CN111740176B - 一种退役动力锂电池分选方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种退役动力锂电池分选方法,包括以下步骤:获取退役动力锂电池的分选特征测量数据;根据分选特征测量数据提取分选特征作为分选依据;根据分选依据获取分选联合指标;根据分选联合指标设定分选阈值进行退役动力锂电池筛选。本发明通过红外热成像技术对退役电池的热效应进行全面监测,分析提取关键温度特征信息,联合电池容量、内阻以及电压,实现多维度的退役动力锂电池综合评估,根据评估指标可以对退役单体进行分选处理,保证所选电池单体电特性的一致性,同时降低电池组热管理的难度与热失控的风险,对于退役动力锂电池成组之后的能量均衡和电池组热管理均具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于退役动力锂电池梯次利用领域,具体涉及一种退役动力锂电池分选方法。
背景技术
随着国家政策的大力支持,新能源汽车过往呈现出了爆发式增长。特别随着“新基建”的大力倡导,充电桩的日益普及,必将为新能源汽车的发展增添新的动力。作为当前新能源汽车最重要的储能元件,锂电池会在使用过程中逐渐发生性能的退化。可以预见,未来必将会有大量从新能源汽车中退役而来的动力锂电池。退役动力锂电池仍然具备潜在的应用价值,能够作为一种低成本的储能方案用于梯次利用。
实现动力锂电池梯次利用的第一步就要是对退役电池进行分选,挑选性能更为接近的单体组成电池组,以便于成组后动力锂电池组的性能更好。动力锂电池筛选方法多是利用内阻、容量、电压等单参数或者多参数进行筛选。动力锂电池组的热管理是当前电池应用中面临的重要挑战,热失控会带来严重的安全隐患,而当前动力锂电池筛选方法对于此方面考虑较少。为此,综合考虑锂电池的热效应,对退役动力锂电池的电、热特性进行统一筛选,不仅能够从新的维度确保了锂电池的一致性,而且为电池组后续热管理提供了相应便利。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足,提供一种退役动力锂电池分选方法,从大规模退役动力锂电池中选取一致性较好的单体成组,保证所选电池单体电特性的一致性,同时降低电池组热管理的难度与热失控的风险。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种退役动力锂电池分选方法,包括以下步骤:
获取退役动力锂电池的分选特征测量数据;
根据分选特征测量数据提取分选特征作为分选依据;
根据分选依据获取分选联合指标;
根据分选联合指标设定分选阈值进行退役动力锂电池筛选。
为优化上述技术方案,采取的具体措施还包括:
进一步地,上述获取退役动力锂电池的分选特征测量数据包括以下步骤:
步骤101:以1C恒流将退役动力锂电池充电至最大电压Vmax;
步骤102:保持电池端电压为Vmax直至充电电流小于0.02A;
步骤103:静置电池2小时;
步骤104:以1/3C的电流倍率将电池放电至SOC=80%;
步骤105:静置电池1小时;
步骤106:以1C电流脉冲给电池放电,持续时间为20秒;
步骤107:静置电池5分钟;
步骤108:以1/3C的电流倍率将电池放电至SOC=50%;
步骤109:静置电池1小时;
步骤110:以1C电流脉冲给电池放电,持续时间为20秒;
步骤111:静置电池5分钟;
步骤112:以1/3C的电流倍率将电池放电至SOC=20%;
步骤113:静置电池1小时;
步骤114:以1C电流脉冲给电池放电,持续时间为20秒;
步骤115:静置电池5分钟;
步骤116:以1/3C的电流倍率将电池放电至截止电压。
进一步地,上述获取退役动力锂电池的分选特征测量数据还包括在步骤101至步骤116过程中,获取退役动力锂电池的实时电流信息、电压信息和温度信息。
进一步地,上述分选特征包括退役动力锂电池的容量、内阻和温度。
