CN108461838B - 一种电池内阻及容量的快速筛选方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池内阻及容量的快速筛选方法，包括如下步骤：选取N个容量未知的电池单体进行并联均衡以获得相同的初始电压，并选取M个电池单体由t₁时刻开始串联快速恒流充电至t₂时刻结束，记t₁ ^‑、t₁ ⁺、t₂ ^‑及t₂ ⁺时刻各电池单体的电压，随着充电停止且时间增加记t₃时刻各电池单体的电压为初始稳定电压；再选取M个电池单体重复上述步骤至N个电池单体均获得t₁至t₃时刻之间的电压；通过欧姆定律来获得各电池单体的内阻；对同一并联批次的各电池单体t₁至t₂时刻之间的电压进行积分，则同一并联批次的N个电池单体将获得N个相应的积分值S，将积分值S[S_min,S_max]进行x等分，第i小区间为[S_min+(i‑1)(S_max‑S_min)/x，S_min+i(S_max‑S_min)/x]从而获得每个电池小组内的电池单体的容量。

Description

一种电池内阻及容量的快速筛选方法

技术领域

本发明属于电池筛选领域，具体涉及一种电池内阻及容量的快速筛选方法。

背景技术

近年来随着一些发展中国家对工业化的不断深入推进，人类所面临的环境和能源问题的日益突出，各国政府为了抢占未来新能源市场均推出了一系列的发展政策。特别是汽车行业，各国都开始大力发展新能源汽车，这其中又以纯电动汽车和插电式电动汽车为主。而无论纯电动汽车和插电式电动汽车都含有大量的电池组来作为汽车的动力源。

电池在加工制造的过程中不可避免的产生一些差异，如受原材料及加工工艺的影响而造成的电池之间的差异。电池在循环使用过程中，由于其使用环境、循环次数的不同更进一步加深了电池的不一致性。电池的不一致性主要体现在容量、内阻、自放电等方面，在电池的实际使用过程中，往往是要进行串并联的，而串联电路往往会因为电池组的不一致性出现短板效应，比如在串联电池组放电过程中，当容量最低的电池单体的容量会最先放完，此时电池组将停止放电，而此时其他容量较高电池单体内的电量还未完全放出，如果继续进行放电将对容量较低的电池单体造成不可逆的伤害。在充电过程也发生着相似的短板效应。

因此为解决上述问题，在将电池组进行串并联使用之前应先对其进行一致性筛选，即将容量、内阻、自放电等参数一致的电池筛选出来，组成串并联电路使用，从而降低电池短板效应对整个电池组的影响。

在电池筛选中又以电池的容量和自放电两个参数筛选比较困难，因为容量测试和自放电的测试要耗费大量的时间。因此需要提出一种电池内阻、容量快速筛选方法，可以有效的提高电池内阻、容量的筛选速度。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种电池内阻及容量的快速筛选方法。

本发明提供了一种电池内阻及容量的快速筛选方法，用于对容量未知的电池单体进行快速筛选，具有这样的特征，包括如下步骤：

步骤1，选取N个容量未知的电池单体进行并联均衡，从而获得相同的初始电压U₀；

步骤2，从N个均衡后的电池单体中选取M个电池单体作为一个电池小组，将M个电池单体进行串联快速恒流充电，M＜N，由t₁时刻开始充电至t₂时刻结束，记t₁ ^-时刻及t₁ ⁺时刻各电池单体的电压分别为U₁ ^-及U₁ ⁺且U₁ ^-＝U₀，t₂ ^-时刻及t₂ ⁺时刻各电池单体电压分别为U₂ ^-及U₂ ⁺，随着充电的停止且时间的增加，各电池单体的电压缓慢下降且逐渐趋于稳定，记t₃时刻各电池单体的电压为初始稳定电压U₃，则t₃时刻各电池单体电压U₃ ^-＝U₃ ⁺，记录t₁时刻至t₃时刻之间各电池单体的电压值；

步骤3，从N个均衡后的电池单体中再选取M个电池单体作为一个电池小组，且在相同条件下重复步骤2，直至N个电池单体均获得t₁时刻至t₃时刻之间的电压值；

步骤4，通过欧姆定律R＝ΔU/ΔI₀来获得各电池单体的内阻，即R＝(U₂ ⁺-U₂ ^-)/I₀；

步骤5，对同一并联批次的各电池单体t₁时刻至t₂时刻之间的电压进行积分，则同一并联批次的N个电池单体将获得N个相应的积分值S，将N个电池单体的积分值S[S_min,S_max]进行x等分，第i小区间为[S_min+(i-1)(S_max-S_min)/x，S_min+i(S_max-S_min)/x]；

