CN112051512A - 一种梯次利用分选方法及储能系统 - Google Patents

一种梯次利用分选方法及储能系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种梯次利用分选方法及储能系统。所述分选方法包括以下步骤：查询是否有退役电池对应的原电池数据；如果有，则对退役电池进行HPPC测试，计算各个SOC区间内的内阻并记录；如果没有，则从退役电池中选取状况良好的单体电池，并对所述单体电池进行HPPC测试，计算个SOC区间内的内阻并记录；将退役电池包拆解到模组级别，将模组的采样线束接入电池管理系统；对模组进行充放电，通过电池管理系统采集所述模组的电压、电流和温度，计算相应SOC下的内阻；对每个电池进行分选；将分选出的内部电池一致性合格的模组重新组合，组成储能系统。本发明不必将电池从模组上拆下，可以直接测试分选。

Description

一种梯次利用分选方法及储能系统
技术领域
本发明涉及退役电池分选技术领域，具体的说是一种梯次利用分选方法及储能系统。
背景技术
目前随着绿色能源和新能源车的推广，锂离子电池得到了广泛的利用。市面上已经有大量的锂离子电池到了退役的阶段，如果退役的电池直接拆解，一方面造成了资源的极大浪费，另一方面也更容易造成环境污染。所以，如果将退役后的电池经分选后进行梯次利用，具有极高的经济价值和环保价值，而现阶段高效有效的退役电池分选方法是限制退役电池梯次利用的一大难题。
目前的技术，大多是将退役后的电池，进行性能测试，得到各个电池的电压、容量、直流内阻或交流内阻的数据，利用这些参数对电池进一步筛选分组，或估算出各个电池的SOH，相近SOH的分成一组，相同分组的电池再重新组合在一起进行梯次利用。
在现有技术中，主要分为退役模组的分选和退役电池的分选。在退役模组的分选中，首先检测模组的外观、结构等基本信息，再检测模组的电性能，将符合要求的模组分成一组再组合利用，这样分选比较简单，但分组困难，很多模组会因为当中的几支电芯劣化而造成整体不符合要求，被报废，造成极大的浪费。退役电池的分选，则首先检测单体电池的外观，将外观良好的电池再进行测试，得到电池的电压、电量、直流内阻或交流内阻等基础信息，再根据基础信息进行分组，一方面需要测量每一支电芯，效率低；另一方面由于测试简单，退役电池基础电性能的随机波动大，容易造成检测不准确，无法精确分选出合格电池。
在锂离子电池梯次利用领域，电池或模组的有效准确分选是梯次利用的前提，并一直制约着电池的梯次利用，因此为了安全起见，退役电池在分选时，往往设定严苛的条件，使很多原本有梯次利用价值的电池作报废处理，造成资源浪费。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种梯次利用分选方法及储能系统。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种梯次利用分选方法，包括以下步骤：
从数据库中查询是否有退役电池对应的原电池数据；
如果有，则对所述退役电池进行HPPC测试，计算各个SOC区间内的内阻并记录；如果没有，则从退役电池中选取状况良好的单体电池，并对所述单体电池进行HPPC测试，计算各个SOC区间内的内阻并记录；
将退役电池包拆解到模组级别，将模组的采样线束接入电池管理系统；
对所述模组进行充放电，通过所述电池管理系统采集所述模组的电压、电流和温度，计算相应SOC下的内阻；
在相同SOC区间、相同电流密度、相同温度条件下，比较每个电池的初始内阻，即可区分出每个电池的健康状态，按照设定的内阻区间进行分选，分成不同等级，以对应不同要求的储能应用场景；
将分选出的内部电池一致性合格的模组重新组合，组成储能系统，或将分选出不合格的模组内的合格电池拆解出来，重新组合成模组后再组成储能系统。
所述HPPC测试为测试待测电池的端电压Ui并作出Ui-SOC曲线，计算得到每个SOC下的电池内阻：
VSOC＝Ui+IR(1)
式中，VSOC为对应SOC下的电池电势，I为测试时的电流，R为电池内阻。
所述对所述模组进行充放电，通过所述电池管理系统采集所述模组的电压、电流和温度，计算相应SOC下的内阻，包括以下步骤：
在恒定25℃环境中，对所述模组以0.2C倍率进行若干次循环充放电；
