CN117644062A - 一种梯次利用动力电池的快速分选方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种梯次利用动力电池的快速分选方法，依次包括三次筛选，一次筛选测量各电池单体的第一开路电压和第一交流阻抗，根据第一开路电压的设定范围筛选出第一批符合要求的电池单体；二次筛选进行简易充放电测试，根据充放电前后的电压变化值筛选出第二批能够符合要求电池单体；三次筛选根据充/放电后交流内阻变化值筛选出第三批能够符合要求电池单体。本发明依据动力电池的开路电压、电压变化值、不同带电量下的阻抗值对其进行三级筛选，可在10分钟内完成电池的分选工作，大幅缩短梯次利用动力电池的分选时间，兼顾到了梯次利用电池模组的主要性能参数，以此来降低梯次利用动力电池分选环节的综合成本，提升动力电池梯次利用的经济性。

Description

一种梯次利用动力电池的快速分选方法

技术领域

本发明涉及电池测试及筛选技术领域，尤其涉及一种梯次利用动力电池的快速分选方法。

背景技术

目前，我国已成为全球最大的新能源汽车生产和销售国家，到2022年底，我国新能源汽车保有量超过600万辆，目前，新能源汽车主要以磷酸铁锂离子动力电池作为动力来源，到2022年底，动力电池累计装车量超过300GWh，其中绝大部分都是三元动力电池。动力电池在车上使用阶段其性能不断衰退，并且电池之间的性能差异越来越大。当电池性能不能满足新能源汽车的应用需求时，就要从车上退役下来。在退役下来的动力电池中，很大一部分还具有较高的剩余能量，这些电池有可能应用于对性能要求较低的场合，实现动力电池的梯次再次利用。

新电池在使用前会根据电池的容量、内阻、开路电压、自放电等参数进行分选，以确保电池之间有一个较好的一致性。与新电池相比，退役动力电池经过长期使用，电池间的性能差异显著增大，一致性明显变差，因此，在梯次利用之前需要对其进行重新分选，以确保电池组在梯次利用过程中有较好的一致性和性能。

由于动力电池在退役时通常状态未知，因此传统上在分选时主要是沿用新电池的方法，对其容量、内阻、开路电压、自放电等参数进行逐一测试，然后对不同参数设置一定的偏差范围，因此分选出满足要求的电池。传统方法虽然能够准确测量出电池的容量、内阻、自放电等参量，但测试时间较长，容量测试需要几个小时到十几个小时，自放电测试需要几天到十几天，并且还需要占用大量的充放电测试设备，这就造成梯次利用动力电池分选的成本显著增加；而对于梯次利用动力电池，其剩余价值相比新电池已经明显降低，较高的分选成本会大大降低梯次利用阶段的经济性；而如果只测试电压和内阻，对耗时较长的容量和自放电性能不测试，又不能较准确的反应梯次利用动力电池的状态，从而导致分选效果不够理想。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种梯次利用动力电池的快速分选方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种梯次利用动力电池的快速分选方法，包括以下步骤：

S100、一次筛选：

测量各动力电池单体的开路电压，记为第一开路电压，利用交流阻抗值测试法测试各动力电池单体的交流内阻，记为第一交流阻抗，根据第一开路电压的设定范围，筛选出第一批符合要求的电池单体；

S200、二次筛选：

在第一批符合要求电池单体中，进行简易充放电测试，利用电压变化值测试法，根据电池单体的电压变化值进行分选，筛选出第二批能够符合要求电池单体；

S300、三次筛选：

在第二批符合要求电池单体中，利用交流阻抗值测试法，根据梯次利用电池在不同电量下的交流阻抗值进行分选，筛选出第三批能够符合要求的电池单体，即为能够梯次利用的电池单体。

优选地，S100中第一开路电压的设定范围为2.8-3.4V，将测量的开路电压值和第一开路电压的设定范围进行比较，处于该设定范围的电池单体则为第一批符合要求的电池单体。

进一步地，低于2.8V的电池单体则判定为偏低压电池，高于3.4V的电池单体则判定为偏高压电池，在使用过程中，可根据串并联电路将偏低压电池和偏高压电池组合利用；例如采用桥电路将偏低压电池和偏高压电池并联，偏高压电池直接对偏低压电池放电，经桥电路引出充放电皆可，在此不一一列举展示。

