一种退役动力电池的短板电池隔离装置和方法与流程

本申请涉及退役动力电池再利用技术领域，尤其涉及一种退役动力电池的短板电池隔离装置和方法。

背景技术：

随着国内电动汽车行业的蓬勃发展，电动汽车所用的动力电池的装机量也逐年上升。截至2018年底，我国的电动汽车保有量已经达到261辆，早起投入市场的动力电池即将迎来退役期，预计到2020年退役动力汽车的规模累计将超过20gwh，隐藏在电动汽车繁华发展表面之下的是动力电池的回收与再利用问题。

电动汽车对动力电池的性能要求较高，根据qc/t743-2006《电动汽车用锂离子蓄电池》中“6.2.11循环寿命”规定“蓄电池在20℃±2℃下以1.5i3(a)电流放电，直到放电容量达到额定容量的80％”，当电动汽车内的动力电池容量衰减至标称容量80％以下时，可认为是其循环寿命终止，不适宜继续使用。为了确保电动汽车的动力性能、续驶里程和运行过程中的安全性能，必须对其进行更换，更换下来的电池被称为“退役动力电池”。

通常从电动汽车上更换下来的退役动力电池，仍具有较高的剩余容量和利用价值，经过筛选和重新配组，在退役动力电池重组集成后，可应用于低速电动车、助力车、直流电源、微电网等场景，也可应用于运行环境相对良好、充放电工况相对温和、对电池性能要求相对较低的储能场合，实现退役动力电池的梯次利用，减缓回收处理的压力。

然而，退役动力电池的类型多样、性能参差不齐，且存在较大离散性。另外，在整组电池内通常存在短板电池，这导致退役动力电池在梯次利用中出现可用率低、配组困难、接入不灵活等诸多问题。

退役动力电池内的短板电池，由于性能的下降显著，将会影响整体性能，使整组电池提前退出使用，并有可能存在安全隐患。

通常，需要通过拆解整组电池的方法，在整组电池中剔除掉短板电池，不仅拆解和重组的工艺复杂，而且整组内的其他电池也可能会受到损伤，留下隐患。对于存在较少短板电池的退役动力电池的处理方法有：将整组电池包以电池模组的形式进行拆解，再以电池模组为单位进行分选和配组，含有短板电池的电池模组被弃用。由于电池模组之间的连接通常采用螺丝等方式来固定，拆解相对简单，工作量低，但是拆解后的电池包整体的利用率较低，经常会出现因为短板电池而弃用较多的情况，容易出现整组电池包的电芯数量不够而无法配组的情况。

技术实现要素：

本申请提供了一种退役动力电池的短板电池隔离装置和方法，解决了现有技术中由于电池模组之间的连接通常采用螺丝等方式来固定，拆解相对简单，工作量低，但是拆解后的电池包整体的利用率较低，经常会出现因为短板电池而弃用较多的情况，容易出现整组电池包的电芯数量不够而无法配组的情况的技术问题。

本申请第一方面提供了一种退役动力电池的短板电池隔离装置，包括：

电池模组，所述电池模组包括至少一个短板电池，所述短板电池在经过旁路跨接后接入隔离选通配置矩阵；

所述隔离选通配置矩阵在所述短板电池的两端均串接保险，并预留短接片位置，用于安装短接片；

所述短板电池的两端均预留测量接口，用于连接至托管监测电路。

可选地，所述托管监测电路包括多个选通电路，每一个选通电路用于连接已隔离的短板电池。

可选地，所述托管监测电路还包括差分放大电路，用于连接多个选通电路。

可选地，所述电池模组的采集线束连接在通用化母板上。

可选地，所述托管监测电路设置于子板上，所述子板插接于安装有所述电池模组的采集线束的通用化母板。

本申请第二方面提供了一种退役动力电池的短板电池隔离方法，该方法在第一方面所述的一种退役动力电池的短板电池隔离装置执行，包括步骤：

获取整组电池中的短板电池的分布数据；

根据所述分布数据确定所有短板电池的位置，以及所述短板电池的临近电芯的位置，对每一个所述短板电池，根据所述短板电池和所述短板电池对应的临近电芯的位置，确定所述短板电池的采集线束的接入位置；

