一种锂离子电池串并联组合的方法与流程

本发明属于锂离子电池
技术领域：
，具体涉及一种锂离子电池串并联组合的方法。
背景技术：
：目前国家在清洁能源方面的需求越来越大，在能源利用上，清洁能源汽车近两年已经成为汽车行业发展速度最快的产业，电动汽车对锂离子电池的更高要求使得新型储能电池的技术快速发展，锂离子等新型储能电池关键技术、关键材料和产品研究都取得了重大进展。单体锂离子电池的主要性能不能够满足使用要求，需要对单体进行串并联组合，以适应不同用户的实际需求。锂离子电池推广应用已进入快速发展时期，目前锂离子电池广泛应用于：智能手机电池产品，笔记本电脑电池产品，平板电脑电池产品，平衡车电池产品，个人护理以及吸尘器等小家电电池产品，动力和储能电池产品，其他数码类电池产品，灯具市场电池产品等。锂离子锂电池应用的主要问题仍是成组后使用容量下降、寿命缩短、安全性下降的问题。造成以上问题的原因是：前一阶段锂离子电池发展的重点集中在关键材料、电池结构设计、电池制造关键技术和单体电芯产品开发上，组合的串并联设计技术没得到深入细致的研究。即使在筛选过程中，性能一致的电芯，在实际使用过程中，依然会因为组合方式不科学合理，而存在性能下降的风险，甚至导致电池失效。锂离子电池并联时，电压处处相等，即ua＝ub＝uc＝uo；电流是各个子电池电流之和，即io＝ia+ib+ic。子电池并联适合电压不变，电流需要增大的场合。锂离子电池串联时，电流处处相等，即io＝ia＝ib＝ic；电压是各个子电池电压之和，即uo＝ua+ub+uc。子电池串联使用适合电流不变，电压需要增高的场合。无论是串联还是并联，锂离子电池组的输出功率都增加。锂离子电池电芯的组合原理看似简单，实际情况却非常复杂，因为单体电芯之间即使只存在微小差异，也会在多串多并的过程中被放大，从而带来应用端非常大的麻烦，甚至导致失效、安全性等一系列问题。在锂离子电池模块中，由于各单体电芯在制造过程中的各种条件无法达到完全相同，导致电池组中的各单体电芯之间存在一定程度的差异性，连续的充放电循环导致的差异将导致某些单体电芯的性能下降，例如容量加速衰减等，因此某些单体电芯的性能下降将导致电池模块的不均匀性增大，最终导致电池模块的整体性能下降、使用寿命缩短。因此，锂离子电池的组合，需要精心设计并采取相应的技术手段保证达到设计要求。技术实现要素：针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种可避免出现上述技术缺陷的锂离子电池串并联组合的方法。为了实现上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：一种锂离子电池串并联组合的方法，采取先串联再并联的连接方式组成电池组模块。进一步地，所述方法包括：先将多个单体电芯用镍带进行串联焊接，形成锂离子电池组，以锂离子电池组为单元进行二次筛选，再根据并联需求原则进行分选组合，采用镍带并行焊接，最终组成锂离子电池模块。一种锂离子电池模块，包括多个并联的锂离子电池组，每个锂离子电池组由多个单体电芯串联组成。一种检测锂离子电池模块中性能下降的单体电芯的方法，包括以下步骤：步骤1)：对锂离子电池模块进行核对性放电实验，记录锂离子电池模块的每个单体电芯在放电过程中在设定的各时间点的电压；步骤2)将步骤1)中实验中记录的各个单体电芯最后一个时间点的电压值记为样本a，判断所述样本a是否呈正态分布,如是,则直接转入步骤3)；否则,对样本a进行非线性变换,使其呈正态分布后再转入步骤3)；步骤3)找出样本a的正态分布均值μ的置信区间,取该置信区间的下限为标准,所述样本a低于这个标准的单体电芯则为性能下降的单体电芯。进一步地，判断样本a是否呈正态分布的方法为:计算样本a的偏斜系数sc,当计算出来的偏斜系数sc介于0.5～0.5之间时,认为样本a呈正态分布；否则,认为样本a不满足正态分布。进一步地，所述偏斜系数sc的计算公式如下:，其中,样本a＝(x1，x2，…，xi，…，xn),n为电池模块中单体电芯的个数,也即样本a里记录的单体电芯电压值个数；x为样本a里第i个单体电芯电压值,i＝1、2……n；和σ(x)分别为样本a中各个电压值的均值和标准偏差,采用如下公式进行计算:，。进一步地，判断样本a是否呈正态分布的方法为:采用矩阵实验室软件中自带的参数检验命令对样本a进行检验,若在显著性水平为α的情况下对样本a进行正态分布检验的结果为1,则判定样本a不满足正态分布；α是一个[0,1]范围内的值,由置信区间宽度决定。进一步地，对样本a进行非线性变换的方法为:对各电压值进行求幂、开根号、倒数、指数或取对数。进一步地，所述步骤3)包括：用矩阵实验室软件中自带的参数命令找出样本a的置信区间。