CN111090053B - 一种用于动力电池分档的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于动力电池分档的方法，包括步骤：第一步，绘制电压与SOC的关系曲线，以及dV/dQ曲线；第二步，绘制电池的存放温度与电压关系的曲线；第三步，对电池执行预设的化成操作，然后计算每只电池的实际容量；第四步，以每只电池在第三步的化成操作结束后的电池稳态电压作为分选电压，结合第三步获得的每只电池的实际容量，分别按照不同档次电池具有的预设分选电压分档数值区间和实际容量分档数值区间，对每只电池分档，最终完成分档操作。本发明公开的一种用于动力电池分档的方法，其能够对方型动力电池的化成流程进行优化，使电池保证较好的电压一致性同时，实现分档的准确性和一致性，提高电池配组率，具有重大的意义。

Description

一种用于动力电池分档的方法

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种用于动力电池分档的方法。

背景技术

目前，对于动力电池，在生产工序中，极片经过卷绕后成为极组，极组与壳、盖连接，注入电解液经排气和二次注液后成为半成品电芯，而化成、老化和分选工序则是完全激活电芯的同时，将不同性能层次的电芯表征出来，并准确地分类筛选。

原化成流程是进行一次充放电后，将电池充电至同一容量，最终利用电压与容量的关系进行分档，以LP2714897AK三元动力电池为例，其原化成流程分档原理如下：

首先，设电池实际容量为X，化成后电池稳态电压为V，则电池化成后的荷电状态(SOC)如下：

SOC＝(X-51+6.5)/X＝1-44.5/X，公式(1)；

在电压范围为3480～3550mV时，SOC与电压对应关系为：

SOC＝-4.839+0.001419V，公式(2)；

联立以上两个公式，可得：

X＝(51-6.5)/(5.839-0.001419V)＝44.5/(5.839-0.001419V)，公式(3)；

上式可知，化成后电池稳态电压V越高，则电池实际容量X越大，即利用化成后电池稳态电压进行分容。

但是，不同电池老化时间以及所处的环境温度有所差异，造成分选前测试的电压有偏差，最终影响到电池分容的准确性，且再额外增加分类级别(或分选等级)，对现场管理和电池配组率都不利。

此外，由于压差较大(同托电压与压降均较离散),使得分选机无法实现自动筛选自放电，需要工作人员每天手动处理数据，增加了人力成本。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种用于动力电池分档的方法。

为此，本发明提供了一种用于动力电池分档的方法，包括以下步骤：

第一步，绘制电压与SOC的关系曲线，以及dV/dQ曲线；

第二步，绘制电池的存放温度与电压关系的曲线；

第三步，对电池执行预设的化成操作，然后计算每只电池的实际容量；

第四步，以每只电池在第三步的化成操作结束后的电池稳态电压作为分选电压，结合第三步获得的每只电池的实际容量，分别按照不同档次电池具有的预设分选电压分档数值区间和实际容量分档数值区间，对每只电池分档，最终完成分档操作。

其中，第一步具体包括以下子步骤：

第一子步骤：选取数只预设型号的正常电池，分别给每只电池以1C电流恒流充电至4.2V，在恒压下以0.05C电流截止，静置1小时，分别记录静置后电池电压V1；

第二子步骤：对每只电池，继续以0.01C电流放电1小时，静置1小时，分别记录静置后电池电压V2；

第三子步骤：重复执行第二子步骤，直到每只电池在放电结束时，电池电压到2.8V为止；记录每只电池在执行一次第二子步骤后对应具有的电池电压V3、V4、V5，……；

第四子步骤：以第二子步骤的执行次数为横坐标，以每次执行后获得的电池电压为纵坐标，绘制曲线，选取曲线中电池电压下降骤陡前的电压点，记为0％的SOC下的电池电压，同时以第一子步骤中充满电时的电压作为100％的SOC下的电池电压，然后计算出多个电池电压的平均值以及该平均值对应的电池SOC；

第五子步骤：以电池的SOC为横坐标，以电池电压为纵坐标，绘制每个电池电压与电池SOC之间的关系曲线；

第六子步骤：计算相邻的ΔV/ΔSOC，以电池电压或电池的SOC为横坐标，以其对应的ΔV/ΔSOC为纵坐标，绘制电池电压V和dv/dQ的对应曲线，或者SOC和dv/dQ的对应曲线；