根据所述对应的临近电芯的位置和所述采集线束的接入位置，确定所述短板电池的切割拆解位置，将所述短板电池进行跨接旁路隔离；

获取所述整组电池中已隔离的短板电池的分布数据，将所述已隔离的短板电池的采集线束接入隔离选通配置矩阵；

在所述隔离选通隔离矩阵中，在每一节电芯的入口连接托管监视电路；

通过所述托管监视电路，对所述已隔离的短板电池进行监控。

可选地，所述获取整组电池中的短板电池的分布数据具体包括：

统计整组电池中的短板电池的分布情况，根据所述分布情况确定所述短板电池的位置和所述短板电池对应的导电连接件的材料、宽度和厚度。

可选地，所述接入位置包括所述短板电池的正极至所述短板电池对应的临近电芯的负极之间的任意一点。

可选地，所述切割拆解位置包括在所述短板电池的导电连接件上，根据所述对应的临近电芯的位置和所述接入位置，确定所述短板电池的切割拆解位置。

可选地，所述在所述隔离选通隔离矩阵中，在每一节电芯的入口连接托管监视电路包括：

在所述隔离选通隔离矩阵中，在每节电芯的入口位置预留托管测量接口，通过所述托管测量接口连接托管监视电路。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

本申请中，提供了一种退役动力电池的短板电池隔离装置，包括：

电池模组，所述电池模组包括至少一个短板电池，所述短板电池在经过旁路跨接后接入隔离选通配置矩阵；

所述隔离选通配置矩阵在短板电池的两端均串接保险，并预留短接片位置，用于安装短接片；

所述短板电池的两端均预留测量接口，用于连接至托管监测电路。

本申请提供的一种退役动力电池的短板电池隔离装置，通过对退役动力电池内的短板电池进行静态跨接，无须拆解整组电池或单体电芯，避免了对电池组结构的破坏和其他电芯的损伤，保留了短板电池的单体电芯在原系统内，既可以满足整组电池一致性的要求，也可以实现较低的改造时间和成本，具有良好的经济性和适应性。且对于已隔离的短板电池，无需重新布置采集线束，借用原有线束，配合隔离选通配置矩阵进行调整和配置，可以灵活的实现对不同短板电池隔离结果的兼容，并且采用独立的通道对已隔离的短板电池进行托管监视，保障已隔离的短板电池处于可知可控的状态，以确保重组后的退役动力电池的安全和稳定运行。本申请的退役动力电池处理装置，解决了现有技术中由于电池模组之间的连接通常采用螺丝等方式来固定，拆解相对简单，工作量低，但是拆解后的电池包整体的利用率较低，经常会出现因为短板电池而弃用较多的情况，容易出现整组电池包的电芯数量不够而无法配组的情况的技术问题。

附图说明

图1为本申请提供的一种退役动力电池的短板电池隔离方法的一个实施例的流程示意图；

图2为本申请提供的一种退役动力电池的短板电池隔离方法的另一个实施例的流程示意图；

图3为本申请提供的一种退役动力电池的短板电池隔离装置的一个实施例的隔离旁路的示意图；

图4为本申请提供的一种退役动力电池的短板电池隔离装置的一个实施例的托管监视的示意图；

图5为本申请提供的一种退役动力电池的短板电池隔离装置的一个实施例的隔离配置矩阵的电路图；

图6为传统的电池管理bms的结构示意图；

图7为本申请提供的一种退役动力电池的短板电池隔离装置的结构示意图；

图8为传统的电池管理bms的监测信号流向图；

图9为本申请提供的一种退役动力电池的短板电池隔离装置的监测信号流向图；

图10为传统的电池管理bms的电压采集示意图；

图11为本申请提供的一种退役动力电池的短板电池隔离装置的电压采集示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

短板电池：动力电池系统是由若干单体电芯(cell)通过导电连接件(bus-bar)进行串联或并联而组成。单体电芯(cell)成组的形式，可以是整个电池包(pack)或数个电池模组(module)形式，同组内的电芯在电参数、性能与状态上呈现为较高的一致性。

由于各电芯在制造工艺或材料的细微差别、在电芯排布中因所在位置不同而带来的运行温度差别、在电池管理(bms)的采集和均衡的精度及误差的差别，都会导致同组内的个别电芯在电压、容量以及健康度等方面上与其他电芯存在很大的差异。个别电芯的劣化，首先是体现与其他电芯的一致性上的差异，进而逐步蔓延和影响整组电芯的性能和状态，呈现出“木桶效应”。此时该一致性较差的电芯则被称为“短板电池”，退役动力电池内通常含有一定数量的短板电池。当退役动力电池在开展梯次利用时，根据电池模组内各单体电芯的一致性的极差要求，确定短板电池的数量和物理隔离的位置，并对其导电连接件进行分拆隔离与跨接旁路的工艺。假设电池模组内bat2为短板电池，对该短板电池进行旁路处理，则无需将短板电池从整个电池模组内取出，进而减少拆解环节，提高工作效率，降低再利用成本，同时便于后期维护和作业，更利于规模化应用。

