一种锂离子电池的分容配组方法与流程

1.本发明涉及一种锂离子电池的分容配组方法，属于电池技术领域。


背景技术：

2.锂离子电池具有环保、长循环寿命、比能量高、体积小、重量轻等优点，因此得到迅速的发展和应用，特别是在电动汽车、电动车(二轮、三轮、低速四轮车)、叉车、电动工具、光伏储能、数码、航天等领域。然而，随着这些领域锂离子电池的商业化，常常需要将多个单体电池组合应用以满足电压和容量的需求。若同组使用的各单体电池特性不一致，或者组合封装时初始状态不一致，会导致电池组整体特性急剧衰退和部分电池的加速损坏，最终制造的电芯都是要经过配组，方能形成电池组。因此，锂离子电池的一致性是电池组优劣的关键。
3.目前常用的配组方法包括：静态电压、静态容量、静态内阻三者参数进行匹配或者组合。锂离子电池在使用过程中受各种因素的影响，随着使用时间的推移，锂离子电池的单体电压、内阻等将不断出现性能的下降，导致锂离子电池能量的下降。同时，各锂离子电池的自放电、充电效率、放电能量或大或小而不同，电池的一致性将会变得越来越差，极大的影响电池的使用寿命甚至是安全性。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明提供一种锂离子电池的分容配组方法，其具体技术方案如下：
5.一种锂离子电池的分容配组方法，包括如下步骤：
6.s1：初次分组：在三个不同温度条件下，测量锂离子电池的充电恒流比和放电能量，按照设定的标准进行初次分组；
7.s2：二次分组：在高温条件下，测量初次分组后同一组锂离子电池的自放电k值，按照设定的标准进行二次分组；
8.s3：终极分组：在常温条件下，测量二次分组后同一组锂离子电池的电压值和内阻值，按照设定的标准进行终极分组。
9.进一步的，所述步骤s1中的初次分组，具体流程步骤如下：
10.s11：在常温条件下，对同一批次的n个锂离子电池统一进行恒流放电至截至电压，并将其编码为1、2、3...n；
11.s12：在t1温度下，利用分容柜对n个锂离子电池进行先恒流恒压充电，再恒流放电，测量并记录n个锂离子电池所对应的充电恒流比和放电能量，得到t1温度下充电恒流比cc％
t1
分别为{cc％1
t1
、cc％2
t1
、cc％3
t1
...cc％n
t1
}，t1温度下放电能量q
t1
分别为{q1
t1
、q2
t1
、q3
t1
...qn
t1
}；
12.s13：在t2、t3不同温度下，重复步骤s12，得到t2温度下充电恒流比cc％
t2
分别为{cc％1
t2
、cc％2
t2
、cc％3
t2
...cc％n
t2
}，t2温度下放电能量q
t2
分别为{q1
t2
、q2
t2
、
q3
t2
...qn
t2
}；t3温度下充电恒流比cc％
t3
分别为{cc％1
t3
、cc％2
t3
、cc％3
t3
...cc％n
t3
}，t3温度下放电能量q
t3
分别为{q1
t3
、q2
t3
、q3
t3
...qn
t3
}；
13.s14：根据步骤s12和s13所得的t1、t2、t3三个不同温度下n个锂离子电池所对应的充电恒流比cc％
t1
、cc％
t2
、cc％
t3
和放电能量c
t1
、c
t2
、c
t3
，取充电恒流比cc％
t1
、cc％
t2
、cc％
t3
的平均值，得到平均充电恒流比cc％0分别为{cc％10、cc％20、cc％30...cc％n0}，取放电能量q
t1
、q
t2
、q
t3
的平均值，得到平均放电能量q0分别为{q10、q20、q30...qn0}；
14.s15：根据步骤s14所得的平均充电恒流比和平均放电能量，按照设定的标准，剔除不合格的锂离子电池并进行初次分组。
15.进一步的，所述步骤s2中的二次分组，具体流程步骤如下：
16.s21：将初次分组后得到的l组锂离子电池在常温下静置8h后，统一充电至总电量的60％；
17.s22：将第1组的m个锂离子电池编码为1、2、3...m，利用万用表测量m个锂离子电池的电压，得到电压v
前1
和测量时间节点t
前1
，分别为{v1
前1
、v2
前1
、v3
前1
...vm
前1
}、{t1
前1
、t2
前1
、t3
前1
...tm
前1
}，然后将m个锂离子电池放置于高温条件下静置7天，利用万用表测量m个锂离子电池静置后的电压，得到电压v
后1
和测量时间节点t
后1
，分别为{v1
后1
、v2
后1
、v3
后1
...vm
后1
}、{t1
后1
、t2
后1
、t3
后1
...tm
后1
}，并根据公式k＝(v
前1-v
后1
)/(t
前1-t
后1
)，分别计算出m个锂离子电池的自放电k值；
18.s23：第2...l组重复步骤s22，将第2组的p个锂离子电池编码为1、2、3...p，利用万用表测量p个锂离子电池的电压，得到电压v
前2
和测量时间节点t
前2
，分别为{v1
前2
、v2
前2
、v3
前2
...vp
前2
}、{t1
前2
、t2
前2
、t3
前2
...tp
前2
}，然后将p个锂离子电池放置于高温条件下静置7天，利用万用表测量p个锂离子电池静置后的电压，得到电压v
