CN114101118B - 铅酸电池一致性筛选方法 - Google Patents
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Abstract
一种铅酸电池一致性筛选方法，包括以下步骤：在相同的试验场景下测算至少两个铅酸电池在交流激励电流下的交流阻抗数据；计算任意两个铅酸电池的交流阻抗数据的一致性，若所述交流阻抗数据具有一致性，则该两个铅酸电池具有一致性。仅通过一轮充电获得电池的匹配情况，快速筛选到可以匹配成组的铅酸电池，匹配方法考虑了电池的容量差别，也考虑到了运行期间的阻抗差别，保证铅酸电池单体一致性的科学性和准确性。
Description
技术领域
本发明涉及铅酸电池一致性筛选领域，具体涉及一种铅酸电池一致性筛选方法。
背景技术
在成熟的可充电电池中，铅酸电池具有很高的可靠性和成本优势，在对能量密度不敏感的领域，如交通、通讯、储能等领域应用广泛。然而铅酸电池的循环寿命较短，超出循环寿命后，铅酸电池单体一致性会直接影响电池包的充放电性能和健康状态。因此，为了保证电池的一致性和使用效果，需要对电池进行回收，筛选出一致性较强的电池用于低能量密度要求的场景，这个过程被称为退役铅酸电池的筛选再利用。
退役电池再利用的关键是如何准确地对电池进行筛选配组，目前大多数厂家采用容量匹配的形式，即对电池进行多轮充放电测试获得平均容量，再将容量接近的电池匹配成组。这种方法存在以下问题：(1)容量测定耗时长，铅酸电池的运行倍率通常是0.2C，该倍率下的一轮充放电(含静置)时间在十小时以上，多轮充放电则需要2～3天；(2)无法反映内部电化学参数，电池的容量是内部电化学参数共同作用的结果，尽管容量匹配法能得到单体容量相近的电池包，但在重新使用中各单体电池的容量衰减速度、发热情况等都会有差异，会很快出现新的不一致。
发明内容
本发明的目的是提供一种铅酸电池一致性筛选方法，以快速筛选出一致性较高的铅酸电池。
本发明的技术方案是：
一种铅酸电池一致性筛选方法，包括以下步骤：
在相同的试验场景下测算至少两个铅酸电池在交流激励电流下的交流阻抗数据；计算任意两个铅酸电池的交流阻抗数据的一致性，若所述交流阻抗数据具有一致性，则该两个铅酸电池具有一致性。
优选的，所述试验场景为铅酸电池应用场景。
优选的，所述交流激励电流的频率为20Hz。
优选的，计算两个铅酸电池的交流阻抗数据的一致性的方法是：根据所述交流阻抗数据，绘制每一铅酸电池的交流阻抗曲线；归一化处理交流阻抗曲线的时间参数和阻抗参数进行归一化，计算持续时间较长的交流阻抗曲线上的每个点到另一条交流阻抗曲线的最短距离，若所有的最短距离求和平均值∈距离阈值，则该两个铅酸电池对应的交流阻抗数据具有一致性。
优选的，测算铅酸电池在交流激励电流下的交流阻抗数据的方法是：向铅酸电池输入20Hz频率的正弦激励电流，采样测量铅酸电池两端电压的交流分量，通过傅里叶变换处理采样得到的交流分量，换算得到铅酸电池在20Hz频率上的电压分量，计算得到交流阻抗值。
本发明的有益效果是：
1.能够仅通过一轮充电获得电池的匹配情况，快速筛选到可以匹配成组的铅酸电池，匹配方法考虑了电池的容量差别，也考虑到了运行期间的阻抗差别，保证铅酸电池单体一致性的科学性和准确性。
附图说明
图1为一种基于交流阻抗的退役铅酸电池快速筛选方法的流程图。
图2是一种目标电池在目标状态下的目标交流阻抗曲线。
图3是一种目标电池在恒流充电模式下的电压曲线。
图4是一种交流阻抗测量图。
具体实施方式
下面结合附图，以实施例的形式说明本发明，以辅助本技术领域的技术人员理解和实现本发明。除另有说明外，不应脱离本技术领域的技术知识背景理解以下的实施例及其中的技术术语。
铅酸电池的循环寿命较短，超出循环寿命后，铅酸电池单体一致性会直接影响电池包的充放电性能和健康状态。因此，为了保证电池的一致性和使用效果，需要对电池进行回收，筛选出一致性较强的电池用于低能量密度要求的场景，这个过程被称为退役铅酸电池的筛选再利用。
当然，本发明不止可以应用于上述场景中，实际应用中，可能还可以应用于其他的应用场景中。
图1是一种基于交流阻抗的退役铅酸电池快速筛选方法的流程图。
向电池注入一定频率的激励电流，并测量其响应电压，该频率的交流阻抗是该频率的响应电压与激励电流的商；
所述交流阻抗设备包括：
激励源，用于向整个电池串联单元输出正弦激励电流。
滤波放大电路，用于放大被测电池两端电压的交流分量。
信号采集电路，采集滤波放大电路输出的电压值，获得通过傅里叶变换计算得出每个电池在特定频率下的电压分量，进而计算得到交流阻抗值。
通过所述交流阻抗测量设备快速对退役铅酸电池进行筛选的方法包括以下步骤：
在步骤101中，阐释了本专利依据的原理，即：在长期运行中，电池容量的衰减是内部多种电化学过程共同作用的结果，这些电化学过程会对电池的交流阻抗产生不同的影响，最终表现交流阻抗的异化；充电过程中交流阻抗曲线接近的电池就具有一致的电化学参数，可以被筛选并匹配成新的模组。