优选地，S200具体包括以下过程：

S201、充放电判定：

根据第二开路电压设定值，将待筛选电池单体的第一开路电压与第二开路电压设定值进行比较，判断对电池单体进行充电或者放电，包括：第一开路电压大于第二开路电压设定值，则对该电池单体进行放电；第一开路电压小于第二开路电压设定值，则对该电池单体进行充电；

S202、充/放电前后的电压变化值测量：

记录电池单体充电或放电起始时刻的第一电压；根据第一开路电压与第二开路电压设定值的差值，设置充电或放电预设时间，利用第二开路电压设定值对待筛分电池单体进行充放电，记录电池单体充电或放电结束时刻的第二电压，并计算预设时间内电池单体的电压变化值；

S203、筛选条件计算：

计算所有电池单体电压变化值的平均值，将某一电池单体的电压变化值与该平均值相比，计算得到第一比值；

S204、筛选过程：

设定第一合格判定值，将第一比值与第一合格判定值进行比对，当第一比值＜第一合格判定值，则判定该电池单体为第二批能够符合要求的电池单体。

进一步地，第二开路电压设定值的确定过程如下：

1）首先根据所有待筛选电池单体的第一开路电压计算得平均值，以该平均值为划分界限将电池单体分类，将高于该平均值的第一开路电压的电池单体进行并联放电，降至平均值的时间记为t1，将低于该平均值的第一开路电压的电池单体进行并联充电，升至平均值的时间记为t2；

2）比较t1和t2，当t1=t2，则1）中所得平均值即为第二开路电压设定值；当t1＜t2，表明放电更快，需要逐步减小划分界限值，重复1）继续测试，比较新的t1和t2，直至t1=t2；当t1＞t2，表明充电更快，需要逐步增大划分界限值，重复1）继续测试，比较新的t1和t2，直至t1=t2；以上各种t1=t2时的划分界限值即为第二开路电压设定值，所得相等的t1和t2即为设置的充电和放电预设时间。

更进一步地，在1）过程中，当有任一电池的电压达到平均值，则立即关闭该电池单体所在的充/放电支线路，直至所有电池单体均达到平均值，则记录t1或t2。

进一步地，第一合格判定值的设定过程如下：

将所有电池单体第一比值的乘积与数字1比较，当乘积=1，取第一比值的调和平均数（即数值倒数的平均数的倒数）为第一合格判定值；当乘积≠1，取第一比值的调和平均数除以该乘积，所得值即为第一合格判定值；如乘积＞1，表明所有电池单体电压变化值的整体趋势较大，即幅度过大，因此需要取更小的第一合格判定值，合格的电池单体数量则相应减少，但筛选的合格率较高。

优选地，S300具体包括以下过程：

S301、充/放电后交流内阻测试：

在充/放电（如S201-S202的操作）后，采用交流阻抗值测试法测试各动力电池单体的交流内阻，记录为第二交流阻抗；

S302、筛选条件计算：

将各电池单体的第一交流阻抗值与第二交流阻抗值进行比较计算得出交流阻抗值，统计所测交流阻抗值的平均值，计算各电池单体交流阻抗值与该平均值的比值，得出第二比值；

S303、筛选过程：

设定第二合格判定值，将第二比值与第二合格判定值进行比对，当第二比值＜第二合格判定值，则判定该电池单体为第三批能够符合要求的电池单体。

进一步地，第二合格判定值的设定过程如下：

将所有电池单体第二比值的乘积与数字1比较，当乘积=1，取第二比值的调和平均数（即数值倒数的平均数的倒数）为第二合格判定值；当乘积≠1，取第二比值的调和平均数除以该乘积，所得值即为第二合格判定值；如乘积＞1，表明所有电池单体电压变化值的整体趋势较大，即幅度过大，因此需要取更小的第二合格判定值，合格的电池单体数量则相应减少，但筛选的合格率较高。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明通过三级筛选，同时兼顾了梯次利用动力电池的容量、电压、内阻、自放电等多个性能指标，提升动力电池梯次利用技术经济性。且与传统的充放电测试方法相比，本发明依据梯次利用动力电池的开路电压、电压变化值、不同带电量下的阻抗值对其进行分选，可在10分钟内完成电池的分选工作，实现了梯次利用动力电池的快速分选，大幅度缩短了梯次利用动力电池分选时间，同时也兼顾到了梯次利用电池模组的主要性能参数，以此来降低梯次利用动力电池分选环节的综合成本，提升动力电池梯次利用的经济性。

