CN110180802A - 一种梯次利用电池的筛选成组方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种梯次利用电池的筛选成组方法及系统，包括：获取多个退役动力电池中每个退役动力电池的放电能量、能量效率、直流内阻和开路电压；根据预设的电池筛选策略选取多个退役电力电池作为梯次利用电池；根据预设的筛选成组策略对多个梯次利用电池进行筛选成组。本发明以梯次利用电池的放电能量、能量效率、直流内阻和开路电压为参量，建立了适用于储能应用时退役动力电池的筛选成组方法，能够准确地对退役动力电池进行分类，从而对电池进行梯次利用，提高了电池的利用率，节省了资源。
Description
技术领域
本发明涉及电池的梯次利用技术领域，并且更具体地，涉及一种梯次利用电池的筛选成组方法及系统。
背景技术
锂离子电池的筛选配组主要是基于某几个电池参量的组合，来进行电池的筛选配组，目前常用的方法有以下4种：1)基于容量与交流内阻、开路电压的电池筛选策略，2)基于容量、直流内阻的电池筛选方法，3)容量、内阻、自放电率筛选方法，4)基于交流阻抗技术的电池分选方法。
目前电动汽车电池在筛选时，主要是依据电池的容量、内阻和开路电压来进行分选配组，而对于储能应用的大容量新电池系统，由于电池在储能应用的工况更加温和，因此，目前针对储能应用的新电池筛选配组，主要是参照在电动汽车上应用时的电池筛选配组方法。
对于退运电动汽车电池，由于电池之间的性能差异变大，电池老化程度不同，失效原因复杂，传统的筛选参量不能准确的反应电池的老化特性以及后续的使用寿命。
因此，须针对退运电动汽车电池的特性，研究适用于其在梯次利用时的筛选配组方法。
发明内容
本发明提出一种梯次利用电池的筛选成组方法及系统，以解决如何进行梯次利用电池的筛选成组的问题。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种梯次利用电池的筛选成组方法，其特征在于，所述方法包括：
获取多个退役动力电池中每个退役动力电池的放电能量、能量效率、直流内阻和开路电压；
根据预设的电池筛选策略选取多个退役电力电池作为梯次利用电池；
根据预设的筛选成组策略对多个梯次利用电池进行筛选成组。
优选地，其中所述获取多个退役动力电池中每个退役动力电池的放电能量、能量效率、直流内阻和开路电压，包括：
对于任意一个退役动力电池，在预设温度范围内，以电池标称容量的第一预设倍率对该退役动力电池进行2次恒流充放电循环，记录第2次的充放电能量，并根据放电能量计算该退役动力电池的能量效率；
对于任意一个退役动力电池，在第2次的放电过程中，当放电到预设电压阈值时，向该退役动力电池施加一个脉冲放电，以计算该退役动力电池的直流内阻；
对于任意一个退役动力电池，在完成能量测试后在预设温度范围内静置预设时间段，以获取该退役动力电池的开路电压。
优选地，其中所述预设温度范围为：20℃-30℃；第一预设倍率为：0.2-0.3C；所述预设时间段为24小时。
优选地，其中
当所述退役动力电池为磷酸铁锂/石墨电池时，预设电压阈值为3.20V；
当所述退役动力电池为锰酸锂/石墨电池脉时，预设电压阈值为3.75V；
当所述退役动力电池为三元材料/石墨电池时，预设电压阈值为3.65V；
所述脉冲的电流为该退役动力电池的额定容量的1-2C倍率，持续时间为10-30S。
优选地，其中所述预设的电池筛选策略为：
退役动力电池的放电能量大于等于标称能量的55％，能量效率大于等于95％；以及
当所述退役动力电池为磷酸铁锂/石墨电池时，开路电压高于3.30V；或
当所述退役动力电池为锰酸锂/石墨电池脉时，开路电压高于4.08V；或
当所述退役动力电池为三元材料/石墨电池时，开路电压高于4.09V。
优选地，其中所述预设的筛选成组策略为：
成组后的梯次利用动力电池间的放电能量的极差小于5％，能量效率大于95％，以及成组后的梯次利用动力电池间的直流内阻偏差小于20％。
根据本发明的另一个方面，提供了一种梯次利用电池的筛选成组系统，其特征在于，所述系统包括：
数据获取模块，用于获取多个退役动力电池中每个退役动力电池的放电能量、能量效率、直流内阻和开路电压；
