锂离子电池一致性筛选方法
【专利摘要】本发明涉及电池测试技术，其公开了一种锂离子电池一致性筛选方法，有效降低锂电池组内单体电芯差异，提高整组电池的使用寿命。包括：a.选取N个单体锂离子电池作为测试样本组，在测试环境下，对测试样本组中的各个电池恒流放电至预设的放电终止电压，然后搁置一定时间；b.对测试样本组中的各个电池恒流充电至预设的充电终止电压后，再进行恒压充电后，搁置一定时间，测试并记录容量数据组qi(i＝1，2，……N)及内阻数据组ri(i＝1，2，……N)；c.将测试样本组在高温、高湿度环境下搁置一定时间后测试样本组中的各个电池的电压vi(i＝1，2，……N)；d.对向量组Xi(qi,ri,vi)进行K?均值聚类分组计算，根据计算结果完成样本组的一致性筛选。
【专利说明】
裡离子电池一致性筛选方法
技术领域
[0001] 本发明设及电池测试技术，具体设及一种裡离子电池一致性筛选方法。
【背景技术】
[0002] 裡离子电池由于具有高能量存储密度、长寿命、低自放电率、环境污染小等特点， 已逐渐成为数码产品及新能源汽车的主要动力源。
[0003] 裡电池单体电压通常仅为3.OV~4.OV(公称电压为3.6V)，且容量有限，所W在电 动车、电动工具等大功率系统中，需要将几十节、上百节的裡电池串联、并联成组使用。
[0004] 由于工艺制备的局限性，即使是同批次生产出的单体电池，也会存在电压、容量、 内阻及自放电率的差异性。若不经过筛选随意配组使用，运些差异就会严重降低整体电池 组的使用寿命，所W有必要对电池进行一致性的筛查。
[0005] 常用的筛查方法包括电压配组法、容量配组法、内阻匹配法。它们各有优缺点，比 如电压法操作简单，但未考虑荷载变化;容量法需按照特定的充放电条件进行，花费时间 长，测试成本高；内阻法虽可快速完成测量，但由于无法去除极化内阻的影响而导致精确度 不局。
[0006] 电池的生产过程不可能完全避免灰尘和杂质，它们的存在会导致电池内部微短路 进而引发自放电现象。单体间自放电率的差异也会影响到整体电池组的性能和使用寿命， 所W配组时，还有必要对自放电率差异进行筛选。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题是:提出一种裡离子电池一致性筛选方法，有效降低 裡电池组内单体电忍差异，提高整组电池的使用寿命。
[000引本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0009] 裡离子电池一致性筛选方法，包括W下步骤：
[0010] a.选取N个单体裡离子电池作为测试样本组，在测试环境下，对测试样本组中的各 个电池恒流放电至预设的放电终止电压，然后搁置一定时间；
[0011] b.对测试样本组中的各个电池恒流充电至预设的充电终止电压后，再进行恒压充 电后，搁置一定时间，测试并记录测试样本组中的各个电池的容量及内阻，获得对应的容量 数据组qi(i = l，2,……N)及内阻数据组ri(i = l，2,……N);
[0012] C.将测试样本组在高溫、高湿度环境下搁置一定时间后测试样本组中的各个电池 的电压Vi(i = l，2,......N);
[0013] d.对向量组Xi(Qi，n，Vi) (i = 1，2，......N)进行K-均值聚类分组计算，根据计算结 果完成样本组的一致性筛选。
[0014] 作为进一步优化，步骤a中，所述测试环境的溫度为25°C±5°C，对测试样本组中的 各个电池 W 0.2C~1C恒流放电至预设的放电终止电压。
[0015] 作为进一步优化，步骤b中，对测试样本组中的各个电池 WO.2C~IC恒流充至预设 的充电终止电压后，转恒压充电致充电倍率降至0.05C为止。
[0016] 作为进一步优化，步骤C中，所述高溫、高湿度环境为45°C ± 2°C，95%。
[0017] 作为进一步优化，步骤a、b中所述一定时间为1小时，步骤C中所述一定时间为7天。
[001引作为进一步优化，步骤d中，对向量组Xi (Qi, Ti, Vi) (i = 1，2，......N)进行K-均值聚 类分组计算，根据计算结果完成样本组的一致性筛选的具体方法包括：
[0019] dl.根据初始化设定的聚类数初值K，从向量组Xi中随机选取K个样本作为初始聚 类中屯、向量Fj,m(qj,m，rj,m，Vj,m)(j = l，2,……K )，其中Hl为聚类次数，初始值为1 ;
[0020] d2.对剩余的向量Xi(qi,；Ti, ViKi = 1，2,......(N-K))进行随机归组，分配到某一个 聚类组中；
[0021] d3.计算所有剩余成员向量XiU = I，2,......（N-K))至各聚类中屯、Fj,m(qj,m，:rj,m， Vj,m)的欧式距离：
[0022]
[0023] d4按最小距离原则，重新分配Xi( i = 1，2，……（N-K))的聚类位置，将其分配到欧 式距离为最小的那个聚类组；
[0024] d5.根据更新后的聚类组，通过S个分量(qj，rj，vj)的算术平均值，计算出新的聚 类中心向里F j, (m+l) (qj, (m+l) ,r j, (m+l) , Vj, (m+l) ) , j《K ;
[002 引 d6.聚类持续判断：右Fj, (m+1) (qj, (m+1), r j, (m+1), Vj, (m+1) )二Fj(qj,;rj,Vj),则兀成聚类； 否则重复d3-d5步，直到K-均值聚类收敛，也即相邻两次聚类中屯、向量相等为止，完成样本 组的一致性筛查。
[00%]作为进一步优化，在步骤d5中，当出现某组除聚类中屯、之外未能包含其它成员，贝U 取消该组，将聚类中屯、按最小距离原则归入剩余的某组中去。
[0027] 本发明的有益效果是:将裡电池的电压、内阻、容量、自放电率、环境溫湿度、筛查 时长、检测成本等多项因素综合考虑，使用数据处理中能快速收敛、算法简单的K-均值滤波 聚类原理而完成的一致性筛查方法;经实践检验，与现有技术相比简便实用、可靠性高，可 有效降低裡电池组内单体电忍差异，提高整组的使用寿命。
【附图说明】
[0028] 图1为本发明中裡离子电池一致性筛选方法流程图；
[0029] 图2是K-均值聚类算法流程图。
【具体实施方式】
[0030] 在完成了尺寸、外观、印刷、安全(包括撞击、跌落、振动）等基本测试后，对同批次 裡电池的一致性进行配组筛选，如图1所示，步骤如下：
[0031] 1.选取数量为N的样本组，在25°C±5°C环境下，W0.2C~IC恒流放电至预设的放 电终止电压，搁置一段时间；
[0032] 2.再WO. 2C~IC的恒流充至预设的充电终止电压，转恒压充电至电流降为0.05C; 记录容量数据组qiQ = I，2,……N)、内阻数据组ri(i = 1，2，……N);
[0033] 3.将样本搁置一段时间后，使用测试仪测其开路电压，获得vi(i = l，2,……N);
[0034] 4.获得K-均值聚类向量组Xi(qi，ri，Vi) (i = I，2，……N);对X进行K-均值聚类计算 如图2所示：
[0035] 41.根据初定的聚类数初值K，从Xi中随机选取K个样本作为初始聚类中屯、向量Fj,m = ……K )，其中Hl为聚类次数，初始值为1 ;
[0036] 42.对剩余的向量Xi(qi,；Ti, ViKi = 1，2,......(N-K))进行随机归组，分配到某一个 聚类组中；
[0037] 43.计算所有剩余成员向量XiU = I，2,......（N-k))至各聚类中屯、Fj,m(qj,m，:rj,m， Vj,m)的欧式距离：
[00；3 引
[0039] 44.按最小距离原则，重新分配XiQ = I，2,……（N-K))的聚类位置，将其分配到欧 式距离为最小的那个聚类组；
[0040] 45.根据更新后的聚类组，通过=个分量(w，rj，Vj)的算术平均值，计算出新的聚 类中屯、向量F j,(m+l)(qj,(m+l)，：Tj,(m+l)，Vj,(m+l))，j《K;当出现某组除聚类中屯、之外未能包含 其它成员，则可取消该组，将中屯、按最小距离原则归入剩余的某组中去；
[0041 ] 46.聚类持续判断：若F j, (m+1) (qj, (m+1)刀，(m+1)，Vj, (m+1)) =Fj(qj ,rj，Vj)，则完成聚 类；否则重复第43~45步，直到K-均值聚类收敛，也即相邻两次聚类中屯、向量相等为止，完 成样本组的一致性筛查。
[0042] 本发明可W结合具体情况，从实现成本、组性能要求等方面考虑，设定和调整测试 精度、K、自放电搁置时长，要求越高，选择测试精度、K、自放电搁置时长也相应越大。
[0043] 实施例；
[0044] W下针对某品牌憐酸铁裡电池(3.2V\3.5AH)的一致性筛选配组，对本发明进行详 细说明：
[0045] 1.选取200只单体电池，在25°C±5°C环境下，W0.2C恒流放电至2.5V，搁置化；
[0046] 2. Wo.2C~IC的恒流充至3.2V，转恒压充电致电流降至0.05C为止，搁置化;使用 容量测试仪及内阻测试仪，记录容量数据组qi，U = 1，2,……200)、内阻数据组ri(i = l， 2,......200)
[0047] 3.将样本送入45°C ± 2°C，95 %的环境下，搁置7天;然后测其电压，获得Vi，（ i = 1， 2,......200)；
[0048] 4.选取聚类数为4，随机抽取4个样本组成员作为初始聚类中屯、向量Fi, 1 (qi, 1，ri, 1， vi,i)、p7已，i(q7已，i,r7已，i,V7已，1)、Fi2〇,i(qi2〇,i,ri2〇,i,vi2〇,i)、Fi7〇,i(qi7〇,i,ri7〇,i,vi7〇,i);开女台 初次随机分组，每组分得50个成员；
[0049] 5.计算剩余每组成员各向量XiQ = I，2,……（N-K))至4个初始聚类中屯、的欧式距 离：
[(K)加]
[0化1 ]
[0化2]
[0化3]
[0054] 6.按最小距离原则，重新分配各向量的聚类位置，使各向量被分配到与某中屯、的 欧式距离为最小的对应组；
[0055] 7.对新聚类组所有包含向量的=个分量进行算数平均，得到第二次聚类的中屯、向 量尸"佔'2，。2，￥");
[0056] 8.重复第5~7步，直到相邻前后两次的聚类中屯、向量相同为止，结束K-均值聚类 循环计算过程，完成本样品组的一致性分组筛查。
【主权项】
1. 裡离子电池一致性筛选方法，其特征在于，包括W下步骤： a. 选取N个单体裡离子电池作为测试样本组，在测试环境下，对测试样本组中的各个电 池恒流放电至预设的放电终止电压，然后搁置一定时间； b. 对测试样本组中的各个电池恒流充电至预设的充电终止电压后，再进行恒压充电 后，搁置一定时间，测试并记录测试样本组中的各个电池的容量及内阻，获得对应的容量数 据组 Qi (i = l，2,......N)及内阻数据组 ri (i = l，2,......N); C.将测试样本组在高溫、高湿度环境下搁置一定时间后测试样本组中的各个电池的电 压vi(i = l，2,......N)； d.对向量组Xi(qi，ri，vi)(i = l，2,……N)进行K-均值聚类分组计算，根据计算结果完成 样本组的一致性筛选。2. 如权利要求1所述的裡离子电池一致性筛选方法，其特征在于，步骤a中，所述测试环 境的溫度为25°C±5°C，对测试样本组中的各个电池WO. 2C~IC恒流放电至预设的放电终 止电压。3. 如权利要求1所述的裡离子电池一致性筛选方法，其特征在于，步骤b中，对测试样本 组中的各个电池WO. 2C~IC恒流充至预设的充电终止电压后，转恒压充电致充电倍率降至 0.05C为止。4. 如权利要求1所述的裡离子电池一致性筛选方法，其特征在于，步骤C中，所述高溫、 高湿度环境为45°C ±2°C ,95%。5. 如权利要求1所述的裡离子电池一致性筛选方法，其特征在于，步骤a、b中所述一定 时间为1小时，步骤C中所述一定时间为7天。6. 如权利要求1所述的裡离子电池一致性筛选方法，其特征在于，步骤d中，对向量组Xi (qi，ri，vi)(i = l，2,……N)进行K-均值聚类分组计算，根据计算结果完成样本组的一致性 筛选的具体方法包括： dl.根据初始化设定的聚类数初值K，从向量组Xi中随机选取K个样本作为初始聚类中屯、 向量Fj,m(qj,m，rj,m，Vj,m)(j = l，2,……K )，其中Hl为聚类次数，初始值为1 ; d2.对剩余的向量Xi(qi，ri，Vi) (i = 1，2，……(N-K))进行随机归组，分配到某一个聚类 组中； d3.计算所有剩余成员向量XiQ = I，2,......（N-K))至各聚类中屯、Fj,m(qj,m，：rj,m，Vj,m)的 欧式距离：d4按最小距离原则，重新分配Xi( i = 1，2，……(N-K))的聚类位置，将其分配到欧式距离 为最小的那个聚类组； d5.根据更新后的聚类组，通过=个分量(qj，rj，vj)的算术平均值，计算出新的聚类中 屯、向量Fj, (m+：L) ( q j, (m+：L)，r j, (m+l)，V j, (m+：L) )，j《K ; d6.聚类持续判断：若Fj, (m+i)(qj, (m+1) ,rj, (m+1)，Vj, (m+1)) =Fj(qj ,rj，Vj)，则完成聚类；否则 重复d3-d5步，直到K-均值聚类收敛，也即相邻两次聚类中屯、向量相等为止，完成样本组的 一致性筛查。7.如权利要求6所述的裡离子电池一致性筛选方法，其特征在于，在步骤d5中，当出现 某组除聚类中屯、之外未能包含其它成员，则取消该组，将聚类中屯、按最小距离原则归入剩 余的某组中去。
【文档编号】B07C5/344GK105903692SQ201610335049
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月19日
【发明人】李珣
【申请人】四川长虹电器股份有限公司