进一步地,上述根据分选特征测量数据提取退役动力锂电池的容量具体包括以下步骤:
在退役动力锂电池恒流恒压充电过程中,通过对电流积分计算退役动力锂电池的容量,计算公式为:
其中,Q为计算得到的电池容量,tstart为充电的起始时间,tend为充电的截止时间,i(t)
为充电过程电流的测量值。
进一步地,上述根据分选特征测量数据提取退役动力锂电池的内阻具体包括以下步骤:
通过电流脉冲测试结果计算退役动力锂电池的内阻,计算公式为:
其中,R为退役动力锂电池的内阻,ΔU和ΔI分别为电流脉冲测试过程中电池两端电流与电压的变化量。
进一步地,上述根据分选特征测量数据提取退役动力锂电池的温度具体包括以下步骤:
预设电池表面发热区域的面积为A,热点的大小为S;
定义退役动力锂电池的平均温度为:
定义退役动力锂电池的最高温度为:
Tm=TS_max
其中,Tm=TS_max为热点S内的最高温度。
进一步地,上述根据分选依据获取分选联合指标具体包括以下步骤:
分别定义退役动力锂电池的容量、内阻、平均温度和最高温度的权重w1、w2、w3和w4,并满足w1+w2+w3+w4=1;
将退役动力锂电池的容量、内阻、平均温度和最高温度进行归一化计算,得到计算公式为:
其中,X为退役动力锂电池的容量、内阻、平均温度和最高温度相应的指标,Xmin为各指标中的最小值,Xmax为各指标中的最大值,Xnorm为归一化后的指标;
定义退役锂电池分选的联合指标Cindex为:
Cindex=w1·Qnorm+w2·Rnorm+w3·Tave_norm+w4·Tm_norm
其中,Qnorm、Rnorm、Tave_norm和Tm_norm为各分选特征经过归一化之后的值。
进一步地,上述根据分选联合指标设定分选阈值进行退役动力锂电池筛选具体包括以下步骤:
将若干个退役锂电池分选的联合指标Cindex进行排序;
根据若干个退役锂电池分选的联合指标Cindex的分布特征,设定筛选阈值Cindex_min与Cindex_max,筛选出退役锂电池单体。
本发明的有益效果是:
本发明提供的一种退役动力锂电池分选方法,通过红外热成像技术对退役电池的热效应进行全面监测,分析提取关键温度特征信息,联合电池容量、内阻以及电压,实现多维度的退役动力锂电池综合评估,根据评估指标可以对退役单体进行分选处理,保证所选电池单体电特性的一致性,同时降低电池组热管理的难度与热失控的风险,对于退役动力锂电池成组之后的能量均衡和电池组热管理均具有重要意义。
附图说明
图1为本发明的退役动力锂电池温度测试系统结构示意图。
图2为本发明的分选特征的测量方法示意图。
图3为本发明的退役动力锂电池表面温度分布示意图。
图4为本发明的方法流程图。
具体实施方式
现在结合附图1-4对本发明作进一步详细的说明。
需要注意的是,发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语,亦仅为便于叙述的明了,而非用以限定本发明可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容下,当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1所示,在本发明的其中一个实施例中,设计了一种针对退役动力锂电池热效应的测试系统,包括上位机、功率单元和测量系统,其中,功率单元和测量系统电气连接,经过预先设定的测试工况,对锂电池进行充放电,在充放电过程中同时旋转电池,以捕获锂电池全部表面的温度信息;同时,测量系统可同时对多块锂电池进行测量。
在本实施例中,通过电池的恒流恒压充电过程及脉冲测试过程,即可获得该单体电流、电压、温度的原始数据。在此基础上,计算各电池单体在整个充电过程中的最大温度与平均温度,综合锂电池的容量、内阻、电压,实现退役动力锂电池电、热特性的统一分选,为后续梯次利用中电、热特性的一致性奠定基础。
如图4所示,在本发明的其中一个实施例中,一种退役动力锂电池分选方法,包括以下步骤:
步骤一:获取退役动力锂电池的分选特征测量数据;
在本实施例中,如图2所示,获取退役动力锂电池的分选特征测量数据包括以下步骤:
步骤101:以1C恒流将退役动力锂电池充电至最大电压Vmax;
步骤102:保持电池端电压为Vmax直至充电电流小于0.02A;
步骤103:静置电池2小时;
步骤104:以1/3C的电流倍率将电池放电至SOC=80%;
步骤105:静置电池1小时;
步骤106:以1C电流脉冲给电池放电,持续时间为20秒;
步骤107:静置电池5分钟;
步骤108:以1/3C的电流倍率将电池放电至SOC=50%;
步骤109:静置电池1小时;
步骤110:以1C电流脉冲给电池放电,持续时间为20秒;
步骤111:静置电池5分钟;
步骤112:以1/3C的电流倍率将电池放电至SOC=20%;
步骤113:静置电池1小时;
步骤114:以1C电流脉冲给电池放电,持续时间为20秒;
步骤115:静置电池5分钟;
步骤116:以1/3C的电流倍率将电池放电至截止电压。
在本实施例中,如图1所示,测量系统的每个通道将配备高精度电流、电压传感器实时获取电池单体的电流及电压信息。与此同时,利用红外热成像技术,捕获锂电池的温度信息。为获得与分选特征相关联的测量数据,将采用恒流恒压充电过程结合电流脉冲测试测量电池的容量与内阻。
步骤二:根据分选特征测量数据提取分选特征作为分选依据;
在本实施例中,分选特征包括退役动力锂电池的容量、内阻和温度。
进一步地,上述根据分选特征测量数据提取退役动力锂电池的容量具体包括以下步骤:
在退役动力锂电池恒流恒压充电过程中,通过对电流积分计算退役动力锂电池的容量,计算公式为:
其中,Q为计算得到的电池容量,tstart为充电的起始时间,tend为充电的截止时间,i(t)
为充电过程电流的测量值。
根据分选特征测量数据提取退役动力锂电池的内阻具体包括以下步骤:
通过电流脉冲测试结果计算退役动力锂电池的内阻,计算公式为:
其中,R为退役动力锂电池的内阻,ΔU和ΔI分别为电流脉冲测试过程中电池两端电流与电压的变化量。
根据分选特征测量数据提取退役动力锂电池的温度具体包括以下步骤:
在测量过程中,电池表面局部温度升高会呈现一定的不一致性。通常电池表面某些区域的温度增加会快于其他部分。如图3所示,电池表面有面积较大的发热区域,该区域内又包含了温度更高的热点。
预设电池表面发热区域的面积为A,热点的大小为S;
定义退役动力锂电池的平均温度为:
定义退役动力锂电池的最高温度为:
Tm=TS_max
其中,Tm=TS_max为热点S内的最高温度。
步骤三:根据分选依据获取分选联合指标;
在本实施例中,根据分选依据获取分选联合指标具体包括以下步骤:
分别定义退役动力锂电池的容量、内阻、平均温度和最高温度的权重w1、w2、w3和w4,并满足w1+w2+w3+w4=1;
权重系数可由专家的打分设置完成,选取从事相关领域的十名专家,获得各专家对于权重的打分后,取平均值,即可获得w1、w2、w3和w4。
将退役动力锂电池的容量、内阻、平均温度和最高温度进行归一化计算,得到计算公式为:
其中,X为退役动力锂电池的容量、内阻、平均温度和最高温度相应的指标,Xmin为各指标中的最小值,Xmax为各指标中的最大值,Xnorm为归一化后的指标;
定义退役锂电池分选的联合指标Cindex为:
Cindex=w1·Qnorm+w2·Rnorm+w3·Tave_norm+w4·Tm_norm
其中,Qnorm、Rnorm、Tave_norm和Tm_norm为各分选特征经过归一化之后的值。
步骤四:根据分选联合指标设定分选阈值进行退役动力锂电池筛选。
在本实施例中,根据分选联合指标设定分选阈值进行退役动力锂电池筛选具体包括以下步骤:
将若干个退役锂电池分选的联合指标Cindex进行排序;
根据若干个退役锂电池分选的联合指标Cindex的分布特征,设定筛选阈值Cindex_min与Cindex_max,筛选出退役锂电池单体,设定筛选阈值时,可以根据实际应用的需求及Cindex的方差等分布特征,就能够直接筛选出充放电特性与热特性都较好的退役电池单体。
