CN110459825B - 一种高倍率软包锂电池配组方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高倍率软包锂电池配组方法，包括以下步骤：（1）从初步筛选的电池中挑选出N个锂电池，按照容量从低到高排序，并按照顺序分别编号；（2）将步骤（1）中电池按照编号的奇偶性分成奇数组与偶数组；（3）将奇数组与偶数组按照直流内阻DCR与容量综合排序法进行排序；（4）将奇数组电池按编号从电池组首端往后依次放置，以及偶数组电池按照编号从电池组尾端开始依次向前放置。通过此方法可以减小单体电池在实际使用过程中因电池组不同位置温度差异，引起的电池容量衰减快慢不一致的问题，同时有利于直流内阻偏大的电池散热，电池组中单体电池的一致性和使用寿命均可得到提高。

Description

一种高倍率软包锂电池配组方法

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种高倍率软包锂电池配组方法。

背景技术

因制备过程中原材料、制造工艺、生产设备及环境的差异，锂离子电池性能会存在差异，此差异造成电池串联后电池组性能的下降。高倍率锂电池因放电电流大，单体电池微小的差异就会对电池组的一致性及寿命产生很大的影响。因而电池的配组技术，对提高电池组的一致性及寿命至关重要。

现有配组技术主要根据锂电池静态参数、动态参数等进行配组，并且取得了非常好的效果。如中国专利CN 101907688 B采用容量、低温直流内阻筛选一致性好的单体电池；中国专利CN 103316852 B采用容量及平均电压值进行单体电池的筛选，能够快速准确地筛选出一致性较高的电池。此外仍有大量配组方法，用于提高电池组的一致性和寿命，如中国专利CN 104103866 B给出一种以高低容量互补来减少了每一并联小组之间的容量差的配组方法。中国专利CN 104577226 B报道了一种通过多次筛选，然后进行串联制备电池组的配组方法，大大提高了电池组的使用寿命，降低了电池的使用成本。

以上方法虽然可一定程度上提高单体电池的一致性和电池组的使用寿命，但是仅从电池静态和动态的一致性方面分选配组，忽略了电池组内部不同位置的单体电池所处环境的差异。如高倍率电池组不同位置单体电池散热的难易程度存在差异，表现为靠近边缘的电池散热容易，受热影响较小，靠近中心位置散热最困难，受温度影响最大。由于高倍率电池放电电流大，长时间使用电池组表面温度能达到70℃以上，高温会造成单体电池电解液分解、负极表面SEI膜变厚，容量衰减加快等问题。因而电池组中单体电池位置的差异会造成电池靠近中间位置电池容量衰减速率大于靠近边缘位置电池衰减速率，长期循环使用会使电池的一致性越来越差，使用寿命也将降低。目前针对电池组组内排列的研究却很少报道，因而加大对电池组内各单体电池的排列方法的研究具有重要的意义。

发明内容

本发明提出了一种高倍率软包锂电池配组方法，对电池组重新进行排列，增加电池的一致性和使用寿命。

实现本发明的技术方案是：

一种高倍率软包锂电池配组方法，所述锂电池由N个单体电池串联成组的电池模块，具体配组方法如下：

(1)将选取的N个单体电池按照容量由低到高进行升序排列，并分别进行编号为n_i，其中i为大于等于1的整数；

(2)将步骤(1)电池按照编号的奇偶性分成奇数组和偶数组，并将奇数组编号为A，偶数组编号为B；

(3)将奇数组电池按照容量及直流内阻DCR再次进行排序，将排序后的奇数组电池从电池组的首端1号位依次向后放入；

(4)将偶数组电池按照容量及直流内阻DCR再次进行排序，将排序后的偶数组电池从电池组的末端第N号位依次向前放入。

当N为偶数时，配组方法如下：

a1)奇数组电池编号为A₁、A₂、A₃、……、A_N/2，偶数组编号为B₁、B₂、B₃、……、B_N/2；

a2)将步骤a1)所述奇数组和偶数组的电池按照容量及直流内阻DCR再次进行排序，并再次进行编号，奇数组序号为A₁₁、A₂₂、A₃₃、……、A_N/2N/2；偶数组序号为B₁₁、B₂₂、B₃₃、……、B_N/2N/2；

a3)将步骤a2)中奇数组序号为A₁₁的电池对应放入电池组的首端1号位，序号A₂₂的电池放入电池组的2号位，A₃₃电池放入电池组的3号位，以此类推，A_N/2N/2电池放入电池组的第N/2号位；

a4)将偶数组B₁₁电池对应放入电池组的末端第N号位，B₂₂电池对应放入电池组的第(N-1)号位，B₃₃电池对应放入电池组的第(N-2)号位，以此类推，B_N/2N/2电池放入电池组的第(N/2)+1号位。