步骤6，基于预定的测试计算方法对每个电池小组进行容量测试及容量计算，从而依次获得每个电池小组的电池单体的容量

在本发明提供的电池内阻及容量的快速筛选方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤2中，t₂-t₁<15min。

在本发明提供的电池内阻及容量的快速筛选方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤6包括如下子步骤：

从第i个小区间中抽取1个电池单体进行容量测试从而获得该电池单体的标准容量C_i，

第i个小区间内的各个电池单体的容量均由C_i表示。

在本发明提供的电池内阻及容量的快速筛选方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤6包括如下子步骤：

步骤6-1，从每个小区间内等距抽取F个电池单体进行容量测试从而获得各个抽出的电池单体的标准容量C_i；

步骤6-2，采用步骤6-1中抽出的电池单体的标准容量C_i进行拟合，获得积分值S与容量的关系式C＝f(S)；

步骤6-3，采用上述拟合后获得的关系式C＝f(S)，将各小区间内容量未知的电池单体的积分值S代入关系式C＝f(S)从而依次计算各个电池单体的容量，

其中，C_i表示第i个电池小组中的各个电池单体的容量。

在本发明提供的电池内阻及容量的快速筛选方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤6包括如下子步骤：

步骤6-1，从每个小区间内等距抽取F个电池单体进行容量测试从而获得各个抽出的电池单体的标准容量C_iF；

步骤6-2，将F个电池单体容量C_iF的均值y作为每个小区间内的其余各个电池单体的容量，

其中，C_iF表示第i个电池小组中的第F个电池单体的容量。

在本发明提供的电池内阻及容量的快速筛选方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤6包括如下子步骤：

步骤6-1，从每个小区间内等距抽取F个电池单体进行容量测试从而获得各个抽出的电池单体的标准容量C_iF；

步骤6-2，通过对F个容量已知的电池单体进行插值从而来获得每个小区间中的其余电池单体的容量，

其中，C_iF表示第i个电池小组中的第F个电池单体的容量。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的电池内阻及容量的快速筛选方法的电池根据充放电过程中电压的积分值将大量的电池单体进行分组，然后在小区间内通过部分电池单体的容量测试，从而获取整体电池单体的容量，可以在保证精度的情况下有效的减少整体容量获取时所使用的时间；而且可以利用停止恒流充放电结束时刻各电池单体的电压及电流的变化获得各电池的内阻。另外，本发明的电池内阻及容量的快速筛选方法对电池单体快速筛选的设计及其它电池参数筛选具有重要的参考价值。

附图说明

图1是本发明的实施例中的电池单体充电过程中电压变化曲线示意图；

图2是本发明的实施例中的电池单体充电过程中电流变化示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。

本发明提供了一种电池内阻及容量的快速筛选方法，用于对容量未知的电池单体进行快速筛选，包括如下步骤：

步骤1，选取N个容量未知的电池单体进行并联均衡，从而获得相同的初始电压U₀。

步骤2，从N个均衡后的电池单体中选取M个电池单体作为一个电池小组，将M个电池单体进行串联快速恒流充电，M＜N，由t₁时刻开始充电至t₂时刻结束，记t₁ ^-时刻及t₁ ⁺时刻各电池单体的电压分别为U₁ ^-及U₁ ⁺且U₁ ^-＝U₀，t₂ ^-时刻及t₂ ⁺时刻各电池单体电压分别为U₂ ^-及U₂ ⁺，随着充电的停止且时间的增加，各电池单体的电压缓慢下降且逐渐趋于稳定，记t₃时刻各电池单体的电压为初始稳定电压U₃，则t₃时刻各电池单体电压U₃ ^-＝U₃ ⁺，记录t₁时刻至t₃时刻之间各电池单体的电压值。

其中，步骤2中，t₂-t₁<15min，t₁ ^-时刻流过各电池单体的电流为0，t₁ ⁺时刻流过各电池单体的电流为I₀，U₁ ^-为t₁ ^-时刻各电池单体电压，U₁ ⁺为t₁ ⁺时刻各电池单体电压，t₂ ^-时刻流过各电池单体的电流为I₀，t₂ ⁺时刻流过各电池单体的电流为0，U₂ ^-为t₂ ^-时刻各电池单体电压，U₂ ⁺为t₂ ⁺时刻各电池单体电压。

步骤3，从N个均衡后的电池单体中再选取M个电池单体作为一个电池小组，且在相同条件下重复步骤2，直至N个电池单体均获得t₁时刻至t₃时刻之间的电压值。

步骤4，通过欧姆定律R＝ΔU/ΔI₀来获得各电池单体的内阻，即R＝(U₂ ⁺-U₂ ^-)/I₀。

步骤5，对同一并联批次的各电池单体t₁时刻至t₂时刻之间的电压进行积分，则同一并联批次的N个电池单体将获得N个相应的积分值S，将N个电池单体的积分值S[S_min,S_max]进行x等分，第i小区间为[S_min+(i-1)(S_max-S_min)/x，S_min+i(S_max-S_min)/x]。

