CN115990581A - 一种梯次利用电池的快速分类筛选方法 - Google Patents
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Abstract
一种梯次利用电池的快速分类筛选方法，属于锂电池梯次回收技术领域。包括步骤：输入待测电池模组的电芯串数；测量并记录当前电池模组的电压；根据电池模组的质量以及锂电池行业常规质量能量密度水平,粗略估计理论设计容量C；给定一个0.2C的探测电流对待测电池模组进行充电；以固定时间间隔记录电压上升数据；将待测电池模组按照起始电压所在区间段划分三个组别，针对不同组别分别进行充电，并基于三元系电芯和铁锂系电芯的充电曲线特性，观察待测电池模组在充电电压区间内的电压上升曲线，根据曲线特性进行分类。优点：快速有效地对未知材料体系的梯次来料电芯进行区分，可以确保梯次利用锂电池最大化的继续发挥处使用价值。
Description
技术领域
本发明属于锂电池梯次回收技术领域，具体涉及一种梯次利用电池的快速分类筛选方法。
背景技术
近几年，电动汽车逐步进入产业化和商用化，电动汽车产业链的快速增长，带动了锂电池保有量的爆发式增长，与此同时，需要报废的电池数量也急剧上涨。对于汽车动力锂电池而言，通常剩余容量降低至初始容量的70～80％时，便无法满足电动汽车的动力性能、续航里程和安全运行要求，需要对其进行更换。如果直接将电池淘汰将造成资源的严重浪费。事实上，更换下来的锂电池，仍具有较高的剩余容量，经过测试、筛选、重组等，可以用于低速电动车、备用电源、电力储能等运行工况相对良好、对电池性能要求较低的邻域，形成所谓的“梯次利用”。锂电池的梯次利用是电动汽车和动力锂电池产业链形成闭环的关键环节，在环境保护、资源回收和提高锂电池寿命周期价值等方面，具有重要价值。锂电池梯次利用之前，必须进行检测和分选。目前市场上应用的锂电池,分为三元系和铁锂系,由于此二种电池的充放电电压平台有差异，因此无法相互兼容。在批量无标识的梯次电池来料时，必须提前辨别对应的材料体系，否则无法正确设定充放电电压，造成后续电池组容量测试及配对失效。
鉴于上述已有技术，本申请人作了有益的设计，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种梯次利用电池快速分类筛选方法，操作简单，能够对未知材料体系的电芯进行快速分类。
本发明的目的是这样来达到的，一种梯次利用电池的快速分类筛选方法，包括如下步骤：
S1)输入待测电池模组的电芯串数；
S2)测量并记录当前电池模组的电压；
S3)根据电池模组的质量以及锂电池行业常规质量能量密度水平,粗略估计出理论设计容量C；
S4）根据所述的理论设计容量C，给定一个0.2C的探测电流对待测电池模组进行充电，特别地；
S5）以固定时间间隔记录电压上升数据；
S6）将待测电池模组按照起始电压所在区间段划分三个组别，针对不同组别分别进行充电，并基于三元系电芯和铁锂系电芯的充电曲线特性，观察待测电池模组在充电电压区间内的电压上升曲线，根据曲线特性进行分类，
第一组别，起始电压 < (3V × 串数)，在2.2V到3.3V的充电电压区间内观察电压上升曲线，若出现明显的电压上升曲线，且符合铁锂电芯的典型充电曲线变化率时,判定为铁锂电芯，若电压上升曲线接近线性，且符合三元系电芯的典型充电曲线变化率时，判定为三元系电芯，若电压上升曲线诡异,且无法匹配三元系电芯和铁锂电芯时,判定为异常电池模组，
第二组别，(3V × 串数) < 起始电压 < (3.3V × 串数)，在3.3V到3.6V的充电电压区间内观察电压上升曲线，若电压上升曲线变化缓慢，且符合铁锂电芯的典型充电曲线变化率时，判定为铁锂电芯，若电压上升曲线接近线性，且符合三元系电芯的典型充电曲线变化率时,判定为三元系电芯，若电压上升曲线诡异,且无法匹配三元系电芯和铁锂电芯时,判定为异常电池模组，
第三组别，起始电压 > (3.6V × 串数)，用0.2C的充电电流对待测电池模组进行试探性充电, 在大于3.6V的充电电压区间内观察电压上升曲线，若电压曲线快速上升,则判定为铁锂电芯,并立即停止测试,以免电压过高引起过充；若电压上升接近线性, 且符合三元系电芯的典型充电曲线变化率时,判定为三元系电芯。