在本实施例中,通过利用红外热成像技术检测退役动力电池的热特性,与传统电池容量与内阻测试相结合,形成综合指标,进行电池筛选。所提能够从整体角度考虑退役电池热、电特性方面的一致性,以更全面的评价指标筛选出一致性更好的退役动力锂电池,对于退役动力锂电池成组之后的能量均衡和电池组热管理均具有重要意义。
以上仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰,应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种退役动力锂电池分选方法,其特征在于,包括以下步骤:
获取退役动力锂电池的分选特征测量数据;
根据分选特征测量数据提取分选特征作为分选依据;
根据分选依据获取分选联合指标,具体包括以下步骤:
分别定义退役动力锂电池的容量、内阻、平均温度和最高温度的权重w1、w2、w3和w4,并满足w1+w2+w3+w4=1;将退役动力锂电池的容量、内阻、平均温度和最高温度进行归一化计算,得到计算公式为:
其中,X为退役动力锂电池的容量、内阻、平均温度和最高温度相应的指标,Xmin为各指标中的最小值,Xmax为各指标中的最大值,Xnorm为归一化后的指标;定义退役锂电池分选的联合指标Cindex为:
Cindex=w1·Qnorm+w2·Rnorm+w3·Tave_norm+w4·Tm_norm,
其中,Qnorm、Rnorm、Tave_norm和Tm_norm为各分选特征经过归一化之后的值;
根据分选联合指标设定分选阈值进行退役动力锂电池筛选,具体包括以下步骤:
将若干个退役锂电池分选的联合指标Cindex进行排序;根据若干个退役锂电池分选的联合指标Cindex的分布特征,设定筛选阈值Cindex_min与Cindex_max,筛选出退役锂电池单体。
2.根据权利要求1所述的退役动力锂电池分选方法,其特征在于,所述获取退役动力锂电池的分选特征测量数据包括以下步骤:
步骤101:以1C恒流将退役动力锂电池充电至最大电压Vmax;
步骤102:保持电池端电压为Vmax直至充电电流小于0.02A;
步骤103:静置电池2小时;
步骤104:以1/3C的电流倍率将电池放电至SOC=80%;
步骤105:静置电池1小时;
步骤106:以1C电流脉冲给电池放电,持续时间为20秒;
步骤107:静置电池5分钟;
步骤108:以1/3C的电流倍率将电池放电至SOC=50%;
步骤109:静置电池1小时;
步骤110:以1C电流脉冲给电池放电,持续时间为20秒;
步骤111:静置电池5分钟;
步骤112:以1/3C的电流倍率将电池放电至SOC=20%;
步骤113:静置电池1小时;
步骤114:以1C电流脉冲给电池放电,持续时间为20秒;
步骤115:静置电池5分钟;
步骤116:以1/3C的电流倍率将电池放电至截止电压;
在步骤101至步骤116过程中,获取退役动力锂电池的实时电流信息、电压信息和温度信息。
3.根据权利要求1或2所述的退役动力锂电池分选方法,其特征在于,所述分选特征包括退役动力锂电池的容量、内阻和温度;
在退役动力锂电池恒流恒压充电过程中,通过对电流积分计算退役动力锂电池的容量,计算公式为:
其中,Q为计算得到的电池容量,tstart为充电的起始时间,tend为充电的截止时间,i(t)为充电过程电流的测量值;
通过电流脉冲测试结果计算退役动力锂电池的内阻,计算公式为:
其中,R为退役动力锂电池的内阻,ΔU和ΔI分别为电流脉冲测试过程中电池两端电流与电压的变化量;
预设电池表面发热区域的面积为A,热点的大小为S,定义退役动力锂电池的平均温度为:
Tm=TS_max,
其中,TS_max为热点S内的最高温度。
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