步骤6，基于预定的测试计算方法对每个电池小组进行容量测试及容量计算，从而依次获得每个电池小组的电池单体的容量。

步骤6包括如下子步骤：

从第i个小区间中抽取1个电池单体进行容量测试从而获得该电池单体的标准容量C_i，

第i个小区间内的各个电池单体的容量均由C_i表示。

步骤6包括如下子步骤：

步骤6-1，从每个小区间内等距抽取F个电池单体进行容量测试从而获得各个抽出的电池单体的标准容量C_i；

步骤6-2，采用步骤6-1中抽出的电池单体的标准容量C_i进行拟合，获得积分值S与容量的关系式C＝f(S)；

步骤6-3，采用上述拟合后获得的关系式C＝f(S)，将各小区间内容量未知的电池单体的积分值S代入关系式C＝f(S)从而依次计算各个电池单体的容量，

其中，C_i表示第i个电池小组中的各个电池单体的容量。

步骤6包括如下子步骤：

步骤6-1，从每个小区间内等距抽取F个电池单体进行容量测试从而获得各个抽出的电池单体的标准容量C_iF；

步骤6-2，将F个电池单体容量C_iF的均值y作为每个小区间内的其余各个电池单体的容量，

其中，C_iF表示第i个电池小组中的第F个电池单体的容量。

步骤6包括如下子步骤：

步骤6-1，从每个小区间内等距抽取F个电池单体进行容量测试从而获得各个抽出的电池单体的标准容量C_iF；

步骤6-2，通过对F个容量已知的电池单体进行插值从而来获得每个电池小组中的其余电池单体的容量，

其中，C_iF表示第i个电池小组中的第F个电池单体的容量。

实施例：

图1是本发明的实施例中的电池单体充电过程中电压变化曲线示意图，图2是本发明的实施例中的电池单体充电过程中电流变化示意图。

有6个需要进行容量快速筛选的电池单体，并分别对其进行编号#001、#002、#003、#004、#005、#006，6个电池单体型号相同，其型号如表1所示：

表1：动力型三元锂电池基本参数

首先将6个待筛选的电池单体进行并联，开始进行并联均衡。各电池的起始电压(V)分别为3.502、3.422、3.499、3.868、3.406、3.868、3.51、3.425。随着并联均衡的进行，各电池单体的电压将逐渐趋于一致，当并联均衡结束后6个电池单体的电压被均衡至相近似的电压3.474。

将均衡后的6个电池单体改为串联方式进行恒流快速充电，充电电流I＝11A，恒流充电10min后停止充电，然后搁置10min。利用电压采集器采集恒流充电结开始t₁时刻至各电池单体电压趋于稳定的t₃时刻之间的电压值，充电过程中各电池单体电压、电流变化如图1、2所示。记录充电结束t₂时刻各电池单体电压值U₂。由于在t₂时刻各电池单体充电电流突然消失，则在t₂处各电池单体电压将向下发生跳变，因此记跳变前各电池单体电压分别为U₂ ^-，跳变后各电池单体电压分别为U₂ ⁺，则各电池单体电压可由R＝(U₂ ^--U₂ ⁺)/I计算获得。则各电池单体在t₂时刻电压值U₂及内阻分R别如表2所示。

表2：各电池单体t₂时刻电压值U₂及内阻R

电池	#001	#002	#003	#004	#005	#006
							U2<sup>-</sup>	3.748	3.807	3.753	3.838	3.752	3.808
U2<sup>+</sup>	3.725	3.771	3.726	3.789	3.725	3.768
							R(mΩ)	2.09	3.55	2.45	4.46	2.46	3.64

对同6个电池单体t₁至t₂之间的电压进行积分，可获得6个电池单体相应的积分值(S)分别为959.79、980.29、962.48、1003.86、962.45、981.03，将上述6个电池单体的积分值S进行3等分，则每个小区间长度为14.69，因此所分3个小区间分别为[959.79，974.48)，[974.48，989.17)，[989.17，1003.89)；根据开路电压可将上述6个电池单体分为3个小组，分别为第一组：#001，#003，#005；第二组：#002，#006；第三组：#004。则分别在每个小组抽取一个电池单体进行标准容量测试，第一组抽取#005，第二组抽取#002，第三组抽取#004。测试后#005号电池容量为30.4305Ah，#006号电池容量为26.9033Ah，#004号电池容量为24.287Ah。则各组电池单体容量如表3所示。

