CN112186278A - 一种锂离子电池配组方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂离子电池配组方法，包括以下步骤：S1根据电芯容量对同一批次电芯进行配组；S2测试电芯的充放电dV/dQ曲线，得到充电末端拐点及放电末端拐点，定义充电末端拐点的电压为V_点1，定义放电末端拐点的电压为V_点2；S3在电压为V_点1下经t₁充电至上限电压测得充电极限电流I₁；在电压为V_点2下经t₂放电至下限电压测得放电极限电流I₂；S4在V_点1下，施加电流I₁充电，经过时间t₁，测得DCR1；在V_点2下，施加电流I₂放电，经过时间t₂，测得DCR2；以DCR1和DCR2进行配组。该方法能显著降低电池组的压差，能简单有效地筛选出一致性较好的电芯。

Description

一种锂离子电池配组方法

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池配组方法。

背景技术

锂离子电池作为商用的新能源技术，在3C、电动工具、无人机、汽车等领域有着广泛的应用，尤其在新能源汽车领域。在电动汽车运行的过程中，需要由单体电池以串并联方式进行连接后形成一个电池组满足车辆运行过程中动力的需求。由于电池组中单体电池多，其一致性不稳定会严重影响电池组容量、能量、压差、续航里程、使用寿命，进而影响用户在使用过程的体验。由于电池在制成过程中各方面因素的影响，单体电池本身即存在一定的差异，这种差异通常表现为容量、内阻、自放电率、电压平台、充放电曲线等特性上的不同，即为电池间的不一致性。随着动力电池近几年发展迅猛，消费者对里程、充电及安全的要求也越来越高，这些对锂离子电池组的电芯一致性提出了更高的要求。如何提高电池组电芯的一致性是目前决定电池成组应用性能的关键。

压差是衡量电池模组一致性的重要指标。电池模组的压差一般分为静态压差和动态压差。实际数据表明，静态压差会直接影响动态压差。电芯的开路电压和K值与静态压差的关系比较大。容量、ACR与动态压差的关系比较大。总之，动态压差是容量、ACR、电压及K值综合作用的结果。如何通过筛选电池的办法来降低压差并提升电池循环寿命是锂电行业经常需要面对的一个问题。通常情况下，锂电企业采用电压、K值、容量及ACR(交流电阻)等参数值来对电池进行一致性筛选配组。

直流内阻(DCR)能很好地反映出电芯的极化大小，其能够真实反映出电芯在充放电过程中的电压变化大小。是常用的配组方法之一，但目前的研究方法比较局限，有的仅是测量一段区间的DCR，这样不能完整地描述放电过程中的整个极化变化。有的测试方法需要测量整个SOC区间的DCR，这样的工作量大，没有针对性，且不适合大规模推广。

现有技术中通过直流内阻进行电池筛选时，通常是，通过较大电流充放电检测不同SOC下的直流内阻检测，这种方法虽然考虑到了电芯在整个放电过程中的极化，但测试的点太多，操作复杂，针对性差，不适合直接在产线推广。如何更高效地利用直流内阻来筛选电池，并使其在挑选完后的电池组成模组放电末端压差小，对提高电池组的性能、寿命及安全方面具有科学指导和实践意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种锂离子电池配组方法，该方法能显著降低电池组的压差，能简单有效地筛选出一致性较好的电芯。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种锂离子电池配组方法，其包括以下步骤：

S1根据电芯容量对同一批次电芯进行配组；

S2取同一批次若干电芯通过充放电得到体系的dV/dQ曲线，得到充电末端拐点及放电末端拐点，定义充电末端拐点的电压为V_点1，定义放电末端拐点的电压为V_点2；

S3将步骤S2中的电芯于常温下，在电压为V_点1下经t₁充电至上限电压V_末测得充电极限电流I₁；在电压为V_点2下经t₂放电至下限电压V_下测得放电极限电流I₂；

