CN116031523A - 一种退役电池梯次利用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及退役电池梯次利用技术领域，特别涉及一种退役电池梯次利用方法，该方法包括：根据待安装电池车型或油改电车型，计算安装车型车身总重量，测量车型电池包最大装载空间，确定电池包规格参数；确定待安装车型电机总功率或油改电车型，根据运行所需轴距，确定总工作运行时长，得到电池包实际容量值；根据电池包规格参数和电池容量，对退役电池包整体拆解得到整体电池板串并联模组，对串并联模组再次拆分得到单个模组；对拆解的单个模组进行容量、内阻和自放电检测定标；对定标好的模组内的单体电芯进行充放电检测，并标定最先充满和最先放完的电芯；对测试定标好的模组根据电池包容量设计进行串并联组装。
Description
技术领域
本发明涉及退役电池梯次利用技术领域，具体为一种退役电池梯次利用方法。
背景技术
动力电池梯次利用的意义在于从电池原材料—电池—电池系统—汽车应用—二次利用—资源回收—电池原材料的电池全生命周期使用角度考虑，可以降低电池成本，避免环境污染。针对退役的动力电池，有两种可行的处理方法：一种是直接作为工业废品，进行报废和拆解，提炼其中的原材料，实现原材料的循环利用；另一种方式则是考虑退役的动力电池，虽然已经不满足汽车的使用条件，但仍然拥有一定的余能，其寿命并未完全终止，可以用在其他领域作为电能的载体使用，从而充分发挥其剩余价值。有余能的电池包拆解成模组，模组经精细拆解成电芯，电芯再经过测试柜分容，经过分选设备配组成电池模组所需要的电气性能，配上现有成熟的电池控制板来重新利用这些有余能的退役电池。
同时，又因为退役电池在单体之间存在差异，尤其是均匀性上，有时候能量的衰减是非线性、断崖式的，就如同木桶理论——最短的木板起决定作用，最差的电池则决定了整个动力系统的性能。据了解，目前国内外对废旧锂离子电池的回收过程是：首先拆解电池包，分出模组，经过检测，余能合格的电池模组拆解成电芯，电芯经过分容配组组成电池包。在拆解模组的过程中由于拆解了电芯的紧固装置，电芯的内应力发生变化导致一部分(将近30％)电芯容量断崖式下降；在拆解模组的过程中一般采用的是铣床，容易发生微短路的情况给电芯带来损害；拆解模组是费工费时的工作；拆下来的检测合格经过分容配组两道程序，既费人工又费电能而且增加工时和成本。从以上利用退役电池的过程来看，在拆解，分容配组的过程中增加很多成本和耗费大量工时，而且采用市场上普通的电池控制板制造出来的梯次利用产品，容量损耗的很快，使用的效率也不高，年限一般在1年内就不能使用了。
发明内容
为解决上述的问题，在不拆解电池包或者不拆解电池模组的情况下直接使用电池包或者电池模组，并经过检测实现对电池包或者电池模组的直接梯次利用，本发明提供了一种退役电池梯次利用方法。
本发明技术方案如下：
一种退役电池梯次利用方法，具体包括以下步骤：
(1)电池包规格设计：根据等待安装电池车型或者油改电车型，通过计算该安装车型车身总重量，测量车型电池包最大装载空间，确定电池包规格参数；
(2)电池包容量设计：确定待安装电池车型或者油改电车型电机总功率，根据电机运行产生所需扭矩时，电机实际运转每小时所要消耗的电能量，确定总工作运行时长，得到所需电池包的实际容量值；
(3)拆分退役电池包：根据设计的电池包规格和电池容量，选取对应的退役电池包，并对退役电池包整体拆解得到整体电池板串并联模组，对串并联模组再次拆分得到单个电池模组；
(4)单个模组特性参数定标：对拆解的单个模组进行容量、内阻和自放电检测定标，确定单个模组整体的性能参数；
(5)单体电芯充放电定标：对定标好的模组内的单体电芯进行充放电检测，分别标定充电过程最先充满和放电过程最先放完的电芯；
(6)模组串并联组装：对测试定标好的模组根据电池包容量设计进行串并联组装，满足设计的电池包规格和容量。
在具体实施例中，所述单个模组特性参数定标选择在25℃的恒定温度下定标，锂电池在25℃状态下称为“常温”状态，其他温度以“常温”下的性能参数作为参考值。
优选的，所述单个模组首先进行充放电容量检测，设定电池充电或放电的电压阈值范围，包括截止电压和回落电压，通过设定电压阈值范围，当模组电压升至截止电压时，充电主回路断开停止充电；当模组电压降至回落电压时，主回路连接开启充电。
优选的，所述单体模组内阻检测采用日立3560电压内阻检测仪进行内阻检测。
优选的，所述单个模组采用自电压降法进行自放电检测，用储存过程中电压降低的速率表示自放电的大小。
