CN116532397A - 一种电池测试配组筛选方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电池测试配组筛选方法和装置，所述方法包括如下步骤：S1：将单体电池按照特定数量N装满可模拟真实应用场景的充放电筛选装置；S2：对由N个单体电池所组成的待测电池组进行模拟充放电，之后弛豫第一预设时间T1，得到每个单体电池可包含有弛豫时间段的充放电曲线；S3：基于充放电曲线进行一致性筛选；S4：对经一致性筛选后的单体电池进行分类配组。通过本发明所述的一种电池测试配组筛选方法和装置，提高电池测试配组的筛选效率与筛选质量，确保一致性筛选能够满足更高质量要求。

Description

一种电池测试配组筛选方法及装置
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种电池测试配组筛选方法及装置。
背景技术
电池在应用端主要分为动力类和储能类，为满足相关使用需求，通常将多达几十甚至上百个单体电池通过串并联形成电池组。受制造工艺限制，即使是同一规格型号的单体电池在组成电池组后，其电压、容量、内阻、寿命、温度性能、自放电率等参数仍会存在一定的差别，此即是锂离子电池的不一致性，并易造成电池组在循环过程中出现容量衰减过快、寿命较短等问题。
现有技术中，常见的配组筛选方法是单独测量各个单体电池的ΔV(电压变化量)、ΔC(容量变化量)、ΔIR(内阻变化量)，或还通过测量单体电池在同一电流下的升、降温速率，以进行配组前的筛选比较。然而这类方法工序较多、耗时较长，而且在长时间的测量过程中，测试环境和条件也在发生变化，容易对测量结果产生影响，进而导致配组后的锂离子电池组，其一致性往往难以得到保证。
对比文件
有鉴于此，本发明要解决的技术问题是：第一方面在于提出一种电池测试配组筛选方法，提高电池测试配组的筛选效率与筛选质量，确保一致性筛选能够满足更高质量要求。
为解决上述第一方面技术问题，本发明提出了一种电池测试配组筛选方法，包括如下步骤：
S1：将单体电池按照特定数量N装满可模拟真实应用场景的充放电筛选装置；
S2：对由N个单体电池所组成的待测电池组进行模拟充放电，之后弛豫第一预设时间T1，得到每个单体电池可包含有弛豫时间段的充放电曲线；
S3：基于充放电曲线进行一致性筛选；
S4：对经一致性筛选后的单体电池进行分类配组。
优选地，对应于串联模拟下的恒流充放电，步骤S3包括如下具体筛选步骤：
S31：基于每一个单体电池的充放电曲线，均选取“充电末t1、放电末t2、弛豫末t3”三个时刻的电压；
S32：对三个时刻的电压标准差σ及电压标准差系数δ均进行计算，以计算判断出电压标准差系数δ所在的最大时刻，其中：
Vi为第i个单体电池在某一时刻的电压；
为同一时刻下N个单体电池的平均电压；
S33：根据电压标准差系数δ所在的最大时刻，分类筛选出该时刻下满足或/>的单体电池，其中a、b均为系数且0<a<b≤1。
优选地，在步骤S3中还基于温度标准差系数所在的最大时刻进行温度性能的二次分类筛选。
优选地，在步骤S1中，充放电筛选装置包括串联模拟与并联模拟两类，每一类均配置有充放电模拟的一键启动功能，以将装满的单体电池进行串联或并联的闭环导通，并对应开启步骤S2的模拟充放电。
优选地，充放电筛选装置包括上顶针盖板、测试盘、下顶针板，其中测试盘上开设有N个测试格位，同时基于待测电池组在真实应用场景下的串并联场景需求，对上顶针盖板与下顶针板的内部导流电路进行相应的串并联设计。
优选地，在步骤S1中，将经赋码后的单体电池按照特定数量N依序装满充放电筛选装置的测试盘。
优选地，在步骤S1中，充放电筛选装置对每一测试批次的电池赋码均进行累进式的更新存储，其中电池赋码中的第一预设序列位与测试格位一一对应。
优选地，充放电筛选装置还包括可与下顶针板呈避让式设计的顶出机构，经一致性筛选后的单体电池在步骤S4中被顶出机构分类顶出，且在相应顶出位置，单体电池的电池赋码均以关联存储形式被溯源录入。
优选地，充放电筛选装置还配置有超级电容器，以作为充放电过程中的能量吸收和再释放单元。
