CN110333463B - 一种电芯一致性筛选方法及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电芯一致性筛选方法及其系统，本发明在经过电芯容量初步筛选以及性能参数筛选后，由于电芯成组后的电池组容量对库伦效率不一致性非常敏感，库伦效率不一致增加也会使耐久性的不一致性增加，而dQ/dV曲线可以更好地反映电池内部电化学的特征，其峰值电压参数可以更准确的反映电池组内部的衰退程度；因此，本发明还同时考虑电芯的库伦效率和dQ/dV曲线的最高峰值电压的一致性，可以有效提高配组电芯的性能一致性，从而提高电池组的容量利用率和使用寿命，克服现有技术中存在配组的电芯的性能一致性差的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及电芯筛选领域，尤其是一种电芯一致性筛选方法及其系统。
背景技术
在动力锂离子电池梯次利用过程中，多是利用工业CT无损检测和三维成像技术对退役动力电池内部结构进行检测或是对电池进行拆解，利用XRD、SEM、TEM等设备对电极材料进行分析，这种方法成本较高，测试周期较长，不利于大规模推广使用。另一种方法是像新鲜电池一样测试其容量、内阻、充放电特征曲线等数据并以此为根据来进行筛选配组，方法成本较低，但是，由于电池在使用过程中的工作环境比较复杂，电池的性能测试不能完全反映出退役电池所处的真实状态，使得配组的电池一致性无法保证，电池组无法发挥出最佳性能，所得到的电池组的性能一致性差。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的是提供一种电芯一致性筛选方法及其系统，用于提高电芯分组的准确性，有效提高配组电芯的性能一致性。
本发明所采用的技术方案是：
第一方面，本发明提供一种电芯一致性筛选方法，包括：
电芯容量初步筛选步骤：根据预设电芯容量对待筛选的多个电芯进行第一次筛选，以获得一次筛选电芯；
性能参数筛选步骤：根据至少三种电芯的性能参数对所述一次筛选电芯进行第二次筛选，以获得二次筛选电芯；
库伦效率筛选步骤：根据预设库伦效率和所述二次筛选电芯的库伦效率进行第三次筛选，以获得三次筛选电芯；
dQ/dV曲线最高峰值筛选步骤：获取预设充电倍率下所述三次筛选电芯的dQ/dV曲线及dQ/dV曲线对应的最高峰值电压，根据预设最高峰值电压差和所述三次筛选电芯的最高峰值电压对所述三次筛选电芯进行一致性分组。
进一步地，所述电芯的性能参数包括电芯容量、电芯内阻、电芯的开路电压、电芯的自放电率中的至少三种参数。
进一步地，所述性能参数筛选步骤包括：
根据至少三种电芯的性能参数及对应的预设参数对所述一次筛选电芯进行第二次筛选，以获得二次筛选电芯。
进一步地，所述性能参数筛选步骤具体包括：
获取所述一次筛选电芯的性能参数的参数标准差作为所述预设参数；
获取所述参数标准差与所述一次筛选电芯的性能参数之间的差值，根据所述差值与所述预设参数对所述一次筛选电芯进行筛选。
进一步地，所述库伦效率筛选步骤具体包括：
获取所述二次筛选电芯的多个库伦效率的平均值作为所述二次筛选电芯最终的库伦效率；
根据所述二次筛选电芯最终的库伦效率获取库伦效率标准差作为所述预设库伦效率；
获取所述二次筛选电芯最终的库伦效率和所述库伦效率标准差之间的差值，根据所述差值与所述预设库伦效率对所述二次筛选电芯进行第三次筛选，以获得三次筛选电芯。
进一步地，在预设充电倍率下对所述三次筛选电芯进行恒流恒压充电以获取所述dQ/dV曲线。
进一步地，所述预设充电倍率包括0.05C、0.1C、0.2C、0.5C中的一种充电倍率。
进一步地，所述预设电芯容量包括待筛选电芯的初始容量值的50％。
第二方面，本发明提供一种电芯一致性筛选系统，包括：
电芯容量初步筛选模块，用于根据预设电芯容量对待筛选的多个电芯进行第一次筛选，以获得一次筛选电芯；
性能参数筛选模块，用于根据至少三种电芯的性能参数对所述一次筛选电芯进行第二次筛选，以获得二次筛选电芯；
