一种退役锂离子电池电芯容量的计算方法及装置与流程

1.本发明涉及一种退役锂离子电池电芯容量的计算方法及装置，属于动力电池回收和梯次利用领域。


背景技术：

2.对于退役电池的梯次利用环节，需要针对电池的容量进行评价；对于整个电池系统的容量测试相对简单，但要针对每一只电芯的容量进行评价时，通常的做法是将电池系统或模组拆解为电芯，然后再对每一只电芯进行测试；这种做法需要投入大量的测试设备，且拆解过程费时费力。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种退役锂离子电池电芯容量的计算方法及装置，用于解决退役锂电池电芯容量测量需对电池拆解，费时费力的问题。
4.为了实现上述目的，本发明提供了一种退役锂离子电池电芯容量的计算方法，包括如下步骤：
5.1)获取电池系统的放电容量q
放
；
6.2)电池系统完整充电时，整个电池系统中最先达到满充的电芯为第一电芯；
7.电池系统完整放电时，整个电池系统中最先达到满放的电芯为第二电芯；
8.3)第一电芯达到满充时，记录待求容量电芯此时的电压为第一电压un1，根据第一电芯从第一电压un1充电至满充的时间，计算出容量差q
n1
；
9.第二电芯达到满放时，记录待求容量电芯此时的电压为第二电压un2，根据第二电芯从第二电压un2放电至满放的时间，计算出容量差q
n2
；
10.4)根据放电容量和容量差计算出待求容量电芯的容量：qn＝q
放
+q
n1
+q
n2
。
11.本发明提供了一种退役电池系统内电芯容量计算的方法，在一定恒流下对电池系统进行充放电，根据充放电中的电压和电流等参数，并利用安时积分法计算整个电池系统的放电容量，并根据电压参数、放电容量和安时积分法计算出系统内电芯的容量。通过该方法可以在不完全拆解电池系统的情况下测量电芯容量。
12.进一步的，电池系统的放电容量q
放
通过如下方法获得：
13.a)恒流对电池系统放电至某一电芯最先达到满放后静置设定时间；
14.b)恒流对已经放电后的电池系统进行充电达到预设电压值后静置设定时间；
15.c)恒流对充电达到预设电压值的电池系统继续充电，直到某一电芯最先实现满充后静置设定时间；
16.d)恒流对某一电芯已实现满充的电池系统进行放电，直到某一电芯最先实现满放后静置设定时间，利用安时积分法计算出电池系统的放电容量q
放
。
17.进一步的，步骤c)中最先实现满中的电芯为第一电芯；步骤d)中最先实现满充中的电芯为第二电芯。
18.在对电池系统进行电芯容量计算时，根据上述方法获得放电容量，在放电容量的获取过程中，可以根据在充电过程中，某一电芯最先实现满充后停止充电的过程中认为最先实现满充的电芯为第一电芯；在放电过程中，某一电芯最先实现满放后停止放电的过程中认为最先实现满放的电芯为第二电芯；也可以在第一次充放电过程中仅仅获取放电容量，在第二次充放电过程中确定第一电芯和第二电芯。
19.进一步的，步骤c)中第一电芯满充时，获取待求容量电芯此时的电压为第一电压un1；步骤d)中第二电芯满放时，获取待求容量电芯此时的电压为第二电压un2。
20.在确定第一电压和第二电压时，可以在第一次充放电获取放电容量的过程中获取，也可以在第二次确定第一电芯和第二电芯的充放电过程中获得，还可以再进行一次完整的充放电过程以确定第一电压和第二电压。
21.进一步的，步骤2)和步骤3)中，容量差q
n1
和q
n2
通过安时积分法获得。
22.本发明还提供一种退役锂离子电池电芯容量的计算装置，包括控制器和电池接口，所述电池接口用于对待测试电池进行充放电和采集电池系统电芯电压；
23.所述控制器执行相应指令，以实现退役锂离子电池电芯容量的计算方法包括如下步骤：
24.1)获取电池系统的放电容量q
放
；
25.2)电池系统完整充电时，整个电池系统中最先达到满充的电芯为第一电芯；
26.电池系统完整放电时，整个电池系统中最先达到满放的电芯为第二电芯；