后2
和测量时间节点t
后2
，分别为{v1
后2
、v2
后2
、v3
后2
...vp
后2
}、{t1
后2
、t2
后2
、t3
后2
...tp
后2
}，并根据公式k＝(v
前2-v
后2
)/(t
前2-t
后2
)，分别计算出p个锂离子电池的自放电k值；
19.将第l组的s个锂离子电池编码为1、2、3...s，利用万用表测量s个锂离子电池的电压，得到电压v
前l
和测量时间节点t
前l
，分别为{v1
前l
、v2
前l
、v3
前l
...vs
前l
}、{t1
前l
、t2
前l
、t3
前l
...ts
前l
}，然后将s个锂离子电池放置于高温条件下静置7天，利用万用表测量s个锂离子电池静置后的电压，得到电压v
后l
和测量时间节点t
后l
，分别为{v1
后l
、v2
后l
、v3
后l
...vs
后l
}、{t1
后l
、t2
后l
、t3
后l
...ts
后l
}，并根据公式k＝(v
前l-v
后l
)/(t
前l-t
后l
)，分别计算出s个锂离子电池的自放电k值；
20.s24：根据步骤s22所得的自放电k值，按照设定的标准，剔除不合格的锂离子电池并进行二次分组。
21.进一步的，所述步骤s3中的终极分组，具体流程步骤如下：
22.s31：将二次分组后的h组锂离子电池转至常温条件下静置24h；
23.s32：将第1组的e个锂离子电池编码为1、2、3...e，利用电压内阻测试仪分别测试静置后各锂离子电池的开路电压和交流内阻，得到e个锂离子电池的开路电压v
开路1
和交流内阻r1，分别为{v1
开路1
、v2
开路1
、v3
开路1
...ve
开路1
}、{r11、r21、r31...re1}；
24.s33：第2...h组重复步骤s32，将第2组的f个锂离子电池编码为1、2、3...f，利用电压内阻测试仪分别测试静置后各锂离子电池的开路电压和交流内阻，得到f个锂离子电池的开路电压v
开路2
和交流内阻r2，分别为{v2
开路2
、v2
开路2
、v3
开路2
...vf
开路2
}、{r22、r22、
r32...rf2}；
25.将第h组的g个锂离子电池编码为1、2、3...g，利用电压内阻测试仪分别测试静置后各锂离子电池的开路电压和交流内阻，得到g个锂离子电池的开路电压v
开路h
和交流内阻rh，分别为{vh
开路h
、v2
开路h
、v3
开路h
...vg
开路h
}、{rhh、r2h、r3h...rgh}；
26.s34：根据步骤s31所得的开路电压值和测试交流内阻值，将二次分组后的同一组锂离子电池进行排序，根据电池组中单体锂离子电池数量的需求，以同等数量单体锂离子电池为一组，根据次序依次选取排序后的电池进行终极分组。
27.进一步的，所述步骤s11、s12和s13中放电倍率范围为0.5c～1c，放电截至电压范围为2.0v～3.0v，充电倍率范围为0.2c～1c，充电截至电流范围为0.02c～0.05c，充电截至电压范围为3.65v～4.2v。
28.进一步的，所述步骤s12、s13中三个不同温度范围由低到高分别为0～3℃、25
±
2℃和45
±
2℃，且在同一温度下先充电再后放电。
29.进一步的，所述步骤s15中的合格标准为平均充电恒流比≥87％，且平均放电能量≥额定能量的85％，剔除其余不合格的锂离子电池，初次分组的标准为同组锂离子电池的充电恒流比范围为0～3％，且放电能量范围为0～
±
1％或者0～
±
2％。
30.进一步的，所述步骤s22中所用的万用表型号为fluke-287c，电压准确度0.025％，所述步骤s24中的二次分组标准为同组锂离子电池k值的最大值与最小值的差值范围≤0.15mv/h，并剔除超过此范围的不合格锂离子电池。
31.进一步的，所述步骤s31中所用的电压内阻测试仪型号为hioki bt3562，内阻精度
±
0.5％，电压精度
±
0.01％。
32.进一步的，所述步骤s34中的排序规则如下：首先，按照开路电压值由大到小依次排序；其次，若开路电压值相同，则按照自放电k值由小到大依次排序；最后，若开路电压值和自放电k值均相同，则按照交流内阻值从小到大依次排序，所述步骤s34中点的终极分组标准为同组中锂离子电池的压差δv≤10mv或20mv，内阻差δr≤平均值
±
5％。
33.本发明的有益效果是：
34.本发明通过三次分容、三次充电、高温老化以及三次分组将温度和自放电k值参与进配组中，使得终极分组后同组锂离子电池的性能指标趋于相同，这样不仅降低了温度对锂离子电池的影响，而且确保了不同温度下锂离子电池的充电效率，进一步降低了随着锂离子电池使用时间的增长以及不同温度的影响下的电压差扩大的影响。
35.本发明的分容配组方法虽然操作复杂，但实用性强，数据精确，效果明显，提高了配组的精度，很大程度上减轻了因为温度带来的影响，降低了配组电池电压差、内阻差、容量差以及充电效率随时间推移而降低的影响，从而保证了锂离子电池的一致性，延长了锂离子电池的使用寿命，最大程度上提高了锂离子电池的电性能与安全性。
附图说明
36.图1为本发明的总体流程图；
