一种锂离子动力电池一致性评价方法及系统与流程

本发明涉及一种动力电池一致性评价方法及系统，具体涉及一种锂离子动力电池一致性评价方法及系统。

背景技术：

随着技术逐渐成熟、成本大幅下降以及激励政策和油耗法规等因素的综合影响，锂离子电池在今后5～10年仍将是主流动力电池。通常，车用锂离子动力电池系统是由几十个或者数百上千个电池单体通过串并联的方式组合而成。由于电池性能存在“木桶效应”，容量、功率等关键性能的发挥受电池系统中各单体不一致性影响很大，在充放电时，电池系统内各单体的不一致性导致电池容量和功率等性能指标下降，从而直接影响整车的纯电动续驶里程和动力性等指标。特别在低温时，电池单体的不一致性不仅影响电池性能，而且会导致电池触发故障阈值的概率增大，如果控制不好，甚至存在安全隐患。

为了保证单体的一致性，电池企业通常采用多参数配组法和动态特性曲线配组方法进行单体筛选。多参数配组法通过容量、压差、内阻差、自放电率、电压平台等多个外部参数筛选单体；动态特性曲线配组法是通过对充放电曲线进行相似性分析和比较，把充放电曲线相似的组合组装成电池系统。

目前，关于锂离子动力电池一致性的评价方法多由电池企业提出，主要集中在单体组装成系统前的一致性筛选。从整车使用角度对组装成电池系统后电池系统充放电时各单体的一致性要求和评价方法较少。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明提供一种锂离子动力电池一致性评价方法及系统，本发明对单体电池装包前静态一致性和装包后的动态一致性同时控制，可以最大程度地保证电池在整车使用的一致性，有效降低电池系统中单体间的性能差异，保证电池使用寿命。

本发明采用的技术方案为：

本发明一实施例提供一种锂离子动力电池一致性评价方法，包括电池单体组装成电池系统前的静态一致性评价和电池单体组装成电池系统后的动态一致性评价；所述静态一致性评价包括容量范围、容差、压差和内阻差一致性评价，具体包括以下步骤：获取电池系统组装前所有电池单体的容量、50％soc开路电压、交流内阻；基于所获取的所有电池单体的容量，确定所有电池单体的容量范围、最小容量和最大容量，并基于所述最小容量和所述最大容量得到所有电池单体的容差；将所得到的容量范围和容差分别与电池系统的额定容量进行比较，判断所述电池系统是否满足容量范围一致性要求和容差一致性要求；基于所获取的所有电池单体的开路电压，确定所有电池单体的开路电压差；将所确定的开路电压差与预设压差阈值进行比较，判断所述电池系统是否满足压差一致性要求；基于所获取的所有电池单体的交流电阻，确定所有电池单体的交流内阻差以及交流内阻的平均值；将所确定的交流内阻差与所述交流内阻的平均值进行比较，判断所述电池系统是否满足内阻差一致性要求；所述动态一致性评价包括电压标准差一致性评价和电压极差一致性评价，具体包括以下步骤：将所述电池系统1c恒流充电至规定的截止电压，恒压充电至电流降低至0.05c；将恒流充电后的电池系统静置预设时间；将静置预设时间后的电池系统1c恒流放电至规定的截止电压；计算1c放电时100％soc～20％soc和20％soc～0％soc区间电池系统内所有单体的电压标准差和电压极差；将所计算的电压标准差分别与100％soc～20％soc区间的预设标准差和20％soc～0％soc区间的预设标准差进行比较，判断所述电池系统是否满足电压标准差一致性要求；将所计算的电压极差分别与100％soc～20％soc区间的预设极差和20％soc～0％soc区间的预设极差进行比较，判断所述电池系统是否满足电压极差一致性要求。