2.本发明通过对有梯次利用价值的电池模组进行开路电压、充电或放电过程中电池电压变化和不同电压阻抗值进行测试，在此基础上对不同参数的测试结果设置一定的偏差范围，实现梯次利用动力电池的快速分选，解决了目前梯次利用电池模组分选时间过长，成本过高，同时不能兼顾电池不同性能的测试问题。

3.另外，本发明对多个电池单体可以按照任意顺序串联和并联组成电池模组，在不影响梯度利用电池模组分选方法的前提下，本发明针对电池数量以及排列顺序则不限定，使用便利。

附图说明

图1为本发明提出的一种梯次利用动力电池的快速分选方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

一、技术构思分析：

现有梯次电池分选，普遍需要测量电池容量、内阻、自放电等参数，做起来耗费时间长，需要更多的测试设备，相对新电池而言，经济效益较低，不具有竞争优势；另外传统的电池容量测试通常是采用充放电的方法，需要较长时间(几个小时)。

通过本发明团队的研究分析，在充放电过程中电池电压持续变化，其变化速度与充放电电流、电池容量都有关系，因此，在固定充放电电流和时间的情况下，可通过电池电压的变化值在一定程度上表征电池的容量；另外电池单体的阻抗主要由高频区的欧姆阻抗、化学阻抗两部分构成，其中电池在不同带电量的化学阻抗不同，而化学阻抗与电池的自放电速度有一定的关系，因此可以通过测试不同带电量的阻抗值，来反应梯次利用动力电池的内阻和自放电性能。

因此，本发明针对退役三元动力电池进行大量实验测试后，并根据三元电池电池特性得出第一比值范围和第二比值范围，从而制定一种梯次利用三元动力电池的快速分选方法，具体方案如下所述。

二、技术方案：

实施例1：一种梯次利用动力电池的快速分选方法，包括以下步骤：

S100、一次筛选：

测量各动力电池单体的开路电压，记为第一开路电压，利用交流阻抗值测试法测试各动力电池单体的交流内阻，记为第一交流阻抗，根据第一开路电压的设定范围，筛选出第一批符合要求的电池单体；

S100中第一开路电压的设定范围为2.8-3.4V，将测量的开路电压值和第一开路电压的设定范围进行比较，处于该设定范围的电池单体则为第一批符合要求的电池单体。

S200、二次筛选：

在第一批符合要求电池单体中，进行简易充放电测试，利用电压变化值测试法，根据电池单体的电压变化值进行分选，筛选出第二批能够符合要求电池单体；

S200具体包括以下过程：

S201、充放电判定：

根据第二开路电压设定值，将待筛选电池单体的第一开路电压与第二开路电压设定值进行比较，判断对电池单体进行充电或者放电，包括：第一开路电压大于第二开路电压设定值，则对该电池单体进行放电；第一开路电压小于第二开路电压设定值，则对该电池单体进行充电；

S202、充/放电前后的电压变化值测量：

记录电池单体充电或放电起始时刻的第一电压；根据第一开路电压与第二开路电压设定值的差值，设置充电或放电预设时间，利用第二开路电压设定值对待筛分电池单体进行充放电，记录电池单体充电或放电结束时刻的第二电压，并计算预设时间内电池单体的电压变化值；

S203、筛选条件计算：

计算所有电池单体电压变化值的平均值，将某一电池单体的电压变化值与该平均值相比，计算得到第一比值；

S204、筛选过程：

设定第一合格判定值，将第一比值与第一合格判定值进行比对，当第一比值＜第一合格判定值，则判定该电池单体为第二批能够符合要求的电池单体。

S300、三次筛选：

在第二批符合要求电池单体中，利用交流阻抗值测试法，根据梯次利用电池在不同电量下的交流阻抗值进行分选，筛选出第三批能够符合要求的电池单体，即为能够梯次利用的电池单体。