本发明要解决的技术问题还在于：第二方面提供了一种电池测试配组筛选装置，提高电池测试配组的筛选效率与筛选质量，确保一致性筛选能够满足更高质量要求。
为解决上述第二方面技术问题，本发明提供了一种电池测试配组筛选装置，用于执行第一方面任一实施例所述的电池测试配组筛选方法。
相对于现有技术而言，本发明所述的一种电池测试配组筛选方法及装置，具有以下有益效果：
提高电池测试配组的筛选效率与筛选质量，确保一致性筛选能够满足更高质量要求。
附图说明
构成本发明的一部分附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例1中所述的一种电池测试配组筛选方法的流程示意图；
图2为本发明实施例1中所述的一种充放电筛选装置的第一立体结构示意图；
图3为图2中所示的一种充放电筛选装置在其局部结构下的第二立体结构示意图。
附图标记说明：
1-上顶针盖板，2-测试盘，21-测试格位，3-下顶针板，4-顶出机构。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、技术方案和优点更加清楚易懂，下面将结合附图及实施例，对本发明做进一步的详细说明。应当理解，本发明在此所描述的具体实施例仅是构成本发明的部分实施例，其仅用以解释本发明，并不构成对本发明的限定，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
参见图1-3所示，本发明提出了一种电池测试配组筛选方法，包括如下步骤：
S1：将单体电池按照特定数量N装满可模拟真实应用场景的充放电筛选装置；
S2：对由N个单体电池所组成的待测电池组进行模拟充放电，之后弛豫第一预设时间T1，得到每个单体电池可包含有弛豫时间段的充放电曲线；
S3：基于充放电曲线进行一致性筛选；
S4：对经一致性筛选后的单体电池进行分类配组。
具体的，每N个单体电池在装满充放电筛选装置后，可按照真实应用场景进行相应模拟下的串并联导通，进而N个单体电池可作为待测电池组进行整体的充放电测试，且在动态特性配组原理下通过设定一定的测试环境和条件统一、相同的施加到待测电池组的各单体电池上，以模拟每个单体电池在待测电池组中的实际使用情况，由此每个单体电池所获得的可包含有弛豫时间段的充放电曲线，其各单体电池的电化学特性将是在同一测试环境和条件下通过充放电过程中相关参数的变化来体现。其中充放电曲线可综合性地间接体现电池充放电容量、内阻、充放电平台、电极极化程度以及寿命等规律，并可根据单体电池各个参数的情况，将单体电池根据各个参数的接近状态进行分类，例如各个参数在一个设定范围内作为一类。
由此，通过本发明所述的电池测试配组筛选方法，整个工序耗时较短，提高了电池测试配组的筛选效率，且能够排除环境等外界因素对单体电池一致性准确判断的影响，进而还同步提高了电池测试配组的筛选质量，确保一致性筛选能够满足更高质量要求。当然在此还需要说明的是，本发明所述的电池测试配组筛选方法，既可用于终端用户对于单体电池在初始组装前的更高一致性测试配组筛选，也可用于电池生产厂商直接对于电池测试配组的分容工序中，由此充放电的模拟条件以及一致性筛选前后的具体步骤均可以根据实际需求进行相应的细分式设计，本发明在此不做过多展开。
优选地，在步骤S1中，充放电筛选装置包括串联模拟与并联模拟两类，每一类均配置有充放电模拟的一键启动功能，以将装满的单体电池进行串联或并联的闭环导通，并对应开启步骤S2的模拟充放电。
具体的，作为本发明的其中一种优选实施方式，充放电筛选装置可包括上顶针盖板1、测试盘2、下顶针板3，其中测试盘2上可开设有N个测试格位21，同时基于待测电池组在真实应用场景下的串并联场景需求，可对上顶针盖板1与下顶针板3的内部导流电路进行相应的串并联设计。例如当待测电池组对应串联场景需求时，在上述发明构思下，上述并联设计实则较为容易实现。进而，在N个单体电池均放置到位并盖上上顶针盖板1后，上顶针盖板1与下顶针板3的相应顶针均可与N个单体电池的正负极对应接触，以在充放电筛选装置中直接形成待测电池组，此时如启动充放电模拟的一键启动功能，N个单体电池即可呈串联或并联的闭环导通，并对应开启步骤S2的模拟充放电。
优选地，在步骤S1中，将经赋码后的单体电池按照特定数量N依序装满充放电筛选装置的测试盘2。