可选地，将所得到的容量范围和容差分别与电池系统的额定容量进行比较，判断所述电池系统是否满足容量范围一致性要求和容差一致性要求具体包括：将所得到的容量范围与电池系统的额定容量进行比较，如果所述容量范围位于所述额定容量的预设比例范围之间，则确定该电池系统满足容量范围一致性要求；将所得到的容差与电池系统的额定容量进行比较，如果所述容差不大于所述额定容量的预设比例，则确定该电池系统满足容差一致性要求。

可选地，所述预设比例范围为105％～110％；所述预设比例为0.675％。

可选地，将所确定的开路电压差与预设压差阈值进行比较，判断所述电池系统是否满足压差一致性要求包括：将所确定的开路电压差与预设压差阈值进行比较，如果所述开路电压差小于所述预设压差阈值，则确定该电池系统满足压差一致性要求。

可选地，所述预设压差阈值为5mv。

可选地，将所确定的交流内阻差与所述交流内阻的平均值进行比较，判断所述电池系统是否满足内阻差一致性要求包括：将所确定的交流内阻差与所述交流内阻的平均值进行比较，如果所述交流内阻差不大于所述交流内阻的平均值的预设比例，则确定该电池系统满足内阻差一致性要求。

可选地，所述交流内阻的平均值的预设比例为15％。

可选地，将所计算的电压标准差分别与100％soc～20％soc区间的预设标准差和20％soc～0％soc区间的预设标准差进行比较，判断所述电池系统是否满足电压标准差一致性要求包括：将所计算的电压标准差分别与100％soc～20％soc区间的预设标准差和20％soc～0％soc区间的预设标准差进行比较，如果所计算的电压标准差分别小于100％soc～20％soc区间的预设标准差和20％soc～0％soc区间的预设标准差，则确定所述电池系统满足电压标准差一致性要求；将所计算的电压极差分别与100％soc～20％soc区间的预设极差和20％soc～0％soc区间的预设极差进行比较，判断所述电池系统是否满足电压极差一致性要求包括：将所计算的电压极差分别与100％soc～20％soc区间的预设极差和20％soc～0％soc区间的预设极差进行比较，如果所计算的电压极差分别小于100％soc～20％soc区间的预设极差和20％soc～0％soc区间的预设极差，则确定所述电池系统满足电压极差一致性要求。

可选地，所述100％soc～20％soc区间的预设标准差和20％soc～0％soc区间的预设标准差分别为5mv和100mv，所述100％soc～20％soc区间的预设极差和20％soc～0％soc区间的预设极差分别为30mv和300mv。

本发明另一实施例提供一种锂离子动力电池一致性评价系统，包括静态一致性评价子系统和动态一致性评价子系统；其中，所述静态一致性评价子系统包括容量范围一致性评价模块、容差一致性评价模块、压差一致性评价模块和内阻差一致性评价模块；所述容量范围一致性评价模块用于基于获取的所有电池单体的容量，确定所有电池单体的容量范围，并将所得到的容量范围与电池系统的额定容量进行比较，判断所述电池系统是否满足容量范围一致性要求；所述容差一致性评价模块用于基于获取的所有电池单体的容量，确定所有电池单体的最小容量和所述最大容量，并基于所确定的最小容量和最大容量得到所有电池单体的容差，以及将所得到容差与电池系统的额定容量进行比较，判断所述电池系统是否满足容差一致性要求；所述压差一致性评价模块用于基于获取的所有电池单体的50％soc开路电压，确定所有电池单体的开路电压差，并将所确定的开路电压差与预设压差阈值进行比较，判断所述电池系统是否满足压差一致性要求；所述内阻差一致性评价模块用于基于获取的所有电池单体的交流电阻，确定所有电池单体的交流内阻差以及交流内阻的平均值，并将所确定的交流内阻差与所述交流内阻的平均值进行比较，判断所述电池系统是否满足内阻差一致性要求；所述动态一致性评价子系统包括电压标准差一致性评价模块和电压极差一致性评价模块，其中，所述电压标准差一致性评价模块用于计算1c放电时100％soc～20％soc和20％soc～0％soc区间电池系统内所有单体的电压标准差，并将所计算的电压标准差分别与100％soc～20％soc区间的预设标准差和20％soc～0％soc区间的预设标准差进行比较，判断所述电池系统是否满足电压标准差一致性要求；所述电压极差一致性评价模块用于计算1c放电时100％soc～20％soc和20％soc～0％soc区间电池系统内所有单体的电压极差，并将所计算的电压极差分别与100％soc～20％soc区间的预设极差和20％soc～0％soc区间的预设极差进行比较，判断所述电池系统是否满足电压极差一致性要求。

