CN113894059A - 一种梯次利用磷酸铁锂电池的分选方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种梯次利用磷酸铁锂电池的分选方法，包括：将存在外观故障的电池淘汰后获取待分选电池；采用恒流的方式将待分选电池的电压调整至截止电压并作为初始电压；采用大电流对待分选电池进行脉冲放电和充电，根据待分选电池在脉冲放电以及充电过程中的直流电阻，计算出待分选电池的实际直流电阻；采用恒定电流对待分选电池进行处理，计算处理过程中的分选所需参数；获取电池温度变化曲线以及峰值温度，根据电池温度变化曲线以及峰值温度对电池进行分选淘汰后，根据待分选电池的实际直流电阻以及分选所需参数对电池进行分选成组。本发明解决了由于没有根据电池内部的机理特征进行分选而导致分组后，电池的老化程度与老化速度不一致的问题。

Description

一种梯次利用磷酸铁锂电池的分选方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种梯次利用磷酸铁锂电池的分选方法。

背景技术

随着电动汽车行业的兴起，电动汽车的销量越来越多，同时也带动锂离子电池的销量急剧上升，磷酸铁锂电池作为一种优质的锂离子电池，在电动汽车上被广泛应用。

对于电动汽车来说，为保证汽车的续航能力，当电池的容量下降到一定程度(例如80％)后，需要将其从汽车上淘汰下来，如果直接淘汰会造成电池剩余价值的浪费，因此，需要对退役的磷酸铁锂电池进行梯次利用。

但是由于梯次利用磷酸铁锂电池在经历不同的充放电过程后，其性能差异较大，如果不对其进行分组而直接使用，会影响电池二次使用的容量性能、功率性能以及电池组的剩余寿命，同时退役电池更有产生故障的可能性。目前的分选方法一般都是针对电池的外部特性，对电池内部的机理特征进行分选的较少，导致电池分组后，电池的老化程度与老化速度不一致，影响梯次电池组的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种梯次利用磷酸铁锂电池的分选方法，解决现有技术中由于没有根据电池内部的机理特征进行分选而导致分组后，电池的老化程度与老化速度不一致的技术问题。

为达到上述技术目的，本发明采取了以下技术方案：

本发明提供一种梯次利用磷酸铁锂电池的分选方法，包括：

步骤一、对电池外观进行检测，将存在外观故障的电池淘汰后获取待分选电池；

步骤二、采用恒流的方式将待分选电池的电压调整至截止电压后，作为待分选电池的初始电压，并静置第一时间，其中，所述截止电压为下限截止电压或上限截止电压；

步骤三、根据所述待分选电池的初始电压，采用大电流对待分选电池进行脉冲放电和脉冲充电，根据待分选电池在脉冲放电以及脉冲充电过程中的直流电阻，计算出待分选电池的实际直流电阻；

步骤四、采用恒定电流对待分选电池进行处理，计算处理过程中的分选所需参数；

步骤五、获取步骤一至步骤四过程中的电池温度变化曲线以及峰值温度，根据电池温度变化曲线以及峰值温度对电池进行分选淘汰后，根据所述待分选电池的实际直流电阻以及所述分选所需参数对电池进行分选成组。

优选的，所述的梯次利用磷酸铁锂电池的分选方法中，所述外观故障至少包括胀气、机械破损、腐蚀以及热溶解。

优选的，所述的梯次利用磷酸铁锂电池的分选方法中，所述步骤二中，当待分选电池的电压低于截止电压时，采用先恒流后恒压的方式将待分选电池的电压充电至截止电压，当待分选电池的电压高于截止电压时，采用恒流方式将待分选电池的电压放电至截止电压。

优选的，所述的梯次利用磷酸铁锂电池的分选方法中，当所述待分选电池的初始电压为上限截止电压时，所述步骤三具体包括：

采用大电流对所述待分选电池依次进行脉冲放电和脉冲充电，计算待分选电池在脉冲放电以及脉冲充电过程中的直流电阻，并计算出脉冲放电以及脉冲充电过程中的直流电阻的平均值，将所述平均值作为待分选电池的实际直流电阻；当所述待分选电池的初始电压为下限截止电压时，所述步骤三具体包括：

采用大电流对所述待分选电池依次进行脉冲充电和脉冲放电，计算待分选电池在脉冲充电以及脉冲放电过程中的直流电阻，并计算出脉冲充电以及脉冲放电过程中的直流电阻的平均值，将所述平均值作为待分选电池的实际直流电阻。

优选的，所述的梯次利用磷酸铁锂电池的分选方法中，所述脉冲充电和脉冲放电的时间均为10～30秒，所述脉冲放电和脉冲充电的电流大小均为3～5C。

优选的，所述的梯次利用磷酸铁锂电池的分选方法中，所述待分选电池的实际直流电阻的计算公式为：

其中，

表示待分选电池的实际直流电阻，R1表示待分选电池在脉冲放电过程中的直流电阻，R2表示待分选电池在脉冲充电过程中的直流电阻，U1表示脉冲放电开始前的电压，U2表示脉冲放电结束前的电压，U3表示脉冲充电开始前的电压，U4表示脉冲充电结束前的电压，I为脉冲放电以及脉冲充电的电流大小。

优选的，所述的梯次利用磷酸铁锂电池的分选方法中，所述步骤四中，所述分选所需参数为电池端电压，所述步骤四具体包括：

采用恒定电流对待分选电池进行短时间放电或充电，至电池ΔSOC为10-25％，静置第四时间后，记录电池端电压，其中，当待分选电池的初始电压为上限截止电压时，则进行放电处理，当待分选电池的初始电压为下限截止电压时，则进行充电处理。

优选的，所述的梯次利用磷酸铁锂电池的分选方法中，所述步骤四中，所述分选所需参数为电池变化容量，所述步骤四具体包括：

采用恒定电流对待分选电池恒流充电或放电至指定电压，电流记为I1，记录待分选电池在该时间段内的电池变化容量Q，其中，当待分选电池的初始电压为上限截止电压时，则进行放电处理，当待分选电池的初始电压为下限截止电压时，则进行充电处理。

优选的，所述的梯次利用磷酸铁锂电池的分选方法中，所述电池变化容量的计算公式为：

其中，Q表示待分选电池在时间段t内的电池变化容量Q，I1表示恒定电流的大小。

优选的，所述的梯次利用磷酸铁锂电池的分选方法中，所述步骤五中，所述根据电池温度变化曲线以及峰值温度对电池进行分选淘汰具体为：

根据电池温度变化曲线计算出待分选电池的平均温度值，根据待分选电池的平均温度值以及峰值温度对电池进行分选淘汰。

与现有技术相比，本发明提供的梯次利用磷酸铁锂电池的分选方法，首先检查电池外观，将存在外观故障的电池直接淘汰，然后对剩余的电池的初始状态进行一致性初始化处理，从而更好的利用测试过程中的参数差别对电池进行分选，之后通过脉冲充放电的方式计算出电池的实际直流电阻，然后利用恒流处理的方式得到分选所需参数，之后再将测试过程中温度异常的电池直接淘汰后，利用待分选电池的实际直流电阻以及所述分选所需参数对电池进行分选成组，测试时间端，大大缩短分选的时间成本和人力成本，而且综合了电池的内部特性参数，使得分选准确率更高，综合磷酸铁锂电池的电化学特性，利用电池的电压突变的特点对电池进行分选，从而使得分选过程考虑了电池内部的机理特征，避免梯次利用磷酸铁锂电池在使用时出现电池老化程度和老化速度不一致的情况，保证梯次电池组的使用寿命。

附图说明

图1是本发明提供的梯次利用磷酸铁锂电池的分选方法的一较佳实施例的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明实施例提供的梯次利用磷酸铁锂电池的分选方法，包括如下步骤：

S100、对电池外观进行检测，将存在外观故障的电池淘汰后获取待分选电池；

S200、采用恒流的方式将待分选电池的电压调整至截止电压后，作为待分选电池的初始电压，并静置第一时间，，其中，所述截止电压为下限截止电压或上限截止电压；

S300、根据所述待分选电池的初始电压，采用大电流对待分选电池进行脉冲放电和脉冲充电，根据待分选电池在脉冲放电以及脉冲充电过程中的直流电阻，计算出待分选电池的实际直流电阻；

S400、采用恒定电流对待分选电池进行处理，计算处理过程中的分选所需参数；

S500、获取步骤S100至步骤S400过程中的电池温度变化曲线以及峰值温度，根据电池温度变化曲线以及峰值温度对电池进行分选淘汰后，根据所述待分选电池的实际直流电阻以及所述分选所需参数对电池进行分选成组。

本实施例中，首先检查电池外观，将存在外观故障的电池直接淘汰，然后对剩余的电池的初始状态进行一致性初始化处理，从而更好的利用测试过程中的参数差别对电池进行分选，之后通过脉冲充放电的方式计算出电池的实际直流电阻，然后利用恒流处理的方式得到分选所需参数，之后再将测试过程中温度异常的电池直接淘汰后，利用待分选电池的实际直流电阻以及所述分选所需参数对电池进行分选成组，测试时间端，大大缩短分选的时间成本和人力成本，而且综合了电池的内部特性参数，使得分选准确率更高，综合磷酸铁锂电池的电化学特性，利用电池的电压突变的特点对电池进行分选，从而使得分选过程考虑了电池内部的机理特征，避免梯次利用磷酸铁锂电池在使用时出现电池老化程度和老化速度不一致的情况，保证梯次电池组的使用寿命。

在一个优选的实施例中，所述步骤S100中，所述外观故障至少包括胀气、机械破损、腐蚀以及热溶解，本发明实施例将存在外观故障的电池直接淘汰，避免后续梯次利用磷酸铁锂电池在使用时出现安全隐患。

在一个优选的实施例中，所述步骤S200中，由于待分选电池的初始电压情况不一致，为了保证分选的初始状态的一致性，对电池进行一致性初始化处理，具体的，当待分选电池的电压低于截止电压时，采用先恒流后恒压的方式将待分选电池的电压放电至截止电压，当待分选电池的电压高于截止电压时，采用恒流方式将待分选电池的电压放电至截止电压。

优选的，所述步骤S200中，所述恒流的大小为1C，第一时间为1分钟，静置一分钟可以在缩短检测时间的同时，消除电池极化，当然，在其它的实施例中，静置时间还可根据实际情况选择，本发明实施例对此不做限定。

在一个优选的实施例中，由于电池的初始电压不同，因此，所述步骤S300在不同的情况下，脉冲充放电的顺序不同，具体的，当所述待分选电池的初始电压为上限截止电压时，所述步骤S300具体包括：

采用大电流对所述待分选电池依次进行脉冲放电和脉冲充电，计算待分选电池在脉冲放电以及脉冲充电过程中的直流电阻，并计算出脉冲放电以及脉冲充电过程中的直流电阻的平均值，将所述平均值作为待分选电池的实际直流电阻；

当所述待分选电池的初始电压为下限截止电压时，所述步骤三具体包括：

采用大电流对所述待分选电池依次进行脉冲充电和脉冲放电，计算待分选电池在脉冲充电以及脉冲放电过程中的直流电阻，并计算出脉冲充电以及脉冲放电过程中的直流电阻的平均值，将所述平均值作为待分选电池的实际直流电阻。

其中，脉冲充电和脉冲放电的时间相同，均为10～30秒，此外，极化内阻是评价电池老化的关键因素，为了更好的反应出电池的极化内阻，一般来说放电倍率越大，极化越明显，但是电流过大容易对电池造成不可逆损伤，因此，本发明实施例中将脉冲充电和脉冲放电的电流设置相同，且均选择为3～5C，具体实施时，在进行脉冲放电时，采用大电流对待分选电池进行脉冲放电，并静置第二时间；在进行脉冲充电时，采用大电池对待分选电池进行脉冲充电，并静置第三时间；其中，第二时间为1分钟，第三时间为1分钟。

在一个优选的实施例中，所述待分选电池的实际直流电阻的计算公式为：

其中，

表示待分选电池的实际直流电阻，R1表示待分选电池在脉冲放电过程中的直流电阻，R2表示待分选电池在脉冲充电过程中的直流电阻，U1表示脉冲放电开始前的电压，U2表示脉冲放电结束前的电压，U3表示脉冲充电开始前的电压，U4表示脉冲充电结束前的电压，I为脉冲放电以及脉冲充电的电流大小。