具体的，若单体电池事先未经赋码，则可在步骤S1中进行赋码处理，进而经赋码后的单体电池按照特定数量N依序装满充放电筛选装置的测试盘2时，此将利于单体电池对其随后配组筛选结果的系统录入，进而实现单体电池在其后期服役过程中的溯源管理。
作为本发明的其中一种优选实施方式，在步骤S1中，充放电筛选装置对每一测试批次的电池赋码均进行累进式的更新存储，其中电池赋码中的第一预设序列位与测试格位21一一对应。此外，当待测电池组对应串联场景需求时，为便于对上顶针盖板1与下顶针板3的内部导流电路进行相应的串联设计，N个单体电池在被抓取放置到对应的测试格位21之前，可按照正置-倒置的间隔式顺序提前布置到位，或是参照测试盘2的矩阵形式分两批乃至是分多批进行各自相对应的正置抓取放置与反置抓取放置(即抓取后旋转180度后再放置)。
优选地，充放电筛选装置还均配置有超级电容器，以作为充放电过程中的能量吸收和再释放单元。
具体的，在本发明中，每N个单体电池可在充放电筛选装置中直接形成待测电池组，进而充放电筛选装置实则可与单体电池的输送装置、抓取放置装置、配组分流装置(顶出机构)等共同组成无人值守的全自动化生产线，以进一步提高电池测试的筛选效率及分类配组效率。其中，超级电容器在充放电筛选装置中的配置，则在对每N个单体电池的充放电循环进程中，可大幅节约充放电筛选装置的自身能量损耗。
优选地，对应于串联模拟下的恒流充放电，步骤S3包括如下具体筛选步骤：
S31：基于每一个单体电池的充放电曲线，均选取“充电末t1、放电末t2、弛豫末t3”三个时刻的电压；
S32：对三个时刻的电压标准差σ及电压标准差系数δ均进行计算，以计算判断出电压标准差系数δ所在的最大时刻，其中：
Vi为第i个单体电池在某一时刻的电压；
为同一时刻下N个单体电池的平均电压；
S33：根据电压标准差系数δ所在的最大时刻，分类筛选出该时刻下满足或/>的单体电池，其中a、b均为系数且0<a<b≤1。
具体的，在步骤S2中，待测电池组需经历一个完整的模拟充放电过程，其中不论是充电截止还是放电截止均以待测电池组整体的预设截止条件为准，且在充电截止与放电之间是否需相隔一定的静置时长则可根据需要进行灵活设置。以串联模拟下的恒流充放电为例，各单体电池特性是在同一测试环境和条件下通过充放电过程中端电压的变化来体现，其中充放电曲线可综合性地间接体现电池充放电容量、内阻、充放电平台、电极极化程度以及寿命等规律，因此充放电电压特性一致的电池在电化学特性上具有较好的一致性。
在统计学中，标准差能够反映一个数据集的离散程度，在此根号内选择除以(N-1)的自由度，意在表达样本能自由选择的程度，当选到只剩一个时，它不可能再有自由了，所以自由度是(N-1)。理论上，每个单体电池在某一时刻的电压均应是该时刻下待测电池组总电压的1/N，但受制造工艺限制，实际上会存在电压标准差σ(即σ≠0)，且随着充放电进程(含弛豫时间段)的进行，不同时刻下不仅总电压会有所变化，且即使是电压标准差系数δ的离散程度实则也不相同。在本发明中，选取“充电末t1、放电末t2、弛豫末t3”的三个典型(工况)时刻，并从中选取出电压标准差系数δ所在的最大时刻，由此分类筛选出该时刻下满足或/> 的单体电池，其中，前者的一致性分类配组会更好于后者，在此将前者的分类配组暂且称之为优品配组，将后者的分类配组暂且称之为良品配组，而对于均不满足的单体电池则可归属为一致性较差的不良电池组。
进一步的，当a、b均为变量值时，的单体电池数量等于c*N，且/>的单体电池数量等于d*N，其中c、d均为固设值且0.5≤c+d≤1。例如在此可以取c＝d＝0.4，则剩余0.2*N数量的单体电池则可归属为不良电池组。当然，a、b也可以均为固设值，具体可以根据实际需要进行灵活设置。
优选地，在步骤S3中还基于温度标准差系数所在的最大时刻进行温度性能的二次分类筛选。
具体的，不论是对应于任意串并联模拟下的任意充放电形式，在充放电进程中，单体电池之间也会存在温度性能差异，而基于温度性能的二次分类筛选，可进一步提高一致性筛选的质量。其中原理同步骤S31-S33，在此不做过多赘述。