进一步的，所述模组串并联组装包括保护电路，用于对组装电池包的总压保护和温度保护。
保护电路包括电压采样电路、温度采样电路和内阻采样电路、处理芯片、数字采集器和隔离光耦，其中所述电压采样电路、温度采样电路和内阻采样电路通过隔离光耦连接数字采集器输入端，所述数字采集器输出端连接处理芯片。
优选的，所述温度采样电路包括热敏检测电阻、多个固定电阻和固定电容、运算放大器，所述多个固定电阻包括固定电阻1、固定电阻2和固定电阻3，所述热敏电阻与固定电阻1串联，其串联节点连接运算放大器正极，所述运算放大器负极与固定电阻2串联进行温度信号输出，通过热敏检测电阻感应温度变化，自身阻值变化导致输出电压变化，进而确定温度值，所述多个固定电容为滤波电容，用于对电信号的噪音滤除。
优选的，所述电压采样电路包括霍尔电压传感器、过零检测电路、前位电路、多个固定电阻和固定电容、运算放大器，所述霍尔电压传感器输入端连接电源，其测量输出端通过固定电阻串联分压与运算放大器正极相连，所述运算放大器负极连接过零检测电路信号输入端，所述过零检测电路信号输出端连接外部数字信号采集端；所述前位电路由多个二极管、运算放大器和逻辑芯片组成，所述前位电路输入端与所述霍尔电压传感器测量输出端并联，用于检测测量输出端电压值及电压保持。
优选的，所内阻采样电路包括多个固定电阻、多个固定电容、运算放大器和稳压二极管，所述内阻信号通过分别输入电压信号和电流信号，其输入端各串联一个固定电阻后并联，然后通过串联多个固定电阻连接至运算放大器正极，所述运算放大器负极串联稳压二极管接地，其串联节点连接电路输出端输出电压和电流值，经数字采集器采集转换后由内阻检测仪读取计算得到内阻值，所述多个固定电容为滤波电容，用于对电信号的噪音消除。
有益效果在于：
1.本发明在不拆解电池包或者不拆解电池模组的情况下直接使用电池包或者电池模组，能够有效地充分利用退役电池包的剩余容量；
2.本发明减少电池包拆成电芯过程中的人工和对电池的机械损伤，有利于保证电池容量和外形的完整性；
3.保证整包使用和模组使用过程中的品质，相对于传统拆解到电芯之后再分容配组的过程，不拆解使用有效延长了电池包的使用寿命；
4.引入总压保护和温度保护的双重保护，避免了电池包的滥用，提升了电池包的安全性，实现了对电池包或者电池模组的直接梯次利用。
附图说明
图1为本发明提高的一种退役电池梯次利用方法的流程示意图；
图2为本发明温度采集电路的原理图；
图3为本发明电压采样电路的原理图；
图4为本发明内阻采样电路的原理图。
具体实施方式
下面将结合附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。
实施例
下面将以电动大巴车退役下来的电池包设计应用到1.5吨的油叉车电气改造，参阅图1所示，为本申请的一种退役电池梯次利用方法，具体包括以下步骤：
(1)电池包规格设计：根据等待安装电池车型或者油改电车型，通过计算该安装车型车身总重量，测量车型电池包最大装载空间，确定电池包规格参数；
原油叉发动机长约等于800mm，宽和高大约为700mm，通过把原有发动机拆除可以得到约0.392m2的空间，同时原有发动机的总重量称重为200kg，现阶段磷酸铁锂电池包的比容量为200WH/L能量密度为160WH/kg,根据公式计算1L＝0.001m2，即油叉发动机空间最大装载电池包为0.392*200/0.001＝7840WH＝7.84KWH。
(2)电池包容量设计：确定待安装电池车型或者油改电车型电机总功率，根据电机运行产生所需扭矩时，电机实际运转每小时所要消耗的电能量，确定总工作运行时长，得到所需电池包的实际容量值；
原油叉发动机总功率为9马力，其中行走齿轮箱的力矩为4马力，升降发动机齿轮箱力矩为5马力，为确保油改电叉车满足日常工作扭矩，设计升降机为4KW直流电机，行走电机马达为3KW直流电机，同时叉车加装电池包后充满一次要连续运行10小时，根据实际现场计量叉车在装载及行走的工作中，连续运行1小时要消耗0.5度电，如果要连续运行10小时，那么额定容量就是5度，根据实际情况把电池包的设计容量定为5KWH。根据发动机有200kg，电池模组本身容量只有5KWH，根据磷酸铁锂电池的能量密度是160WH/㎏计算出电池总重为31.25kg，加上箱体和其他成组部件的重量，大概是40kg，因此还需要加装160kg的铁块放置叉车尾部配种。
(3)拆分退役电池包：根据设计的电池包规格和电池容量，选取对应的退役电池包，并对退役电池包整体拆解得到整体电池板串并联模组，对串并联模组再次拆分得到单个电池模组；
