CN110780220B

CN110780220B - 一种动力电源选群方法

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Publication number: CN110780220B
Application number: CN201911077921.7A
Authority: CN
Inventors: 戴飞; 包华清; 谈益
Original assignee: Zhejiang Guojing Purification Technology Co ltd
Current assignee: Zhejiang Guojing Purification Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2019-11-06
Filing date: 2019-11-06
Publication date: 2021-10-29
Anticipated expiration: 2039-11-06
Also published as: CN110780220A

Abstract

本发明提供了一种动力电源的选群方法，通过分别测量单体电源在相同电流下的温度增加速度、容量下降速度，从而在容量相同的电源组成的组中挑选出温度和输出性能相近的单体电源，提高电源模块中单体电源输出的一致性，从而有利于电源模块的温度以及输出的控制与管理，延长电源模块的寿命。

Description

一种动力电源选群方法

技术领域

本发明涉及动力电源技术领域，特别是涉及一种动力电源选群方法。

背景技术

随着动力电源(尤其是锂电源)技术的快速发展，动力电源作为动力汽车能量核心、储能电源亦开始得到大量应用。对于大功率的动力电源，通常将若干个单体电源串联或并联形成电源模块，共同工作，电源模块中由于多个单体电源的情况不同，因此在工作运行中，每个单体电源的发热程度与输出能力也不尽相同，从而为电源模块的输出及温度管理带来很大的挑战，使得温度与输出管理系统复杂化的同时，也带来了成本的提高。同时，由于各单体电源的温控和输出能力不同，因此，随着工作时间的延长，电源模块整体的温升和输出会严重不平衡，从而影响整个电源模块的正常工作。

发明内容

本发明提供了一种动力电源选群方法，通过分别测量单体电源在相同电流下的温度增加速度、容量下降速度，从而在容量相同的电源模块成的组中挑选出温度和输出性能相近的单体电源，提高电源模块中单体电源输出的一致性，从而有利于电源模块的温度以及输出的控制与管理，延长电源模块的寿命。

具体的方案如下：

一种动力电源选群方法，其包括以下步骤：

1)、将容量差在第一阈值以内的单体电源，以10-30mA的电流充电10-15小时，同时同步测量单体电源温度，对温度增加量进行时间归一化，获得温度增加速度dΔT+/dΔt；

2)、静置0.5-1h，将温度增加速度在第二阈值以内的单体电源进行一次选群；

3)、将上述一次选群后在同一选群内的单体电源充电至饱和，以10-30mA的电流放电10-15小时，同时同步测量单体电源SOC(％)，对SOC减少量进行时间归一化，获得SOC下降速度dΔSOC-/dΔt；

4)、静置0.5-1h，将SOC下降速度在第三阈值以内的单体电源进行二次选群。

进一步的，所述第一阈值为1-3％。

进一步的，所述第二阈值为2-8％。

进一步的，所述第三阈值为3-6％。

进一步的，所述步骤1的电流为10mA。

进一步的，所述步骤2中，静置0.5h。

优选的，所述单体电源选自碳系锂离子电池、硅系锂离子电池、锂硫电池或锂聚合物电池。

一种动力电源的化成与选群方法，其中包括上述的选群方法将单体电源选群，所述化成包括以下步骤：

(1)、以0.2-0.3C的电流恒流充电至单体电源电压为2.7V；

(2)、停止充电，静置3-5小时；

(3)、以2.7V恒压充电，直至充电电流成为涓流以下，其中，上述涓流充电电流为0.03μA；

(4)、停止充电，静置2.5-3.5小时；

(5)、将单体电源置于超音波发生器中，以15-35KHz的频率进行低频超音震荡，持续时间2-10小时；

(6)、停止超音，静置5-7小时；

(7)、将单体电源置于充放机中，以0.55-0.65C的电流恒流充电至终止电压为4.0-4.2V；

(8)、停止充电，静置0.5-1.5小时；

(9)、以步骤(7)的终止电压恒压充电，直至充电电流成为涓流以下，其中，上述涓流充电电流为0.02μA；

(10)、将单体电源置于超音波发生器中，以50-95KHz的频率进行高频超音震荡，持续时间2-10小时；

(11)、停止超音，静置2-3小时；

(12)、将单体电源置于充放机中，以0.75-0.85C的电流恒流充电至终止电压为5V；

(13)、停止充电，静置0.5-1小时；

(14)、以0.3-0.5C的放电电流放电至单体电源电压为2.3V；

(15)、重复上述步骤(1)-步骤(14)3-4次；

(16)、以0.8C的充电电流充电至单体电源电压为5V，最后恒压5V充电5-6小时。

本发明具有如下有益效果：

1、通过将温度增加和容量下降速度相同的单体电源配在一组，从而使得电源模块中的单体电源的温控和输出能力均一化。

2、通过阶段式低倍率恒流充电以及阶段式恒压充电的化成，可以进一步完善SEI膜的形态，形成分层、且每层致密度不同的SEI膜，从而控制锂离子的嵌入与脱出，抑制电极材料结构的劣化，延长单体电源的使用寿命。