库伦效率筛选模块，用于根据预设库伦效率和所述二次筛选电芯的库伦效率进行第三次筛选，以获得三次筛选电芯；
dQ/dV曲线最高峰值筛选模块，用于获取预设充电倍率下所述三次筛选电芯的dQ/dV曲线及dQ/dV曲线对应的最高峰值电压，根据预设最高峰值电压差和所述三次筛选电芯的最高峰值电压对所述三次筛选电芯进行一致性分组。
进一步地，所述电芯的性能参数包括电芯容量、电芯内阻、电芯的开路电压、电芯的自放电率中的至少三种参数。
本发明的有益效果是：
本发明在经过电芯容量初步筛选以及性能参数筛选后，由于电芯成组后的电池组容量对库伦效率不一致性非常敏感，库伦效率不一致增加也会使耐久性的不一致性增加，而dQ/dV曲线可以更好地反映电池内部电化学的特征，其峰值电压参数可以更准确的反映电池组内部的衰退程度；因此，本发明还同时考虑电芯的库伦效率和dQ/dV曲线的最高峰值电压的一致性，可以有效提高配组电芯的性能一致性，从而提高电池组的容量利用率和使用寿命，克服现有技术中存在配组的电芯的性能一致性差的技术问题。
附图说明
图1是本发明中一种电芯一致性筛选方法的一具体实施例方法流程图；
图2是本发明中一种电芯一致性筛选方法中各电芯在恒流恒压条件下的dQ/dV曲线示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
一种电芯一致性筛选方法，参考图1，图1是本发明中一种电芯一致性筛选方法的一具体实施例方法流程图；包括：
S1、电芯容量初步筛选步骤：根据预设电芯容量对待筛选的多个电芯进行第一次筛选，以获得一次筛选电芯；
S2、性能参数筛选步骤：根据至少三种电芯的性能参数对一次筛选电芯进行第二次筛选，以获得二次筛选电芯；
S3、库伦效率筛选步骤：根据预设库伦效率和二次筛选电芯的库伦效率进行第三次筛选，以获得三次筛选电芯；
S4、dQ/dV曲线最高峰值筛选步骤：获取预设充电倍率下三次筛选电芯的dQ/dV曲线及dQ/dV曲线对应的最高峰值电压，根据预设最高峰值电压差和三次筛选电芯的最高峰值电压对三次筛选电芯进行一致性分组。
本发明在经过电芯容量初步筛选以及性能参数筛选后，由于电芯成组后的电池组容量对库伦效率不一致性非常敏感，库伦效率不一致增加也会使耐久性的不一致性增加，而dQ/dV曲线可以更好地反映电池内部电化学的特征，其峰值电压参数可以更准确的反映电池组内部的衰退程度；因此，本发明还同时考虑电芯的库伦效率和dQ/dV曲线的最高峰值电压的一致性，可以有效提高配组电芯的性能一致性，从而提高电池组的容量利用率和使用寿命，克服现有技术中存在配组的电芯的性能一致性差的技术问题。值得注意的是，本发明的筛选方法所指的待筛选的电芯可以是新鲜未使用的电芯，也可以是退役电芯，均可以实现对电芯的性能分组。同理，本实施例中所指电芯为动力电池的电芯，优选地，筛选方法对动力锂离子电池的电芯的筛选尤为有效。
下面对筛选方法进行具体说明：
S1、电芯容量初步筛选步骤：根据预设电芯容量对待筛选的多个电芯进行第一次筛选，以获得一次筛选电芯；其中，本实施例中，预设电芯容量为待筛选的这一批电芯的初始容量值的50％。
S2、性能参数筛选步骤：根据至少三种电芯的性能参数及对应的预设参数对一次筛选电芯进行第二次筛选，以获得二次筛选电芯。其中，电芯的性能参数包括电芯容量、电芯内阻、电芯的开路电压、电芯的自放电率中的至少三种参数。本实施例中，电芯的性能参数优选为电芯容量、电芯内阻和电芯的开路电压，对应的预设参数为预设电芯容量、预设电芯内阻和预设电芯开路电压。下面以电芯容量的筛选为例进行说明：
获取多个一次筛选电芯的电芯容量的标准差作为预设电芯容量；
获取电芯容量的标准差与每个一次筛选电芯的电芯容量之间的差值，根据差值与预设电芯容量对一次筛选电芯进行筛选，差值小于预设电芯容量的一次筛选电芯为合格电芯。
按照电芯容量的筛选方法，对一次筛选电芯的电芯内阻和电芯的开路电压进行筛选，经过三种性能参数的筛选留下的合格电芯即为二次筛选电芯。