对电池模组内的短板电池在进行旁路跨接处理后，虽然在电气物理连接上被隔离的短板电池已与其它电芯完全脱离，但是其本身仍然可以作为独立个体以静止状态长期存在于整个电池模组内，并受周围环境的影响，电芯电压和温度等特性仍处于未知的状态。若是缺少相应的监管措施，整个电池模组依然存在潜在的安全隐患，因此有必要对电芯的相关特征状态进行实时在线监测管理。

对已经进行旁路跨接处理的短板电池进行在线监测管理的电路图如图6所示的传统的电池管理bms的结构示意图以及图7所示的本申请的结构示意图，对于已经隔离的短板电池，为保证电池模组和整个系统的安全稳定运行，需对短板电池进行独立的在线监视与管理，以确保其性能稳定和安全运行，及时发现并避免出现短板电池进一步劣化的情况。

在传统的电池管理bms或第三方电池管理bms中，是将采集线束连接在每个单体电芯的两端，如图8所示的监测信号流向图，由采集线束接入到电池管理bms装置的采集端子，通过模拟前端afe进行多通道控制，再进入adc测量，由mcu采集、分析和后续处理。

而隔离托管监测相对于传统电池管理bms进行两个方面的改进：

一是由于在电池模组的主回路连接上，对短板电池进行了跨接处理，导致原有采集线束无法继续正常使用，如重新加工和安装线束，将费时费力、成本高，因此本申请提出了在传统电池管理bms的模拟前端afe前增加“隔离选通配置矩阵”的改进，可以实现对原有采集线束的复用，无须重新加工和安装；

二是当短板电池被跨接后，短板电池在电池模组内处于分列和孤立的地位，形成了无人监测和管理的局面，并存在一定的潜在故障隐患，出于此考虑因此本申请提出了在传统电池管理bms的基础上增加独立“托管监视监测电路”的改进，对被跨接的短板电池进行实时监测和管控，实现可知可控的全面管理，同时可以复用原有的数据传输通道，无须另外布线和通信连接。

短板电池的在线监测管理需要实时监测短板电池的电芯电压和温度等关键特征参数，为了防止电池过放出现电压过低而劣化加速的情况，还需要预留专门的补电电路如图9。

隔离托管：动力电池系统，是由若干单体电芯(cell)通过导电连接件(bus-bar)进行串联或并联而组成，加速了整组电池的劣化和退役，也影响退役动力电池再利用的使用，制约后续梯次利用的发展。

通常导电连接件(bus-bar)固定在电芯极柱的设计位置，起到连接、固定和安全防护等作用，拆解起来难度高、工作量大。根据整组电池中短板电池的分布情况，采用“定点清除”的方式，在不需要对整组电池中进行拆解的情况下，仅对已存在的短板电池进行切割拆解，再通过铜排、电缆等导电连接件进行跨接和旁路，实现对短板电池的隔离旁路。对于已隔离的短板电池，保留在整组电池中而不需要拆除，保留整组电池的原线束，采用独立通道的电压、电流、温度等电参数采集，实现对已隔离短板电池的托管和监视，保障其处于可知可控的状态，确保经重组后退役动力电池的安全稳定运行。隔离托管仅针对整组电池内的短板电池，与整组电池中的其他电芯采用不同的电池管理硬件和策略。

对于已隔离的短板电池，保留在整组电池中无须拆出，保留整组电池的原线束，采用独立通道对已隔离的短板电池的电压和温度等电参数进行采集，用以实现对已隔离的短板电池的托管和监视，以保障其处于可知可控的状态，以确保经重组后退役动力电池的安全稳定运行。

而在传统的电池管理bms中，各电芯间依次串联，其首尾两端引出线分别串联保险丝f，而后进入专用afe的采集芯片中进行电压采样，采集方式一般为8通道、12通道、16通道电芯的数据采集。如附图10所示的传统的电池管理bms的电压采集示意图。

对于存在有短板电池的电池模组，短板电池被旁路隔离后，若是采用传统的电池管理bms和原有线束，由于短板电池的正负极仍与采集芯片的某个通道相连，会造成采集芯片的工作异常，而无法进行对正常电芯的电压采集。另外，对于已经隔离的短板电池，如果需要进行状态监测的话则需要增加新的采集线束。因此为了避免这些问题，本申请根据电池模组内对于短板电池的处理，除了在电池模组内对短板电池进行旁路跨接外，对电池的管理系统的硬件电路中也进行了优化设计，通过隔离选通矩阵，无需改变原有的线束，通过初始化配置，就可以灵活的实现对不同数量不同规格的电池模组的兼容，对于电池模组的改造效率以及经济性均较高。

