一种退役动力锂电池可用性评价方法
【专利摘要】本发明涉及一种退役动力锂电池可用性评价方法，其包括：建立判断退役动力单体锂电池可用性的核心参量；确立退役动力单体锂电池可用性核心参量判据；建立退役动力单体锂电池可用性核心参量判据赋值权重。所述判断退役动力单体锂电池可用性的核心参量包括电池剩余容量、安全性和循环性能。所述退役动力单体锂电池可用性核心参量判据包括：电池健康状态（StateofHealth,SOH）、电池内阻、隔膜穿刺强度下降率、隔膜孔隙率和二次循环寿命，其中隔膜穿刺强度下降率、隔膜孔隙率系隔膜性能的范畴。该评价方法测量参数较少，测量方法简便高效，评价结果科学可靠，可以大大提高退役动力锂电池可用性分选效率。
【专利说明】一种退役动力锂电池可用性评价方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于蓄电池【技术领域】，具体涉及一种退役动力单体锂电池可用性评价方 法。
【背景技术】
[0002] 电动汽车对动力电池的性能要求较高，当动力电池的容量下降到一定程度后，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，就必须对其进行更换。从 电动汽车上更换下来的电池，仍具有较高的剩余容量。锂离子电池具有比能量高、高温特性 好、循环寿命长等优点，在作为电动汽车动力电池退役后，经过筛选和重新配组，有可能应 用于工况相对良好、对电池性能要求相对较低的场合，实现动力电池的梯级利用。动力电池 梯级利用是指在动力电池性能下降、不能满足电动汽车使用要求后，作为电能蓄放装置在 其它领域继续使用。
[0003] 对于从电动汽车上退役下来、有可能进行梯级利用的电池，部分发明专利公开 了退役动力电池的梯次利用分选分级方法。例如：CN201110410608. 8提供了一种电动汽 车动力电池梯次利用的分级方法，所述分级方法包括如下步骤：（1)对梯次利用动力电池 进行外特性分析，判断动力电池是否可以进行梯次利用；(2)对于能梯次利用的电池，根 据其外特性参数进行初步分级，然后对每一级别的电池进行抽样内特性分析；（3)在内外 特性分析的基础上，建立内外特性参数之间的关联关系，并对电池的健康状态进行评估； (4) 将电池健康状态评估结果与电池的使用条件相结合，对梯次利用动力电池进行分级。 CN201310261893. 0公开一种废旧动力电池梯次利用筛选方法，所述方法步骤为：（1)对废 旧动力电池组进行充电，使其荷电状态SOC为15 - 80% ; (2)检测每一只单体电池的开路电 压及内阻；(3)将上述废旧动力电池单体并联，直至其开路电压基本相同，与并联前单体电 池的开路电压对比，并记录电压升降情况；然后将废旧单体电池及标准单体电池在温度为 30 - 55°C条件下搁置：Γ7天或者室温下搁置10 - 30天，检测其开路电压及内阻；（4)对比 废旧动力电池单体外观、开路电压、内阻、电压降及健康状态，对废旧动力电池单体进行分 级，同一级的电池组与储能电网配合使用。CN201310389331. 4公开了一种动力电池梯次利 用的分析方法，包括以下步骤：S1，将待分析的动力电池进行评估以获得有梯次利用价值的 动力电池；S2,测试所述有梯次利用价值的动力电池的静态特性参数和动态特性参数，并根 据所述静态特性参数和动态特性参数分别从容量和功率角度对所述有梯次利用价值的动 力电池进行梯次筛选；S3,对梯次筛选后的动力电池分级使用。CN201310030876. 6公开了 一种电动汽车用动力电池的余能梯次利用方法，包括以下步骤：（1)拆解废弃动力电池组； (2)将无外观损坏的电池单体进行性能检测，筛选出可直接使用的电池单体直接进入步骤 (5) ，筛选出可修复再用的电池单体，进入步骤（3)处理；筛选出不可修复的电池单体作报 废处理；（3)修复可修复再用的电池单体；(4)对已修复的电池单体进行性能检测，筛选出 额定电压与实际电压之差不大于〇. 02V且实际容量不低于标称容量的70%的电池单体，进 行下一步骤处理，而已修复但性能不达标的电池单体作报废处理；（5)重组成电池组；（6) 装配得新的动力电池组。
[0004] 上述退役电池梯次利用分选方法大都需要经过一系列复杂步骤方可筛选出可以 梯次利用的电池，然而，将来的退役动力电池数量十分庞大，依据上述发明专利的方法分选 流程冗长复杂，工作量大，分选工作效率较低。
【发明内容】