对电动大巴退役下来的电池包设计容量为600V500A的电池包进行拆解，经过拆解，发现整个电池包由100个1P6S的模组组成，每个电池的容量是100AH，对单个电池模组进行检测，发现剩余容量还有82AH。为满足油叉电气改造，符合所需电池包实际容量要求，组成一个1P18S的磷酸铁锂电池模组，梯次利用模组的初始实际检测容量是：82*18*3.6＝5.3KWH。
(4)单个模组特性参数定标：对拆解的单个模组进行容量、内阻和自放电检测定标，确定单个模组整体的性能参数；
首先，在单个模组首先进行充放电容量检测时，设定电池充电或放电的电压阈值范围，设定截止电压为4.2V，在常温情况下回落电压为3.9V。通过设定电压阈值范围，当模组电压升至截止电压时，充电主回路断开停止充电；当模组电压降至回落电压时，主回路连接开启充电。
然后，采用日立3560电压内阻检测仪对每颗电池进行内阻检测，检测完之后对每颗电池进行编号，根据最先充满到截止电压的单体电芯，对应的内阻，作为电池模组充电电压的标称内阻。
最后，采用自电压降法进行自放电检测，用储存过程中电压降低的速率表示自放电的大小。进而确定单个模组整体的性能参数。
(5)单体电芯充放电定标：对定标好的模组内的单体电芯进行充放电检测，分别标定充电过程最先充满和放电过程最先放完的电芯；
(6)模组串并联组装：对测试定标好的模组根据电池包容量设计进行串并联组装，满足设计的电池包规格和容量。
根据油改电叉车直流电机的额定功率是5KW的要求，将测试定标好的模组进行串并联组装，其中，单体电芯设计容量是100AH，实际检测容量是82AH。并对组装设计好的电池包安装保护电路，提升了电池包的安全性。
在具体实施例中，所述单个模组特性参数定标选择在25℃的恒定温度下定标，锂电池在25℃状态下称为“常温”状态，其他温度以“常温”下的性能参数作为参考值。
此外，当测试定标好的模组进行串并联组装时，同时设置有保护电路，用于对组装电池包的总压保护和温度保护，在电芯高精度(电芯电压精确到0.01V，通常是电池包的电压保护精度是0.1V)的基础上避免过充、过放。引入总压保护(如三元锂72V保护范围是：84V-60V)和温度保护的双重保护之下避免了电池包的滥用。
参阅图2-4，保护电路包括电压采样电路、温度采样电路和内阻采样电路、处理芯片、数字采集器和隔离光耦，其中所述电压采样电路、温度采样电路和内阻采样电路通过隔离光耦连接数字采集器输入端，所述数字采集器输出端连接处理芯片。
进一步的，所述温度采样电路包括热敏检测电阻、多个固定电阻和固定电容、运算放大器，所述多个固定电阻包括固定电阻1、固定电阻2和固定电阻3，所述热敏电阻与固定电阻1串联，其串联节点连接运算放大器正极，所述运算放大器负极与固定电阻2串联进行温度信号输出，通过热敏检测电阻感应温度变化，自身阻值变化导致输出电压变化，进而确定温度值，所述多个固定电容为滤波电容，用于对电信号的噪音滤除。
在具体实施例中，温度采样电路分别对电池包箱体内空间温度和单体电芯外壳温度进行采样。采样电池包箱体内空间温度时，三元锂电的温度范围是+60℃到-20℃，而磷酸铁锂电池的温度设定是+55℃到-5℃。当采样电芯外壳的温度时，三元锂电的温度范围是+90℃到-15℃，而磷酸铁锂的温度范围是+95℃到0℃，根据锂电池的不同特性设定温度采样范围。
所述电压采样电路包括霍尔电压传感器、过零检测电路、前位电路、多个固定电阻和固定电容、运算放大器，所述霍尔电压传感器输入端连接电源，其测量输出端通过固定电阻串联分压与运算放大器正极相连，所述运算放大器负极连接过零检测电路信号输入端，所述过零检测电路信号输出端连接外部数字信号采集端；所述前位电路由多个二极管、运算放大器和逻辑芯片组成，所述前位电路输入端与所述霍尔电压传感器测量输出端并联，用于检测测量输出端电压值及电压保持。
所内阻采样电路包括多个固定电阻、多个固定电容、运算放大器和稳压二极管，所述内阻信号通过分别输入电压信号和电流信号，其输入端各串联一个固定电阻后并联，然后通过串联多个固定电阻连接至运算放大器正极，所述运算放大器负极串联稳压二极管接地，其串联节点连接电路输出端输出电压和电流值，经数字采集器采集转换后由内阻检测仪读取计算得到内阻值，所述多个固定电容为滤波电容，用于对电信号的噪音消除。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或增减替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种退役电池梯次利用方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)电池包规格设计：根据待安装电池车型或油改电车型，计算安装车型车身总重量，测量车型电池包最大装载空间，确定电池包规格参数；