当N为奇数时，配组方法如下：

b1)奇数组电池编号为A₁、A₂、A₃、……、A_(N+1)/2，偶数组编号为B₁、B₂、B₃、……、B_(N-1)/2；

b2)将步骤b1)所述奇数组和偶数组的电池按照容量及直流内阻DCR再次进行排序，并再次进行编号，奇数组序号为A₁₁、A₂₂、A₃₃、……、A_{(N+1)/2(N+1)/2}；偶数组序号为B₁₁、B₂₂、B₃₃、……、B_{(N-1)/2(N-1)/2}；

b3)将步骤b2)中奇数组序号为A₁₁的电池对应放入电池组的首端1号位，序号A₂₂的电池放入电池组的2号位，A₃₃电池放入电池组的3号位，以此类推，将A_{(N+1)/2(N+1)/2}电池放入电池组的第(N+1)/2号位；

b4)将偶数组B₁₁电池对应放入电池组的末端第N号位，B₂₂电池对应放入电池组的第(N-1)号位，B₃₃电池对应放入电池组的第(N-2)号位，以此类推，B_{(N-1)/2(N-1)/2}电池放入电池组的第(N+1)/2+1号位；

对于任意整数N，奇数组容量及直流内阻DCR排序方法为：

S1：若DCR_Ai＜(1+x)·DCR_A(i-1)，或DCR_Ai≥(1+x)·DCR_A(i-1)，且满足C_Ai≥(1+y)·C_A(i-1)时，A_i与A_(i-1)位置保持不变；其中DCR_Ai表示编号为A_i电池的直流内阻，DCR_A(i-1)表示编号为A_(i-1)电池的直流内阻；其中C_Ai表示编号为A_i电池的容量，C_A(i-1)表示编号为A_(i-1)电池的容量；

若DCR_Ai≥(1+x)·DCR_A(i-1)，且满足C_Ai＜(1+y)·C_A(i-1)时，A_i与A_(i-1)换位；

S2：若电池A_i与A_(i-1)换位，则A_i的直流内阻按照上述S1方法与A_i-2进行对比，并判断A_i是否与A_(i-2)进行换位；

S3：重复以上步骤，直至Ai与A_(i-j)的直流内阻差值在x以内，容量差值在y以内，其中j为小于i的整数，其中x范围为0.01％-4％，y范围为0.01％-5％。

对于任意N，所述容量及直流内阻DCR排序方法同样适用于偶数组。

本发明的有益效果是：(1)从电池组的首尾两端向中心，单体电池容量按照由低到高依次排列，形成中心位置容量高，两端低的电池排列状态，减少了高温对低容量电池的影响；(2)本发明还充分考虑了电池的直流内阻引起的发热问题。在特点(1)排序的基础上，将某些直流内阻偏大，容量与临近位置相差不大的电池，有规律地靠近电池组的外侧放置，有利于电池的散热。本发明方法可一定程度上减小高温对电池不利的影响，提高了电池的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是电池组配组的流程图。

图2是本发明典型电池组位置序号及电池编号放置图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为保证实施例与对比例电池容量的一致性，选取筛选合格的24支标称容量为16Ah的单体电池，按照容量升序进行排序，按照奇偶性平均分成两组，每组12支单体电池。

实施例1

一种高倍率软包锂电池串联成组的方法，其配组方法如下：

1.取其中一组电池为研究对象，按照容量由低到高进行升序排列，并分别进行编号为1，2，3，……，11，12；

2.将步骤(1)所述电池按照编号的奇偶性分成奇数组和偶数组；其中奇数组电池编号为A₁、A₂、A₃、……、A₆，偶数组编号为B₁、B₂、B₃、……、B₆；

3.将步骤(2)所述奇数组和偶数组的电池按照相临电池直流内阻DCR差值x％为2％，容量差值y在1％以内，分完组后的电池编号及排序见表1；

4.将步骤3中排号序的电池在超声波点焊机上进行转镍，并进行串联成组。电池组的成组顺序如下：序号为A₁₁的电池对应放入电池组的首端1号位，序号A₂₂的电池放入电池组的2号位，A₃₃电池放入电池组的3号位，……，A₆₆电池放入电池组的第6号位；B₁₁电池对应放入电池组的末端第12号位，B₂₂电池对应放入电池组的第11号位，B₃₃电池对应放入电池组的第10号位，……，B₆₆电池放入电池组的第7号位。

5.将电池组在电池组测试柜上进行16A恒流充电至25.2V，然后恒压25.2V充至截止电流0.32A，搁置30min，恒流80A放电至截止电压21V，每隔1S记录一次数据，记录电池放电结束时刻的各单体电池电压，算出第1-3圈，第99-101圈电池的最大电压差，然后求出平均值△U_1-3、△U_99-101。

对比例1

1.取另外一组(12支)容量为16Ah的电池，将电池在超声波点焊机上进行转镍，随机进行串联成组，得到12串的电池组。

2.将电池组在电池组测试柜上进行16A恒流充电至25.2V，然后恒压25.2V充至截止电流0.32A，搁置30min，恒流80A放电至截止电压21V，每隔1S记录一次数据，记录电池放电结束时刻的各单体电池电压，算出第1-3圈、第99-101圈电池的最大电压差，然后求出平均值△U_1-3、△U_99-101。

表1.各电池相关信息表

表1为电池的编号及所在电池组位置分配情况，通过实施例1及对比例1的测试，实施例1中第1-3圈循环后的最大电压差为52.9mV，第99-101圈循环后的最大电压差为73.5mV；对比例1中第1-3圈循环后最大电压差为55.3mV，第99-101圈循环后的最大电压差为84.6mV。由此可看出，经过100次的循环后，对比例1单体电池最大电压差增大29.3mV，实施例1仅增加20.6mV，因而实施例1电池组一致性优于对比例1电池组的一致性。实施例1中第100圈容量保持率为95.6％，对比例1中第100圈容量保持率为94.8％，因而本发明方法能够有效的解决串联电池组使用过程中的一致性问题，提高电池组的使用寿命。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种高倍率软包锂电池配组方法，其特征在于，所述锂电池为 由N个单体电池串联成组的电池模块，具体配组方法如下：

（1）将选取的N个单体电池按照容量由低到高进行升序排列，并分别进行编号为n_i，其中i为大于等于1的整数；

（2）将步骤（1）电池按照编号的奇偶性分成奇数组和偶数组，并将奇数组编号为A，偶数组编号为B；

（3）将奇数组电池按照容量及直流内阻DCR再次进行排序，将排序后的奇数组电池从电池组的首端1号位依次向后放入；

（4）将偶数组电池按照容量及直流内阻DCR再次进行排序，将排序后的偶数组电池从电池组的末端第N号位依次向前放入；

对于任意整数N，奇数组容量及直流内阻DCR排序方法为：

S1：若

，或

，且满足

时，A_i与A_（i-1）位置保持不变；其中DCR_Ai表示编号为A_i电池的直流内阻，DCR_A（i-1）表示编号为A_（i-1）电池的直流内阻；其中C_Ai表示编号为A_i电池的容量，C_A（i-1）表示编号为A_（i-1）电池的容量；

若

，且

满足时，A_i与A_（i-1）换位；

S2：若

电池A_i与A_（i-1）换位，则A_i的直流内阻按照上述S1方法与A_i-2进行对比，并判断A_i是否与A_（i-2）进行换位；

S3：重复以上步骤，直至Ai与A_（i-j）的直流内阻差值在x以内，容量差值在y以内，其中j为小于i的整数，其中x范围为0.01%-4%，y范围为0.01%-5%；

对于任意N，所述容量及直流内阻DCR排序方法同样适用于偶数组。

2.根据权利要求1所述的高倍率软包锂电池配组方法，其特征在于，当N为偶数时，配组方法如下：

a1）奇数组电池编号为A₁、A₂、A₃、……、A_N/2，偶数组编号为B₁、B₂、B₃、……、B_N/2；

a2）将步骤a1）所述奇数组和偶数组的电池按照容量及直流内阻DCR再次进行排序，并再次进行编号，奇数组序号为A₁₁、A₂₂、A₃₃、……、A_{N/2 N/2}；偶数组序号为B₁₁、B₂₂、B₃₃、……、B_{N/2 N/2}；

a3）将步骤a2）中奇数组序号为A₁₁的电池对应放入电池组的首端1号位，序号A₂₂的电池放入电池组的2号位，A₃₃电池放入电池组的3号位，以此类推，A_{N/2 N/2}电池放入电池组的第N/2号位；

a4）将偶数组B₁₁电池对应放入电池组的末端第N号位，B₂₂电池对应放入电池组的第（N-1）号位，B₃₃电池对应放入电池组的第（N-2）号位，以此类推，B_{N/2 N/2}电池放入电池组的第（N/2）+1号位。

3.根据权利要求1所述的高倍率软包锂电池配组方法，其特征在于，当N为奇数时，配组方法如下：

b1）奇数组电池编号为A₁、A₂、A₃、……、A_（N+1）/2，偶数组编号为B₁、B₂、B₃、……、B_（N-1）/2；

b2）将步骤b1）所述奇数组和偶数组的电池按照容量及直流内阻DCR再次进行排序，并再次进行编号，奇数组序号为A₁₁、A₂₂、A₃₃、……、A_{（N+1）/2（N+1）/2}；偶数组序号为B₁₁、B₂₂、B₃₃、……、B_{（N-1）/2（N-1）/2}；

b3）将步骤b2）中奇数组序号为A₁₁的电池对应放入电池组的首端1号位，序号A₂₂的电池放入电池组的2号位，A₃₃电池放入电池组的3号位，以此类推，将A_{（N+1）/2（N+1）/2}电池放入电池组的第（N+1）/2号位；

b4）将偶数组B₁₁电池对应放入电池组的末端第N号位，B₂₂电池对应放入电池组的第（N-1）号位，B₃₃电池对应放入电池组的第（N-2）号位，以此类推，B_{（N-1）/2（N-1）/2}电池放入电池组的第（N+1）/2+1号位。

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