CN111562510B - 一种用于确定退役动力电池剩余寿命的方法及系统 - Google Patents

一种用于确定退役动力电池剩余寿命的方法及系统 Download PDF

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CN111562510B CN202010259222.0A CN202010259222A CN111562510B CN 111562510 B CN111562510 B CN 111562510B CN 202010259222 A CN202010259222 A CN 202010259222A CN 111562510 B CN111562510 B CN 111562510B
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Abstract

本发明公开了一种用于确定退役动力电池剩余寿命的方法及系统，包括：当前的容量满足预设的梯次利用要求的退役动力电池；选取多个相同型号的退役动力电池进行充放电循环试验，以获取当前型号的退役动力电池对应的多组放电容量数据；根据放电容量数据，确定当前型号的退役动力电池每次循环的平均容量衰减率；根据平均容量衰减率，确定每个当前型号的退役动力电池的剩余循环寿命。本发明能够在短时间内对退役动力电池的剩余循环寿命进行准确预测，大幅度缩短了退役动力电池寿命评估的时间；所采用的方法在工程实施中都比较容易实现，具有较高的应用价值，在电动汽车、电化学储能、动力电池梯次利用等领域具有广泛的应用前景。

Description

一种用于确定退役动力电池剩余寿命的方法及系统
技术领域
本发明涉及电动汽车和储能技术领域，并且更具体地，涉及一种用于确定退役动力电池剩余寿命的方法及系统。
背景技术
近年来我国电动汽车产业快速发展。随着电动汽车报废高峰期到来，其产生的退役动力电池应该进行妥善的处置。目前电动汽车主要以锂离子电池作为动力来源，其从电动汽车退役时，很多还具有较高的剩余容量和寿命，这些电池经过重新的评估、筛选、重组后，可以应用于对电池性能要求较低、应用工况相对温和的场合，从而实现动力电池的梯次利用。目前我国的梯次利用大部分处于试验示范阶段，随着退役动力电池规模逐渐增大，梯次利用产业也将由示范工程向商业化快速转变。
动力电池在梯次利用前需要对其剩余寿命进行评估，以判断其是否具备梯次利用的价值。电池的寿命分为两种：一种是循环寿命，即电池在长期充放电情况下到达寿命终点的循环次数，这种循环次数又与电池充放电倍率有关；对于退役动力电池，由于电池内阻比新电池明显增大，其梯次利用时充放电倍率一般较低(0.5C及以下)。另一种是日历寿命，即电池长期处于静置状态，其容量衰减主要是由于自放电造成，为动力电池寿命达到终点(容量衰减到一定程度)时的使用时间。传统的针对退役动力电池循环寿命的评估是对其进行长时间的充放电循环，直到电池容量衰减到指定值，统计在该过程中电池的充放电循环次数，得到电池的循环寿命；该方法虽然能很准确的获取退役动力电池的循环寿命，但试验周期太长(几个月到几年)，增加了退役动力电池寿命评估的成本，降低了梯次利用的经济性。针对电池的日历寿命，传统的方法是对电池在满电状态下进行28天的搁置实验，计算电池在该段时间内的自放电率，以此来推断动力电池的日历寿命，但因为电池的自放电和搁置时间之间并不是简单的线性关系，因此，依靠该方法评估的电池日历寿命通常存在着较大的误差，从而导致动力电池梯次利用经济性评价不够准确。
因此，对于退役动力电池，需要开发一种能够准确快速地确定其剩余寿命的方法。
发明内容
本发明提出一种用于确定退役动力电池剩余寿命的方法及系统，以解决如何确定退役动力电池的剩余寿命的问题。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种用于确定退役动力电池剩余寿命的方法，所述方法包括：
获取每个退役动力电池当前的容量，并保留当前的容量满足预设的梯次利用要求的退役动力电池；
确定电池的当前型号，从保留的退役动力电池中选取多个相同型号的退役动力电池进行充放电循环试验，以获取当前型号的退役动力电池对应的多组放电容量数据；
根据当前型号的退役动力电池对应的多组放电容量数据，确定当前型号的退役动力电池每次循环的平均容量衰减率；
