范围内，也就是直流内阻随容量衰减变化趋势不一致，需要剔除；将拟合直线斜率偏差不超过拟合直线斜率标准差的电芯判定为拟合直线斜率偏差值在预设范围内，也就是直流内阻随容量衰减变化趋势一致，划分成同一层级，配对成组。根据图2中的数据点进行计算和筛选，得出的结论为：电芯2、电芯3的DCR随容量衰减的变化趋势一致，分成一组；电芯1的DCR增长较大，与电芯2、电芯3性能差异性大，单独成组(此后可再参与其他电芯配对，直至找到与其性能相近的电芯配对成组)。

表1、实施例1的电芯重要参数值

NO.	容量/Ah	OCV/V	电阻/mΩ
				1	30.4	3.97	0.87
2	29.6	3.94	1.01
				3	29.8	3.95	0.93
4	30.2	3.97	2.1
				5	25.9	3.84	1.93
6	35.7	4.16	0.74

实施例2

以与实施例1相同的方法对退役电芯进行筛选，不同的是：电芯的初始容量为80Ah；步骤2)中取得的电芯重要参数值如表2所示，所以剔除电芯4～6；步骤3)做出的DCR增大率随容量衰减率变化的数据点如图3所示，所以三个电芯1～3分成一组。

表2、实施例2的电芯重要参数值

NO.	容量/Ah	OCV/V	电阻/mΩ
				1	62.8	3.69	1.13
2	63.2	3.66	1.31
				3	62.6	3.67	1.21
4	63.1	3.69	2.73
				5	54.4	3.57	2.51
6	73.0	3.87	0.96

实施例3

以与实施例1相同的方法对退役电芯进行筛选，不同的是：电芯的初始容量为50Ah；步骤2)中取得的电芯重要参数值如表3所示，所以剔除电芯4～6；步骤3)做出的DCR增大率随容量衰减率变化的数据点如图4所示，电芯1～2分成一组，电芯3的DCR增长较大，与电芯1、电芯2性能差异性大，单独成组(此后可再参与其他电芯配对，直至找到与其性能相近的电芯配对成组)。

表3、实施例3的电芯重要参数值

NO.	容量/Ah	OCV/V	电阻/mΩ
				1	36.4	3.97	0.83
2	35.5	3.94	0.92
				3	35.7	3.95	0.88
4	36.1	3.97	2.09
				5	31.1	3.84	1.79
6	42.8	4.16	0.70

配对成组结果测试

对使用实施例1、2、3所配对成组电芯制作成的电池组进行循环寿命测试，容量从80％衰减至50％，测试结果如表4。

表4、电池组循环测试结果

从表4的循环寿命实验数据可以看出，采用本发明配对成组的电芯的电池组，其循环寿命在2000cycles以上，远大于现有梯次利用技术所制成电池组的平均循环寿命1500cycles。原因就在于：现有技术仅采用容量、OCV或内阻相近的电芯配对成组，并不能保证成组后电芯性能如自放电、倍率性能的一致性，导致电池组寿命受到影响；而本发明在经过容量、OCV及内阻一致筛选后，同时考虑容量以及DCR，保证DCR与容量衰减变化趋势的一致性，可以在保证电芯容量一致的同时，保证成组后电芯性能的一致性，从而大幅提高了电池组的使用寿命。

综上所述，与现有技术相比，本发明动力电芯梯次利用筛选成组方法根据电芯所处状态如容量、交流内阻等数据来判断其可使用寿命，之后再根据电芯寿命过程数据确定电芯直流内阻随容量衰减之间的关系判断是否可以配对成组，可以在保证电芯容量一致的同时保证成组后电芯的自放电、倍率性能的一致性，从而大幅提高电池组的使用寿命。

根据上述原理，本发明还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (7)

1.一种动力电芯梯次利用筛选成组方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)对退役电芯进行初步筛选，剔除掉外观不良的电芯，留下初步筛选合格的电芯；

2)取得初步筛选合格电芯的至少两个重要参数的参数值，并计算每一电芯的每一参数值偏差，剔除任一参数值偏差不合格的电芯，筛选出每一参数值偏差均在预设范围内的电芯作为备选电芯；所述重要参数包括容量和交流内阻；

3)分析备选电芯的直流内阻DCR随容量衰减的变化趋势，将直流内阻随容量衰减变化趋势一致的电芯划分成同一层级，配对成组；其中，分析备选电芯的直流内阻DCR随容量衰减的变化趋势的方法为：以容量衰减率、DCR增大率中的一个参数为横轴、另一个参数为纵轴，制作每一备选电芯的DCR增大率随容量衰减率变化的拟合直线图，并计算出每一拟合直线的斜率；直流内阻随容量衰减变化趋势一致的判断标准为：电芯的拟合直线斜率偏差值在预设范围内。

2.根据权利要求1所述的动力电芯梯次利用筛选成组方法，其特征在于：所述步骤3)中，判断电芯的拟合直线斜率偏差值是否在预设范围内的方法为：计算出所有电芯的拟合直线斜率平均值、拟合直线斜率标准差和每一电芯的拟合直线斜率偏差；拟合直线斜率偏差超过拟合直线斜率标准差的电芯判定为拟合直线斜率偏差值不在预设范围内，需要剔除；拟合直线斜率偏差不超过拟合直线斜率标准差的电芯判定为拟合直线斜率偏差值在预设范围内，划分成同一层级，配对成组。

3.根据权利要求1所述的动力电芯梯次利用筛选成组方法，其特征在于：制作每一备选电芯的DCR增大率随容量衰减率变化的拟合直线图时，对容量衰减率取点的要求及其对应的DCR取值方法为：在容量衰减区间0～20％内，每5％区间内取1-5个点。

4.根据权利要求1所述的动力电芯梯次利用筛选成组方法，其特征在于：所述步骤2)中，每一电芯的参数值偏差是指该电芯的参数值与所有电芯的参数平均值的差值，判断参数值偏差是否合格的方法为：计算出所有电芯的参数平均值、参数标准差和每一电芯的参数值偏差，参数值偏差超过参数标准差的电芯判定为参数值偏差不合格，以每一参数值偏差均不超过参数标准差的电芯作为备选电芯。

5.根据权利要求1所述的动力电芯梯次利用筛选成组方法，其特征在于：所述步骤2)的重要参数还包括OCV。

6.根据权利要求1所述的动力电芯梯次利用筛选成组方法，其特征在于：所述步骤2)中，在计算每一电芯的每一参数值偏差前，还需要首先剔除容量低于初始容量40％的电芯。

7.根据权利要求1所述的动力电芯梯次利用筛选成组方法，其特征在于：所述步骤1)所述外观不良的电芯为壳体有刮痕、腐蚀、漏液、严重突起或凹痕的电芯。

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