本申请实施例提供了一种退役动力电池的短板电池隔离装置和方法，解决了现有技术中由于电池模组之间的连接通常采用螺丝等方式来固定，拆解相对简单，工作量低，但是拆解后的电池包整体的利用率较低，经常会出现因为短板电池而弃用较多的情况，容易出现整组电池包的电芯数量不够而无法配组的情况的技术问题。

为了便于理解，请参照附图3-5，图3为本申请提供的一种退役动力电池的短板电池隔离装置的一个实施例的隔离旁路的示意图；图4为本申请提供的一种退役动力电池的短板电池隔离装置的一个实施例的托管监视的示意图；图5为本申请提供的一种退役动力电池的短板电池隔离装置的一个实施例的隔离选通矩阵的电路图；

本申请第一方面提供了一种退役动力电池的短板电池隔离装置，包括：

电池模组，电池模组包括至少一个短板电池，短板电池在经过旁路跨接后接入隔离选通配置矩阵；

隔离选通配置矩阵在短板电池的两端均串接保险，并预留短接片位置，用于安装短接片；

短板电池的两端均预留测量接口，用于连接至托管监测电路。

需要说明的是，如附图4所示的电路图，在每节电池的两端均引出线间预留短接片的位置，组成隔离选通配置矩阵。在电池模组的正常工作状态下，可以用专用afe芯片依次采集电池模组的所有的电池电压，比如电池1#的电压为uab，电池2#的电压为ubc，以此类推。当电池2#需要被托管时，可以去除保险丝f1，安装短接片f2a。此时，uac＝uab为电池1#的电压，ubc＝0，则表明专用afe芯片的数据可以正常采集。

通过专门预留的测量接口，由隔离选通配置矩阵分离出短板电池的采集信号，将采集信号连接至托管监视监测电路，可以实时对短板电池的电压等参数进行实时监测。

进一步地，托管监测电路包括多个选通电路，每一个选通电路用于连接已隔离的短板电池。

进一步地，托管监测电路还包括差分放大电路，用于连接多个选通电路。

需要说明的是，由于整簇电池组的电压较高，短板电池在簇内的分布位置未知，如果直接将短板电池的正负极柱直接接入adc中，由于短板电池产生的极高的共模电压会造成adc的损坏，甚至导致安全事故。如图11所示，通过短板电池的选通电路可以有效隔离高共模电压的影响，使得进入后级采集电路的信号在adc的可接受范围之内。

进一步地，电池模组的采集线束连接在通用化母板上。

需要说明的是，电池模组的采集线束可以连接在通用化母板，隔离托管电路为子板，串接在模拟前端afe之前，通过can或rs485通信总线，共用电池模组的母板通信链路进行传输。通过对电池模组进行配置，即可实现数据交换与状态监测。

进一步地，托管监测电路设置于子板上，子板插接于安装有电池模组的采集线束的通用化母板。

需要说明的是，托管监测电路的整个电路可采用独立板卡的方式，以子母板形式内嵌于传统电池管理bms内。由于改造是在电池管理单元内进行，不占用设备外空间和多余线束，因此实施难度低、经济性好。

另外，此托管监测电路也可独立为单独外置单元(外置隔离托管采集装置)，与第三方电池管理系统串联配合，兼容原有的bms与电池模组连接线束，仅需增加一条隔离托管采集板与bms连接线束，具备较好的灵活性与适用性。

为了便于理解，参见图1，图3-5，图1为本申请提供的一种退役动力电池的短板电池隔离方法的一个实施例的流程示意图；图3为本申请提供的一种退役动力电池的短板电池隔离方法的一个实施例的隔离旁路的示意图；图4为本申请提供的一种退役动力电池的短板电池隔离方法的一个实施例的托管监视的示意图；图5为本申请提供的一种退役动力电池的短板电池隔离方法的一个实施例的隔离选通配置矩阵的电路图；

本申请第二方面提供了一种退役动力电池的短板电池隔离方法，该方法在第一方面提供的一种退役动力电池的短板电池隔离装置执行，包括步骤：

100，获取整组电池中的短板电池的分布数据；

200，根据分布数据确定所有短板电池的位置，以及短板电池的临近电芯的位置，对每一个短板电池，根据短板电池和短板电池对应的临近电芯的位置，确定短板电池的采集线束的接入位置；

