CN109541474A - 一种锂离子电池单体电芯的分选方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种锂离子电池单体电芯的分选方法及装置，锂离子电池单体电芯的分选方法包括：建立分选模型；测量待测单体电芯的开路电压；待测单体电芯的开路电压符合预设电压值时，对待测单体电芯进行脉冲充放电测试并获取待测数据；根据待测数据获取待测单体电芯的内阻和待测单体电芯的极化过电势以及弛豫时间；根据分选模型、待测单体电芯的内阻和待测单体电芯的极化过电势以及弛豫时间对待测单体电芯进行分级。本发明以实现对单体电芯的快速准确分选。

Description

一种锂离子电池单体电芯的分选方法及装置

技术领域

本发明实施例涉及电池技术，尤其涉及一种锂离子电池单体电芯的分选方法及装置。

背景技术

随着电动汽车的大规模推广使用，2018年动力电池迎来规模化退役，退役量达到6GWh，可以预见在未来几年内退役动力电池量将持续增长。依据现行退役标准，退役动力电池依然具有巨大的经济价值和市场空间，因此在储能需求迫切的智能电网和能源互联网中有着广阔的应用前景。为实现梯次利用动力电池在智能电网等储能场景中实现安全高效的规模化工程应用，退役动力电池梯次利用在性能评估、分选成组等方面有着大量技术性问题需要解决。

电动汽车用动力电池由上千个单体电芯串并联在一起使用，由于不同车主的实际工况非常复杂且差异较大，动力电池退役后，单体电芯间不一致性显著增大，其健康状态、有效容量、再利用寿命、内阻、开路电压特性等参数存在显著差异，再者不同厂家、类型、批次的动力电池也有较大差异，对退役动力电池中单体电芯的快速以及准确分选带来了严重挑战。此问题亟待解决。

发明内容

本发明实施例提供一种锂离子电池单体电芯的分选方法及装置，以实现对单体电芯的快速准确分选。

第一方面，本发明实施例提供一种锂离子电池单体电芯的分选方法，包括：

建立分选模型；

测量待测单体电芯的开路电压；

所述待测单体电芯的开路电压符合预设电压值时，对所述待测单体电芯进行脉冲充放电测试并获取待测数据；

根据所述待测数据获取所述待测单体电芯的内阻和所述待测单体电芯的极化过电势以及弛豫时间；

根据所述分选模型、所述待测单体电芯的内阻和所述待测单体电芯的极化过电势以及弛豫时间对所述待测单体电芯进行分级。

可选地，所述建立分选模型包括：

对多个单体电芯样本进行脉冲充放电测试并获取样本测试数据；

根据所述样本测试数据获取所述多个单体电芯样本的内阻和所述多个单体电芯样本的极化过电势以及弛豫时间；

根据样本参数和预设分选规则建立分选模型，所述样本参数包括所述多个单体电芯样本的内阻和所述多个单体电芯样本的极化过电势以及弛豫时间。

可选地，根据样本参数和预设分选规则建立分选模型包括：

采用高斯回归方法根据样本参数和预设分选规则建立分选模型。

可选地，所述分选方法还包括：

所述待测单体电芯的开路电压不符合预设电压值时，将所述待测单体电芯进入异常分类组。

可选地，在测量待测单体电芯的开路电压之前还包括：

利用图像识别技术检测所述测量待测单体电芯是否有胀气、漏液和破损；

并在所述测量待测单体电芯无胀气、无漏液和无破损时，测量待测单体电芯的开路电压。

可选地，在所述测量待测单体电芯存在胀气、漏液和破损时，则所述待测单体电芯进入异常分类组。

可选地，所述预设电压值大于等于3V且小于等于4.2V。

可选地，还包括：获取所述多个单体电芯样本的电化学参数；

所述样本参数还包括所述多个单体电芯样本的电化学参数。

可选地，所述根据所述样本测试数据获取所述多个单体电芯样本的内阻和所述多个单体电芯样本的极化过电势包括以及弛豫时间：

采用等效电路方法对所述样本测试数据拟合处理，以获取所述多个单体电芯样本的内阻和所述多个单体电芯样本的极化过电势以及弛豫时间。

第二方面，本发明实施例提供一种锂离子电池单体电芯的分选装置，包括：

分选模型建立单元，用于建立分选模型；

开路电压测量单元，测量待测单体电芯的开路电压；

待测数据获取单元，所述待测单体电芯的开路电压符合预设电压值时，对所述待测单体电芯进行脉冲充放电测试并获取待测数据；

待测内阻及极化过电势获取单元，根据所述待测数据获取所述待测单体电芯的内阻和所述待测单体电芯的极化过电势以及弛豫时间；

单体电芯分级单元，根据所述分选模型、所述待测单体电芯的内阻和所述待测单体电芯的极化过电势对所述待测单体电芯进行分级。

本发明实施例提供的单体电芯的分选方法中，首先建立分选模型，然后采用分选模型自动对待测单体电芯进行分级，且本发明实施例在采用分选模型自动对待测单体电芯进行分级的过程中，采用脉冲技术对单体电芯进行充放电测试，在保证分选模型足够精确的基础上，实现了对单体电芯的快速准确分选。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种锂离子电池单体电芯的分选方法的流程图；

图2为本发明实施例一提供的一种建立分选模型的流程图；

图3为本发明实施例二提供的一种锂离子电池单体电芯的分选装置的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种锂离子电池单体电芯的分选方法的流程图，参考图1，该方法可以由锂离子电池单体电芯的分选装置来执行，该装置可以由软件和/或硬件的方式实现，该装置可以集成在任何提供锂离子电池单体电芯分选的设备中。该方法包括如下步骤：

S110、建立分选模型。

S120、测量待测单体电芯的开路电压。

待测单体电芯可以为一个单体电芯或者多个单体电芯，且待测单体电芯与单体电芯样本属于同种类型的单体电芯。根据单体电芯样本建立的分选模型可以适用于待测单体电芯。

S130、待测单体电芯的开路电压符合预设电压值时，对待测单体电芯进行脉冲充放电测试并获取待测数据。

待测单体电芯的开路电压符合预设电压值时，待测单体电芯可以被回收并作为储能设备而使用。

S140、根据待测数据获取待测单体电芯的内阻和待测单体电芯的极化过电势以及弛豫时间。

S150、根据分选模型、待测单体电芯的内阻和待测单体电芯的极化过电势以及弛豫时间对待测单体电芯进行分级。

具体的单体电芯等级可以根据需求而定，本发明实施例对此不做限制。示例性地，单体电芯等级分为一级、二级和三级。一级单体电芯的性能优于二级单体电芯的性能，二级单体电芯的性能优于三级单体电芯的性能。需要说明的是，可以按照《GBT 33598-2017车用动力电池回收利用拆解规范》将电池组拆解得到单体电芯。

本发明实施例提供的单体电芯的分选方法中，首先建立分选模型，然后采用分选模型自动对待测单体电芯进行分级，且本发明实施例在采用分选模型自动对待测单体电芯进行分级的过程中，采用脉冲技术对单体电芯进行充放电测试，在保证分选模型足够精确的基础上，实现了对单体电芯的快速准确分选。

图2为本发明实施例一提供的一种建立分选模型的流程图，其对图1中的S110进行了进一步细分，参考图2，建立分选模型的方法包括如下步骤：

S111、对多个单体电芯样本进行脉冲充放电测试并获取样本测试数据。

脉冲测试是一种能够减少器件总能耗的测量技术。脉冲充放电测试可以采用1C、0.5C、0.2C倍率，其中符号“C”表示倍率，“1C”表示1倍的倍率。

S112、根据样本测试数据获取多个单体电芯样本的内阻和多个单体电芯样本的极化过电势以及弛豫时间。

S113、根据样本参数和预设分选规则建立分选模型，样本参数包括多个单体电芯样本的内阻和多个单体电芯样本的极化过电势以及弛豫时间。

可以理解的是，样本参数越多，则建立的分选模型越精确，同时耗费的时间也越长；样本参数越少，则建立的分选模型越粗略，同时耗费的时间也越短。由于内阻和极化过电势以及弛豫时间为单体电芯的三个十分重要的参数，内阻和极化过电势以及弛豫时间能够大体反应出单体电芯的性能优良程度，因此本发明实施例中采用多个单体电芯样本的内阻和多个单体电芯样本的极化过电势以及弛豫时间作为样本参数。

可选地，内阻解析度小于等于10mΩ。

可选地，根据样本参数和预设分选规则建立分选模型包括：采用高斯回归方法根据样本参数和预设分选规则建立分选模型。

进一步地，采用高斯回归方法根据样本参数、预设分选规则以及电池老化机理建立分选模型。电池老化机理涉及到单体电芯中的活性物质的退化、导电剂等电极涂料的老化变质、电解质的成膜和分解等相互联系的过程。本发明实施例中，在建立分选模型时，同时考虑到电池老化机理，可以进一步健全分选模型，提高单体电芯的分选准确性。

可选地，单体电芯的分选方法还包括：待测单体电芯的开路电压不符合预设电压值时，将待测单体电芯进入异常分类组。将开路电压不符合预设电压值的待测单体电芯直接进入异常分类组，而不对其进行脉冲充放电测试以及分级，能够加快单体电芯的分选速度。

可选地，在测量待测单体电芯的开路电压之前还包括：利用图像识别技术检测测量待测单体电芯是否有胀气、漏液和破损。图像识别技术可代替人眼对单体电芯的外观一致性做快速精准检测。在测量待测单体电芯无胀气、无漏液和无破损时，测量待测单体电芯的开路电压。

可选地，在测量待测单体电芯存在胀气、漏液和破损时，则待测单体电芯进入异常分类组。将存在胀气、漏液和破损的待测单体电芯直接进入异常分类组，而不对其进行脉冲充放电测试以及分级，能够加快单体电芯的分选速度。

可选地，预设电压值大于等于3V且小于等于4.2V。

可选地，单体电芯例如可以为锂电池中的单体电芯。单体电芯的分选方法还包括：获取多个单体电芯样本的电化学参数，样本参数还包括多个单体电芯样本的电化学参数。单体电芯样本的电化学参数包括但不限于单体电芯样本的界面阻抗、锂离子扩散系数和嵌锂量。本发明实施例中，获取多个单体电芯样本的电化学参数，并将电化学参数作为样本参数来考量，可以进一步健全分选模型，提高单体电芯的分选准确性。

可选地，根据样本测试数据获取多个单体电芯样本的内阻和多个单体电芯样本的极化过电势以及弛豫时间包括：采用等效电路方法对样本测试数据拟合处理，以获取多个单体电芯样本的内阻和多个单体电芯样本的极化过电势以及弛豫时间。等效电路是将一个复杂的电路，通过电阻等效、电容等效，电源等效等方法，化简成具有与原电路功能相同的简单电路。这个简单的电路，称作原复杂电路的等效电路。本发明实施例中，采用等效电路的方法对样本测试数据拟合处理，简化了样本测试数据的处理过程，简化了分选模型的建立过程，从而提高了单体电芯的分选速度。

可选地，脉冲充放电测试过程中使用的脉冲宽度小于等于5s，相邻两个脉冲之间的时间差小于等于25s，相邻两个脉冲之间的时间差为相邻两个脉冲峰值之间的时间差。

实施例二

图3为本发明实施例二提供的一种锂离子电池单体电芯的分选装置的结构框图，参考图3，单体电芯的分选装置包括：分选模型建立单元10、开路电压测量单元20、待测数据获取单元30、待测内阻及极化过电势获取单元40和单体电芯分级单元50。其中，分选模型建立单元10用于建立分选模型。开路电压测量单元20用于测量待测单体电芯的开路电压。待测数据获取单元30用于在待测单体电芯的开路电压符合预设电压值时，对待测单体电芯进行脉冲充放电测试并获取待测数据。待测内阻及极化过电势获取单元40用于根据待测数据获取待测单体电芯的内阻和待测单体电芯的极化过电势以及弛豫时间。单体电芯分级单元50用于根据分选模型、待测单体电芯的内阻和待测单体电芯的极化过电势以及弛豫时间对待测单体电芯进行分级。

本发明实施例提供的单体电芯的分选装置中，在采用分选模型自动对待测单体电芯进行分级的过程中，待测数据获取单元采用脉冲技术对单体电芯进行充放电测试，在保证分选模型足够精确的基础上，实现了对单体电芯的快速准确分选。

可选地，分选模型建立单元10包括样本测试数据获取子单元11、样本内阻及极化过电势获取子单元12、分选模型建立子单元13。样本测试数据获取子单元11用于对多个单体电芯样本进行脉冲充放电测试并获取样本测试数据。样本内阻及极化过电势获取单元12用于根据样本测试数据获取多个单体电芯样本的内阻和多个单体电芯样本的极化过电势以及弛豫时间。分选模型建立子单元13用于根据样本参数和预设分选规则建立分选模型，样本参数包括多个单体电芯样本的内阻和多个单体电芯样本的极化过电势以及弛豫时间。

可选地，分选模型建立子单元13可以采用高斯回归方法根据样本参数和预设分选规则建立分选模型。

进一步地，分选模型建立子单元13可以采用高斯回归方法根据样本参数、预设分选规则以及电池老化机理建立分选模型。电池老化机理涉及到单体电芯中的活性物质的退化、导电剂等电极涂料的老化变质、电解质的成膜和分解等相互联系的过程。本发明实施例中，在建立分选模型时，同时考虑到电池老化机理，可以进一步健全分选模型，提高单体电芯的分选准确性。

可选地，单体电芯的分选装置还包括单体电芯异常分类组单元，单体电芯异常分类组单元用于在待测单体电芯的开路电压不符合预设电压值时，将待测单体电芯进入异常分类组。将开路电压不符合预设电压值的待测单体电芯直接进入异常分类组，而不对其进行脉冲充放电测试以及分级，能够加快单体电芯的分选速度。

可选地，单体电芯的分选装置还包括单体电芯外观检测单元，单体电芯外观检测单元用于利用图像识别技术检测测量待测单体电芯是否有胀气、漏液和破损，并在测量待测单体电芯无胀气、无漏液和无破损时，测量待测单体电芯的开路电压。

可选地，单体电芯外观检测单元还用于在测量待测单体电芯存在胀气、漏液和破损时，则待测单体电芯进入异常分类组。将存在胀气、漏液和破损的待测单体电芯直接进入异常分类组，而不对其进行脉冲充放电测试以及分级，能够加快单体电芯的分选速度。

可选地，预设电压值大于等于3V且小于等于4.2V。

可选地，单体电芯的分选装置还包括电化学参数获取单元，电化学参数获取单元用于获取多个单体电芯样本的电化学参数。样本参数还包括多个单体电芯样本的电化学参数。单体电芯样本的电化学参数包括但不限于单体电芯样本的界面阻抗、锂离子扩散系数和嵌锂量。本发明实施例中，获取多个单体电芯样本的电化学参数，并将电化学参数作为样本参数来考量，可以进一步健全分选模型，提高单体电芯的分选准确性。

可选地，样本内阻及极化过电势获取子单元12可以采用等效电路方法对样本测试数据拟合处理，以获取多个单体电芯样本的内阻和多个单体电芯样本的极化过电势以及弛豫时间。本发明实施例中，采用等效电路的方法对样本测试数据拟合处理，简化了样本测试数据的处理过程，简化了分选模型的建立过程，从而提高了单体电芯的分选速度。

可选地，脉冲充放电测试过程中使用的脉冲宽度小于等于5s，相邻两个脉冲之间的时间差小于等于25s，相邻两个脉冲之间的时间差为相邻两个脉冲峰值之间的时间差。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种锂离子电池单体电芯的分选方法，其特征在于，包括：

建立分选模型；

测量待测单体电芯的开路电压；

所述待测单体电芯的开路电压符合预设电压值时，对所述待测单体电芯进行脉冲充放电测试并获取待测数据；

根据所述待测数据获取所述待测单体电芯的内阻和所述待测单体电芯的极化过电势以及弛豫时间；

根据所述分选模型、所述待测单体电芯的内阻和所述待测单体电芯的极化过电势以及弛豫时间对所述待测单体电芯进行分级。

2.根据权利要求1所述的分选方法，其特征在于，所述建立分选模型包括：

对多个单体电芯样本进行脉冲充放电测试并获取样本测试数据；

根据所述样本测试数据获取所述多个单体电芯样本的内阻和所述多个单体电芯样本的极化过电势以及弛豫时间；

根据样本参数和预设分选规则建立分选模型，所述样本参数包括所述多个单体电芯样本的内阻和所述多个单体电芯样本的极化过电势以及弛豫时间。

3.根据权利要求2所述的分选方法，其特征在于，根据样本参数和预设分选规则建立分选模型包括：

采用高斯回归方法根据样本参数和预设分选规则建立分选模型。

4.根据权利要求1所述的分选方法，其特征在于，所述分选方法还包括：

所述待测单体电芯的开路电压不符合预设电压值时，将所述待测单体电芯进入异常分类组。

5.根据权利要求1所述的分选方法，其特征在于，在测量待测单体电芯的开路电压之前还包括：

利用图像识别技术检测所述测量待测单体电芯是否有胀气、漏液和破损；

并在所述测量待测单体电芯无胀气、无漏液和无破损时，测量待测单体电芯的开路电压。

6.根据权利要求5所述的分选方法，其特征在于，在所述测量待测单体电芯存在胀气、漏液和破损时，则所述待测单体电芯进入异常分类组。

7.根据权利要求1所述的分选方法，其特征在于，所述预设电压值大于等于3V且小于等于4.2V。

8.根据权利要求2所述的分选方法，其特征在于，还包括：获取所述多个单体电芯样本的电化学参数；

所述样本参数还包括所述多个单体电芯样本的电化学参数。

9.根据权利要求2所述的分选方法，其特征在于，所述根据所述样本测试数据获取所述多个单体电芯样本的内阻和所述多个单体电芯样本的极化过电势以及弛豫时间包括：

采用等效电路方法对所述样本测试数据拟合处理，以获取所述多个单体电芯样本的内阻和所述多个单体电芯样本的极化过电势以及弛豫时间。

10.一种锂离子电池单体电芯的分选装置，其特征在于，包括：

分选模型建立单元，用于建立分选模型；

开路电压测量单元，用于测量待测单体电芯的开路电压；

待测数据获取单元，用于在所述待测单体电芯的开路电压符合预设电压值时，对所述待测单体电芯进行脉冲充放电测试并获取待测数据；

待测内阻及极化过电势获取单元，用于根据所述待测数据获取所述待测单体电芯的内阻和所述待测单体电芯的极化过电势以及弛豫时间；

单体电芯分级单元，用于根据所述分选模型、所述待测单体电芯的内阻和所述待测单体电芯的极化过电势以及弛豫时间对所述待测单体电芯进行分级。