27.3)第一电芯达到满充时，记录待求容量电芯此时的电压为第一电压un1，根据第一电芯从第一电压un1充电至满充的时间，计算出容量差q
n1
；
28.第二电芯达到满放时，记录待求容量电芯此时的电压为第二电压un2，根据第二电芯从第二电压un2放电至满放的时间，计算出容量差q
n2
；
29.4)根据放电容量和容量差计算出待求容量电芯的容量：qn＝q
放
+q
n1
+q
n2
。
30.进一步的，步骤1)中，所述放电容量q
放
通过如下方法获得：
31.a)恒流对电池系统放电至某一电芯最先达到满放后静置设定时间；
32.b)恒流对已经放电后的电池系统进行充电达到预设电压值后静置设定时间；
33.c)恒流对充电达到预设电压值的电池系统继续充电，直到某一电芯最先实现满充后静置设定时间；
34.d)恒流对某一电芯已实现满充的电池系统进行放电，直到某一电芯最先实现满放后静置设定时间，利用安时积分法计算出电池系统的放电容量q
放
。
35.进一步的，步骤c)中最先实现满中的电芯为第一电芯；步骤d)中最先实现满充中的电芯为第二电芯。
36.进一步的，步骤c)中第一电芯满充时，获取待求容量电芯此时的电压为第一电压un1；步骤d)中第二电芯满放时，获取待求容量电芯此时的电压为第二电压un2。
37.进一步的，步骤2)和步骤3)中，容量差q
n1
和q
n2
通过安时积分法获得。
附图说明
38.图1为本发明退役锂离子电池电芯容量计算流程图；
39.图2为本发明退役锂离子电池电芯容量计算示意图1；
40.图3为本发明退役锂离子电池电芯容量计算示意图2。
具体实施方式
41.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
42.方法实施例：
43.本发明采用一定电流(0.3c～1c)对电池系统或模组进行充放电，并提取充放电过程中的电压、电流、时间等特征参数，根据电流-时间进行安时积分，可得到整个电池系统或模组的放电容量q
放
的数值，计算出组内各个电芯的容量。本发明适用于磷酸铁锂、三元、锰酸锂、钛酸锂等退役锂离子电池的电芯容量计算。如图1所示，具体步骤如下：
44.在打开电池系统或电池模组的上盖，露出电池系统或电池模组的汇流排，将汇流排连接到充放电测试设备上，监测所有电芯电压；通过对电池系统或电池模组整体进行充电或放电，记录电压、电流和充放电时间；根据记录的数据通过安时积分法得出电池系统或电池模组整体的放电容量；最后根据所有电芯电压和放电容量计算出电芯容量。
45.具体的，首先对整个电池系统或电池模组进行充放电测试：
46.1)对电池系统或电池模组恒流不进行任何操作的情况下先进行放电，直到整个电池系统或电池模组中的任意一个电芯电压最先实现满放，将电池系统或电池模组静置一段时间；
47.2)静置后恒流对电池系统或电池模组充电，充电至某一设定的电压值后将电池系统或电池模组静置一段时间；
48.3)静置后恒流对电池系统或电池模组充电，直到整个电池系统或电池模组中任意一个电芯最先达到满充后静置一段时间；时刻记录在最先实现满充的电芯在满充过程中的电压和对应的时间；
49.4)静置后再次对电池系统或电池模组恒流放电，直到整个电池系统或电池模组中任意一个电芯最先达到满放后静置一段时间；时刻记录在最先实现满放的电芯在满放过程中的电压和对应的时间。
50.在上述过程中，根据步骤3)和步骤4)中，电池系统或电池模组中任意电芯最先达到满充和任一电芯最先达到满放，利用安时积分法计算满充和满放的电芯电压和对应的时间得到整个电池系统或电池模组的的放电容量q
放
。再进一步确定电池系统或电池模组中，在第3)步中充电时，最先实现满充的电芯，记录该电芯的位置编号为a(在电池系统或电池模组众多电芯中，最先实现满充的电芯的具体位置)；确定电池系统或电池模组中，在第4)步中放电时，最先实现满放的电芯，记录该电芯的位置编号为b(在电池系统或电池模组众多电芯中，最先实现满放的电芯的具体位置)。
51.要计算整个电池系统或电池模组中某电芯的容量，先确定在步骤3)充电结束时，所求容量的该电芯电压u