300，根据对应的临近电芯的位置和采集线束的接入位置，确定短板电池的切割拆解位置，将短板电池进行跨接旁路隔离；

400，获取整组电池中已隔离的短板电池的分布数据，将已隔离的短板电池的采集线束接入隔离选通配置矩阵；

500，在隔离选通隔离矩阵中，在每一节电芯的入口连接托管监视电路；

600，通过托管监视电路，对已隔离的短板电池进行监控。

需要说明的是，本申请实施例提供的退役动力电池的短板电池隔离方法，对于退役动力电池内的短板电池处理分为隔离旁路和托管监视两个阶段：首先是对整组电池中的短板电池进行隔离旁路：先统计整组电池中的短板电池的分布数据，以图3所示的隔离旁路的电路图为例，以图中的2#电芯为短板电池为例，a点为1#电芯的负极，b点为2#电芯的正极，a’点为1#电芯的负极(或者是2#电芯的正极)的采集线束的接入位置。在1#电芯与2#电芯的a与a’的区间内，选择合适的加工位置进行导电连接件的切割和拆解操作。再根据分布数据和采集线束的接入位置，确定跨接电缆或者跨接铜排的载流量和布局走向，将a点和c电进行跨接连接，以此实现对短板电池(即图3中的2#电芯)的跨接旁路隔离。对于已隔离的所有的短板电池，可以将它们继续留在整组电池中无需拆解移出，其他的电芯的主回路的电连接也可以得到相应的保留，各个电芯的采集线束均维持不变。

对于所有已经隔离的短板电池进行托管监视的步骤有：首先统计整组电池中所有已隔离的短板电池的分布数据。以图4所示的隔离选通配置矩阵的电路图为例，图中以2#电芯为短板电池为例，经各类旁路处理后，通过隔离选通配置矩阵进行配置，将f1位置处去除保险f1，并在f1’位置处安装保险f1’，用以短接2#电芯的原采集点。此时，uab＝uac，即为1#电芯的实际电压，而ubc＝0，即表示2#电芯未被采集，专用前端芯片afe未出现浮空，ucd＝ubd，即为实际3#的电芯电压，全部的电池数据均可以被正常采集。在每一个隔离选通配置矩阵内，每节电芯均连接托管监视电路。托管监视电路可以由图11所示的电路图中的选通电路、差分放大电路、adc采集电路、微处理器和通信接口组成，这些电路均由微处理器控制，根据隔离短板电池的数量和接线来控制选通电路，保证仅有1路已隔离的短板电池接入差分放大电路中。通过收集到的被测信号经过ad采集以及微处理器来分析其性能和状态，经过通讯接口上传至后台，所采集的信号可以用来在线监测短板电池的状态，并进行状态评估。

参见图2，为本申请提供的一种退役动力电池的短板电池隔离方法的另一个实施例的流程示意图；

进一步地，获取整组电池中的短板电池的分布数据具体包括：

110，统计整组电池中的短板电池的分布情况，根据分布情况确定短板电池的位置和短板电池对应的导电连接件的材料、宽度和厚度。

需要说明的是，获取整组电池中短板电池的分布数据包括有统计整组电池中已经确定的短板电池的分布情况，并进一步确定这些待处理短板电池的分布位置以及他们对应的导电连接件的材料、宽度和厚度等参数。

进一步地，接入位置包括短板电池的正极至短板电池对应的临近电芯的负极之间的任意一点。

需要说明的是，以图3中的电路图为例，2#电芯为短板电池，a点为1#电芯的负极，b点为2#电芯的正极，a’点为1#电芯的负极，或者2#电芯的正极的采集线束的接入位置。

进一步地，切割拆解位置包括在短板电池的导电连接件上，根据对应的临近电芯的位置和采集线束的接入位置，确定短板电池的切割拆解位置。

需要说明的是，以图3中的电路图为例，2#电芯为短板电池，在1#电芯与2#电芯的导电连接件中a与a’的区间内，选择合适的加工位置，进行该段导电连接件的切割和拆解。

为了便于理解，请参阅图2，为本申请提供的一种退役动力电池的短板电池隔离方法的另一个实施例的流程示意图；

进一步地，在隔离选通隔离矩阵中，在每一节电芯的入口连接托管监视电路包括：

510，在隔离选通隔离矩阵中，在每节电芯的入口位置预留托管测量接口，通过托管测量接口连接托管监视电路。

需要说明的是，在隔离选通配置矩阵内的每节电芯的入口位置，均预留有相应的托管测量接口，并通过这些托管测量接口来连接托管监视电路。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。