在一个优选的实施例中，所述步骤S400中，所述分选所需参数为电池端电压或充电容量，因此，本发明提供两种步骤S400的实施例，具体的，

在第一实施例中，所述分选所需参数为电池端电压，所述步骤S400具体包括：

采用恒定电流对待分选电池进行短时间放电或放电，至电池ΔSOC为10-25％，静置第四时间后，记录电池端电压，其中，当待分选电池的初始电压为上限截止电压时，则进行放电处理，当待分选电池的初始电压为下限截止电压时，则进行充电处理。

本实施例中，采用端电压来进行电池性能的评价，对于磷酸铁锂电池而言，在30-70％范围内，其电压随SOC变化不大(存在稳定的电压平台)，而在选定的测试SOC范围之内，电池电压随SOC变化较为明显。对于不同健康状态的锂电池，放出或充电相同ΔSOC电量之后，电压变化显著，因此，本实施例基于此来进行电池的分选，具有较高的准确性。其中，恒流放电或充电电流为0.5-2C；第四时间为3-30min。

在第二实施例中，所述分选所需参数为电池变化容量(包括充电容量和放电容量两种)，所述步骤S400具体包括：

采用恒定电流对待分选电池恒流充电或放电至指定电压，电流记为I1，记录待分选电池在该时间段内的电池变化容量Q，其中，当待分选电池的初始电压为上限截止电压时，则进行放电处理，当待分选电池的初始电压为下限截止电压时，则进行充电处理。

本实施例中，所述充电容量的计算公式为：

其中，Q表示待分选电池在时间段t内的电池变化容量Q，I1表示恒定电流的大小。

本实施例通过电池容量来反应电池的内部性能，当初始soc为0时，需对其进行充电，并且充电截止电池2.8-3.1V，低于磷酸铁锂电池放电平台电池，可以通过电池容量，利用电池在低SOC状态下电压突变的特点对电池进行分选。当初始SOC较高时，则正好相反，利用电池在高SOC状态下电压突变的特点对电池进行分选。

在一个优选的实施例中，所述步骤S500中，所述根据电池温度变化曲线以及峰值温度对电池进行分选淘汰具体为：

根据电池温度变化曲线计算出待分选电池的平均温度值，根据待分选电池的平均温度值以及峰值温度对电池进行分选淘汰。

本实施例中，直接根据测试过程中的温度值来对电池进行分选淘汰，温度不合格的电池直接被淘汰，避免后续出现安全隐患。具体实施时，计算所测电池温度平均值

对于峰值温度高于

的电池，直接淘汰。

进一步的，所述步骤S500中，根据所述待分选电池的实际直流电阻以及所述分选所需参数对电池进行分选成组具有两种方式，具体的，

在第一种方式中，根据直流内阻

以及电池端电压U绘制电池性能二维分布图，分布在同一区域内的电池进行分选成组。其中，区域的大小根据应用场景来设定，本发明对此不做限定。

在第二种方式中，根据直流内阻

以及电池变化容量Q绘制电池性能二维分布图，分布在同一区域内的电池进行分选成组。其中，区域的大小根据应用场景来设定，本发明对此不做限定。

综上所述，本发明提供的梯次利用磷酸铁锂电池的分选方法，首先检查电池外观，将存在外观故障的电池直接淘汰，然后对剩余的电池的初始状态进行一致性初始化处理，从而更好的利用测试过程中的参数差别对电池进行分选，之后通过脉冲充放电的方式计算出电池的实际直流电阻，然后利用恒流处理的方式得到分选所需参数，之后再将测试过程中温度异常的电池直接淘汰后，利用待分选电池的实际直流电阻以及所述分选所需参数对电池进行分选成组，测试时间端，大大缩短分选的时间成本和人力成本，而且综合了电池的内部特性参数，使得分选准确率更高，综合磷酸铁锂电池的电化学特性，利用电池的电压突变的特点对电池进行分选，从而使得分选过程考虑了电池内部的机理特征，避免梯次利用磷酸铁锂电池在使用时出现电池老化程度和老化速度不一致的情况，保证梯次电池组的使用寿命。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种梯次利用磷酸铁锂电池的分选方法，其特征在于，包括：

步骤一、对电池外观进行检测，将存在外观故障的电池淘汰后获取待分选电池；

步骤二、采用恒流的方式将待分选电池的电压调整至截止电压后，作为待分选电池的初始电压，并静置第一时间，其中，所述截止电压为下限截止电压或上限截止电压；

步骤三、根据所述待分选电池的初始电压，采用大电流对待分选电池进行脉冲放电和脉冲充电，根据待分选电池在脉冲放电以及脉冲充电过程中的直流电阻，计算出待分选电池的实际直流电阻；