表3：各电池单体的容量值

实施例的作用与效果

本实施例的电池内阻及容量的快速筛选方法根据充放电过程中电压的积分值将大量的电池单体进行分组，然后在小区间内通过部分电池单体的容量测试，从而获取整体电池单体的容量，可以在保证精度的情况下有效的减少整体容量获取时所使用的时间；而且可以利用停止恒流充放电结束时刻各电池单体的电压及电流的变化获得各电池的内阻。另外，本实施例的电池内阻及容量的快速筛选方法对电池单体快速筛选的设计及其它电池参数筛选具有重要的参考价值。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种电池内阻及容量的快速筛选方法，用于对容量未知的电池单体进行快速筛选，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，选取N个容量未知的所述电池单体进行并联均衡，从而获得相同的初始电压U₀；

步骤2，从N个均衡后的所述电池单体中选取M个所述电池单体作为一个电池小组，将M个所述电池单体进行串联快速恒流充电，M＜N，由t₁时刻开始充电至t₂时刻结束，记t₁ ^-时刻及t₁ ⁺时刻各所述电池单体的电压分别为U₁ ^-及U₁ ⁺且U₁ ^-＝U₀，t₂ ^-时刻及t₂ ⁺时刻各所述电池单体电压分别为U₂ ^-及U₂ ⁺，随着充电的停止且时间的增加，各所述电池单体的电压缓慢下降且逐渐趋于稳定，记t₃时刻各所述电池单体的电压为初始稳定电压U₃，则t₃时刻各所述电池单体电压U₃ ^-＝U₃ ⁺，记录t₁时刻至t₃时刻之间各所述电池单体的电压值；

步骤3，从N个均衡后的所述电池单体中再选取M个所述电池单体作为一个电池小组，且在相同条件下重复步骤2，直至N个所述电池单体均获得t₁时刻至t₃时刻之间的电压值；

步骤4，通过欧姆定律R＝ΔU/ΔI₀来获得各所述电池单体的内阻，即R＝(U₂ ⁺-U₂ ^-)/I₀；

步骤5，对同一并联批次的各所述电池单体t₁时刻至t₂时刻之间的电压进行积分，则同一并联批次的N个所述电池单体将获得N个相应的积分值S，将所述N个电池单体的积分值S[S_min,S_max]进行x等分，第i小区间为[S_min+(i-1)(S_max-S_min)/x，S_min+i(S_max-S_min)/x]；

步骤6，基于预定的测试计算方法对每个所述电池小组进行容量测试及容量计算，从而依次获得每个所述电池小组的所述电池单体的容量。

2.根据权利要求1所述的电池内阻及容量的快速筛选方法，其特征在于：

其中，所述步骤2中，t₂-t₁<15min。

3.根据权利要求1所述的电池内阻及容量的快速筛选方法，其特征在于：

其中，所述步骤6包括如下子步骤：

从第i个所述小区间中抽取1个所述电池单体进行容量测试从而获得该电池单体的标准容量C_i，

第i个所述小区间内的各个所述电池单体的容量均由C_i表示。

4.根据权利要求1所述的电池内阻及容量的快速筛选方法，其特征在于：

其中，所述步骤6包括如下子步骤：

步骤6-1，从每个所述小区间内等距抽取F个所述电池单体进行容量测试从而获得各个抽出的所述电池单体的标准容量C_i；

步骤6-2，采用所述步骤6-1中抽出的所述电池单体的所述标准容量C_i进行拟合，获得积分值S与容量的关系式C＝f(S)；

步骤6-3，采用上述拟合后获得的所述关系式C＝f(S)，将各所述小区间内容量未知的所述电池单体的积分值S代入所述关系式C＝f(S)从而依次计算所述各个所述电池单体的所述容量，

其中，C_i表示第i个所述电池小组中的各个所述电池单体的标准容量。

5.根据权利要求1所述的电池内阻及容量的快速筛选方法，其特征在于：

其中，所述步骤6包括如下子步骤：

步骤6-1，从每个所述小区间内等距抽取F个所述电池单体进行容量测试从而获得各个抽出的所述电池单体的标准容量C_iF；

步骤6-2，将所述F个电池单体容量C_iF的均值y作为每个所述小区间内的其余各个所述电池单体的容量，

其中，C_iF表示第i个所述电池小组中的第F个所述电池单体的标准容量。

6.根据权利要求1所述的电池内阻及容量的快速筛选方法，其特征在于：

其中，所述步骤6包括如下子步骤：

步骤6-1，从每个所述小区间内等距抽取F个所述电池单体进行容量测试从而获得各个抽出的所述电池单体的标准容量C_iF；

步骤6-2，通过对F个容量已知的所述电池单体进行插值从而来获得每个所述小区间内的其余所述电池单体的容量，

其中，C_iF表示第i个所述电池小组中的第F个所述电池单体的标准容量。

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