电池筛选模块，用于根据预设的电池筛选策略选取多个退役电力电池作为梯次利用电池；
筛选成组模块，用于根据预设的筛选成组策略对多个梯次利用电池进行筛选成组。
优选地，其中所述数据获取模块，获取多个退役动力电池中每个退役动力电池的放电能量、能量效率、直流内阻和开路电压，包括：
放电能量和能量效率确定单元，用于对于任意一个退役动力电池，在预设温度范围内，以电池标称容量的第一预设倍率对该退役动力电池进行2次恒流充放电循环，记录第2次的充放电能量，并根据放电能量计算该退役动力电池的能量效率；
直流内阻确定单元，用于对于任意一个退役动力电池，在第2次的放电过程中，当放电到预设电压阈值时，向该退役动力电池施加一个脉冲放电，以计算该退役动力电池的直流内阻；
开路电压确定单元，用于对于任意一个退役动力电池，在完成能量测试后在预设温度范围内静置预设时间段，以获取该退役动力电池的开路电压。
优选地，其中所述预设温度范围为：20℃-30℃；第一预设倍率为：0.2-0.3C；所述预设时间段为24小时。
优选地，其中
当所述退役动力电池为磷酸铁锂/石墨电池时，预设电压阈值为3.20V；
当所述退役动力电池为锰酸锂/石墨电池脉时，预设电压阈值为3.75V；
当所述退役动力电池为三元材料/石墨电池时，预设电压阈值为3.65V；
所述脉冲的电流为该退役动力电池的额定容量的1-2C倍率，持续时间为10-30S。
优选地，其中所述预设的电池筛选策略为：
退役动力电池的放电能量大于等于标称能量的55％，能量效率大于等于95％；以及
当所述退役动力电池为磷酸铁锂/石墨电池时，开路电压高于3.30V；或
当所述退役动力电池为锰酸锂/石墨电池脉时，开路电压高于4.08V；或
当所述退役动力电池为三元材料/石墨电池时，开路电压高于4.09V。
优选地，其中所述预设的筛选成组策略为：
成组后的梯次利用动力电池间的放电能量的极差小于5％，能量效率大于95％，以及成组后的梯次利用动力电池间的直流内阻偏差小于20％。
本发明提供了一种梯次利用电池的筛选成组方法及系统，包括：获取多个退役动力电池中每个退役动力电池的放电能量、能量效率、直流内阻和开路电压；根据预设的电池筛选策略选取多个退役电力电池作为梯次利用电池；根据预设的筛选成组策略对多个梯次利用电池进行筛选成组。本发明以梯次利用电池的放电能量、能量效率、直流内阻和开路电压为参量，建立了适用于储能应用时退役动力电池的筛选成组方法，能够准确地对退役动力电池进行分类，从而对电池进行梯次利用，提高了电池的利用率，节省了资源。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明实施方式的梯次利用电池的筛选成组方法100的流程图；以及
图2为根据本发明实施方式的梯次利用电池的筛选成组系统200的结构示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明实施方式的梯次利用电池的筛选成组方法100的流程图。如图1所示，本发明的实施方式提供的梯次利用电池的筛选成组方法以梯次利用电池的放电能量、能量效率、直流内阻和开路电压为参量，建立了适用于储能应用时退役动力电池的筛选成组方法，能够准确地对退役动力电池进行分类，从而对电池进行梯次利用，提高了电池的利用率，节省了资源。本发明的实施方式提供的梯次利用电池的筛选成组方法100从步骤101处开始，在步骤101获取多个退役动力电池中每个退役动力电池的放电能量、能量效率、直流内阻和开路电压。
优选地，其中所述获取多个退役动力电池中每个退役动力电池的放电能量、能量效率、直流内阻和开路电压，包括：
对于任意一个退役动力电池，在预设温度范围内，以电池标称容量的第一预设倍率对该退役动力电池进行2次恒流充放电循环，记录第2次的充放电能量，并根据放电能量计算该退役动力电池的能量效率；
对于任意一个退役动力电池，在第2次的放电过程中，当放电到预设电压阈值时，向该退役动力电池施加一个脉冲放电，以计算该退役动力电池的直流内阻；
对于任意一个退役动力电池，在完成能量测试后在预设温度范围内静置预设时间段，以获取该退役动力电池的开路电压。
优选地，其中所述预设温度范围为：20℃-30℃；第一预设倍率为：0.2-0.3C；所述预设时间段为24小时。