步骤四、采用恒定电流对待分选电池进行处理，计算处理过程中的分选所需参数；

步骤五、获取步骤一至步骤四过程中的电池温度变化曲线以及峰值温度，根据电池温度变化曲线以及峰值温度对电池进行分选淘汰后，根据所述待分选电池的实际直流电阻以及所述分选所需参数对电池进行分选成组。

2.根据权利要求1所述的梯次利用磷酸铁锂电池的分选方法，其特征在于，所述外观故障至少包括胀气、机械破损、腐蚀以及热溶解。

3.根据权利要求1所述的梯次利用磷酸铁锂电池的分选方法，其特征在于，所述步骤二中，当待分选电池的电压低于截止电压时，采用先恒流后恒压的方式将待分选电池的电压充电至截止电压，当待分选电池的电压高于截止电压时，采用恒流方式将待分选电池的电压放电至截止电压。

4.根据权利要求1所述的梯次利用磷酸铁锂电池的分选方法，其特征在于，当所述待分选电池的初始电压为上限截止电压时，所述步骤三具体包括：

采用大电流对所述待分选电池依次进行脉冲放电和脉冲充电，计算待分选电池在脉冲放电以及脉冲充电过程中的直流电阻，并计算出脉冲放电以及脉冲充电过程中的直流电阻的平均值，将所述平均值作为待分选电池的实际直流电阻；

当所述待分选电池的初始电压为下限截止电压时，所述步骤三具体包括：

采用大电流对所述待分选电池依次进行脉冲充电和脉冲放电，计算待分选电池在脉冲充电以及脉冲放电过程中的直流电阻，并计算出脉冲充电以及脉冲放电过程中的直流电阻的平均值，将所述平均值作为待分选电池的实际直流电阻。

5.根据权利要求4所述的梯次利用磷酸铁锂电池的分选方法，其特征在于，所述脉冲充电和脉冲放电的时间均为10～30秒，所述脉冲放电和脉冲充电的电流大小均为3～5C。

6.根据权利要求5所述的梯次利用磷酸铁锂电池的分选方法，其特征在于，所述待分选电池的实际直流电阻的计算公式为：

其中，

表示待分选电池的实际直流电阻，R1表示待分选电池在脉冲放电过程中的直流电阻，R2表示待分选电池在脉冲充电过程中的直流电阻，U1表示脉冲放电开始前的电压，U2表示脉冲放电结束前的电压，U3表示脉冲充电开始前的电压，U4表示脉冲充电结束前的电压，I为脉冲放电以及脉冲充电的电流大小。

7.根据权利要求1所述的梯次利用磷酸铁锂电池的分选方法，其特征在于，所述步骤四中，所述分选所需参数为电池端电压，所述步骤四具体包括：

采用恒定电流对待分选电池进行短时间放电或充电，至电池ΔSOC为10-25％，静置第四时间后，记录电池端电压，其中，当待分选电池的初始电压为上限截止电压时，则进行放电处理，当待分选电池的初始电压为下限截止电压时，则进行充电处理。

8.根据权利要求1所述的梯次利用磷酸铁锂电池的分选方法，其特征在于，所述步骤四中，所述分选所需参数为电池变化容量，所述步骤四具体包括：

采用恒定电流对待分选电池恒流充电或放电至指定电压，电流记为I1，记录待分选电池在该时间段内的电池变化容量Q，其中，当待分选电池的初始电压为上限截止电压时，则进行放电处理，当待分选电池的初始电压为下限截止电压时，则进行充电处理。

9.根据权利要求8所述的梯次利用磷酸铁锂电池的分选方法，其特征在于，所述电池变化容量的计算公式为：

其中，Q表示待分选电池在时间段t内的电池变化容量Q，I 1表示恒定电流的大小。

10.根据权利要求1所述的梯次利用磷酸铁锂电池的分选方法，其特征在于，所述步骤五中，所述根据电池温度变化曲线以及峰值温度对电池进行分选淘汰具体为：

根据电池温度变化曲线计算出待分选电池的平均温度值，根据待分选电池的平均温度值以及峰值温度对电池进行分选淘汰。

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