根据当前型号的退役动力电池每次循环的平均容量衰减率，确定每个当前型号的退役动力电池的剩余循环寿命。
优选地，其中所述根据当前型号的退役动力电池对应的多组放电容量数据，确定当前型号的退役动力电池每次循环的平均容量衰减率，包括：
ACDR＝(ACDR1+ACDR2+…+ACDRi)/i,
ACDRi＝(1-Clasti/Cfirsti)/N,
其中，ACDR为当前型号的退役动力电池每次循环的平均容量衰减率；i为选取的进行充放电循环试验的退役动力电池的个数；ACDRi为第i个退役动力电池每次循环的容量衰减率；Clasti第i个退役动力电池的首次放电容量值；Cfirsti为第i个退役动力电池的末次放电容量值；N进行充放电循环的次数。
优选地，其中所述根据当前型号的退役动力电池每次循环的平均容量衰减率，确定每个当前型号的退役动力电池的剩余循环寿命，包括：
T1＝(C0/Cr-0.5)/ACDR，
其中，T1为属于当前型号的某个退役动力电池的剩余循环寿命；C0和Cr分别为该退役动力电池当前的容量和额定容量；ACDR为当前型号的退役动力电池每次循环的平均容量衰减率。
优选地，其中所述获取每个退役动力电池当前的容量，并保留当前的容量满足预设的梯次利用要求的退役动力电池，包括：
在预设的环境温度下，按照电池额定容量的预设倍率对每个退役动力电池进行多次恒流充放电试验，并确定每个退役动力电池最后一次的放电容量为其当前的容量；
对于任一个退役动力电池，若其当前的容量与其额定容量的比值大于等于预设比值，则保留所述退役动力电池；反之，则剔除所述退役动力电池。
优选地，其中所述预设倍率为：1/3C倍率。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于确定退役动力电池剩余寿命的系统，所述系统包括：
电池筛选单元，用于获取每个退役动力电池当前的容量，并保留当前的容量满足预设的梯次利用要求的退役动力电池；
放电容量数据获取单元，用于确定电池的当前型号，从保留的退役动力电池中选取多个相同型号的退役动力电池进行充放电循环试验，以获取当前型号的退役动力电池对应的多组放电容量数据；
平均容量衰减率确定单元，用于根据当前型号的退役动力电池对应的多组放电容量数据，确定当前型号的退役动力电池每次循环的平均容量衰减率；
剩余循环寿命确定单元，用于根据当前型号的退役动力电池每次循环的平均容量衰减率，确定每个当前型号的退役动力电池的剩余循环寿命。
优选地，其中所述平均容量衰减率确定单元，具体用于：
ACDR＝(ACDR1+ACDR2+…+ACDRi)/i,
ACDRi＝(1-Clasti/Cfirsti)/N,
其中，ACDR为当前型号的退役动力电池每次循环的平均容量衰减率；i为选取的进行充放电循环试验的退役动力电池的个数；ACDRi为第i个退役动力电池每次循环的容量衰减率；Clasti第i个退役动力电池的首次放电容量值；Cfirsti为第i个退役动力电池的末次放电容量值；N进行充放电循环的次数。
优选地，其中所述剩余循环寿命确定单元，具体用于：
T1＝(C0/Cr-0.5)/ACDR，
其中，T1为属于当前型号的某个退役动力电池的剩余循环寿命；C0和Cr分别为该退役动力电池当前的容量和额定容量；ACDR为当前型号的退役动力电池每次循环的平均容量衰减率。
优选地，其中所述电池筛选单元，具体用于：
在预设的环境温度下，按照电池额定容量的预设倍率对每个退役动力电池进行多次恒流充放电试验，并确定每个退役动力电池最后一次的放电容量为其当前的容量；
对于任一个退役动力电池，若其当前的容量与其额定容量的比值大于等于预设比值，则保留所述退役动力电池；反之，则剔除所述退役动力电池。
优选地，其中所述电池筛选单元中的预设倍率为：1/3C倍率。
本发明提供了一种用于确定退役动力电池剩余寿命的方法及系统，能够在短时间内对退役动力电池的剩余循环寿命进行准确预测，大幅度缩短了退役动力电池寿命评估的时间，能够为梯次利用时的状态评估、分选重组、场景选择等过程提供技术支撑，从而可提升动力电池梯次利用时的技术经济性；本发明所采用的方法在工程实施中都比较容易实现，具有较高的应用价值，在电动汽车、电化学储能、动力电池梯次利用等领域具有广泛的应用前景。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明实施方式的用于确定退役动力电池剩余寿命的方法100的流程图；