S300具体包括以下过程：

S301、充/放电后交流内阻测试：

在充/放电（如S201-S202的操作）后，采用交流阻抗值测试法测试各动力电池单体的交流内阻，记录为第二交流阻抗；

S302、筛选条件计算：

将各电池单体的第一交流阻抗值与第二交流阻抗值进行比较计算得出交流阻抗值，统计所测交流阻抗值的平均值，计算各电池单体交流阻抗值与该平均值的比值，得出第二比值；

S303、筛选过程：

设定第二合格判定值，将第二比值与第二合格判定值进行比对，当第二比值＜第二合格判定值，则判定该电池单体为第三批能够符合要求的电池单体。

三、技术方案的参数优化：

实施例2：在实施例1的基础上，针对标称电压为3.2V的三元锂电池，低于2.8V的电池单体则判定为偏低压电池（低于3.0V即可充电），高于3.4V的电池单体则判定为偏高压电池（高于3.3V即可放电），在使用过程中，可根据串并联电路将偏低压电池和偏高压电池组合利用；例如采用桥电路将偏低压电池和偏高压电池并联，偏高压电池直接对偏低压电池放电，经桥电路引出充放电皆可，在此不一一列举展示。

实施例3：实施例1采用所有待筛选电池单体第一开路电压的平均值作为第二开路电压设定值，本实施例进行进一步优化，即第二开路电压设定值的确定过程如下：

1）首先根据所有待筛选电池单体的第一开路电压计算得平均值，以该平均值为划分界限将电池单体分类，将高于该平均值的第一开路电压的电池单体进行并联放电，降至平均值的时间记为t1，将低于该平均值的第一开路电压的电池单体进行并联充电，升至平均值的时间记为t2；

在1）过程中，当有任一电池的电压达到平均值，则立即关闭该电池单体所在的充/放电支线路，直至所有电池单体均达到平均值，则记录t1或t2。

2）比较t1和t2，当t1=t2，则1）中所得平均值即为第二开路电压设定值；当t1＜t2，表明放电更快，需要逐步减小划分界限值，重复1）继续测试，比较新的t1和t2，直至t1=t2；当t1＞t2，表明充电更快，需要逐步增大划分界限值，重复1）继续测试，比较新的t1和t2，直至t1=t2；以上各种t1=t2时的划分界限值即为第二开路电压设定值，所得相等的t1和t2即为设置的充电和放电预设时间。

实施例4：实施例1采用所有待筛选电池单体第一比值的平均值作为第一合格判定值，本实施例进行进一步优化，即第一合格判定值的设定过程如下：

将所有电池单体第一比值的乘积与数字1比较，当乘积=1，取第一比值的调和平均数（即数值倒数的平均数的倒数）为第一合格判定值；当乘积≠1，取第一比值的调和平均数除以该乘积，所得值即为第一合格判定值；如乘积＞1，表明所有电池单体电压变化值的整体趋势较大，即幅度过大，因此需要取更小的第一合格判定值，合格的电池单体数量则相应减少，但筛选的合格率较高。

实施例5：实施例1采用所有待筛选电池单体第二比值的平均值作为第二合格判定值，本实施例进行进一步优化，即第二合格判定值的设定过程如下：

将所有电池单体第二比值的乘积与数字1比较，当乘积=1，取第二比值的调和平均数（即数值倒数的平均数的倒数）为第二合格判定值；当乘积≠1，取第二比值的调和平均数除以该乘积，所得值即为第二合格判定值；如乘积＞1，表明所有电池单体电压变化值的整体趋势较大，即幅度过大，因此需要取更小的第二合格判定值，合格的电池单体数量则相应减少，但筛选的合格率较高。

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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种梯次利用动力电池的快速分选方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100、一次筛选：

测量各动力电池单体的开路电压，记为第一开路电压，利用交流阻抗值测试法测试各动力电池单体的交流内阻，记为第一交流阻抗，根据第一开路电压的设定范围，筛选出第一批符合要求的电池单体；

S200、二次筛选：

在第一批符合要求电池单体中，进行简易充放电测试，利用电压变化值测试法，根据电池单体的电压变化值进行分选，筛选出第二批能够符合要求电池单体；

S300、三次筛选：

在第二批符合要求电池单体中，利用交流阻抗值测试法，根据梯次利用电池在不同电量下的交流阻抗值进行分选，筛选出第三批能够符合要求的电池单体，即为能够梯次利用的电池单体。