优选地，充放电筛选装置还包括可与下顶针板3呈避让式设计的顶出机构4，经一致性筛选后的单体电池在步骤S4中被顶出机构4分类顶出，且在相应顶出位置，单体电池的电池赋码均以关联存储形式被溯源录入。
具体的，作为本发明的其中一种优选实施方式，在充放电筛选装置中，下顶针板3可为插入式，并在测试盘2的下方及顶出机构4的上方具有一定活动空间，以方便顶出机构4避让开下顶针板3后对经一致性筛选后的单体电池进行分类顶出。例如，优品配组在被分类顶出后可被及时配组分流，且同一测试批次下所有优品配组的电池赋码均以关联存储形式被溯源录入；随后良品配组也做相同处理。
实施例2
参见图1-3所示，本发明还提供了一种电池测试配组筛选装置，用于执行实施例1中所述的电池测试配组筛选方法。
具体的，本领域技术人员在此可以理解的是，本实施例2中所提供的电池测试配组筛选装置，当其用于执行实施例1中所述的电池测试配组筛选方法时，其所对应的技术问题的解决及其技术效果的取得，均可参见实施例1中对于电池测试配组筛选方法的叙述，在此不再一一赘述。

Claims (10)

1.一种电池测试配组筛选方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将单体电池按照特定数量N装满可模拟真实应用场景的充放电筛选装置；
S2：对由N个单体电池所组成的待测电池组进行模拟充放电，之后弛豫第一预设时间T1，得到每个单体电池可包含有弛豫时间段的充放电曲线；
S3：基于充放电曲线进行一致性筛选；
S4：对经一致性筛选后的单体电池进行分类配组。
2.根据权利要求1所述的一种电池测试配组筛选方法，其特征在于，对应于串联模拟下的恒流充放电，步骤S3包括如下具体筛选步骤：
S31：基于每一个单体电池的充放电曲线，均选取“充电末t1、放电末t2、弛豫末t3”三个时刻的电压；
S32：对三个时刻的电压标准差σ及电压标准差系数δ均进行计算，以计算判断出电压标准差系数δ所在的最大时刻，其中：
Vi为第i个单体电池在某一时刻的电压；
为同一时刻下N个单体电池的平均电压；
S33：根据电压标准差系数δ所在的最大时刻，分类筛选出该时刻下满足或/>的单体电池，其中a、b均为系数且0<a<b≤1。
3.根据权利要求1所述的一种电池测试配组筛选方法，其特征在于，在步骤S3中还基于温度标准差系数所在的最大时刻进行温度性能的二次分类筛选。
4.根据权利要求1所述的一种电池测试配组筛选方法，其特征在于，在步骤S1中，充放电筛选装置包括串联模拟与并联模拟两类，每一类均配置有充放电模拟的一键启动功能，以将装满的单体电池进行串联或并联的闭环导通，并对应开启步骤S2的模拟充放电。
5.根据权利要求4所述的一种电池测试配组筛选方法，其特征在于，充放电筛选装置包括上顶针盖板(1)、测试盘(2)、下顶针板(3)，其中测试盘(2)上开设有N个测试格位(21)，同时基于待测电池组在真实应用场景下的串并联场景需求，对上顶针盖板(1)与下顶针板(3)的内部导流电路进行相应的串并联设计。
6.根据权利要求5所述的一种电池测试配组筛选方法，其特征在于，在步骤S1中，将经赋码后的单体电池按照特定数量N依序装满充放电筛选装置的测试盘(2)。
7.根据权利要求6所述的一种电池测试配组筛选方法，其特征在于，在步骤S1中，充放电筛选装置对每一测试批次的电池赋码均进行累进式的更新存储，其中电池赋码中的第一预设序列位与测试格位(21)一一对应。
8.根据权利要求7所述的一种电池测试配组筛选方法，其特征在于，充放电筛选装置还包括可与下顶针板(3)呈避让式设计的顶出机构(4)，经一致性筛选后的单体电池在步骤S4中被顶出机构(4)分类顶出，且在相应顶出位置，单体电池的电池赋码均以关联存储形式被溯源录入。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种电池测试配组筛选方法，其特征在于，充放电筛选装置还配置有超级电容器，以作为充放电过程中的能量吸收和再释放单元。
10.一种电池测试配组筛选装置，其特征在于，用于执行如权利要求1-9中任一项所述的电池测试配组筛选方法。
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