37.图2为本发明的初次分组流程图；
38.图3为本发明的二次分组流程图；
39.图4为本发明的终极分组流程图。
具体实施方式
40.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
41.以型号8470225-3.7v12ah的锂离子电池为例，如图1所示，一种锂离子电池的分容配组方法，包括初次分组、二次分组和终极分组。
42.如图2所示，步骤s1初次分组的具体流程步骤如下：
43.s11：取100个型号为8470225-3.7v12ah的同一批次锂离子电池并将其编码为hf1170225ncm-21040001、hf1170225ncm-21040002、hf1170225ncm-21040003...hf1170225ncm-21040100，在常温条件下，统一进行恒流放电，放电倍率为1c，放电电流为12a，放电截至电压为3.0v；
44.s12：在t1为0℃的温度下，利用分容柜对100个锂离子电池进行先恒流恒压充电，再恒流放电，以上恒流恒压充电的充电倍率范围为0.5c，恒流充电电流6a，充电截至电流范围为0.02c，截至电流240ma，充电截至电压为4.2v，恒流放电的标准同s11，期间记录100个锂离子电池t1温度下所对应的充电恒流比cc％
t1
和放电能量q
t1
；
45.s13：在t2为25℃、t3为45℃不同温度下，重复步骤s12，得到t2温度下充电恒流比cc％
t2
和放电能量q
t2
，t3温度下充电恒流比cc％
t3
和放电能量q
t3
；
46.s14：根据步骤s12和s13所得的t1、t2、t3三个不同温度下100个锂离子电池所对应的充电恒流比cc％
t1
、cc％
t2
、cc％
t3
和放电能量c
t1
、c
t2
、c
t3
，取充电恒流比cc％
t1
、cc％
t2
、cc％
t3
的平均值得到平均充电恒流比cc％0，取放电能量q
t1
、q
t2
、q
t3
的平均值得到平均放电能量q0；
47.s15：根据步骤s14所得的平均充电恒流比和平均放电能量，剔除不合格的锂离子电池并进行初次分组，其中合格标准为平均充电恒流比≥87.8％，且平均放电能量≥额定能量的85％，剔除其余不合格的锂离子电池，初次分组的标准为同组锂离子电池的充电恒流比范围为0～3％，且放电能量范围为0～
±
1％，初次分组得到如下8组数据：
48.[0049][0050]
如图3所示，步骤s2二次分组的具体流程步骤如下：
[0051]
s21：将初次分组后得到的8组锂离子电池在常温下静置8h后，统一充电至总电量的60％；
[0052]
s22：利用万用表测量各锂离子的电压v
前
，测量时间节点t
前
，然后将其放置于高温条件下静置7天，利用万用表测量各锂离子电池静置后的电压v
后
，测量时间节点t
后
，并根据公式k＝(v
前-v
后
)/(t
前-t
后
)，分别计算出各锂离子电池的自放电k值，其中，万用表型号为fluke-287c，电压准确度0.025％；
[0053]
s23：根据步骤s22所得的自放电k值，剔除不合格的锂离子电池并进行二次分组，其中，二次分组标准为同组锂离子电池k值的最大值与最小值的差值范围≤0.15mv/h，并剔除超过此范围的不合格锂离子电池，二次分组得到如下3组数据：
[0054][0055]
如图4所示，步骤s3终极分组的具体流程步骤如下：
[0056]
s31：将二次分组后的各锂离子电池转至常温条件下静置24h，利用电压内阻测试仪分别测试静置后各电池的开路电压和交流内阻，其中，电压内阻测试仪型号为hioki bt3562，内阻精度为
±
0.5％，电压精度为
±
0.01％；
[0057]
s32：根据步骤s31所得的开路电压值和测试交流内阻值，将二次分组后的同一组锂离子电池进行排序，根据电池组中单体锂离子电池数量的需求，以同等数量单体锂离子电池为一组，根据次序依次选取排序后的电池进行终极分组。其中，排序规则如下：首先，按
照开路电压值由大到小依次排序；其次，若开路电压值相同，则按照自放电k值由小到大依次排序；最后，若开路电压值和自放电k值均相同，则按照交流内阻值从小到大依次排序，终极分组标准为同组中锂离子电池的压差δv≤10mv，内阻差δr≤平均值
±
5％。终极分组得到如下3组数据：
[0058]
[0059][0060]
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0061]
本技术中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
[0062]
上述实施例依据本发明的理想实施例为启示，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的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。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。