S4将由步骤S1筛选得到的电芯在V_点1的电压下，施加电流I₁充电，经过时间t₁终止瞬间电压为V₁，测得DCR1＝(V₁-V_点1)/I₁；在V_点1的电压下，施加电流I₂放电，经过时间t₂终止瞬间电压为V₂，测得DCR2＝(V_点2-V₂)/I₂；以DCR1和DCR2对该批次电芯进行配组。

进一步，锂离子电池配组方法还包括电芯K值一致性筛选，即根据电芯K值对同一批次电芯进行配组。

优选的，所述电芯K值一致性筛选，通过以下步骤实现：对待配组电池进行容量分选后，在规定时间t₃内转入高温房搁置t₄天，然后静置t₅天后测试电压得到V₃，常温搁置t₆天后测试电压得到V₄，通过计算(V₃-V₄)/T₁即得到K值，T₁指V₃到V₄中间的间隔小时数。所述高温房内温度为45℃。

优选的，所述t₃的范围为4～8h，所述t₄的范围为2～3天，所述t₅的范围为1～1.5天，所述t₆为3～7天。通过上述方法测完K值，选择K值差值0.03mV/h作为分档标准。

优选的，所述根据电芯容量对同一批次电池进行配组，通过分容柜对化成完的电芯进行分选。

优选的，所述根据电芯容量对同一批次电池进行配组，挑选容量范围在其额定容量105％～110％之间的电芯，以标称容量的1％～1.5％作为容量的分档标准。

进一步，锂离子电池配组方法还包括交流内阻的一致性的筛选，即根据电池交流内阻对同一批次电芯进行配组；采用内阻测试仪测试电芯的交流内阻。

优选的，根据电池交流内阻对同一批次电芯进行配组，剔除掉小于交流内阻均值23.3％和大于均值130％的异常值，以均值的0％～33.3％作为交流内阻的分档标准。

优选的，步骤S1和S2中，所述同一批次指同一周内生产的同一批次电芯。

进一步，步骤S2中，所述充放电的电流为0.1C～0.5C。

优选的，步骤S3中，所述t₁为2～10S，t₂为2～10S。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)由于电芯极化较大的点，其直流内阻变化就越敏感，筛选的精度就越高，本发明根据充放电曲线的极化变化，通过dV/dQ曲线找到首尾两个极化较大的拐点，并在拐点电压下通过极限电流来测试直流内阻，配合其他条件进行电池的筛选配组，操作简捷，电芯一致性好。

(2)通常由于靠近平台电压，充放电中间区间的极化本身是比较小的。通过测试极限电流能反映出整个首尾区间的极化大小，进一步提高直流内阻筛选的准确性，提高电池压差的一致性。

附图说明

图1是本发明的操作流程示意图；

图2是本发明中电芯的dV/dQ曲线；

图3是本发明实施例1～3电池组的容量保持率随循环次数(cycle)的变化曲线示意图；

图4是本发明实施例1～3电池组末端压差对比曲线。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作详细说明。

本实施例选择同一周内生产的6000mAh的三元功率型电池作为锂离子单体电池，模组采用24s1p的方式组装。如图1所示，一种锂离子电池配组方法，其包括以下步骤：

S1根据电芯容量对同一批次电芯进行配组；根据电芯K值对同一批次电芯进行配组；根据电池交流内阻对同一批次电芯进行配组；

S2取同一批次若干电芯通过电流0.1C～0.5C充放电得到体系的dV/dQ曲线，得到该批次电芯的充电末端拐点及放电末端拐点，即两端高低电压下dV/dQ值突变点，如图2所示，定义充电末端拐点(图2中拐点1)的电压为V_点1，定义(图2中拐点2)的电压为V_点2；

S3将步骤S2中的电芯于常温下，在电压为V_点1下经t₁充电至上限电压V_末测得充电极限电流I₁；在电压为V_点2下经t₂放电至下限电压V_下测得放电极限电流I₂；

S4将由步骤S1筛选得到的电芯在拐点1的状态下，施加电流I₁充电，经过时间t₁终止瞬间电压为V₁，测得DCR1＝(V₁-V_点1)/I₁；在拐点2状态下，施加电流I₂放电，经过时间t₂终止瞬间电压为V₂，测得DCR2＝(V_点2-V₂)；以DCR1和DCR2对该批次电芯进行配组。