S3、库伦效率筛选步骤：获取每个二次筛选电芯的多个库伦效率的平均值作为每个二次筛选电芯最终的库伦效率；其中，电芯的库伦效率的计算公式为：库伦效率＝放电容量/充电容量；本实施例中，充放电的循环次数不得少于10次，即对一个二次筛选电芯获取不少于10个的库伦效率以取平均获得该二次筛选电芯最终的库伦效率。
再根据所有二次筛选电芯最终的库伦效率获取它们的库伦效率标准差作为预设库伦效率。
最后获取二次筛选电芯最终的库伦效率和库伦效率标准差之间的差值，根据差值与预设库伦效率对二次筛选电芯进行第三次筛选，以获得三次筛选电芯，差值小于预设库伦效率的二次筛选电芯为合格电芯，即为三次筛选电芯。
S4、dQ/dV曲线最高峰值筛选步骤：
在同一预设充电倍率下对所有的三次筛选电芯进行恒流恒压充电以获取对应的dQ/dV曲线。其中，预设充电倍率包括0.05C、0.1C、0.2C、0.5C中的一种充电倍率，本实施例中，预设充电倍率优选0.05C；再获取每个dQ/dV曲线对应的最高峰值电压，根据预设最高峰值电压差和三次筛选电芯的最高峰值电压对三次筛选电芯进行一致性分组，其中，对于相同预设充电倍率下，两两之间的dQ/dV曲线对应的最高峰值电压的差值小于预设最高峰值电压差的三次筛选电芯为一组性能一致性良好的电芯，至此，完成对电芯的分组。
与现有技术相比，本发明提出的筛选方法在经过容量、内阻以及开路电压的一致筛选后，同时考虑电芯的库伦效率和dQ/dV曲线峰值电压的一致性，可以提高配组电芯性能的一致性，从而提高电池组的容量利用率和使用寿命。
为了进一步具体说明本发明的筛选方法，以退役电芯的筛选为例做说明：
取得10个从新能源汽车上退役后的锂离子电芯，电芯的初始容量为20Ah，则预设电芯容量为20*50％＝10Ah，从数字1-10分别对其进行编号。通过以下步骤对这10个退役电芯进行梯次利用筛选。
(1)取得10个电芯的容量、内阻和开路电压三个参数值，如表1所示，则根据预设电芯容量可以剔除掉容量小于10Ah的3号和7号电芯。
(2)计算剩余8个电芯的容量、内阻和开路电压的标准差，剔除掉参数值差值(参数值差值为每个电芯的性能参数与对应标准差的差值，以容量为例，则容量差值为电芯容量减去容量标准差的数值)大于标准差的电芯。根据容量差值剔除掉1号、4号和10号电芯；根据内阻差值剔除掉1号、4号、6号、10号电芯；根据开路电压差值剔除掉1号、4号、6号、10号电芯。最终留下2号、5号、8号和9号电芯作下一步筛选。
(3)对2号、5号、8号和9号电芯进行1C恒流充放电循环10次，得到10次循环的平均库伦效率，如表1所示。根据2号、5号、8号和9号电芯的平均库伦效率计算库伦效率标准差，再计算每个电芯的平均库伦效率与库伦效率标准差之间的差值，剔除掉差值大于库伦效率标准差的电芯，最终留下2号、5号和8号电芯作下一步筛选。
(4)对2号、5号和8号电芯进行0.05C恒流恒压充电，测量一组电压dV和dQ，电压值每隔10mV取一个dQ/dV值，以电压V为横轴、dQ/dV为纵轴作图，dQ/dV曲线的电压值变化范围为3.3V-3.5V，得到恒流-恒压条件下的dQ/dV曲线，如图2所示，图2是本发明中一种电芯一致性筛选方法中各电芯在恒流恒压条件下的dQ/dV曲线示意图。根据dQ/dV曲线取得dQ/dV曲线在最高峰值时的电压值，选择两两之间的最高峰值电压值的差值均小于10mV的电芯为一组，则可剔除掉8号电芯，最终将2号和5号电芯筛选为一组。
表1、实施例1的退役电芯的各项参数值
| 编号 | 容量/Ah | 内阻/mΩ | 开路电压/V | 平均库伦效率/％ |
| 1 | 15.5 | 1.28 | 4.05 | |
| 2 | 14.2 | 2.10 | 3.98 | 97.75 |
| 3 | 8.9 | -- | -- | |
| 4 | 10.5 | 2.73 | 3.77 | |
| 5 | 13.6 | 2.06 | 3.99 | 97.30 |
| 6 | 13.8 | 1.45 | 3.84 | |