本发明实施例提供的锂离子动力电池一致性评价方法及系统，从整车使用出发，包括单体组装成系统前静态一致性和组装成系统后的动态一致性两部分。单体组装成系统前主要用单体容量范围、容差、压差、内阻差四个参数评价一致性，单体组装成系统后通过控制1c放电过程中100％soc-20％soc和20％soc-0％soc两个放电区间电池系统内所有单体电压极差和标准差，保证电池系统在整车使用时的一致性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的锂离子动力电池一致性评价方法的流程示意图；

图2为本发明实施例的静态一致性评价的流程示意图；

图3为本发明实施例的动态一致性评价的流程示意图；

图4为本发明实施例的电池系统内单体工作电压标准差的示意图；

图5为本发明实施例的电池系统内单体工作电压极差的示意图；

图6为本发明实施例提供的锂离子动力电池一致性评价系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

图1为本发明实施例提供的锂离子动力电池一致性评价方法的流程示意图。如图1所示，本发明实施例提供一种锂离子动力电池一致性评价方法，包括电池单体组装成电池系统前的静态一致性评价和电池单体组装成电池系统后的动态一致性评价。其中，所述静态一致性评价包括容量范围、容差、压差和内阻差一致性评价，如图2所示，静态一致性评价具体包括以下步骤：

s101、获取电池系统组装前所有电池单体的容量、50％soc开路电压、交流内阻。

s102、基于所获取的所有电池单体的容量，确定所有电池单体的容量范围、最小容量和最大容量，并基于所述最小容量和所述最大容量得到所有电池单体的容差。

s103、将所得到的容量范围和容差分别与电池系统的额定容量进行比较，判断所述电池系统是否满足容量范围一致性要求和容差一致性要求。

s104、基于所获取的所有电池单体的开路电压，确定所有电池单体的开路电压差。

s105、将所确定的开路电压差与预设压差阈值进行比较，判断所述电池系统是否满足压差一致性要求；

s106、基于所获取的所有电池单体的交流电阻，确定所有电池单体的交流内阻差以及交流内阻的平均值。

s107、将所确定的交流内阻差与所述交流内阻的平均值进行比较，判断所述电池系统是否满足内阻差一致性要求。

所述动态一致性评价包括电压标准差一致性评价和电压极差一致性评价，如图3所示，动态一致性评价具体包括以下步骤：

s201、将所述电池系统1c恒流充电至规定的截止电压，恒压充电至电流降低至0.05c。

s202、将恒流充电后的电池系统静置预设时间。在一个示例中，所述预设时间为30min，但并不局限于此，也可以根据需要静置其他时间。

s203、将静置预设时间后的电池系统1c恒流放电至规定的截止电压。

s204、计算1c放电时100％soc～20％soc和20％soc～0％soc区间电池系统内所有单体电压标准差和极差。

s205、将所计算的电压标准差分别与100％soc～20％soc区间的预设标准差和20％soc～0％soc区间的预设标准差进行比较，判断所述电池系统是否满足电压标准差一致性要求。

s206、将所计算的电压极差分别与100％soc～20％soc区间的预设极差和20％soc～0％soc区间的预设极差进行比较，判断所述电池系统是否满足电压极差一致性要求。