图2为根据本发明实施方式的用于确定退役动力电池剩余寿命的系统200的结构示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
本发明实施方式提供了一种用于确定退役动力电池剩余寿命的方法，能够在短时间内对退役动力电池的剩余循环寿命进行准确预测，大幅度缩短了退役动力电池寿命评估的时间，能够为梯次利用时的状态评估、分选重组、场景选择等过程提供技术支撑，从而可提升动力电池梯次利用时的技术经济性；本发明所采用的方法在工程实施中都比较容易实现，具有较高的应用价值，在电动汽车、电化学储能、动力电池梯次利用等领域具有广泛的应用前景。
图1为根据本发明实施方式的用于确定退役动力电池剩余寿命的方法100的流程图。如图1所示，本发明实施方式提供的用于确定退役动力电池剩余寿命的方法100，从步骤101处开始，在步骤101获取每个退役动力电池当前的容量，并保留当前的容量满足预设的梯次利用要求的退役动力电池。
优选地，其中所述获取每个退役动力电池当前的容量，并保留当前的容量满足预设的梯次利用要求的退役动力电池，包括：
在预设的环境温度下，按照电池额定容量的预设倍率对每个退役动力电池进行多次恒流充放电试验，并确定每个退役动力电池最后一次的放电容量为其当前的容量；
对于任一个退役动力电池，若其当前的容量与其额定容量的比值大于等于预设比值，则保留所述退役动力电池；反之，则剔除所述退役动力电池。
优选地，其中所述预设倍率为：1/3C倍率。
由于动力电池退役时通常容量未知，因此需要对其进行容量标定，然后依据容量标定结果进行退役动力电池的循环寿命和日历寿命预测。一般对于容量低于额定容量50％的动力电池，由于其剩余容量较低，梯次利用价值不高，因此不进行后续的剩余寿命预测。因此，在本发明实施方式中，以电池容量达到额定容量的50％作为梯次利用要求。
在本发明的实施方式中，预设的环境温度为室温环境下(25±2℃)。在室温环境下，以电池额定容量的1/3C倍率对其进行3次恒流充放电试验，充放电电压范围参考该型号电池规格书中的数值，并记录电池第3次放电容量C0为其当前的容量，并与电池的额定容量Cr作对比。若某个退役动力电池当前的容量大于等于额定容量的50％，则确定该退役动力电池可以进行梯次利用，对其剩余寿命进行评估；若某个退役动力电池当前的容量低于额定容量的50％，则确定该退役动力电池不进行梯次利用，因此也就不在进行剩余寿命的预测，直接进入动力电池的回收阶段。
在步骤102，确定电池的当前型号，从保留的退役动力电池中选取多个相同型号的退役动力电池进行充放电循环试验，以获取当前型号的退役动力电池对应的多组放电容量数据。
在本发明的实施方式中，对于同一型号的退役动力电池随机抽取5-10个退役动力电池作为样品，在室温环境下(25±2℃)，根据电池当前容量C0的0.3-0.5C倍率对每个退役动力电池样品进行50-100次的充放电循环试验，并记录每个退役动力电池样品的放电容量数据，其中，每个退役动力电池样品的放电容量数据包括：首次放电容量值和末次放电容量值。对于样品数量、充放电的倍率和次数均可以根据实际需求确定，并不局限于本实施例中的数值。
在步骤103，根据当前型号的退役动力电池对应的多组放电容量数据，确定当前型号的退役动力电池每次循环的平均容量衰减率。
优选地，其中所述根据当前型号的退役动力电池对应的多组放电容量数据，确定当前型号的退役动力电池每次循环的平均容量衰减率，包括：
ACDR＝(ACDR1+ACDR2+…+ACDRi)/i,
ACDRi＝(1-Clasti/Cfirsti)/N,
其中，ACDR为当前型号的退役动力电池每次循环的平均容量衰减率；i为选取的进行充放电循环试验的退役动力电池的个数；ACDRi为第i个退役动力电池每次循环的容量衰减率；Clasti第i个退役动力电池的首次放电容量值；Cfirsti为第i个退役动力电池的末次放电容量值；N进行充放电循环的次数。