2.根据权利要求1所述的一种梯次利用动力电池的快速分选方法，其特征在于，所述S100中第一开路电压的设定范围为2.8-3.4V，将测量的开路电压值和第一开路电压的设定范围进行比较，处于该设定范围的电池单体则为第一批符合要求的电池单体。

3.根据权利要求2所述的一种梯次利用动力电池的快速分选方法，其特征在于，低于2.8V的电池单体则判定为偏低压电池，高于3.4V的电池单体则判定为偏高压电池，在使用过程中，根据串并联电路将偏低压电池和偏高压电池组合利用。

4.根据权利要求1所述的一种梯次利用动力电池的快速分选方法，其特征在于，所述S200具体包括以下过程：

S201、充放电判定：

根据第二开路电压设定值，将待筛选电池单体的第一开路电压与第二开路电压设定值进行比较，判断对电池单体进行充电或者放电，包括：第一开路电压大于第二开路电压设定值，则对该电池单体进行放电；第一开路电压小于第二开路电压设定值，则对该电池单体进行充电；

S202、充/放电前后的电压变化值测量：

记录电池单体充电或放电起始时刻的第一电压；根据第一开路电压与第二开路电压设定值的差值，设置充电或放电预设时间，利用第二开路电压设定值对待筛分电池单体进行充放电，记录电池单体充电或放电结束时刻的第二电压，并计算预设时间内电池单体的电压变化值；

S203、筛选条件计算：

计算所有电池单体电压变化值的平均值，将某一电池单体的电压变化值与该平均值相比，计算得到第一比值；

S204、筛选过程：

设定第一合格判定值，将第一比值与第一合格判定值进行比对，当第一比值＜第一合格判定值，则判定该电池单体为第二批能够符合要求的电池单体。

5.根据权利要求4所述的一种梯次利用动力电池的快速分选方法，其特征在于，所述第二开路电压设定值的确定过程如下：

1）首先根据所有待筛选电池单体的第一开路电压计算得平均值，以该平均值为划分界限将电池单体分类，将高于该平均值的第一开路电压的电池单体进行并联放电，降至平均值的时间记为t1，将低于该平均值的第一开路电压的电池单体进行并联充电，升至平均值的时间记为t2；

2）比较t1和t2，当t1=t2，则1）中所得平均值即为第二开路电压设定值；当t1＜t2，表明放电更快，需要逐步减小划分界限值，重复1）继续测试，比较新的t1和t2，直至t1=t2；当t1＞t2，表明充电更快，需要逐步增大划分界限值，重复1）继续测试，比较新的t1和t2，直至t1=t2；以上各种t1=t2时的划分界限值即为第二开路电压设定值，所得相等的t1和t2即为设置的充电和放电预设时间。

6.根据权利要求5所述的一种梯次利用动力电池的快速分选方法，其特征在于，在1）过程中，当有任一电池的电压达到平均值，则立即关闭该电池单体所在的充/放电支线路，直至所有电池单体均达到平均值，记录t1或t2。

7.根据权利要求4所述的一种梯次利用动力电池的快速分选方法，其特征在于，所述第一合格判定值的设定过程如下：

将所有电池单体第一比值的乘积与数字1比较，当乘积=1，取第一比值的调和平均数为第一合格判定值；当乘积≠1，取第一比值的调和平均数除以该乘积，所得值即为第一合格判定值。

8.根据权利要求1所述的一种梯次利用动力电池的快速分选方法，其特征在于，所述S300具体包括以下过程：

S301、充/放电后交流内阻测试：

在充/放电后，采用交流阻抗值测试法测试各动力电池单体的交流内阻，记录为第二交流阻抗；

S302、筛选条件计算：

将各电池单体的第一交流阻抗值与第二交流阻抗值进行比较计算得出交流阻抗值，统计所测交流阻抗值的平均值，计算各电池单体交流阻抗值与该平均值的比值，得出第二比值；

S303、筛选过程：

设定第二合格判定值，将第二比值与第二合格判定值进行比对，当第二比值＜第二合格判定值，则判定该电池单体为第三批能够符合要求的电池单体。

9.根据权利要求8所述的一种梯次利用动力电池的快速分选方法，其特征在于，所述第二合格判定值的设定过程如下：

将所有电池单体第二比值的乘积与数字1比较，当乘积=1，取第二比值的调和平均数为第二合格判定值；当乘积≠1，取第二比值的调和平均数除以该乘积，所得值即为第二合格判定值。