| 7 | 7.3 | -- | -- | |
| 8 | 12.7 | 1.93 | 3.95 | 97.90 |
| 9 | 14.0 | 1.61 | 3.94 | 95.85 |
| 10 | 11.2 | 2.35 | 4.10 |
实施例2
基于实施例1提供实施例2，实施例提出一种电芯一致性筛选系统，包括：
电芯容量初步筛选模块，用于根据预设电芯容量对待筛选的多个电芯进行第一次筛选，以获得一次筛选电芯；
性能参数筛选模块，用于根据至少三种电芯的性能参数对一次筛选电芯进行第二次筛选，以获得二次筛选电芯；其中，电芯的性能参数包括电芯容量、电芯内阻、电芯的开路电压、电芯的自放电率中的至少三种参数；
库伦效率筛选模块，用于根据预设库伦效率和二次筛选电芯的库伦效率进行第三次筛选，以获得三次筛选电芯；
dQ/dV曲线最高峰值筛选模块，用于获取预设充电倍率下三次筛选电芯的dQ/dV曲线及dQ/dV曲线对应的最高峰值电压，根据预设最高峰值电压差和三次筛选电芯的最高峰值电压对三次筛选电芯进行一致性分组。
电芯一致性筛选系统的具体工作过程参照实施例1中对电芯一致性筛选方法的描述，不再赘述。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (7)
1.一种电芯一致性筛选方法，其特征在于，包括：
电芯容量初步筛选步骤：根据预设电芯容量对待筛选的多个电芯进行第一次筛选，以获得一次筛选电芯；
性能参数筛选步骤：根据至少三种电芯的性能参数对所述一次筛选电芯进行第二次筛选，以获得二次筛选电芯；
库伦效率筛选步骤：根据预设库伦效率和所述二次筛选电芯的库伦效率进行第三次筛选，以获得三次筛选电芯；
dQ/dV曲线最高峰值筛选步骤：获取预设充电倍率下所述三次筛选电芯的dQ/dV曲线及dQ/dV曲线对应的最高峰值时的电压值，根据预设的两两之间的dQ/dV曲线对应的最高峰值时的电压值的差值和所述三次筛选电芯的dQ/dV曲线对应的最高峰值时的电压值对所述三次筛选电芯进行一致性分组；
所述dQ/dV曲线通过在预设充电倍率下对所述三次筛选电芯进行恒流恒压充电得到。
2.根据权利要求1所述的电芯一致性筛选方法，其特征在于，所述电芯的性能参数包括电芯容量、电芯内阻、电芯的开路电压和电芯的自放电率。
3.根据权利要求1所述的电芯一致性筛选方法，其特征在于，所述性能参数筛选步骤包括：
根据至少三种电芯的性能参数及对应的预设参数对所述一次筛选电芯进行第二次筛选，以获得二次筛选电芯。
4.根据权利要求1至3任一项所述的电芯一致性筛选方法，其特征在于，所述预设充电倍率包括0.05C、0.1C、0.2C、0.5C中的一种充电倍率。
5.根据权利要求1至3任一项所述的电芯一致性筛选方法，其特征在于，所述预设电芯容量包括待筛选电芯的初始容量值的50%。
6.一种电芯一致性筛选系统，其特征在于，包括：
电芯容量初步筛选模块，用于根据预设电芯容量对待筛选的多个电芯进行第一次筛选，以获得一次筛选电芯；
性能参数筛选模块，用于根据至少三种电芯的性能参数对所述一次筛选电芯进行第二次筛选，以获得二次筛选电芯；
库伦效率筛选模块，用于根据预设库伦效率和所述二次筛选电芯的库伦效率进行第三次筛选，以获得三次筛选电芯；
dQ/dV曲线最高峰值筛选模块，用于获取预设充电倍率下所述三次筛选电芯的dQ/dV曲线及dQ/dV曲线对应的最高峰值时的电压值，根据预设的两两之间的dQ/dV曲线对应的最高峰值时的电压值的差值和所述三次筛选电芯的dQ/dV曲线对应的最高峰值时的电压值对所述三次筛选电芯进行一致性分组。
7.根据权利要求6所述的电芯一致性筛选系统，其特征在于，所述电芯的性能参数包括电芯容量、电芯内阻、电芯的开路电压和电芯的自放电率。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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