在本发明的实施方式中，对同一型号的电池样品，利用公式：ACDRi＝(1-Clasti/Cfirsti)/N,计算作为样品的每个退役动力电池在每个循环的平均容量衰减率(AverageCapacity Decay Rate，ACDR)。例如，当i＝1时，ACDR1＝(1-Clast1/Cfirst1)/N1，其中ACDR1为第1个退役动力电池每次循环的容量衰减率，Clast1为第1个退役动力电池循环时的末次放电容量值，Cfirst1为第1个退役动力电池循环时的首次放电容量值，N1为第1个退役动力电池的循环次数。在确定了每个样品的容量衰减率后，利用公式：ACDR＝(ACDR1+ACDR2+…+ACDRi)/i,计算该型号的退役电池每次循环的平均容量衰减率ACDR。
在步骤104，根据当前型号的退役动力电池每次循环的平均容量衰减率，确定每个当前型号的退役动力电池的剩余循环寿命。
优选地，其中所述根据当前型号的退役动力电池每次循环的平均容量衰减率，确定每个当前型号的退役动力电池的剩余循环寿命，包括：
T1＝(C0/Cr-0.5)/ACDR，
其中，T1为属于当前型号的某个退役动力电池的剩余循环寿命；C0和Cr分别为该退役动力电池当前的容量和额定容量；ACDR为当前型号的退役动力电池每次循环的平均容量衰减率。
在本发明的实施方式中，对于某种型号的退役动力电池，在确定了其每次循环的平均容量衰减率后，利用公式：T 1＝(C0/Cr-0.5)/ACDR，确定每个该型号的退役动力电池的剩余循环寿命；其中，T1为属于当前型号的某个退役动力电池的剩余循环寿命；C0和Cr分别为该退役动力电池当前的容量和额定容量；ACDR为当前型号的退役动力电池每次循环的平均容量衰减率。
图2为根据本发明实施方式的用于确定退役动力电池剩余寿命的系统200的结构示意图。如图2所示，本发明实施方式提供的用于确定退役动力电池剩余寿命的系统200，包括：电池筛选单元201、放电容量数据获取单元202、平均容量衰减率确定单元203和剩余循环寿命确定单元204。
优选地，所述电池筛选单元201，用于获取每个退役动力电池当前的容量，并保留当前的容量满足预设的梯次利用要求的退役动力电池。
优选地，其中所述电池筛选单元201，具体用于：
在预设的环境温度下，按照电池额定容量的预设倍率对每个退役动力电池进行多次恒流充放电试验，并确定每个退役动力电池最后一次的放电容量为其当前的容量；
对于任一个退役动力电池，若其当前的容量与其额定容量的比值大于等于预设比值，则保留所述退役动力电池；反之，则剔除所述退役动力电池。
优选地，其中所述电池筛选单元中的预设倍率为：1/3C倍率。
优选地，所述放电容量数据获取单元202，用于确定电池的当前型号，从保留的退役动力电池中选取多个相同型号的退役动力电池进行充放电循环试验，以获取当前型号的退役动力电池对应的多组放电容量数据。
优选地，所述平均容量衰减率确定单元203，用于根据当前型号的退役动力电池对应的多组放电容量数据，确定当前型号的退役动力电池每次循环的平均容量衰减率。
优选地，其中所述平均容量衰减率确定单元203，具体用于：
ACDR＝(ACDR1+ACDR2+…+ACDRi)/i,
ACDRi＝(1-Clasti/Cfirsti)/N,
其中，ACDR为当前型号的退役动力电池每次循环的平均容量衰减率；i为选取的进行充放电循环试验的退役动力电池的个数；ACDRi为第i个退役动力电池每次循环的容量衰减率；Clasti第i个退役动力电池的首次放电容量值；Cfirsti为第i个退役动力电池的末次放电容量值；N进行充放电循环的次数。
优选地，所述剩余循环寿命确定单元304，用于根据当前型号的退役动力电池每次循环的平均容量衰减率，确定每个当前型号的退役动力电池的剩余循环寿命。
优选地，其中所述剩余循环寿命确定单元204，具体用于：
T1＝(C0/Cr-0.5)/ACDR，
其中，T1为属于当前型号的某个退役动力电池的剩余循环寿命；C0和Cr分别为该退役动力电池当前的容量和额定容量；ACDR为当前型号的退役动力电池每次循环的平均容量衰减率。
本发明的实施例的用于确定退役动力电池剩余寿命的系统200与本发明的另一个实施例的用于确定退役动力电池剩余寿命的方法100相对应，在此不再赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于确定退役动力电池剩余寿命的方法，其特征在于，所述方法包括：
获取每个退役动力电池当前的容量，并保留当前的容量满足预设的梯次利用要求的退役动力电池；
确定电池的当前型号，从保留的退役动力电池中选取多个相同型号的退役动力电池进行充放电循环试验，以获取当前型号的退役动力电池对应的多组放电容量数据；