步骤S1中，所述根据电芯K值对同一批次电池进行配组，通过以下步骤实现：对待配组电池进行容量分选后，在规定时间t₃内转入45℃高温房搁置t₄天，然后静置t₅天后测试电压得到V₃，常温搁置t₆天后测试电压得到V₄，通过计算(V₄-V₃)/T₁即得到K值，T₁指V₃到V₄中间的间隔小时数。

所述t₃的范围为4～8h，所述t₄的范围为2～3天，所述t₅的范围为1～1.5天，所述t₆为3～7天。通过上述方法测完K值，选择K值差值0.03mV/h作为分档标准。

步骤S1中，通过分容柜对化成完的电芯进行分选，所得到的分选容量作为配组参数；挑选容量范围在其额定容量105％～110％之间的电芯，以标称容量的1％～1.5％作为容量的分档标准。

步骤S1中，所述交流内阻的一致性的筛选，采用内阻测试仪测试电芯的交流内阻；剔除掉小于交流内阻均值23.3％和大于均值130％的异常值,以均值的0％～33.3％作为交流内阻的分档标准。

步骤S1中，根据电芯容量、K值及交流内阻进行筛选配组的顺序可以调换；电芯K值一致性筛选可以在步骤S1前；或，在步骤S1～步骤S4之间；或，在步骤S4之后。交流内阻的一致性筛选可以在步骤S1前；或，在步骤S1～步骤S4之间；或，在步骤S4之后。均可以实现本发明的配组效果。

步骤S3中，t₁为2～10S，t₂为2～10S，所述上限电压即为末端电压4.2V，所述下限电压即为末端电压2.7V。

步骤S4中，所述直流内阻DCR1的测试方法为(4.2-V_点1)/I₁；所述直流内阻DCR2的测试方法为(V_点2-2.7)/I₂。

步骤S3中，充电极限电流I₁即是在固定时间t₁下以一定电流I₁充电，末端电压刚好为4.2V，该电流I₁即为充电极限电流。放电极限即是在固定时间t₂下以一定电流I2放电，末端电压刚好为2.7V，该电流即为极限放电电流。

本实施例中通过对电芯充放电测得的dV/dQ曲线如图2所示。

实施例1

(1)取若干个上述单体电芯于分容柜上进行分选，得到容量范围均处在6000～6650mAh，以6000mAh～6090mAh为A1档；6090mAh～6180mAh为A2档；6180mAh～6270mAh为A3档；6270mAh～6360mAh为A4档；6360mAh～6450mAh为A5档；6450mAh～6640mAh为A6档。取A5档组别的电芯进行下一步。

(2)上述组别1电芯在分选完后进行K值测试，得到K值范围均处在0～1mV/h，以0～0.03mV/h为B1档；以0.03～0.06mV/h为B2档；剔除掉K大于0.06mV/h的电芯。取处于B1档组别的电芯在进行下一步。

(3)测试交流内阻的范围处于0.7mΩ～1mΩ之间，以0.7mΩ～1mΩ为E1档。取处于E1档组别的电芯进行下一步。

(4)拐点1对应电压V_点1为3.9V，测试极限电流为90A，时间为3S；拐点2对应电压V_点2为3.49V，测试极限电流为55A，时间为3S。上述电芯放空电，在以6A电流分别充电至3.49V及3.90V，在3.49V下以电流55A，3s测得DCR1的范围处在8mΩ～11mΩ之间，以8mΩ～9mΩ为C1档；以9mΩ～10mΩ为C2档；以10mΩ～11mΩ为C3档；在3.90V下以电流90A，3s测得DCR2的范围处在12～15mΩ，以12mΩ～13mΩ为D1档；以13mΩ～14mΩ为D2档；以14mΩ～15mΩ为D3档；取处于C1及D1档组别的电芯进行下一步。

取上述筛选完的电芯进行统一以小电流0.1C恒流恒压补电至3.35V，然后将电芯成组，并进行压差及循环测试。

实施例2

取与实施例1不同周次的电池进行筛选。

(1)取若干个上述单体电芯于分容柜上进行分选，得到容量范围均处在6000～6650mAh，以6000mAh～6090mAh为A1档；6090mAh～6180mAh为A2档；6180mAh～6270mAh为A3档；6270mAh～6360mAh为A4档；6360mAh～6450mAh为A5档；6450mAh～6640mAh为A6档。取A5档组别的电芯进行下一步。

(2)上述组别1电芯在分选完后进行K值测试，得到K值范围均处在0～1mV/h，以0～0.03mV/h为B1档；以0.03～0.06mV/h为B2档；剔除掉K大于0.06mV/h的电芯。取处于B1档组别的电芯。

(3)测试交流内阻的范围处于0.7mΩ～1mΩ之间，以0.7mΩ～1mΩ为E1档。取处于E1档组别的电芯进行下一步。

(4)拐点1对应电压V_点1为3.9V，测试极限电流为75A，时间为5S；拐点2对应电压V_点2为3.49V，测试极限电流为46A，时间为5S。上述电芯放空电，在以6A电流分别充电至3.49V及3.90V，在3.49V下以电流46A，5s测得DCR1的范围处在10mΩ～13mΩ之间，以10mΩ～11mΩ为C1档；以11mΩ～12mΩ为C2档；以12mΩ～13mΩ为C3档；在3.90V下以电流75A，5s测得DCR2的范围处在14～17mΩ，以14mΩ～15mΩ为D1档；以15mΩ～16mΩ为D2档；以16mΩ～17mΩ为D3档；取处于C1及D1档组别的电芯进行下一步。

取上述筛选完的电芯进行统一以小电流0.1C恒流恒压补电至3.35V，然后将电芯成组，并进行压差及循环测试。

实施例3

取与实施例1、2不同周次的电池进行筛选。

(1)取若干个上述单体电芯于分容柜上进行分选，得到容量范围均处在6000～6650mAh，以6000mAh～6090mAh为A1档；6090mAh～6180mAh为A2档；6180mAh～6270mAh为A3档；6270mAh～6360mAh为A4档；6360mAh～6450mAh为A5档；6450mAh～6640mAh为A6档。取A5档组别的电芯进行下一步。

(2)上述组别1电芯在分选完后进行K值测试，得到K值范围均处在0～1mV/h，以0～0.03mV/h为B1档；以0.03～0.06mV/h为B2档；剔除掉K大于0.06mV/h的电芯。取处于B1档组别的电芯进行下一步。

(3)测试交流内阻的范围处于0.7mΩ～1mΩ之间，以0.7mΩ～1mΩ为E1档。取处于E1档组别的电芯进行下一步。

(4)拐点1对应电压V_点1为3.9V，测试极限电流为40A，时间为10S；拐点2对应电压V_点2为3.49V，测试极限电流为25A，时间为10S。上述电芯先放空电，在以6A电流分别充电至3.49V及3.90V，在3.49V下以电流25A，10s测得DCR1的范围处在13mΩ～16mΩ之间，以13mΩ～14mΩ为C1档；以14mΩ～15mΩ为C2档；以15mΩ～16mΩ为C3档；在3.90V下以电流40A，10s测得DCR2的范围处在17～20mΩ，以17mΩ～18mΩ为D1档；以18mΩ～19mΩ为D2档；以19mΩ～20mΩ为D3档；取处于C1及D1档组别的电芯进行下一步。

上述筛选完的电芯进行统一以小电流0.1C恒流恒压补电至3.35V，然后将电芯成组，并进行压差及循环测试。

对比例1

与实例1主要不同在于：容量分档区间处于6360～6410mAh；K值分档处于0～0.03mV/h；内阻分档0.7mΩ～1mΩ；其直流内阻采用50％SOC测试，18A，3S测得DCR的范围处于2mΩ～4mΩ之间，以2mΩ～2.5mΩ为C1档；以2.5mΩ～3mΩ为C2档；以3mΩ～3.5mΩ为C3档；以3.5mΩ～4mΩ为C4档，取DCR处于2mΩ～2.5mΩ电芯为一组。