第七子步骤：从以上曲线中，寻找平台区域且dv/dQ值较高的区域，此区域即为在化成结束后电池电压或者SOC所处区域，记此区域对应的电压为V_平台；

第八子步骤：选取此区域附近的电压和SOC点，绘制电池SOC和电压曲线，并拟合，得到此区域的SOC与电压的关系。

其中，第二步具体包括以下步骤：

首先，选取与第一步型号相同的多只正常电池，将其放置于保温箱内3小时，依次记录每只电池在温度每下降2℃时的电压值；

然后，以电池在保温箱内的存放温度为横坐标，以电池的电压为纵坐标，绘制电池的存放温度与电压的关系曲线，并拟合。

其中，在第二步中，所选取的每只电池所具有的SOC，等于第一步中第七子步骤所述的电压V_平台下对应的电池SOC。

其中，第三步具体包括以下子步骤：

第一子步骤，选取与第一步型号相同的多只正常电池，分别充满电，然后放电至其标称容量，之后将每个电池的电压调至固定值，保证其在分选前的稳态电压V处于V_平台附近的预设数值区域；

第二子步骤，选取最优的充电截止电流，以达到消除极化的目的；

第三子步骤，对每只电池，执行预设的化成操作，该化成操作具体为：在休眠预设时长后，先进行恒流恒压充电，然后又休眠预设时长后，进行恒流放电；

第四子步骤，计算每只电池的实际容量。

其中，在第三步的第二子步骤中，最优的充电截止电流具体为恒压后的截止电流，具体为0.01C。

其中，第三步的第四子步骤，具体包括以下分解计算步骤：

步骤A)、若电池的实际容量为X，最后一步的充电容量为Y，最后一步是第三步中的第三子步骤，则化成结束的荷电状态SOC为：

SOC＝(X-C+Y)/X，其中C为电池的标称容量，公式(4)；

步骤B)、电池的实际容量X与最后一步充电容量Y呈如下函数关系：

X＝(C-Y)/(1-SOC)，其中C为电池的标称容量，公式(5)；

步骤C)、当电池的稳态电压V在3510～3540mV范围时，电池SOC状态与稳态电压V关系为：SOC＝-5.17+0.001514V，公式(6)；

合并以上两个公式(5)和(6)，则得出：

X＝(C-Y)/(6.17-0.001514V)，其中C为电池的标称容量，公式(7)。

由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种用于动力电池分档的方法，其能够对方型动力电池的化成流程进行优化，使电池保证较好的电压一致性同时，实现分档的准确性和一致性，提高电池配组率，具有重大的意义。

附图说明

图1为本发明提供的一种用于动力电池分档的方法的整体流程图；

图2为本发明提供的一种用于动力电池分档的方法，在实施例中，LP2714897AK三元动力电池具有的电池电压和SOC的对应关系曲线示意图；

图3为本发明提供的一种用于动力电池分档的方法，在实施例中，LP2714897AK三元动力电池具有的电池电压和电压衰减速率的对应关系曲线示意图；

图4为本发明提供的一种用于动力电池分档的方法，在实施例中，LP2714897AK三元动力电池在化成过程中，直流电阻随着温度变化的趋势图；

图5为本发明提供的一种用于动力电池分档的方法，在实施例中，LP2714897AK三元动力电池在化成过程中，电池SOC与电池稳态电压V之间的拟合示意图；

图6为本发明提供的一种用于动力电池分档的方法，在实施例中，LP2714897AK三元动力电池在化成结束后的容量示意图；

图7为本发明提供的一种用于动力电池分档的方法，在实施例中，LP2714897AK三元动力的分选电压示意图；

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

参见图1至图7，本发明提供了一种用于动力电池分档的方法，适用于动力电池的化成和分选，具体包括以下步骤：

第一步，绘制电压与SOC的关系曲线，以及dV/dQ曲线；

对于本发明，具体实现上，第一步具体包括以下子步骤：

第一子步骤：选取数只预设型号的正常电池(一般为10支以上)，分别给每只电池以1C(C为电池标称容量)电流恒流充电至4.2V，在恒压下以0.05C电流截止，静置1小时，分别记录静置后电池电压V1；

第二子步骤：对每只电池，继续以0.01C电流放电1小时，静置1小时，分别记录静置后电池电压V2；

第三子步骤：重复执行第二子步骤，直到每只电池在放电结束时，电池电压到2.8V为止；记录每只电池在执行一次第二子步骤后对应具有的电池电压V3、V4、V5，……；

第四子步骤：以第二子步骤的执行次数为横坐标，以每次执行后获得的电池电压为纵坐标，绘制曲线，选取曲线中电池电压下降骤陡前的电压点，记为0％的SOC下的电池电压，同时以第一子步骤中充满电时的电压作为100％的SOC下的电池电压，然后计算出多个电池电压的平均值以及该平均值对应的电池SOC(即计算出中间记录的电池电压及其所对应的电芯SOC)；

第五子步骤：以电池的SOC为横坐标，以电池电压为纵坐标，绘制每个电池电压与电池SOC之间的关系曲线；

第六子步骤：计算相邻的ΔV/ΔSOC，即ΔV1/ΔSOC1＝(V1-V2)/(SOCV1-SOCV2)，ΔV2/ΔSOC2＝(V2-V3)/(SOCV2-SOCV3)……，以电池电压或电池的SOC为横坐标，以其对应的ΔV/ΔSOC为纵坐标，绘制电池电压V和dv/dQ的对应曲线，或者SOC和dv/dQ的对应曲线；

第七子步骤：从以上曲线中，寻找平台区域且dv/dQ值较高的区域，此区域即为在化成结束后电池电压或者SOC所处区域，记此区域对应的电压为V_平台；

第八子步骤：选取此区域附近的电压和SOC点，绘制电池SOC和电压曲线，并拟合，得到此区域的SOC与电压的关系(大多为线性关系)。

具体实现上，对于本发明，可以以LP2714897AK三元动力电池为例，其具有的电池电压和SOC的对应关系曲线，以及电池电压和电压衰减速率(dv/dQ)的对应关系曲线，这两种曲线分别如图2、图3所示。图2、图3中的椭圆形圆圈所围绕的区域，为V_平台。

第二步，绘制电池的存放温度与电压关系的曲线；

在本发明中，具体实现上，第二步具体包括以下步骤：

首先，选取与第一步型号相同的多只(例如50支左右，当然，还可以与第一步同样的数目)正常电池(电池的SOC态为上一步骤中选取的SOC态，即第一步中的第七子步骤，所计算出的电压V_平台对应的电池SOC)，将其放置于保温箱内3小时(保温箱内的存放温度为此型号电池高温老化温度或该型号电芯可长期存放的最高环境温度)，依次记录每只电池在温度每下降2℃时的电压值；

然后，以电池在保温箱内的存放温度为横坐标，以电池的电压为纵坐标，绘制电池的存放温度与电压的关系曲线，并拟合。

第三步，对电池执行预设的化成操作，然后计算每只电池的实际容量；

在本发明中，具体实现上，第三步具体包括以下子步骤：

第一子步骤，选取与第一步型号相同的多只正常电池，分别充满电，然后放电至其标称容量，之后将每个电池的电压调至固定值，保证其在分选前的稳态电压V处于V_平台附近的预设数值区域(例如相差预设数值)；

第二子步骤，选取最优的充电截止电流，以达到消除极化的目的；

具体实现上，在第二子步骤中，最优的充电截止电流具体为恒压后的截止电流，优选为0.01C(C为电池标称容量)。

第三子步骤，对每只电池，执行预设的化成操作，该化成操作具体为：在休眠预设时长后，先进行恒流恒压充电，然后又休眠预设时长后，进行恒流放电。

需要说明的是，对于本发明，对于每只电池，在具体实现上，需要进行小电流放电评估，即综合化成温度与充放电过程极化程度的关系、环境温度与老化电压的关系，平衡温度对整体电压散布的影响；比如，环境温度与老化电压成负相关，那么若化成最后一步为恒流恒压充电，化成时温度高的电池其内阻低，则由于极化休眠后电压则越高，再加上环境温度与老化稳态电压负相关，只会使得化成时温度较高的电池电压更高，加大电压散布；如此，需要在恒流恒压充电后增加一步小电流放电，以抵消温度对电压的影响，保证电压的一致性。

以LP2714897AK(标称容量51Ah)三元动力电池为例，其最后一步就需要小电流放电，最终化成流程如下表1所示。

表1：

第四子步骤，计算每只电池的实际容量(该步骤，以LP2714897AK三元动力电池，标称容量C为51Ah为例，进行举列说明)。具体包括以下分解计算步骤：

步骤A)、若电池的实际容量为X，最后一步的充电容量为Y，则化成结束的荷电状态(SOC)为：

SOC＝(X-C+Y)/X，其中C为电池的标称容量，公式(4)。

对于LP2714897AK三元动力电池，标称容量C为51Ah，则具体为SOC＝(X-51+Y)/X

步骤B)、电池的实际容量X与最后一步充电容量Y呈如下函数关系：

X＝(C-Y)/(1-SOC)，其中C为电池的标称容量，公式(5)；

需要说明的是，如果可将所有电池电压控制到较小的极差(定压)，可认为所有电池SOC为一致，此时SOC可看做是常数，电池的实际容量X与最后一步充电容量Y呈如下函数关系：

X＝(51-Y)/(1-SOC)，公式(5)，这时候，一般通用计算公式为：X＝(C-Y)/(1-SOC)，其中C为电池的标称容量。

从以上公式(5)可以看出，电池的实际容量X与电池最后一步的充电Y呈负相关性，Y可从化成数据中获取到(即上述的第三步包括的第三子步骤中)，则可通过Y值将X值计算出来。由于在实际放电过程中，设备各个点位温度存在差异，温度高的地方电池直流内阻低，导致化成恒压结束后的稳态电压存在一定差异。如图4、图5所示。

步骤C)、当电池的稳态电压V在3510～3540mV范围时，电池SOC状态与稳态电压V关系为：SOC＝-5.17+0.001514V，公式(6)；

合并以上两个公式(5)和(6)，则可以得出

X＝(C-Y)/(6.17-0.001514V)，其中C为电池的标称容量，公式(7)；

其中，Y与V均为已知数值，则可更准确计算出电池的实际容量X。

对于LP2714897AK三元动力电池，具体为X＝(51-Y)/(6.17-0.001514V)。

第四步，以每只电池在第三步的化成操作结束后的电池稳态电压作为分选电压，结合第三步获得的每只电池的实际容量(即每只电池在第三步的化成操作结束时的实际容量)，分别按照不同档次电池具有的预设分选电压分档数值区间和预设实际容量分档数值区间，对每只电池分档，最终完成分档操作。

对于第四步，需要说明的是，电池在化成操作结束时的实际容量的数值越大，说明电池的质量和性能越好，在划分的档次就越高(即更优良档次)。

在第四步中，具体实现上，包括以下子步骤：

首先，汇总电池在老化后电压的数据和化成结束容量数据，并画散点图；

然后，根据压差容差要求和电池实际容量分布，编写分容标准。

以LP2714897AK(标称容量51Ah)三元动力电池为例，其化成结束后的容量以及分选电压，如图6、图7所示，其分容标准见下表2所示。

表2：

基于以上技术方案可知，本发明的方法，打破固有的化成流程，研究出一套新的化成流程，通过“SOC与电压关系”与“SOC与化成结束容量”之间的联立，计算出实际容量；不同电芯化成过程温度差对电压的影响，消除化成放电温度对电压的影响，提升电压一致性；通过同托盘的电芯压降均值筛选自放电情况，消除压差对压降散布的影响，实现自动分选；通过本方法，在保证电压一致性的同时，准确分容；实现自动分选的同时，减少分档等级，便于现场管理。同时，提高配组率，减少原材料浪费，增大可售出比例。

需要说明的是，对于本发明，是针对方型动力电芯通用的电芯筛选技术的研究。此方法用于对电池容量的分级，通过这种方法，可以顺利实现对当前不同容量段电池准确地进行容量的分级和细化，且实现各档次级别电压的一致性。

对于本发明，通过SOC与电压关系曲线编制和dV/dQ曲线绘制、温度内阻与电压关系研究以及电池特有的充放电过程极化作用等，综合得出电池最优的化成流程流程方案，利用化成及老化实现最终的有效分容，此方法用于对电池容量的分级，通过这种方法，可以顺利实现对当前不同容量段电池准确地进行容量的分级和细化，且实现各档次级别电压的一致性。即保证电压一致性的同时，准确分档。本发明可以提升电池配组率，实现分选机自动筛选自放电电池，节省了人力成本，降低了生产成本，提升了自动化水平。

本发明作为可以减少分选等级的、用于动力电芯通用的电芯分档方法，与传统技术相比较，具有如下有益效果：

1、本发明可实现电压一致性的同时，保证容量准确分档，极大减少了分选等级；

2、本发明可提升电池配组率，实现分选机自动筛选自放电电池，节省了人力成本，降低了生产成本，提升了自动化水平。

综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种用于动力电池分档的方法，其能够对方型动力电池的化成流程进行优化，使电池保证较好的电压一致性同时，实现分档的准确性和一致性，提高电池配组率，具有重大的意义。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于动力电池分档的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，绘制电压与SOC的关系曲线，以及dV/dQ曲线；