在本发明的一个具体的实施例中，在所述的步骤S4中），对充电电压设定上限：不高于4.2V×电芯串数。
在本发明的另一个具体的实施例中，所述的步骤S3）中，所述的理论设计容量C=锂电池行业常规质量能量密度水平x电池重量/3.6，单位为mAh，其中，所述的锂电池行业常规能量密度水平为150～160wh/kg。
本发明由于采用了上述结构，与现有技术相比，具有的有益效果是：快速有效地对未知材料体系的梯次来料电芯进行区分，可以确保梯次利用锂电池最大化的继续发挥处使用价值；可适用于大多数现有充放电设备的硬件设施,智能化程度高,能够降低对操作人员的专业要求,并且能够提高分类的准确性,避免因电芯类型设置不当而造成安全事故。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为磷酸铁铝锂电池在0.2C探测电流时的充电曲线示意图。
图3为三元锂电池在0.2C探测电流时的充电曲线示意图。
图4为本发明一实施例的测试数据表。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式详细描述，但对实施例的描述不是对技术方案的限制，任何依据本发明构思作形式而非实质的变化都应当视为本发明的保护范围。
在下面描述中凡是涉及上、下、左、右、前和后的方向性（或者称方位性）的概念均是针对正在被描述的图所处的位置状态而言的，目的在于方便公众理解，因而不能将其理解为对本发明提供的技术方案的特别限定。
请参阅图1，本发明涉及一种梯次利用电池的快速分类筛选方法，基于电池管理系统上位机监测电池充放电过程中的电压电流变化，对未知材料体系的梯次来料电芯,主要是针对三元系电芯和铁锂系电芯，可快速进行区分，具体包括如下步骤：
S1)在电池管理系统上位机中输入待测电池模组的电芯串数；
S2)利用电池管理系统上位机测量并记录当前电池模组的电压；
S3)根据电池模组的质量以及锂电池行业常规质量能量密度水平,粗略估计出一理论设计容量C，所述的理论设计容量C= 锂电池行业常规质量能量密度水平(Wh/KG)x电池重量/3.6(V)，单位为mAh，其中，所述的锂电池行业常规能量密度水平根据电池模组的新旧程度，取值一般介于150～160wh/kg；
S4）根据所述的理论设计容量C，给定一个0.2C的探测电流对待测电池模组进行充电，此处0.2C是国标规定的低倍率充电制式（仲裁充电制式），C是电池额定容量，0.2是倍数，充电时间=C/0.2C=5小时，特别的，需要对充电电压设定上限，设定为不高于4.2V×电芯串数，以防无限制高压充电而造成危险；
S5) 利用电池管理系统上位机以固定时间间隔记录电压上升数据，通常可以选择1秒的时间间隔；
S6)基于磷酸铁铝锂电池和三元锂电池的充电曲线特性，如图2和图3，磷酸铁铝锂电池在3.3V以下是上升较快的,3.3V和3.6V之间是上升缓慢的,3.6V以上是极速上升的；相对而言, 三元锂电池是保持线性上升的趋势，根据上述电池充电时电压上升的斜率大小,考虑在3.3V和3.6V是两个拐点，因此将待测电池模组按照起始电压所在区间段划分三个组别，分别是：第一组别，起始电压 < (3V × 串数)；第二组别，(3V × 串数) < 起始电压 <(3.3V × 串数)；第三组别，起始电压 > (3.6V × 串数)。然后针对不同组别分别进行充电，并基于三元系电芯和铁锂系电芯的充电曲线特性，观察待测电池模组在充电电压区间内的电压上升曲线，根据曲线特性进行针对性判断，完成分类，具体如下。
所述的第一组别中，起始电压 < (3V × 串数)，在2.2V到3.3V的充电电压区间内观察电压上升曲线：若出现明显的电压上升曲线，且符合铁锂电芯的典型充电曲线变化率时,则判定为铁锂电芯；若电压上升曲线接近线性，且符合三元系电芯的典型充电曲线变化率时，则判定为三元系电芯；若电压上升曲线诡异,且无法匹配三元系电芯和铁锂电芯时,判定为异常电池模组，
所述的第二组别中，(3V × 串数) < 起始电压 < (3.3V × 串数)，在3.3V到3.6V的充电电压区间内观察电压上升曲线：若电压上升曲线变化缓慢，且符合铁锂电芯的典型充电曲线变化率时，判定为铁锂电芯，若电压上升曲线接近线性，且符合三元系电芯的典型充电曲线变化率时,判定为三元系电芯，若电压上升曲线诡异,且无法匹配三元系电芯和铁锂电芯时,判定为异常电池模组，
所述的第三组别中，起始电压 > (3.6V × 串数)，用0.2C的充电电流对待测电池模组进行试探性充电, 在大于3.6V的充电电压区间内观察电压上升曲线：若电压曲线快速上升,则判定为铁锂电芯,并立即停止测试,以免电压过高引起过充；若电压上升接近线性,且符合三元系电芯的典型充电曲线变化率时,判定为三元系电芯。
图4示意了针对三元系电芯和铁锂系电芯的两组电池测试的具体实验数据，表中采用的锂电池行业常规能量密度水平为150wh/kg。由表可知，本方案达到了发明目的。
本方法可适用于大多数现有充放电设备的硬件设施,只需按此法调整软件,即可实现自动电芯识别,并可进行后续的参数自动调整,由此提高智能化程度，提高分类的准确性,达到发明目的。
Claims (3)
1.一种梯次利用电池的快速分类筛选方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1)输入待测电池模组的电芯串数；
S2)测量并记录当前电池模组的电压；
S3)根据电池模组的质量以及锂电池行业常规质量能量密度水平,粗略估计出一理论设计容量C；
S4）根据所述的理论设计容量C，给定一个0.2C的探测电流对待测电池模组进行充电；
S5）以固定时间间隔记录电压上升数据；
S6）将待测电池模组按照起始电压所在区间段划分三个组别，针对不同组别分别进行充电，并基于三元系电芯和铁锂系电芯的充电曲线特性，观察待测电池模组在充电电压区间内的电压上升曲线，根据曲线特性进行分类，
第一组别，起始电压 < (3V × 串数)，在2.2V到3.3V的充电电压区间内观察电压上升曲线，若出现明显的电压上升曲线，且符合铁锂电芯的典型充电曲线变化率时,判定为铁锂电芯，若电压上升曲线接近线性，且符合三元系电芯的典型充电曲线变化率时，判定为三元系电芯，若电压上升曲线诡异,且无法匹配三元系电芯和铁锂电芯时,判定为异常电池模组，
第二组别，(3V × 串数) < 起始电压 < (3.3V × 串数)，在3.3V到3.6V的充电电压区间内观察电压上升曲线，若电压上升曲线变化缓慢，且符合铁锂电芯的典型充电曲线变化率时，判定为铁锂电芯，若电压上升曲线接近线性，且符合三元系电芯的典型充电曲线变化率时,判定为三元系电芯，若电压上升曲线诡异,且无法匹配三元系电芯和铁锂电芯时,判定为异常电池模组，
第三组别，起始电压 > (3.6V × 串数)，用0.2C的充电电流对待测电池模组进行试探性充电, 在大于3.6V的充电电压区间内观察电压上升曲线，若电压曲线快速上升,则判定为铁锂电芯,并立即停止测试,以免电压过高引起过充；若电压上升接近线性, 且符合三元系电芯的典型充电曲线变化率时,判定为三元系电芯。
2.根据权利要求1所述的一种梯次利用电池的快速分类筛选方法，其特征在于在所述的步骤S4中），对充电电压设定上限：不高于4.2V×电芯串数。
3.根据权利要求1所述的一种梯次利用电池的快速分类筛选方法，其特征在于所述的步骤S3）中，所述的理论设计容量C= 锂电池行业常规质量能量密度水平×电池重量/3.6，单位为mAh，其中，所述的锂电池行业常规能量密度水平为150～160wh/kg。
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|---|---|---|---|---|
| CN117057787A (zh) * | 2023-08-11 | 2023-11-14 | 天纳能源科技（上海）有限公司 | 一种基于大数据的能源梯级利用智能优化方法及系统 |
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