根据采集到的电压、电流、温度，计算相应SOC下的内阻；
对每个SOC区间的内阻作归一处理，使每个SOC区间对应一个内阻，并存储记录。
所述将分选出的模组重新组合，组成储能系统，或分选出的电池重新组合成模组后再组成储能系统，包括以下步骤：
将新模组接入新的电池管理系统，所述新的电池管理系统预先存入每个电池每个SOC区间对应的初始内阻；
所述新的电池管理系统在SOC估算时，将根据当前使用状态，调入下一个SOC区间的内阻计算电池电势Vsoc，再根据Vsoc-SOC曲线得到剩余SOC，并且所在区间完成完整的放电后，重新计算内阻，存入之前的存储位置，将之前的内阻数据覆盖。
一种梯次利用分选储能系统，包括通过上述的一种梯次利用分选方法分选出的储能系统。
所述储能系统在检测到超过3个不相连的SOC区间，内阻大于安全使用寿命测算的内阻时，停止使用。
本发明具有以下优点及有益效果：
1、本发明可以直接用于退役电池的分选也可以用于退役模组的分选，并且电池不必从模组上拆下，可以直接测试分选，对于可梯次利用的退役模组不必拆解，其原始采集模块也仍可继续使用。
2、本发明采用多次测试，避免了一次测试可能因电池波动或意外造成的误判，可以简便准确的分选退役电池，并提高各材料利用率。
3、本发明将电池SOC分成多个区间，测试每个SOC下的电池内阻，测试结果更加准确可靠，避免了在某段SOC下电池已经劣化而仍被梯次利用的风险，并且此数据作为新的电池管理系统的SOC和SOH预测的原始数据。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
实施例1
本实施例以新能源车退役的磷酸铁锂电池包为例。
1)首先查询数据库发现无电池记录，遂将电池包拆解至模组级别。根据电池包数据记录选取状态良好的电池模组拆解至电芯。选取状况良好的单体电池在25℃进行“HPPC”测试，测试电池的端电压Ui，并作出Ui-SOC曲线。计算得到每个SOC(荷电状态)下的电池内阻。
VSOC＝Ui+IR(1)
式中：VSOC为对应SOC下的电池电势，I为测试时的电流，R为电池内阻。
将SOC根据电池特性，分成多个区间，比如，0％-10％SOC和90％-100％，每2％SOC为一个区间；10％-90％，每5％SOC为一个区间，每个区间对应一个电池内阻并记录在表格1中。
表1.不同SOC区间电池内阻记录表
0％-2％ 2％-4％ 4％-6％ 6％-8％ 8％-10％ 10％-15％ 15％-20％ 20％-25％ 25％-30％
30％-35％ 35％-40％ 40％-45％ 45％-50％ 50％-55％ 55％-60％ 60％-65％ 65％-70％ 70％-75％
75％-80％ 80％-85％ 85％-90％ 90％-92％ 92％-94％ 94％-96％ 96％-98％ 98％-100％
2)将其他退役模组的采样线束接入预先准备好的电池管理系统。在恒定25℃环境中，对退役模组以0.2C倍率进行10次循环的充放电。电池管理系统根据采集到的电池电压、电流、温度，计算相应SOC下的电池内阻，并对每个SOC区间的内阻作归一处理，每个SOC区间对应一个电池内阻，并存储记录。
3)将10个周期后每个SOC区间的内阻再作归一处理，得到每个SOC区间与一个内阻对应，并作为电池新的初始内阻存储，与表1中的内阻比较，当有3个SOC区间的内阻差值大于限定值△R时，作报废处理，其他电池根据设定的内阻区间分组。
在相同SOC区间、相同电流密度、相同温度条件下，比较每个电池的初始内阻，预设一个标准内阻，与这个标准内阻相比在设定范围内的认定为电池健康，否则认定电池不健康，这样即可区分出每个电池的健康状态。
分选出的内部电池一致性合格的模组需要满足的条件是：符合具体应用的一致性要求，比如内阻极差<0.2mΩ，电压极差<5mV(由具体电池、应用场景决定)。不合格的模组内的合格电池也要符合上述应用场景要求，将其拆解出来，重新组合成模组后再组成储能系统。
4)分选出的电池重新组合成模组后再组成储能系统，并采用新的管理系统。
5)梯次利用电池在使用过程中，当检测到超过3个不相连的SOC区间的内阻大于安全使用寿命测算的内阻R终止时，停止使用。R终止由实验测得(普通加速老化实验)或SOH(电池健康状态)计算得到。

Claims (6)

1.一种梯次利用分选方法，其特征在于，包括以下步骤：
从数据库中查询是否有退役电池对应的原电池数据；
如果有，则对所述退役电池进行HPPC测试，计算各个SOC区间内的内阻并记录；如果没有，则从退役电池中选取状况良好的单体电池，并对所述单体电池进行HPPC测试，计算各个SOC区间内的内阻并记录；
将退役电池包拆解到模组级别，将模组的采样线束接入电池管理系统；
对所述模组进行充放电，通过所述电池管理系统采集所述模组的电压、电流和温度，计算相应SOC下的内阻；
在相同SOC区间、相同电流密度、相同温度条件下，比较每个电池的初始内阻，即可区分出每个电池的健康状态，按照设定的内阻区间进行分选，分成不同等级，以对应不同要求的储能应用场景；
将分选出的内部电池一致性合格的模组重新组合，组成储能系统，或将分选出不合格的模组内的合格电池拆解出来，重新组合成模组后再组成储能系统。
2.根据权利要求1所述的一种梯次利用分选方法，其特征在于，所述HPPC测试为测试待测电池的端电压Ui并作出Ui-SOC曲线，计算得到每个SOC下的电池内阻：
VSOC＝Ui+IR (1)
式中，VSOC为对应SOC下的电池电势，I为测试时的电流，R为电池内阻。
3.根据权利要求1所述的一种梯次利用分选方法，其特征在于，所述对所述模组进行充放电，通过所述电池管理系统采集所述模组的电压、电流和温度，计算相应SOC下的内阻，包括以下步骤：
在恒定25℃环境中，对所述模组以0.2C倍率进行若干次循环充放电；
根据采集到的电压、电流、温度，计算相应SOC下的内阻；
对每个SOC区间的内阻作归一处理，使每个SOC区间对应一个内阻，并存储记录。
4.根据权利要求1所述的一种梯次利用分选方法，其特征在于，所述将分选出的模组重新组合，组成储能系统，或分选出的电池重新组合成模组后再组成储能系统，包括以下步骤：
将新模组接入新的电池管理系统，所述新的电池管理系统预先存入每个电池每个SOC区间对应的初始内阻；
所述新的电池管理系统在SOC估算时，将根据当前使用状态，调入下一个SOC区间的内阻计算电池电势Vsoc，再根据Vsoc-SOC曲线得到剩余SOC，并且所在区间完成完整的放电后，重新计算内阻，存入之前的存储位置，将之前的内阻数据覆盖。
5.一种梯次利用分选储能系统，其特征在于，包括通过如权利要求1所述的一种梯次利用分选方法分选出的储能系统。
6.根据权利要求5所述的一种梯次利用分选储能系统，其特征在于，所述储能系统在检测到超过3个不相连的SOC区间，内阻大于安全使用寿命测算的内阻时，停止使用。
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