n1
，并根据电芯a在步骤3)中，确定电芯a充电至u
n1
的时间与电芯a满充结束时的时间差(所求容量的电芯不是最先实现满充的电芯，最先实现满充的电芯在充电至u
n1
与满充时必然有一个时间差)，通过安时积分法计算该时间差下对应的容量差q
n1
；再确定在步骤4)放电结束时，所求容量的该电芯电压u
n2
，并根据电芯b在步骤4)中，确定电芯b放电至u
n2
与电芯b满放结束时的时间差(所求容量的电芯不是最先实现满充的电
芯，最先实现满放的电芯在放电至u
n2
与满放时必然有一个时间差)，通过安时积分法计算该时间差下对应的容量差q
n2
。则所求电芯的容量qn＝q
放
+q
n1
+q
n2
。
52.具体的，如图2所示，a为充电过程中最先实现满充的电芯，b为放电过程中最先实现满放的电芯，n为待求电芯容量的电芯。当a实现满充时，则停止充电，a此时的电压为ua(电池组单体电芯的上限电压)；当b实现满放时，则停止放电，b此时的电压为ub(电池组单体电芯的下限电压)，根据ua与ub之间的时间差和电流，利用安时积分法计算出电池系统或电池模组的放电容量q
放
。
53.在最先实现满充的电芯a达到满充时，对应的待求容量电芯n此时的电压为un1，显然un1未达到上限电压ua(因为该电芯并非最先达到满充的电芯a)；因此，在最先实现满充的电芯a达到满充之前，最先实现满充的电芯a的电压一定达到过un1(例如：上限电压为100，最先实现满充的电芯a在满充时电压为100，此时n并未实现满充，例如电压对应为80，则a在达到100之前一定会经过80)，获得最先实现满充的电芯a的电压从un1充至ua的时间，根据该时间和电流通过安时积分法计算出的容量(为图中
①
部分)，可以认为是电芯n在充电停止和电芯n实现满充之间的容量差q
n1
。
54.在b达到满放时，对应的待求容量电芯n此时的电压为un2，显然un2未达到下限电压ub(因为该电芯并非最先达到满放的电芯b)；因此，在最先实现满放的电芯b达到满放之前，最先实现满放的电芯b的电压一定达到过un2(例如：下限电压为10，最先实现满放的电芯b在满放时电压为10，此时n未实现满放，例如电压对应为20，则b在达到10之前一定会经过20)，获得最先实现满放的电芯b的电压从un2充至ub的时间，根据该时间和电流通过安时积分法计算出的电芯容量(为图中
②
部分)，可以认为是电芯n在充电停止和电芯n实现满放之间的容量差q
n2
。则所求电芯的容量qn＝q
放
+q
n1
+q
n2
。
55.除此实施例之外，最先达到满充和最先达到满放的可以为一个电芯，即：a也就是b。如图3所示，a和b为同一个电芯，则利用同一个电芯的满充和满放的数据计算出电芯n的容量差。
56.本发明提供了一种不需要事先完全拆解电池系统或电池模组就能对退役电池的每一只电芯进行容量测评的方法。通过整个系统或模组内电压上限值最高的电芯实现满充和电压下限值最低的电芯实现满放的两个过程之间的容量差得到整个系统或模组的放电容量，还记录在充电时最先实现满充的电芯位置和放电时最先实现满放的电芯位置。若需要计算某电芯的容量，则需要记录整个系统或模组内某电芯最先达到满充时需计算容量的电芯此时对应的电压u
n1
，计算最先达到满充的电芯在电压达到u
n1
和实现满充的时间差，利用该时间差计算出容量差q
n1
。还需记录整个系统或模组内某电芯最先达到满放时需计算容量的电芯此时对应的电压u
n2
，计算最先达到满放的电芯在电压达到u
n2
和实现满放的时间差，利用该时间差计算出容量差q
n2
。根据计算得到的各个容量差得到所求电芯的容量：qn＝q
放
+q
n1
+q
n2
。
57.装置实施例：
58.本发明还提供一种退役锂离子电池电芯容量的计算装置，该装置包括包括控制器和电池接口，所述电池接口用于对待测试电池进行充放电和采集电池系统电芯电压；控制器执行相应的指令，以实现退役锂离子电池电芯容量的计算方法，该计算方法已在方法实施例中阐述清楚，此处不再赘述。