第二步，绘制电池的存放温度与电压关系的曲线；

第三步，对电池执行预设的化成操作，然后计算每只电池的实际容量；

第四步，以每只电池在第三步的化成操作结束后的电池稳态电压作为分选电压，结合第三步获得的每只电池的实际容量，分别按照不同档次电池具有的预设分选电压分档数值区间和实际容量分档数值区间，对每只电池分档，最终完成分档操作；

第一步具体包括以下子步骤：

第一子步骤：选取数只预设型号的正常电池，分别给每只电池以1C电流恒流充电至4.2V，在恒压下以0.05C电流截止，静置1小时，分别记录静置后电池电压V1；

第二子步骤：对每只电池，继续以0.01C电流放电1小时，静置1小时，分别记录静置后电池电压V2；

第三子步骤：重复执行第二子步骤，直到每只电池在放电结束时，电池电压到2.8V为止；记录每只电池在执行一次第二子步骤后对应具有的电池电压V3、V4、V5，……；

第四子步骤：以第二子步骤的执行次数为横坐标，以每次执行后获得的电池电压为纵坐标，绘制曲线，选取曲线中电池电压下降骤陡前的电压点，记为0％的SOC下的电池电压，同时以第一子步骤中充满电时的电压作为100％的SOC下的电池电压，然后计算出多个电池电压的平均值以及该平均值对应的电池SOC；

第五子步骤：以电池的SOC为横坐标，以电池电压为纵坐标，绘制每个电池电压与电池SOC之间的关系曲线；

第六子步骤：计算相邻的ΔV/ΔSOC，以电池电压或电池的SOC为横坐标，以其对应的ΔV/ΔSOC为纵坐标，绘制电池电压V和dv/dQ的对应曲线，或者SOC和dv/dQ的对应曲线；

第七子步骤：从以上曲线中，寻找平台区域且dv/dQ值较高的区域，此区域即为在化成结束后电池电压或者SOC所处区域，记此区域对应的电压为V_平台；

第八子步骤：选取此区域附近的电压和SOC点，绘制电池SOC和电压曲线，并拟合，得到此区域的SOC与电压的关系；

第二步具体包括以下步骤：

首先，选取与第一步型号相同的多只正常电池，将其放置于保温箱内3小时，依次记录每只电池在温度每下降2℃时的电压值；

然后，以电池在保温箱内的存放温度为横坐标，以电池的电压为纵坐标，绘制电池的存放温度与电压的关系曲线，并拟合；

第三步具体包括以下子步骤：

第一子步骤，选取与第一步型号相同的多只正常电池，分别充满电，然后放电至其标称容量，之后将每个电池的电压调至固定值，保证其在分选前的稳态电压V处于V_平台附近的预设数值区域；

第二子步骤，选取最优的充电截止电流，以达到消除极化的目的；

第三子步骤，对每只电池，执行预设的化成操作，该化成操作具体为：在休眠预设时长后，先进行恒流恒压充电，然后又休眠预设时长后，进行恒流放电；

第四子步骤，计算每只电池的实际容量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在第二步中，所选取的每只电池所具有的SOC，等于第一步中第七子步骤所述的电压V_平台对应的电池SOC。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在第三步的第二子步骤中，最优的充电截止电流具体为恒压后的截止电流，具体为0.01C。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，第三步的第四子步骤，具体包括以下分解计算步骤：

步骤A)、若电池的实际容量为X，最后一步的充电容量为Y，最后一步是第三步中的第三子步骤，则化成结束的荷电状态SOC为：

SOC＝(X-C+Y)/X，其中C为电池的标称容量，公式(4)；

步骤B)、电池的实际容量X与最后一步充电容量Y呈如下函数关系：

X＝(C-Y)/(1-SOC)，其中C为电池的标称容量，公式(5)；

步骤C)、当电池的稳态电压V在3510～3540mV范围时，电池SOC状态与稳态电压V关系为：SOC＝-5.17+0.001514V，公式(6)；

合并以上两个公式(5)和(6)，则得出：

X＝(C-Y)/(6.17-0.001514V)，其中C为电池的标称容量，公式(7)。

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