3、采用超音波震荡手段，通过超音波的能量传递，对电极表面生成的SEI膜形成高能冲击，可以将已形成在电极表面上但结构不稳定、易受到破坏的SEI膜从电极表面粉碎并脱离，结合后续的化成手段，可以使形成在电极表面的SEI膜具有稳定的结构，在化成后单体电源的正常使用阶段不易破损，有效保护电极材料的结构，使单体电源具有较高的可逆容量，并提高单体电源的使用寿命和循环稳定性。

具体实施方式

本发明下面将通过具体的实施例进行更详细的描述，但本发明的保护范围并不受限于这些实施例。

试验例：

半成品单体电源(本试验例中采用锂离子电池)，所述单体电源包含正极、负极以及置于正极、负极之间的隔膜，所述正极包含重量比为90:5:5的正极活性物质、导电剂、粘结剂，所述负极包含重量比为95:5的负极活性物质、粘结剂。隔膜包括聚丙烯/聚乙烯复合膜；正极活性物质为磷酸铁锂，负极活性物质为人造石墨；导电剂为超导炭黑，粘结剂为PVDF；电解质包括EC：PC：DEC＝2:1:1，锂盐为1M六氟磷酸锂。

上述半成品锂离子装配后未进行化成和选群(筛选配组)工序。

本发明各实施例和对比例采用单体电源为上述试验例单体电源。

实施例1

(1)、以0.2C的电流恒流充电至单体电源电压为2.7V；

(2)、停止充电，静置3小时；

(4)、停止充电，静置2.5小时；

(5)、将单体电源置于超音波发生器中，以20KHz的频率进行低频超音震荡，持续时间6小时；

(6)、停止超音，静置5小时；

(7)、将单体电源置于充放机中，以0.55C的电流恒流充电至终止电压为4.0V；

(8)、停止充电，静置0.5小时；

(10)、将单体电源置于超音波发生器中，以75KHz的频率进行高频超音震荡，持续时间3小时；

(11)、停止超音，静置2小时；

(12)、将单体电源置于充放机中，以0.75C的电流恒流充电至终止电压为5V；

(13)、停止充电，静置0.5小时；

(14)、以0.3C的放电电流放电至单体电源电压为2.3V；

(15)、重复上述步骤(1)-步骤(14)3次；

(16)、以0.8C的充电电流充电至单体电源电压为5V，最后恒压5V充电5小时；

(17)、将容量差在1％以内的单体电源，以10mA的电流充电10小时，同时同步测量单体电源温度，对温度增加量进行时间归一化，获得温度增加速度dΔT+/dΔt；

(18)、静置0.5h，将温度增加速度在2％以内的单体电源进行一次选群；

(19)、将上述一次选群后在同一选群内的单体电源充电至饱和，以10mA的电流放电10小时，同时同步测量单体电源SOC(％)，对SOC减少量进行时间归一化，获得SOC下降速度dΔSOC-/dΔt；

(20)、静置0.5h，将SOC下降速度在3％以内的单体电源进行二次选群。

实施例2

(1)、以0.25C的电流恒流充电至单体电源电压为2.7V；

(2)、停止充电，静置3.5小时；

(4)、停止充电，静置3小时；

(5)、将单体电源置于超音波发生器中，以35KHz的频率进行低频超音震荡，持续时间5小时；

(6)、停止超音，静置6小时；

(7)、将单体电源置于充放机中，以0.50C的电流恒流充电至终止电压为4.2V；

(8)、停止充电，静置1小时；

(10)、将单体电源置于超音波发生器中，以95KHz的频率进行高频超音震荡，持续时间3.5小时；

(11)、停止超音，静置3小时；

(12)、将单体电源置于充放机中，以0.80C的电流恒流充电至终止电压为5V；

(13)、停止充电，静置0.5小时；

(14)、以0.35C的放电电流放电至单体电源电压为2.3V；

(15)、重复上述步骤(1)-步骤(14)3次；

(16)、以0.8C的充电电流充电至单体电源电压为5V，最后恒压5V充电5.5小时；

(17)、将容量差在2％以内的单体电源，以20mA的电流充电15小时，同时同步测量单体电源温度，对温度增加量进行时间归一化，获得温度增加速度dΔT+/dΔt；

(18)、静置1h，将温度增加速度在5％以内的单体电源进行一次选群；

(19)、将上述一次选群后在同一选群内的单体电源充电至饱和，以20mA的电流放电15小时，同时同步测量单体电源SOC(％)，对SOC减少量进行时间归一化，获得SOC下降速度dΔSOC-/dΔt；