根据当前型号的退役动力电池对应的多组放电容量数据，确定当前型号的退役动力电池每次循环的平均容量衰减率；
根据当前型号的退役动力电池每次循环的平均容量衰减率，确定每个当前型号的退役动力电池的剩余循环寿命；
其中，所述根据当前型号的退役动力电池每次循环的平均容量衰减率，确定每个当前型号的退役动力电池的剩余循环寿命，包括：
T1＝(C0/Cr-0.5)/ACDR，
其中，T1为属于当前型号的某个退役动力电池的剩余循环寿命；C0和Cr分别为该退役动力电池当前的容量和额定容量；ACDR为当前型号的退役动力电池每次循环的平均容量衰减率；
其中，所述获取每个退役动力电池当前的容量，并保留当前的容量满足预设的梯次利用要求的退役动力电池，包括：
在预设的环境温度下，按照电池额定容量的预设倍率对每个退役动力电池进行多次恒流充放电试验，并确定每个退役动力电池最后一次的放电容量为其当前的容量；
对于任一个退役动力电池，若其当前的容量与其额定容量的比值大于等于预设比值，则保留所述退役动力电池；反之，则剔除所述退役动力电池。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据当前型号的退役动力电池对应的多组放电容量数据，确定当前型号的退役动力电池每次循环的平均容量衰减率，包括：
ACDR＝(ACDR1+ACDR2+…+ACDRi)/i,
ACDRi＝(1-Clasti/Cfirsti)/N,
其中，ACDR为当前型号的退役动力电池每次循环的平均容量衰减率；i为选取的进行充放电循环试验的退役动力电池的个数；ACDRi为第i个退役动力电池每次循环的容量衰减率；Clasti为第i个退役动力电池的末次放电容量值；Cfirsti为第i个退役动力电池的首次放电容量值；N进行充放电循环的次数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设倍率为：1/3C倍率。
4.一种用于确定退役动力电池剩余寿命的系统，其特征在于，所述系统包括：
电池筛选单元，用于获取每个退役动力电池当前的容量，并保留当前的容量满足预设的梯次利用要求的退役动力电池；
放电容量数据获取单元，用于确定电池的当前型号，从保留的退役动力电池中选取多个相同型号的退役动力电池进行充放电循环试验，以获取当前型号的退役动力电池对应的多组放电容量数据；
平均容量衰减率确定单元，用于根据当前型号的退役动力电池对应的多组放电容量数据，确定当前型号的退役动力电池每次循环的平均容量衰减率；
剩余循环寿命确定单元，用于根据当前型号的退役动力电池每次循环的平均容量衰减率，确定每个当前型号的退役动力电池的剩余循环寿命；
其中，所述剩余循环寿命确定单元，具体用于：
T1＝(C0/Cr-0.5)/ACDR，
其中，T1为属于当前型号的某个退役动力电池的剩余循环寿命；C0和Cr分别为该退役动力电池当前的容量和额定容量；ACDR为当前型号的退役动力电池每次循环的平均容量衰减率；
其中，所述电池筛选单元，具体用于：
在预设的环境温度下，按照电池额定容量的预设倍率对每个退役动力电池进行多次恒流充放电试验，并确定每个退役动力电池最后一次的放电容量为其当前的容量；
对于任一个退役动力电池，若其当前的容量与其额定容量的比值大于等于预设比值，则保留所述退役动力电池；反之，则剔除所述退役动力电池。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述平均容量衰减率确定单元，具体用于按照下述公式确定平均容量衰减率：
ACDR＝(ACDR1+ACDR2+…+ACDRi)/i,
ACDRi＝(1-Clasti/Cfirsti)/N,
其中，ACDR为当前型号的退役动力电池每次循环的平均容量衰减率；i为选取的进行充放电循环试验的退役动力电池的个数；ACDRi为第i个退役动力电池每次循环的容量衰减率；Clasti为第i个退役动力电池的末次放电容量值；Cfirsti为第i个退役动力电池的首次放电容量值；N进行充放电循环的次数。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述电池筛选单元中的预设倍率为：1/3C倍率。
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