在本发明中，步骤s101中的所有电池单体的容量、50％soc开路电压、交流内阻和步骤s201中的规定的截止电压均由提供电池系统的电池企业提供，步骤s102至s107的执行没有严格的先后顺序。

具体地，步骤s103可具体包括以下步骤：

步骤一、将所得到的容量范围与电池系统的额定容量进行比较，如果所述容量范围位于所述额定容量的预设比例范围之间，则确定该电池系统满足容量范围一致性要求。

在本发明的一个示例中，根据电池企业所生产的单体容量和整车设定的单体容量下限，设定所述预设比例范围为105％～110％。

步骤二、将所得到的容差与电池系统的额定容量进行比较，如果所述容差不大于所述额定容量的预设比例，则确定该电池系统满足容差一致性要求。

在本发明的一个示例中，所述预设比例可为0.675％。

进一步地，步骤s105可包括：将所确定的开路电压差与预设压差阈值进行比较，如果所述开路电压差小于所述预设压差阈值，则确定该电池系统满足压差一致性要求。在一个示例中，所述预设压差阈值为5mv，以确保电池在电池单体组装前尽可能的提升一致性。

进一步地，步骤s107可包括：将所确定的交流内阻差与所述交流内阻的平均值进行比较，如果所述交流内阻差不大于所述交流内阻的平均值的预设比例，则确定该电池系统满足内阻差一致性要求。在一个示例中，考虑到当前行业先进水平和电池企业制造水平，所述交流内阻的平均值的预设比例可设定为15％。

进一步地，步骤s205可包括：将所计算的电压标准差分别与100％soc～20％soc区间的预设标准差和20％soc～0％soc区间的预设标准差进行比较，如果所计算的电压标准差分别小于100％soc～20％soc区间的预设标准差和20％soc～0％soc区间的预设标准差，则确定所述电池系统满足电压标准差一致性要求。

在一个示例中所述100％soc～20％soc区间的预设标准差和20％soc～0％soc区间的预设标准差分别为5mv和100mv。

进一步地，步骤s206可包括：将所计算的电压极差分别与100％soc～20％soc区间的预设极差和20％soc～0％soc区间的预设极差进行比较，如果所计算的电压极差分别小于100％soc～20％soc区间的预设极差和20％soc～0％soc区间的预设极差，则确定所述电池系统满足电压极差一致性要求。

在一个示例中，所述100％soc～20％soc区间的预设极差和20％soc～0％soc区间的预设极差分别为30mv和300mv。

以下以额定容量37ah的lp2714897三元体系锂离子电池为例，选取pack1和pack2两包1p96s额定电压350v的电池系统对本发明的评价方法进行示例性说明。电池系统内96个单体的容量、内阻、开路电压见下表1。

表1

首先，按照本发明的电池系统成组前一致性评价的具体步骤分析这两包电池的静态一致性，可包括如下步骤：

(1)由电池企业提供电池系统成组前所有单体的容量、50％soc开路电压、交流内阻，具体见上表1。

(2)pack1中96个单体容量范围为39753mah～39996mah之间，其中最小容量39.753ah是额定容量37ah的107％，最大容量39.996ah是额定容量37ah的108％，均满足单体容量在105％～110％之间的要求；pack2中96个单体容量范围为39563mah～39905mah之间，其中最小容量39.563ah是额定容量37ah的107％，最大容量39.905ah是额定容量37ah的108％，均满足单体容量在105％～110％之间的要求。

(3)pack1中96个单体的容差＝39996mah-39753mah＝243mah，小于额定容量的0.675％即250mah，满足要求；pack2中96个单体的容差＝39905mah-39563mah＝342mah，大于额定容量的0.675％即2500mah，不满足要求。

(4)pack1中96个单体的开路电压差＝3618.0mv-3615.1mv＝2.9mv，小于5mv，满足要求；pack2中96个单体的开路电压差＝3619.2mv-3610.8mv＝8.4mv，大于5mv，不满足要求。