本发明提供的锂离子电池串并联组合的方法，结构设计科学合理，整体性能稳定，克服了现有技术的先并后串的连接方式所存在的对单体电芯的一致性要求高、并且在后续的焊接工艺中对焊接的技术要求过高的缺陷，可以很好地满足实际应用的需要。附图说明图1为锂离子电池组的结构示意图；图2为锂离子电池模块的结构示意图。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。一种锂离子电池串并联组合的方法，依据实际需要的锂离子电池组的电压和容量，采取先串联再并联的连接方式组成电池组模块；先将单体电芯用镍带进行串联焊接，达到电压的实际需求，形成锂离子电池组，以组为单元进行二次筛选，再根据并联需求原则进行分选组合，采用镍带进行并行焊接，来满足容量的实际需求，最终组成锂离子电池模块。如图1和图2所示，本发明的锂离子电池模块以圆柱形电芯为最小单元，实施例中的连接方式同样适用于其它种类锂离子电池。该链接方式中包括图1所示单电池电芯1、2、3、4、5，整个电芯单元的负极6、正极7，图2所示包括三个电芯单元组8、9、10，以及整个锂离子电池的模块负极11和正极12。先将单体电芯1、2、3、4、5用镍带进行串联焊接，焊出负极耳6和正极耳7。达到电压的实际需求，形成锂离子电池组，以组为单元进行二次筛选，再根据并联需求原则进行分选组合，采用镍带将8、9、10进行并行焊接，焊出负极耳11和正极耳12，来满足容量的实际需求，最终组成锂离子电池模块。本发明可以在电池模块的使用过程中，解决如下技术问题：当单体电芯出现性能下降时，整个电池组的容量下降或者整个电池组失效。本发明克服了现有技术的先并后串的连接方式所存在的对单体电芯的一致性要求高、并且在后续的焊接工艺中对焊接的技术要求过高的缺陷。检测出性能下降的单体电芯，并将其用新的单体电芯代替，这是解决某些单体电芯的性能下降将导致电池模块的不均匀性增大，最终导致电池模块的整体性能下降、使用寿命缩短这一问题的一种方法。一种检测上述锂离子电池模块中性能下降的单体电芯的方法，包括以下步骤：步骤1)：对锂离子电池模块进行核对性放电实验，记录锂离子电池模块的每个单体电芯在放电过程中在设定的各时间点的电压；步骤2)将步骤1)中实验中记录的各个单体电芯最后一个时间点的电压值记为样本a，判断所述样本a是否呈正态分布,如是,则直接转入步骤3)；否则,对样本a进行非线性变换,使其呈正态分布后再转入步骤3)；判断样本a是否呈正态分布的方法为:计算样本a的偏斜系数sc,当计算出来的偏斜系数sc介于0.5～0.5之间时,认为样本a呈正态分布；否则,认为样本a不满足正态分布；所述偏斜系数sc的计算公式如下:，其中,样本a＝(x1，x2，…xi，…，xn),n为电池模块中单体电芯的个数,也即样本a里记录的单体电芯电压值个数；x为样本a里第i个单体电芯电压值,i＝1、2……n；和σ(x)分别为样本a中各个电压值的均值和标准偏差,采用如下公式进行计算:，；判断样本a是否呈正态分布的方法为:采用matlab软件中自带的参数检验命令对样本a进行检验,若在显著性水平为α的情况下对样本a进行正态分布检验的结果为0,则判定样本a满足正态分布；若在显著性水平为α的情况下对样本a进行正态分布检验的结果为1,则判定样本a不满足正态分布；α是一个[0,1]范围内的值,由置信区间宽度决定。对样本a进行非线性变换的方法为:对各电压值进行求幂、开根号、倒数、指数或取对数。假设样本a是满足正态分布或者t分布(由统计学知识可以知道,t分布在样本足够多的情况下是十分接近正态分布的)。样本a的具体值如表1所示。表1样本a内的各个单体电芯的电压值电池编号12345电压2.112.072.032.062.09电池编号678910电压2.072.121.992.072.04电池编号1112131415电压2.112.032.062.081.98用matlab(矩阵实验室)软件中自带的参数检验命令对表1中的样本进行检验，取显著性水平为0.05，计算结果显示样本a的正态分布检验结果满足原假设，即说明样本a满足正态分布。步骤3)：找出样本a的正态分布均值μ的置信区间，取该置信区间的下限为标准，所述样本a低于这个标准的单体电芯则为性能下降的单体电芯。用matlab(矩阵实验室)软件中自带的参数命令找出样本a的置信区间，通过检验证明样本满足正态分布之后，找出在显著性水平0.05下的置信区间，计算得到μ的置信度为0.95的置信区间为[2.038，20762]，取样本a的正态分布均值μ的置信区间下限2.038为标准，低于这个标准的单体电芯则认为它是性能下降的单体电芯。对比各个单体电芯的数据，可以得到电压小于2.038的单体电芯为第12号、第8号和第15号，则认为该三个单体电芯为性能下降的单体电芯，应该用新的单体电芯对其予以替换。以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。当前第1页12