在步骤102中，阐释了专利的作用，即：在目标状态下使用目标方法得到目标电池的目标交流阻抗，并根据多个电池的目标交流阻抗曲线的目标参数来计算电池之间的匹配程度，快速筛选出能够匹配成组的铅酸电池。所述目标状态是充电状态，所述目标方法是一种非侵入式的、在线的交流阻抗测量方法，所述目标电池指待筛选的铅酸电池，所述目标交流阻抗是20Hz电流激励下的交流阻抗，所述目标参数是最短平均距离。最短平均距离的计算方法是：归一化处理交流阻抗曲线的时间参数和阻抗参数，归一化处理过程中可以采用加权算法，计算持续时间较长的交流阻抗曲线上的每个点到另一条交流阻抗曲线的最短距离，所有的最短距离求和平均值即最短平均距离。
在步骤103中，阐释了通过所述目标参数计算电池之间的匹配程度的方法为：将任意两个电池之间的最短平均距离计算出来后，并设定一个距离阈值。如果目标电池中存在一个子集，该子集中任意两个电池的最短平均距离计算都低于阈值，则该子集就是筛选出的可以成组的退役铅酸电池。
在步骤104中，阐释了本专利的有益效果，即：能够仅通过一轮充电获得电池的匹配情况，快速筛选到可以匹配成组的铅酸电池，匹配方法考虑了电池的容量差别，也考虑到了运行期间的阻抗差别，保证铅酸电池单体一致性的科学性和准确性。
例如，以6个相同标称容量的退役铅酸电池为例，从完全放电和静置条件开始，分别对电池进行0.1C的恒流充电，直到电压到达截止电压，不断测量电池的20Hz交流阻抗，各电池的交流阻抗曲线如图2所示。
从图2可见，阻抗曲线既有数值上的明显差异(如电池1和电池2)，又有长度上的明显差异(如电池3和电池4)，也有两者兼有的差异(如电池1和电池6)。其中数值差异主要来自内部电化学参数不同的阻抗表征，长度差异来自电化学参数不同的容量表征，因此这些曲线能够反映阻抗和容量两方面的特征。
通过本专利的方法计算6个铅酸电池充电过程中的交流阻抗曲线互相之间的最短平均距离分析，得到结果如表1所示。
表1目标电池之间的匹配程度
| 电池1 | 电池2 | 电池3 | 电池4 | 电池5 | 电池6 | |
| 电池1 | 0 | |||||
| 电池2 | 0.942485 | 0 | ||||
| 电池3 | 0.169455 | 0.772375 | 0 | |||
| 电池4 | 0.626521 | 0.87341 | 0.403720 | 0 | ||
| 电池5 | 0.129484 | 0.833217 | 0.077353 | 0.366707 | 0 | |
| 电池6 | 1.187595 | 1.152002 | 0.934311 | 0.233290 | 0.860452 | 0 |
可见，1、3、5号电池的具有很高的匹配度(数值越低匹配度越高)，并且这三个电池可以形成一个子集，其中任意两个电池的匹配度都很高。因此，这三个电池可以筛选成组，重新利用。
对6个铅酸电池进行一轮从完全放电条件下开始的恒流充电实验，结果如图3所示。可见，所筛选的1、3、5号电池的电压特性接近，恒流充电模式下的充电时间也接近，证明了通过本专利方法筛选出的电池具有很高的一致性。
图4是一种基于运行工况下电池的交流阻抗测量方法，向电池注入一定频率的激励电流，并测量其响应电压，该频率的交流阻抗是该频率的响应电压与激励电流的商；
上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明。应当明白，实践中无法穷尽地说明所有可能的实施方式，在此通过举例说明的方式尽可能的阐述本发明得发明构思。在不脱离本发明的发明构思、且未付出创造性劳动的前提下，本技术领域的技术人员对上述实施例中的技术特征进行取舍组合、具体参数进行试验变更，或者利用本技术领域的现有技术对本发明已公开的技术手段进行常规替换形成的具体的实施例，均应属于为本发明隐含公开的内容。
Claims (4)
1.一种铅酸电池一致性筛选方法，其特征在于，包括以下步骤：
在相同的试验场景下测算至少两个铅酸电池在交流激励电流下的交流阻抗数据；计算任意两个铅酸电池的交流阻抗数据的一致性，若所述交流阻抗数据具有一致性，则该两个铅酸电池具有一致性；
计算两个铅酸电池的交流阻抗数据的一致性的方法是：根据所述交流阻抗数据，绘制每一铅酸电池的交流阻抗曲线；归一化处理交流阻抗曲线的时间参数和阻抗参数，计算持续时间较长的交流阻抗曲线上的每个点到另一条交流阻抗曲线的最短距离，若所有的最短距离求和平均值∈距离阈值，则该两个铅酸电池对应的交流阻抗数据具有一致性。
2.如权利要求1所述的铅酸电池一致性筛选方法，其特征在于，所述试验场景为铅酸电池应用场景。
3.如权利要求1所述的铅酸电池一致性筛选方法，其特征在于，所述交流激励电流的频率为20Hz。
4.如权利要求1所述的铅酸电池一致性筛选方法，其特征在于，测算铅酸电池在交流激励电流下的交流阻抗数据的方法是：向铅酸电池输入20Hz频率的正弦激励电流，采样测量铅酸电池两端电压的交流分量，通过傅里叶变换处理采样得到的交流分量，换算得到铅酸电池在20Hz频率上的电压分量，计算得到交流阻抗值。
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