(5)pack1中96个单体的交流内阻差＝0.672mω-0.608mω＝0.064mω，96个单体交流内阻的平均值为0.63mω，内阻差小于平均值15％即0.0945mω，满足要求；pack2中96个单体的交流内阻差＝0.697mω-0.597mω＝0.1mω，96个单体交流内阻的平均值为0.64mω，内阻差大于平均值15％即0.096mω，不满足要求。

综合以上计算分析，可知pack1容量范围、容差、压差、内阻差均满足要求，pack2仅容量范围满足要求，很显然pack1的静态一致性优于pack2的静态一致性。

其次，按照本发明的电池系统成组后一致性评价的具体步骤分析这两包电池的动态一致性，可包括如下步骤：

1)将电池系统pack1和pack2以1c恒流充电至电池企业规定的截止电压，恒压充电至电流降低至0.05c；

2)静置30min；

3)将电池系统pack1和pack2以37a恒流放电至电池企业规定的截止电压；

4)计算1c放电时100％soc～20％soc和20％soc～0％soc区间电池系统内所有单体电压标准差和极差。

首先计算电压标准差，可根据公式进行计算，其中s表示电压标准差，ui表示每个电池单体的电压，表示所有电池单体的平均电压，n表示电池单体数。根据上述计算公式可得pack1和pack2的电池单体的电压标准差。如图4所示，pack1中96个单体在100％soc～20％soc区间的电压标准差范围为2.93mv～4.61mv之间，满足小于5mv的一致要求；在20％soc～0％soc区间的电压标准差范围为3.11mv～57.64mv之间，满足小于100mv的一致性要求。pack2在100％soc～20％soc区间的电压标准差范围为7.39mv～16.86mv之间，不满足小于5mv的一致要求；在20％soc～0％soc区间的电压标准差范围为10.04mv～64.07mv之间，满足小于100mv的一致性要求。

其次计算电压极差，电压极差为电压最大值与电压最小值之差。如图5所示，pack1在100％soc～20％soc区间的电压极差范围为12.20mv～26.84mv之间，满足小于30mv的一致要求；在20％soc～0％soc区间的电压极差范围为14.64mv～222.04mv之间，满足小于300mv的一致性要求。pack2在100％soc～20％soc区间的电压极差范围为34mv～116mv之间，不满足小于30mv的一致要求；在20％soc～0％soc区间的电压极差范围为56mv～551mv之间，不满足小于300mv的一致性要求。

综合以上计算分析，可知pack1在100％soc～20％soc和20％soc～0％soc区间的电压标准差和电压极差均满足动态一致性要求，pack2仅在20％soc～0％soc区间的电压极差满足动态一致性要求。很显然pack1的动态一致性亦优于pack2的动态一致性。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种锂离子动力电池一致性评价系统，由于该系统所解决问题的原理与前述锂离子动力电池一致性评价方法相似，因此该系统的实施可以参见前述方法的实施，重复之处不再赘述。

如图6所示，本实施例提供的一种锂离子动力电池一致性评价系统，包括静态一致性评价子系统1和动态一致性评价子系统2。

其中，所述静态一致性评价子系统1包括容量范围一致性评价模块101、容差一致性评价模块102、压差一致性评价模块103和内阻差一致性评价模块104。所述容量范围一致性评价模块101用于基于获取的所有电池单体的容量，确定所有电池单体的容量范围，并将所得到的容量范围与电池系统的额定容量进行比较，判断所述电池系统是否满足容量范围一致性要求；所述容差一致性评价模块102用于基于获取的所有电池单体的容量，确定所有电池单体的最小容量和所述最大容量，并基于所确定的最小容量和最大容量得到所有电池单体的容差，以及将所得到容差与电池系统的额定容量进行比较，判断所述电池系统是否满足容差一致性要求；所述压差一致性评价模块103用于基于获取的所有电池单体的50％soc开路电压，确定所有电池单体的开路电压差，并将所确定的开路电压差与预设压差阈值进行比较，判断所述电池系统是否满足压差一致性要求；所述内阻差一致性评价模块104用于基于获取的所有电池单体的交流电阻，确定所有电池单体的交流内阻差以及交流内阻的平均值，并将所确定的交流内阻差与所述交流内阻的平均值进行比较，判断所述电池系统是否满足内阻差一致性要求。本实施例中，所有电池单体的容量、50％soc开路电压、交流内阻均由电池系统提供企业提供。