优选地，其中
当所述退役动力电池为磷酸铁锂/石墨电池时，预设电压阈值为3.20V；
当所述退役动力电池为锰酸锂/石墨电池脉时，预设电压阈值为3.75V；
当所述退役动力电池为三元材料/石墨电池时，预设电压阈值为3.65V；
所述脉冲的电流为该退役动力电池的额定容量的1-2C倍率，持续时间为10-30S。
储能系统在使用过程中，更加关注系统的能量以及能量转换效率，这些都是储能系统非常重要的指标，而储能系统的能量和能量转换效率主要是由电池的能量和能量效率决定的，同时，与电池容量相比，电池能量在反应电池容量特性的同时，还能反应电池的电压特性，其反应的电池特性更加全面。
直流内阻反映的是电池在充放电过程中的动态阻抗特性，其反应的电池阻抗特性信息量也更加丰富。
因此，对于储能用梯次利用电池，在筛选时更加关注电池的能量、能量效率、直流内阻等参数。
电池能量作为电池性能的重要性能指标之一，它表示在一定条件下(放电率、温度、终止电压等)电池放出的电能，通常以瓦特·小时为单位(简称，以Wh表示)。
电池的能量效率为电池在充电、放电循环中，放电能量与充电能量的比例，其与电池内阻、绝缘情况都有关系，也是反映电池老化的关键因素。对于梯次利用电动汽车电池，由于其经过长期的使用，其内阻都会有一定程度的增加，这就导致其在充放电过程中有更多的热损耗，电池的充放电能量效率降低；使用电流越大，电池的能量效率越低，其可储存的能量就越少，因此，较高的能量效率是梯次利用动力电池储能性能的保证。
在有负载的情况下，电池电压Ucell由开路电压、浓度极化ηdiff和电荷转移极化ηch,tr导致的过电势，以及内部欧姆电阻Ri引起的电压降决定：
Ucell＝Uocv-ηdiff-ηch，tr-IRi
电池内阻经常作为特征参数被引用。正常情况下，内阻小的电池的大电流放电能力强，内阻大的电池放电能力弱。电池内阻大，会产生大量焦耳热引起电池温度升高，在高的电流负载下，电池的热量变化以及能量效率也是主要由其内阻决定。导致电池放电工作电压降低，放电时间缩短，对电池性能、寿命等造成严重影响。对于锂离子电池内阻的精确了解是针对特定应用做设计的最主要的因子之一。
在本发明的实施方式中，电池的能量测试在20-30℃环境下进行，以电池标称容量的0.2-0.3C倍率对每个退役动力电池进行2次恒流充电-放电循环，记录第2次的充放电能量，并依据充放电能量计算该退役动力电池的能量效率。
在电池能量测试的第2次放电过程中，当放电到一定电压时，给电池一个脉冲放电，脉冲的电流为电池额定容量的1-2C倍率，时间为10-30s，以计算电池的直流内阻。其中，若为磷酸铁锂/石墨电池，则脉冲放电的起始电压值为3.20V；若为锰酸锂/石墨电池，则脉冲放电的起始电压值为3.75V；若为三元材料/石墨电池，则脉冲放电的起始电压值为3.65V。
确定开路电压的方法为：对完成能量测试的电池在20-30℃环境下放置24小时，以获取电池的开路电压。
在步骤102，根据预设的电池筛选策略选取多个退役电力电池作为梯次利用电池。
优选地，其中所述预设的电池筛选策略为：
退役动力电池的放电能量大于等于标称能量的55％，能量效率大于等于95％；以及
当所述退役动力电池为磷酸铁锂/石墨电池时，开路电压高于3.30V；或
当所述退役动力电池为锰酸锂/石墨电池脉时，开路电压高于4.08V；或
当所述退役动力电池为三元材料/石墨电池时，开路电压高于4.09V。
在步骤103，根据预设的筛选成组策略对多个梯次利用电池进行筛选成组。
优选地，其中所述预设的筛选成组策略为：
成组后的梯次利用动力电池间的放电能量的极差小于5％，能量效率大于95％，以及成组后的梯次利用动力电池间的直流内阻偏差小于20％。
在本发明的实施方式中，预设的筛选策略为：电池的放电能量应大于等于标称能量的55％，能量效率大于等于95％。对于放电能量和能量效率不符合的电池不进行梯次利用；对于符合的按照放电能量和能量效率进行筛选成组。在筛选成组时，电池间的放电能量的极差应小于5％，而能量效率要大于95％；并且开路电压的筛选条件为：对于磷酸铁锂/石墨电池，开路电压需高于3.30V；对于锰酸锂/石墨电池，开路电压需高于4.08V；对于三元材料/石墨电池，开路电压需高于4.09V。