对比例2

与实例1主要不同在于：未引入直流内阻来配组。容量分档区间处于6360～6410mAh；K值分档处于0～0.03mV/h；内阻分档0.7mΩ～1mΩ。

实施例1～3和对比例电池组的容量保持率随循环次数(cycle)的变化曲线如图3所述，从图中可以看出，与对比实施例相比，采用本发明方法进行电池筛选配组的实施例1～3，长期循环后容量下降较小，长期循环性能更好。

上述锂离子电池配组参数及性能见下表。

表1锂离子电池配组参数及性能对比

实施例1～3和对比例电池组的末端压差对比图见图4.从表1和图4可以明显看出，与对比实施例相比，用本发明方法进行电池筛选配组的实施例1～3，电芯压差较小，一致性更好。

上面结合具体实施方式对本发明作了详细的说明。但是，本发明并不限于上面所描述的内容。说明书中所涉及的标号并不代表先后顺序，本领域技术人员能够对上述顺序进行变换而并不离开本发明的保护范围。在本领域技术人员所具备的知识范围内，不脱离本发明构思作出的各种变化，仍落在本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种锂离子电池配组方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S1根据电芯容量对同一批次电芯进行配组；

S2取同一批次若干电芯通过充放电得到体系的dV/dQ曲线，得到充电末端拐点及放电末端拐点，定义充电末端拐点的电压为V_点1，定义放电末端拐点的电压为V_点2；

S3将步骤S2中的电芯于常温下，在电压为V_点1下经t₁充电至上限电压V_末测得充电极限电流I₁；在电压为V_点2下经t₂放电至下限电压V_初测得放电极限电流I₂；

S4将由步骤S1筛选得到的电芯在V_点1的电压下，施加电流I₁充电，经过时间t₁终止瞬间电压为V₁，测得DCR1＝(V₁-V_点1)/I₁；在V_点1的电压下，施加电流I₂放电，经过时间t₂终止瞬间电压为V₂，测得DCR2＝(V_点2-V₂)/I₂；以DCR1和DCR2对该批次电芯进行配组。

2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池配组方法，其特征在于：其还包括电芯K值一致性筛选，即根据电芯K值对同一批次电芯进行配组。

3.根据权利要求2所述的一种锂离子电池配组方法，其特征在于：所述电芯K值一致性筛选，通过以下步骤实现：将待配组电池进行容量分选后，在规定时间t₃内转入高温房搁置t₄天，然后静置t₅天后测试电压得到V₃，常温搁置t₆天后测试电压得到V₄，通过计算(V₃-V₄)/T₁即得到K值，T₁指V₃到V₄中间的间隔小时数。

4.根据权利要求3所述的一种锂离子电池配组方法，其特征在于：所述t₃的范围为4～8h，所述t₄的范围为2～3天，所述t₅为1～1.5天，所述t₆的范围为3～7天。

5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池配组方法，其特征在于：所述根据电芯容量对同一批次电池进行配组，挑选容量范围在其额定容量105％～110％之间的电芯，以标称容量的1％～1.5％作为容量的分档标准。

6.根据权利要求1所述的一种锂离子电池配组方法，其特征在于：其还包括交流内阻的一致性的筛选，即根据电池交流内阻对同一批次电芯进行配组。

7.根据权利要求6所述的一种锂离子电池配组方法，其特征在于：根据电池交流内阻对同一批次电芯进行配组，剔除掉小于交流内阻均值23.3％和大于均值130％的异常值，以均值的0％～33.3％作为交流内阻的分档标准。

8.根据权利要求1所述的一种锂离子电池配组方法，其特征在于：所述同一批次指同一周内生产的同一批次电芯。

9.根据权利要求1所述的一种锂离子电池配组方法，其特征在于：所述充放电电流为0.1C～0.5C。

10.根据权利要求1所述的一种锂离子电池配组方法，其特征在于：所述t₁为2～10S，t₂为2～10S。

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