所述动态一致性评价子系统2包括电压标准差一致性评价模块201和电压极差一致性评价模块202，其中，所述电压标准差一致性评价模块201用于计算1c放电时100％soc～20％soc和20％soc～0％soc区间电池系统内所有单体的电压标准差，并将所计算的电压标准差分别与100％soc～20％soc区间的预设标准差和20％soc～0％soc区间的预设标准差进行比较，判断所述电池系统是否满足电压标准差一致性要求；所述电压极差一致性评价模块202用于计算1c放电时100％soc～20％soc和20％soc～0％soc区间电池系统内所有单体的电压极差，并将所计算的电压极差分别与100％soc～20％soc区间的预设极差和20％soc～0％soc区间的预设极差进行比较，判断所述电池系统是否满足电压极差一致性要求。在电压标准差一致性评价模块201判断是否满足电压标准差一致性要求之前和电压极差一致性评价模块202判断是否满足电压极差一致性要求之前，可先将所述电池系统1c恒流充电至规定的截止电压，恒压充电至电流降低至0.05c，并将恒流充电后的电池系统静置预设时间，以及将静置预设时间后的电池系统1c恒流放电至规定的截止电压。

进一步地，所述容量范围一致性评价模块101具体用于：将所得到的容量范围与电池系统的额定容量进行比较，如果所述容量范围位于所述额定容量的预设比例范围之内，则确定该电池系统满足容量范围一致性要求。其中，所述预设比例范围为105％～110％。

进一步地，所述容差一致性评价模块102具体用于：将所得到的容差与电池系统的额定容量进行比较，如果所述容差不大于所述额定容量的预设比例，则确定该电池系统满足容差一致性要求。其中，所述预设比例为0.675％。

进一步地，所述压差一致性评价模块103具体用于：将所确定的开路电压差与预设压差阈值进行比较，如果确定的开路电压差小于所述预设压差阈值，则确定该电池系统满足压差一致性要求。其中，所述预设压差阈值为5mv。

进一步地，所述内阻差一致性评价模块104具体用于：将所确定的交流内阻差与所述交流内阻的平均值进行比较，如果所述交流内阻差不大于所述交流内阻的平均值的预设比例，则确定该电池系统满足内阻差一致性要求。其中，所述交流内阻的平均值的预设比例为15％。

进一步地，所述电压标准差一致性评价模块201具体用于：将所计算的电压标准差分别与100％soc～20％soc区间的预设标准差和20％soc～0％soc区间的预设标准差进行比较，如果所计算的电压标准差分别小于100％soc～20％soc区间的预设标准差和20％soc～0％soc区间的预设标准差，则确定所述电池系统满足电压标准差一致性要求。其中，所述100％soc～20％soc区间的预设标准差和20％soc～0％soc区间的预设标准差分别为5mv和100mv

进一步地，所述电压极差一致性评价模块202具体用于：将所计算的电压极差分别与100％soc～20％soc区间的预设极差和20％soc～0％soc区间的预设极差进行比较，如果所计算的电压极差分别小于100％soc～20％soc区间的预设极差和20％soc～0％soc区间的预设极差，则确定所述电池系统满足电压极差一致性要求。其中，所述100％soc～20％soc区间的预设极差和20％soc～0％soc区间的预设极差分别为30mv和300mv。

上述各模块的功能可对应于图1至3所示流程中的相应处理步骤，在此不再赘述。

以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。