(20)、静置1h，将SOC下降速度在5％以内的单体电源进行二次选群。

实施例3

(1)、以0.3C的电流恒流充电至单体电源电压为2.7V；

(2)、停止充电，静置5小时；

(4)、停止充电，静置3.5小时；

(5)、将单体电源置于超音波发生器中，以15KHz的频率进行低频超音震荡，持续时间8小时；

(6)、停止超音，静置7小时；

(7)、将单体电源置于充放机中，以0.65C的电流恒流充电至终止电压为4.2V；

(8)、停止充电，静置1.5小时；

(10)、将单体电源置于超音波发生器中，以80KHz的频率进行高频超音震荡，持续时间2小时；

(11)、停止超音，静置3小时；

(12)、将单体电源置于充放机中，以0.85C的电流恒流充电至终止电压为5V；

(13)、停止充电，静置1小时；

(14)、以0.5C的放电电流放电至单体电源电压为2.3V；

(15)、重复上述步骤(1)-步骤(14)4次；

(16)、以0.8C的充电电流充电至单体电源电压为5V，最后恒压5V充电6小时；

(17)、将容量差在3％以内的单体电源，以30mA的电流充电10小时，同时同步测量单体电源温度，对温度增加量进行时间归一化，获得温度增加速度dΔT+/dΔt；

(18)、静置1h，将SOC增加速度在8％以内的单体电源进行一次选群；

(19)、将上述一次选群后在同一选群内的单体电源充电至饱和，以30mA的电流放电10小时，同时同步测量单体电源SOC(％)，对SOC减少量进行时间归一化，获得SOC下降速度dΔSOC-/dΔt；

(20)、静置1h，将SOC下降速度在6％以内的单体电源进行二次选群。

对比例1：

采用以下步骤进行化成和选群：

1)0.05C充电至SOC为20％，

2)、0.5C充电至截止电压4.3v，

3)、4.3V恒压充电至充电电流小于0.01C。

4)、将容量差在3％以内的单体电源进行选群，测试选群后的电源模块的循环数据。

下表为实施例与对比例的测试数据，工作温度为25摄氏度，循环电流为0.3C，充电截止电压5V，放电截止电压2.6V。下表中的实施例数据均为上述各实施例中进行二次选群后各单体电源进行容量测试所得数据的算术平均值。对比例数据为选群后各单体电源的容量测试数据的算术平均值。可见，与采用常规化成工艺和选群方法的对比例相比，本发明的单体电源高频率充放电的工况下表现出了优异的可逆容量，具有远超常规水平的循环寿命，且单体电源在多次循环后电源模块输出能力稳定。

表1

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但是应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。

Claims

1.一种动力电源的化成与选群方法，其中，所述化成包括以下步骤：

(1)、以0.2-0.3C的电流恒流充电至单体电源电压为2.7V；

(2)、停止充电，静置3-5小时；

(4)、停止充电，静置2.5-3.5小时；

(6)、停止超音，静置5-7小时；

(8)、停止充电，静置0.5-1.5小时；

(11)、停止超音，静置2-3小时；

(13)、停止充电，静置0.5-1小时；

(14)、以0.3-0.5C的放电电流放电至单体电源电压为2.3V；

(15)、重复上述步骤(1)-步骤(14)3-4次；

(16)、以0.8C的充电电流充电至单体电源电压为5V，最后恒压 5V充电5-6小时，由此化成结束；

将化成后的单体电源选群，所述选群包括以下步骤：

4)、静置0.5-1h，将SOC下降速度在第三阈值以内的单体电源进行二次选群；所述第一阈值为1-3％。

2.如权利要求1所述的化成与选群方法，所述选群步骤1）的电流为10mA。

3.如权利要求1所述的化成与选群方法，所述选群步骤2）中，静置0.5h。

4.如权利要求1所述的化成与选群方法，所述单体电源选自碳系锂离子电池、硅系锂离子电池、锂硫电池或锂聚合物电池。

5.如权利要求1所述的化成与选群方法，其中化成的步骤（1）中恒流充电的电流为0.2C。