(2)电池包容量设计：确定待安装车型电机总功率或油改电车型，根据运行所需轴距，确定电机实际工作每小时消耗电能量，确定总工作运行时长，得到电池包实际容量值；
(3)拆分退役电池包：根据电池包规格参数和电池容量，对退役电池包整体拆解得到整体电池板串并联模组，对串并联模组再次拆分得到单个模组；
(4)单个模组特性参数定标：对拆解的单个模组进行容量、内阻和自放电检测定标；
(5)单体电芯充放电定标：对定标好的模组内的单体电芯进行充放电检测，并标定最先充满和最先放完的电芯；
(6)模组串并联组装：对测试定标好的模组根据电池包容量设计进行串并联组装。
2.根据权利要求1所述的一种退役电池梯次利用方法，其特征在于，所述单个模组特性参数定标选择在25℃的恒定温度下定标，以此温度下的性能参数作为参考值。
3.根据权利要求1所述的一种退役电池梯次利用方法，其特征在于，所述单个模组首先进行充放电容量检测，设定电池充电或放电的电压阈值范围，包括截止电压和回落电压。
4.根据权利要求1所述的一种退役电池梯次利用方法，其特征在于，所述单体模组内阻检测采用日立3560电压内阻检测仪进行内阻检测。
5.根据权利要求1所述的一种退役电池梯次利用方法，其特征在于，所述单个模组采用自电压降法进行自放电检测，用储存过程中电压降低的速率表示自放电的大小。
6.根据权利要求1所述的一种退役电池梯次利用方法，其特征在于，所述模组串并联组装包括保护电路，用于对组装电池包的总压保护和温度保护。
7.根据权利要求6所述的一种退役电池梯次利用方法，其特征在于，保护电路包括电压采样电路、温度采样电路和内阻采样电路、处理芯片、数字采集器和隔离光耦，其特征在于，所述电压采样电路、温度采样电路和内阻采样电路通过隔离光耦连接数字采集器输入端，所述数字采集器输出端连接处理芯片。
8.根据权利要求7所述的一种退役电池梯次利用方法，其特征在于，所述温度采样电路包括热敏检测电阻、多个固定电阻和固定电容、运算放大器，所述多个固定电阻包括固定电阻1、固定电阻2和固定电阻3，所述热敏电阻与固定电阻1串联，其串联节点连接运算放大器正极，所述运算放大器负极与固定电阻2串联连接进行温度信号输出，所述多个固定电容为滤波电容。
9.根据权利要求7所述的一种退役电池梯次利用方法，其特征在于，所述电压采样电路包括霍尔电压传感器、过零检测电路、前位电路、多个固定电阻和固定电容、运算放大器，所述霍尔电压传感器输入端连接电源，其测量输出端通过固定电阻串联分压与运算放大器正极相连，所述运算放大器负极连接过零检测电路信号输入端，所述过零检测电路信号输出端连接外部数字信号采集端；所述前位电路由多个二极管、运算放大器和逻辑芯片组成，所述前位电路输入端与所述霍尔电压传感器测量输出端并联，用于检测测量输出端电压值及电压保持。
10.根据权利要求7所述的一种退役电池梯次利用方法，其特征在于，所内阻采样电路包括多个固定电阻、多个固定电容、运算放大器和稳压二极管，所述内阻信号通过串联多个固定电阻连接至运算放大器正极，所述运算放大器负极串联稳压二极管接地，其串联节点连接电路输出端输出电压和电流值，经数字采集器采集转换后由检测仪得出内阻值，所述多个固定电容为滤波电容。
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| CN117577977A (zh) * | 2024-01-17 | 2024-02-20 | 深圳市杰成镍钴新能源科技有限公司 | 退役电池包整包再利用控制方法 |
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| CN117577977B (zh) * | 2024-01-17 | 2024-04-19 | 深圳市杰成镍钴新能源科技有限公司 | 退役电池包整包再利用控制方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20230428 |
|
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |