CN110548702B - 一种功率型锂电池一致性筛选方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种功率型锂电池一致性筛选方法，包括以下步骤：(1)对同一批电池进行容量一致性筛选，并补电至相同初始电压，(2)将步骤(1)电池串联成组，按照“恒流充电－搁置－恒功率放电”进行测试，(3)计算所有电池“恒流充电”和“搁置”两工步之间的电压差值△U；以及去掉异常电池后，再次计算△U的平均值
剔除电压差超过
范围的电池，(4)同一坐标系中绘制每支电池的△V‑I曲线，选定曲线重合度高的电池作为参比电池，剔除电压变化速率大于参比电池5mV/s的电池。本发明通过对电池进行筛选，能够将大功率输出时极化内阻离散性较大的锂电池筛选出来，方法简单灵敏，对电池损害小。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种功率型锂电池一致性筛选方法。
背景技术
近年来，随着环境污染的加剧，新能源受到了广泛的关注。锂电池作为一种新能源储能方式，广泛应用于电动汽车、无人机、储能电站等领域。由于电池制备工艺、设备自动化程度的不同，单体电池性能有微小的差异性，这种差异性会在电池串并联后，随着使用次数的增加而逐渐增大。特别是功率型锂电池，因电池输出功率大，大电流输出时，电池的极化内阻会严重影响电池的输出功率，因而锂电池极化内阻一致性筛选问题是一项非常重要的工作。
目前电池筛选的方法主要分为静态一致性筛选、动态一致性筛选等。如专利CN101907688 B对电池按照容量、自放电、直流内阻进行静态筛选；专利CN 103316852 B增加了对电池放电平台电压的动态筛选；专利CN 109254249 A依据电池脉冲放电过程中电压差进行动态筛选；以上方法筛选出的电池获得了很好的一致性。但是随放电电流的增大，电池的极化程度也随之而增大，以上常规筛选方法已不能完全满足功率型锂电池的筛选要求。
目前功率型电池一致性筛选常规方法为测定不同电流下电池的放电曲线，此方法可以筛选出一致性好的锂电池，然而方法较为复杂。专利CN 107020251 B提供一种根据倍率极化值进行筛选高功率电池的方法，该方法提高了对单体电池及电池组的自放电率差异性的测试精确度，从而实现更有效的筛选。然而此方法仅考虑相同电流条件下的极化值，无法将不同电池极化内阻的微小差异充分反应出来。
发明内容
本发明提出了一种功率型锂电池一致性筛选方法，能够将电池微小极化差异简单准确筛选出来，对提高电池的一致性具有重要的意义
实现本发明的技术方案是：
一种功率型锂电池一致性筛选方法，包含以下步骤：
S1：对待筛选的同一批次电池进行容量一致性的筛选，并补电至相同初始电压；
S2：将满足S1步骤的电池串联成组，然后按照“恒流充电－搁置－恒功率放电”的方法对电池进行测试，步骤如下：
(a)将电池组以恒定电流I充电至电压上限，记录各单体电池充电结束电压,，记作U；
(b)搁置一段时间T，记录各单体电池搁置结束时的电压，记作U’；
(c)将步骤(b)电池组恒功率P放电至电压下限，记录每间隔t秒的电压值Ui及电流值Ii；
S3：对测试后对电池进行充电极化筛选，通过公式△U＝(U-U’)，计算每支电池的极化电压△U，以及去掉异常电池后，再次计算剩余各极化电压的平均值
筛选出电压差在
范围内的电池；
S4：对S3步骤电池进行放电极化筛选，方法为：步骤(c)中，计算单体电池的电压变化速率△Vi，在同一坐标系中绘制每支电池的△V-I曲线，选定曲线重合度高的电池作为参比电池，得到极化内阻一致性好的电池。
S1步骤筛选出合格电池的容量范围为99-101％C0，其中C0为电池初始容量；单体电池的初始电压为3.20-3.75V，各单体电池之间初始电压差值不超过2mV。
所述步骤(a)中恒定电流I为1.0-2.0C，步骤(b)中搁置时间T为3-6h。
所述步骤(c)中δ为阈值，δ的范围为电压差平均值
的3％。
所述步骤(c)中恒功率P为(30-80％)*N*Pmax，其中N为单体电池个数，Pmax为单体电池的最大输出功率。
单体电池以最大电流进行放电时，取第5秒的功率值为单体电池的最大输出功率为Pmax。
所述步骤(c)中电压时间间隔t的范围为0.5-3秒。
步骤S4中任意一支电池第i个时间间隔的电压变化速率△Vi＝∣U(i+1)-Ui∣/t，其中i＝1,2,3，……。
步骤S4剔除电压变化速率大于参比电池5mV/s的电池，得到极化内阻一致性好的电池。
本发明的有益效果是：
(1)充电极化筛选，充电过程一致性高。通过测定“恒流充电-搁置”两步的电压差，剔除充电过程中极化电压不一致的电池，有利于提高电池充电一致性。
(2)恒功率放电过程极化筛选，灵敏度高，对电池损伤小。由于功率型电池工作输出功率大，采用倍率放电筛选法进行筛选时，筛选倍率很难选取。小倍率筛选不易将极化内阻相差很小的电池筛选出来，大倍率筛选容易对电池造成不可逆的损伤，恒功率放电筛选法则将电池放电过程的极化逐渐增大，容易将放电极化内阻离散型较大的电池筛选出来，方法简单灵敏，对电池损伤小。
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为本发明实施例的电池筛选方法的流程图。
图2为电池恒功率放电电压变化速率图。
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。
实施例1
S1：容量筛选：
选取设计容量16Ah，最大输出功率Pmax为900W的功率型钴酸锂电池为研究对象，恒流16A充电至电压上限4.2V，然后4.2V恒压充至截止电流0.32A；搁置20min后，转恒流16A放电至3V，搁置20min停止。按照以上方法循环3周，以单体电池第3周的放电容量C0作为筛选的初始容量值，筛选出容量在99％-100％C0范围内的单体电池为串联成组的对象。
将各电池以16A进行恒流放电，放电至电压下限3V，然后恒流16A充电至3.75V，然后恒压3.75V充电至截止电流0.32A，搁置3h后测定各单体电池电压，选取电压相差小于2mV的12支电池作为研究对象。
S2：“恒流充电-搁置-恒功率放电”测试，具备步骤如下：
(1)将容量筛选合格、初始电压差值小于2mV的电池串联成组，然后恒电流16A充电至截止电压50.4V，记录各单体电池的电压U1，U2，U3，……，U12，
(2)步骤(1)电池搁置4h，记录搁置结束时各单体电池电压U’1，U’2，U’3，……，U’12；
(3)搁置结束的电池组以恒功率3550W放电至截止电压39.6V，记录各单体电池每间隔1秒的电压变化速率△Vi及电流Ii；
S3：充电极化筛选：
根据公式△U＝(Ui-U’i)算得每支电池充电极化电压，然后求其平均值
然后按照
进行第一次筛选，剔除不在范围内的单体电池；
S4：放电极化筛选：
根据公式△Vi＝∣U(i+1)-Ui∣/t，其中i＝1,2,3，……，12，算得S3步骤中剩余11支电池的电压变化速率，在同一坐标系内绘制其中5支电池的△V-I曲线图，选定2#电池为参比电池，剔除电压变化速率大于参比电池5mV的1#电池。
实施例2
S1：容量筛选：
选取设计容量16Ah，最大输出功率Pmax为900W的功率型钴酸锂电池为研究对象，恒流16A充电至电压上限4.2V，然后4.2V恒压充至截止电流0.32A；搁置20min后，转恒流16A放电至3V，搁置20min停止。按照以上方法循环3周，以单体电池第3周的放电容量C0作为筛选的初始容量值，筛选出容量在100-101％C0范围内的单体电池。
将各电池以16A进行恒流放电，放电至电压下限3V，然后恒流16A充电至3.75V，然后恒压3.75V充电至截止电流0.32A，搁置6h后测定各单体电池电压，选取电压相差小于2mV的12支电池作为串联成组的对象。
S2：“恒流充电-搁置-恒功率放电”测试，具备步骤如下：
(3)将容量筛选合格、初始电压差值小于2mV的电池串联成组，然后恒电流32A充电至电压上限50.4V，记录各单体电池的电压U1，U2，U3，……，U12，
(4)步骤(1)电池搁置6h，记录搁置结束时各单体电池电压U’1，U’2，U’3，……，U’12；
(3)搁置结束的电池组以恒功率8640W放电至截止电压39.6V，记录各单体电池每间隔0.5秒的电压变化速率△Vi及电流Ii；
S3：充电极化筛选：
根据公式△U＝(Ui-U’i)算得每支电池充电极化电压，然后求其平均值
然后按照
进行第一次筛选，剔除不在范围内的单体电池；
S4：放电极化筛选：
根据公式△Vi＝∣U(i+1)-Ui∣/t，其中i＝1,2,3，……，12，算得S3步骤中合格电池的电压变化速率，在同一坐标系内绘制△V-I曲线图，选定参比电池，剔除电压变化速率大于参比电池5mV的电池。
实施例3
S1：容量筛选：
选取设计容量15Ah，最大输出功率Pmax为720W的功率型磷酸铁锂电池为研究对象，恒流15A充电至电压上限3.7V，然后3.7V恒压充至截止电流0.3A；搁置20min后，转恒流15A放电至2.5V，搁置20min停止。按照以上方法循环3周，以单体电池第3周的放电容量C0作为筛选的初始容量值，筛选出容量在99-101％C0范围内的单体电池。
将各电池以15A进行恒流放电，放电至电压下限2.5V，然后恒流15A充电至3.25V，然后恒压3.25V充电至截止电流0.3A，搁置6h后测定各单体电池电压，选取电压相差小于2mV的12支电池作为串联成组的对象。
S2：“恒流充电-搁置-恒功率放电”测试，具备步骤如下：
(5)将容量筛选合格、初始电压差值小于2mV的电池串联成组，然后恒电流15A充电至电压上限44.4V，记录各单体电池的电压U1，U2，U3，……，U12，
(6)步骤(1)电池搁置6h，记录搁置结束时各单体电池电压U’1，U’2，U’3，……，U’12；
(3)搁置结束的电池组以恒功率4320W放电至截止电压30V，记录各单体电池每间隔3秒的电压变化速率△Vi及电流Ii；
S3：充电极化筛选：
根据公式△U＝(Ui-U’i)算得每支电池充电极化电压，然后求其平均值
然后按照
进行第一次筛选，剔除不在范围内的单体电池；
S4：放电极化筛选：
根据公式△Vi＝∣U(i+1)-Ui∣/t，其中i＝1,2,3，……，12，算得S3步骤中合格电池的电压变化速率，在同一坐标系内绘制△V-I曲线图，选定参比电池，剔除电压变化速率大于参比电池5mV的电池。
表1.功率型钴酸锂电池充电过程极化电压相关数据表
由表1可知，实施例1中钴酸锂电池充电极化电压的平均值为86.03mV，因5#电池极化电压超过阈值(3％)，因而将5#电池从电池组中剔除。从图2可以看出，恒功率放电前期，电池组中各单体电池的电压变化速率相差很小，很难将极化大的电池筛选出来，随着放电电流的增大，电池电压变化速率离散性逐渐增强，因电池2#，4#，6#曲线重合度高，选取位于中心位置的2#电池作为参比电池，剔除放电曲线离散度较高的1#电池。
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 (9)
1.一种功率型锂电池一致性筛选方法，其特征在于包含以下步骤：
S1：对待筛选的同一批次电池进行容量一致性的筛选，并补电至相同初始电压；
S2：将满足S1步骤的电池串联成组，然后按照“恒流充电－搁置－恒功率放电”的方法对电池进行测试，步骤如下：
(a)将电池组以恒定电流I充电至电压上限，记录各单体电池充电结束电压，记作U；
(b)搁置一段时间T，记录各单体电池搁置结束时的电压，记作U’；
(c)将步骤(b)电池组恒功率P放电至电压下限，记录每间隔t秒的电压值Ui及电流值Ii；
S3：对测试后对电池进行充电极化筛选，通过公式△U＝(U-U’)，计算每支电池的极化电压△U，以及去掉异常电池后，再次计算剩余各极化电压的平均值
筛选出极化电压在
范围内的电池；
S4：对S3步骤电池进行放电极化筛选，方法为：步骤(c)中，计算单体电池的电压变化速率△Vi，在同一坐标系中绘制每支电池的△V-I曲线，选定曲线重合度高的电池作为参比电池，得到极化内阻一致性好的电池。
2.根据权利要求1所述的功率型锂电池一致性筛选方法，其特征在于：S1步骤筛选出合格电池的容量范围为99-101％C0，其中C0为电池初始容量；单体电池的初始电压为3.20-3.75V，各单体电池之间初始电压差值不超过2mV。
3.根据权利要求1所述的功率型锂电池一致性筛选方法，其特征在于：所述步骤(a)中恒定电流I为1.0-2.0C，步骤(b)中搁置时间T为3-6h。
4.根据权利要求1所述的功率型锂电池一致性筛选方法，其特征在于：所述步骤(c)中δ为阈值，δ的范围为电压差平均值
的3％。
5.根据权利要求1所述的功率型锂电池一致性筛选方法，其特征在于：所述步骤(c)中恒功率P为(30-80％)*N*Pmax，其中N为单体电池个数，Pmax为单体电池的最大输出功率。
6.根据权利要求5所述的功率型锂电池一致性筛选方法，其特征在于：单体电池以最大电流进行放电时，取第5秒的功率值为单体电池的最大输出功率为Pmax。
7.根据权利要求1所述的功率型锂电池一致性筛选方法，其特征在于：所述步骤(c)中电压时间间隔t的范围为0.5-3秒。
8.根据权利要求1所述的功率型锂电池一致性筛选方法，其特征在于：步骤S4中任意一支电池第i个时间间隔的电压变化速率△Vi＝∣U(i+1)-Ui∣/t，其中i＝1,2,3，……。
9.根据权利要求1所述的功率型锂电池一致性筛选方法，其特征在于：步骤S4剔除电压变化速率大于参比电池5mV/s的电池，得到极化内阻一致性好的电池。
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