一种梯次利用锂电池筛选成组方法
【专利摘要】本发明涉及一种梯次利用锂电池筛选成组方法，属于锂电池参数确定【技术领域】。技术方案是：通过测试、计算得到电池dQ/dV-V曲线，依据ICA方法分析退运动力电池老化原因，首先剔除负极活性材料损失的退运动力电池；通过测试得出梯次利用电池的容量、欧姆内阻、极化内阻、自放电值，并根据上述指标进行电池筛选；筛选后的电池重新成组。本发明的有益效果：通过对梯次利用电池筛选剔除衰退严重的电池，保证无个别电池的坏死影响电池梯次利用成组性能；利用加权k-means聚类方法，把容量、欧姆内阻、极化内阻相似的电池聚为一类，由于权值的设定，保证了电池组的容量利用率。可以提高梯次利用电池成组一致性，延长其使用寿命。
【专利说明】一种梯次利用锂电池筛选成组方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种梯次利用锂电池筛选成组方法，属于锂电池参数确定【技术领域】。【背景技术】
[0002]随着电动汽车的逐步产业化，电动汽车用锂电池的产量将大幅提高，随之而来的问题是，淘汰锂电池该如何回收和处理。根据国家电动汽车电池使用标准，当锂离子电池容量衰退为原容量80%时，继续在电动汽车上使用就不再适合，提高了整车成本；电动汽车用锂电池中含有锂金属材料和电解液，一旦废弃锂电池如不能得到有效地回收处理，不仅造成资源的浪费，对环境的污染也尤为严重。所以在锂离子电池各功能元件有效、没有破损、外观完好的情况下，可对电池进行梯次利用于储能系统或一些小型的储能装置中。由于电池在电动汽车上位置不一致，使用过程中温度、连接阻抗、震荡程度等因素均不同，造成电池容量、内阻等特性参数衰退具有一定的不一致性。而淘汰电池的一致性将直接影响到梯次利用电池组性能，所以对淘汰电池筛选成组成为电池梯次利用的关键。
[0003]目前国内并没有梯次利用电池筛选成组的方法的相关研究。对新电池的筛选成组方法主要有三种:
第一种是根据电池容量筛选成组；
第二种是根据电池容量、内阻、自放电筛选成组；
第三种是根据电池充放电特征曲线筛选成组；
上述三种对电池筛选成组方法主要适用于一致性较好的新电池。
【发明内容】
[0004]本发明的目的针对现有梯次利用筛选成组技术的缺乏，提出了一种梯次利用锂电池筛选成组方法，可以提高梯次利用电池成组一致性，延长其使用寿命。
[0005]一种梯次利用锂电池筛选成组方法，包括如下步骤:
步骤1:通过测试、计算得到电池dQ/dV-V曲线,Q表示电池容量,V表示电池端电压,依据ICA(Incremental Capacity Analysis)方法分析退运动力电池老化原因,包括锂离子损失、正极活性材料损失、负极活性材料损失，首先剔除负极活性材料损失的退运动力电池；步骤2:通过测试得出梯次利用电池的容量、欧姆内阻、极化内阻、自放电值，并根据上述指标进行电池筛选；
通过步骤I筛选的梯次利用电池利用恒流恒压的方法进行容量测试，筛除容量值低于额定值50%的电池；再把电池放电至50%S0C(荷电状态)，利用脉冲法测试内阻，筛除内阻值大于平均内阻值50%的电池；最后进行自放电测试，保留满足国家自放电标准的电池；通过以上筛选条件的梯次利用电池应用于成组；
步骤3:筛选后的电池重新成组；首先计算得出容量、欧姆内阻、极化内阻对能量利用率的影响比例，确定这三个指标的权值；利用加权k-means (k均值)聚类方法把梯次利用电池成组。[0006]所述样品电池的容量及样品电池的内阻测试温度均在25°C。
[0007]本发明的有益效果:通过对梯次利用电池筛选剔除衰退严重的电池，保证无个别电池的坏死影响电池梯次利用成组性能；利用加权k-means聚类方法，把容量、欧姆内阻、极化内阻相似的电池聚为一类，由于权值的设定，保证了电池组的容量利用率。可以提高梯次利用电池成组一致性，延长其使用寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1退运动力电池dQ/dV-V曲线；
图2梯次利用电池容量分布图；
图3是不同采样时间直流内阻随SOC变化曲线；
图4是适用于本发明的复合脉冲电流法的内阻检测方法示意图；
图5梯次利用电池Is内阻分布图；
图6梯次利用电池5s内阻分布图；
图7梯次利用电池IOs内阻分布图；
图8两串电池的Thevenin等效电路t旲型；
图9梯次利用电池放电曲线；
图10聚3组结果；
图11聚4组结果；
图12聚5类组结果；
图13树形图。
【具体实施方式】
[0009]下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明:
本实施例提供一种梯次利用锂电池筛选成组方法，电池是电动车辆中使用的锰酸锂动力电池及磷酸铁锂电池，以一车08年奥运会大巴车用淘汰锰酸锂动力电池为例进行一下说明。
[0010]梯次利用锂电池筛选方法包括以下四个步骤:
(1)dQ/dV-V 曲线
退运动力电池dQ/dV-V曲线测试方法采用《电动汽车用锂离子蓄电池测试规范》(QC/T743-2006标准)，连续测试3次，提取第3次Q-V测试数据并求微分，得到电池dQ/dV-V曲线，通过分析，剔除负极活性材料损失导致电池衰退的电池；
(2)容量
梯次利用电池容量测试方法采用《电动汽车用锂离子蓄电池测试规范》(QC/T743-2006标准)，为了得到准确的容量值，需要连续测试5个循环以上，如果连续3次测试容量的极差与其平均值之比在3%以内，停止实验，并将3次测试容量的平均值作为电池实际容量；直接筛除容量值低于额定值50%，即容量值低于180Ah的电池；
(3)内阻
不同米样时间内阻正态分布ls、5s、10s ；
不同采样时间内得到的直流内阻值随SOC变化如图3所示，电池SOC在10%-90%区间内，内阻值基本保持不变，将内阻测试的SOC设为50%。如图4所示，直流内阻的测量采用复合脉冲电流法，通过对电池输入电流阶跃信号ΔΙ并测定对应的电压变化值Δ?/，利用欧姆定律得到直流内阻i?= Μ//Λ/。测试方法是将电池组首先以标称容量的I倍电流放电10s，再以标称容量的0.5倍电流充电持续10s，电压响应如图4所示，在第30s电流信号由标称容量的I倍电流放电到0.5倍电流充电时电压增量AL/,以此计算直流内阻值。由于电池已经处于老化状态，为了避免过充过放，加在电池上的电流不宜过大。这种方法电流由负值直接变为正值，相当于电流幅值加倍，电压响应也同时加倍，减小设备采集误差及极化对直流内阻测量的影响；
不同程度衰退的电池在不同采样时间下建立的极化内阻均不相同，不同采样时间直流内阻可以表征电池不同内阻特性。这里取ls、5s、10s四个采样时间的直流内阻值。直流内阻分布图如图5、6、7所示；
(4)自放电
梯次利用电池自放电测试方法采用《电动汽车用锂离子蓄电池测试规范》(QC/T743-2006标准)，要求测试最终得到的常温荷电保持率应不低于额定值的80%。剔除不满足上述要求的电池。
[0011]梯次利用锂电池成组方法:
根据梯次利用锂电池成组指标对能量利用率的影响比值，计算得出各指标所占的权重，采用加权层次聚类方法，把特性相近的电池分为一类，以得到新电池组较好一致性。图8为两串电池的Thevenin等效电路模型，可以看出串联电池组一致性是由单体电池的容量(开路电压)、欧姆内阻、极化内阻决定的，所以把这3个指标作为梯次利用锂电池成组指标。利用上述数据，近似计算这三个指标最大极差值占平均值的能量利用率的百分比，得出各指标所占权值比例。
[0012]200Ah电池的放电曲线如图9所示，一车梯次利用电池容量平均值为200Ah，电池放电平均能量为:
【权利要求】
1.一种梯次利用锂电池筛选成组方法，其特征在于包括如下步骤: 步骤1:通过测试、计算得到电池dQ/dV-V曲线,Q表示电池容量,V表示电池端电压,依据ICA方法分析退运动力电池老化原因，包括锂离子损失、正极活性材料损失、负极活性材料损失，首先剔除负极活性材料损失的退运动力电池； 步骤2:通过测试得出梯次利用电池的容量、欧姆内阻、极化内阻、自放电值，并根据上述指标进行电池筛选； 通过步骤I筛选的梯次利用电池利用恒流恒压的方法进行容量测试，筛除容量值低于额定值50%的电池；再把电池放电至50%S0C，利用脉冲法测试内阻，筛除内阻值大于平均内阻值50%的电池；最后进行自放电测试，保留满足国家自放电标准的电池；通过以上筛选条件的梯次利用电池应用于成组； 步骤3:筛选后的电池重新成组；首先计算得出容量、欧姆内阻、极化内阻对能量利用率的影响比例，确定这三个指标的权值；利用加权k-means聚类方法把梯次利用电池成组。
2.根据权利要求1所述的一种梯次利用锂电池筛选成组方法，其特征在于所述样品电池的容量及样品电池的内阻测试温度均在25°C。
【文档编号】B07C5/344GK103785629SQ201410014028
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年1月13日 优先权日:2014年1月13日
【发明者】张鸿, 张彩萍, 张维戈, 王玉坤, 安动, 马伟强, 杨万宏, 张西术, 袁继军, 梁东, 穆勇 申请人:国家电网公司, 国网冀北电力有限公司唐山供电公司