在本发明的实施方式中，考虑成组使用的梯次利用电池应为同一型号，不同型号的电池不考虑一起成组使用。
图2为根据本发明实施方式的梯次利用电池的筛选成组系统200的结构示意图。如图2所示，本发明的实施方式提供的梯次利用电池的筛选成组系统200，包括：数据获取模块201、电池筛选模块202和筛选成组模块203。
优选地，所述数据获取模块201，用于获取多个退役动力电池中每个退役动力电池的放电能量、能量效率、直流内阻和开路电压。
优选地，其中所述数据获取模块201，包括：放电能量和能量效率确定单元2011、直流内阻确定单元2012和开路电压确定单元2013。
优选地，所述放电能量和能量效率确定单元2011，用于对于任意一个退役动力电池，在预设温度范围内，以电池标称容量的第一预设倍率对该退役动力电池进行2次恒流充放电循环，根据第2次的充放电能量确定该退役动力电池的放电能量，并根据所述放电能量计算该退役动力电池的能量效率。
优选地，所述直流内阻确定单元2012，用于对于任意一个退役动力电池，在第2次的放电过程中，当放电到预设电压阈值时，向该退役动力电池施加一个脉冲放电，以计算该退役动力电池的直流内阻。
优选地，所述开路电压确定单元2013，用于对于任意一个退役动力电池，在完成能量测试后在预设温度范围内静置预设时间段，以获取该退役动力电池的开路电压。
优选地，其中所述预设温度范围为：20℃-30℃；第一预设倍率为：0.2-0.3C；所述预设时间段为24小时。
优选地，其中当所述退役动力电池为磷酸铁锂/石墨电池时，预设电压阈值为3.20V；当所述退役动力电池为锰酸锂/石墨电池脉时，预设电压阈值为3.75V；当所述退役动力电池为三元材料/石墨电池时，预设电压阈值为3.65V；所述脉冲的电流为该退役动力电池的额定容量的1-2C倍率，持续时间为10-30S。
优选地，所述电池筛选模块202，用于根据预设的电池筛选策略选取多个退役电力电池作为梯次利用电池。
优选地，其中所述预设的电池筛选策略为：退役动力电池的放电能量大于等于标称能量的55％，能量效率大于等于95％；以及当所述退役动力电池为磷酸铁锂/石墨电池时，开路电压高于3.30V；或当所述退役动力电池为锰酸锂/石墨电池脉时，开路电压高于4.08V；或当所述退役动力电池为三元材料/石墨电池时，开路电压高于4.09V。
优选地，所述筛选成组模块203，用于根据预设的筛选成组策略对多个梯次利用电池进行筛选成组。
优选地，其中所述预设的筛选成组策略为：成组后的梯次利用动力电池间的放电能量的极差小于5％，能量效率大于95％，以及成组后的梯次利用动力电池间的直流内阻偏差小于20％。
本发明的实施例的梯次利用电池的筛选成组系统200与本发明的另一个实施例的梯次利用电池的筛选成组方法100相对应，在此不再赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
Claims (12)
1.一种梯次利用电池的筛选成组方法，其特征在于，所述方法包括：
获取多个退役动力电池中每个退役动力电池的放电能量、能量效率、直流内阻和开路电压；
根据预设的电池筛选策略选取多个退役电力电池作为梯次利用电池；
根据预设的筛选成组策略对多个梯次利用电池进行筛选成组。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取多个退役动力电池中每个退役动力电池的放电能量、能量效率、直流内阻和开路电压，包括：
对于任意一个退役动力电池，在预设温度范围内，以电池标称容量的第一预设倍率对该退役动力电池进行2次恒流充放电循环，记录第2次的充放电能量，并根据放电能量计算该退役动力电池的能量效率；
对于任意一个退役动力电池，在第2次的放电过程中，当放电到预设电压阈值时，向该退役动力电池施加一个脉冲放电，以计算该退役动力电池的直流内阻；
对于任意一个退役动力电池，在完成能量测试后在预设温度范围内静置预设时间段，以获取该退役动力电池的开路电压。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预设温度范围为：20℃-30℃；第一预设倍率为：0.2-0.3C；所述预设时间段为24小时。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
当所述退役动力电池为磷酸铁锂/石墨电池时，预设电压阈值为3.20V；
当所述退役动力电池为锰酸锂/石墨电池脉时，预设电压阈值为3.75V；
当所述退役动力电池为三元材料/石墨电池时，预设电压阈值为3.65V；
所述脉冲的电流为该退役动力电池的额定容量的1-2C倍率，持续时间为10-30S。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设的电池筛选策略为：
退役动力电池的放电能量大于等于标称能量的55％，能量效率大于等于95％；以及
当所述退役动力电池为磷酸铁锂/石墨电池时，开路电压高于3.30V；或
当所述退役动力电池为锰酸锂/石墨电池脉时，开路电压高于4.08V；或
当所述退役动力电池为三元材料/石墨电池时，开路电压高于4.09V。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设的筛选成组策略为：
成组后的梯次利用动力电池间的放电能量的极差小于5％，能量效率大于95％，以及成组后的梯次利用动力电池间的直流内阻偏差小于20％。
7.一种梯次利用电池的筛选成组系统，其特征在于，所述系统包括：
数据获取模块，用于获取多个退役动力电池中每个退役动力电池的放电能量、能量效率、直流内阻和开路电压；
电池筛选模块，用于根据预设的电池筛选策略选取多个退役电力电池作为梯次利用电池；
筛选成组模块，用于根据预设的筛选成组策略对多个梯次利用电池进行筛选成组。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述数据获取模块，获取多个退役动力电池中每个退役动力电池的放电能量、能量效率、直流内阻和开路电压，包括：
放电能量和能量效率确定单元，用于对于任意一个退役动力电池，在预设温度范围内，以电池标称容量的第一预设倍率对该退役动力电池进行2次恒流充放电循环，记录第2次的充放电能量，并根据放电能量计算该退役动力电池的能量效率；
直流内阻确定单元，用于对于任意一个退役动力电池，在第2次的放电过程中，当放电到预设电压阈值时，向该退役动力电池施加一个脉冲放电，以计算该退役动力电池的直流内阻；
开路电压确定单元，用于对于任意一个退役动力电池，在完成能量测试后在预设温度范围内静置预设时间段，以获取该退役动力电池的开路电压。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述预设温度范围为：20℃-30℃；第一预设倍率为：0.2-0.3C；所述预设时间段为24小时。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，
当所述退役动力电池为磷酸铁锂/石墨电池时，预设电压阈值为3.20V；
当所述退役动力电池为锰酸锂/石墨电池脉时，预设电压阈值为3.75V；
当所述退役动力电池为三元材料/石墨电池时，预设电压阈值为3.65V；
所述脉冲的电流为该退役动力电池的额定容量的1-2C倍率，持续时间为10-30S。
11.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述预设的电池筛选策略为：
退役动力电池的放电能量大于等于标称能量的55％，能量效率大于等于95％；以及
当所述退役动力电池为磷酸铁锂/石墨电池时，开路电压高于3.30V；或
当所述退役动力电池为锰酸锂/石墨电池脉时，开路电压高于4.08V；或
当所述退役动力电池为三元材料/石墨电池时，开路电压高于4.09V。
12.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述预设的筛选成组策略为：
成组后的梯次利用动力电池间的放电能量的极差小于5％，能量效率大于95％，以及成组后的梯次利用动力电池间的直流内阻偏差小于20％。
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