[0005] 本发明目的在于提供一种退役动力锂电池可用性评价方法，该评价方法测量参数 较少，测量方法简便高效，评价结果科学可靠，可以大大提高退役动力锂电池可用性分选效 率。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 一种退役动力锂电池可用性评价方法，其包括：建立判断退役动力单体锂电池可用性 的核心参量；确立退役动力单体锂电池可用性核心参量判据；建立退役动力单体锂电池可 用性核心参量判据赋值权重。
[0007] 具体的，所述判断退役动力单体锂电池可用性的核心参量包括电池剩余容量、安 全性和循环性能。
[0008] 所述退役动力单体锂电池可用性核心参量判据包括：电池SOH(即电池健康状态， StateofHealth)、电池内阻、隔膜穿刺强度下降率、隔膜孔隙率和二次循环寿命。其中，所 述隔膜穿刺强度下降率、隔膜孔隙率系隔膜性能的范畴，所述隔膜指聚烯烃类动力电池用 隔膜。
[0009] 具体的，电池SOH是判断电池剩余容量的参量；电池内阻、隔膜穿刺强度下降率是 影响退役动力单体锂电池安全性的关键参量；隔膜孔隙率和二次循环寿命是影响退役动力 单体锂电池循环性能的关键参量。所述电池S0H、电池内阻、隔膜穿刺强度下降率、隔膜孔隙 率及二次循环寿命为判断电池可用性的充分必要条件，即五个指标参数缺一不可。
[0010] 所述退役动力单体锂电池可用性核心参量判据赋值权重包括：所述的电池SOH应 不小于60% ;所述的内阻值应不大于5πιΩ;所述的隔膜穿刺强度下降率不大于18% ;所述的 隔膜孔隙率要求不小于30% ;所述的二次循环寿命要求：在IC充放电条件下，循环500 - 700次后剩余容量为退役后容量的40 - 80% ;同时要求在0. 3C充电0. 5C放电条件下，循环 350 - 800次后剩余容量为退役后容量的85 - 99%，循环1000 - 2000次剩余容量为退役 后容量的50 - 80%。该赋值权重适合在下述情况使用：单体电池以串联方式配组且电池组 电压不大于60V时，或者单体电池以先并后串方式配组且电池并联数目不超过5只，电池组 电压不超过60V时。即在上述赋值权重范围内，电池S0H、电池内阻、隔膜性能及二次循环寿 命赋值权重可以以较低标准要求，也即所述电池S0H、电池内阻、隔膜性能及二次循环寿命 的赋值权重可按接近下限值优选取值。
[0011] 所述退役动力单体锂电池可用性核心参量判据赋值权重包括：所述的电池SOH应 不小于80% ;所述的内阻值应不大于3πιΩ;所述的隔膜穿刺强度下降率不大于10% ;所述的 隔膜孔隙率要求不小于35% ;所述的二次循环寿命要求：在IC充放电条件下，循环500 - 700次后剩余容量为退役后容量的70 - 80% ;同时要求在0. 3C充电0. 5C放电条件下，循环 350 - 800次后剩余容量为退役后容量的90 - 99%，循环1500 - 2000次剩余容量为退役 后容量的50 - 80%。该赋值权重适合在下述情况使用：单体电池以串联方式配组且电池组 电压大于60V，或者单体电池以先并后串方式配组且电池并联数目为5 - 10只，电池组电压 大于60V时。即在上述赋值权重范围内，电池SOH、电池内阻、隔膜性能及二次循环寿命的赋 值权重以较高标准要求。也即所述电池SOH、电池内阻、隔膜性能及二次循环寿命的赋值权 重宜按接近上限值优选取值。
[0012] 本发明评价方法需依据退役动力单体锂电池配组方式及电池组规格选择适当的 核心参量判据赋值权重。电池健康状态（SOH，StateofHealth)指蓄电池的荷电能力，即 蓄电池满充容量相对额定容量的百分比，新出厂电池为100%，完全报废为0%。
[0013] 此外，在采用本发明评价方法前，优选先进行如下操作：将退役动力电池组拆解为 单体电池，外观分选去掉功能元件受损、外壳破损、气胀及发软的单体电池。然后可采用如 下方法和步骤对分选出的外观良好的退役电池进行相关测试，具体包括： 1) 对分选出的外观良好的退役电池进行全样品内阻测试； 2) 在0. 3C充电/0. 5C放电、IC充放电的条件下对退役电池进行测试，得到退役电池的 二次循环寿命； 3) 拆解退役电池，取出隔膜并适当的有机溶剂(如N-甲基吡咯烷酮NMP等）清洗后，测 量隔膜的穿刺强度和孔隙率，并与出厂数据比较。
[0014] 本发明可用性评价方法，其通过建立判断退役动力单体锂电池可用性的核心参 量；确立退役动力单体锂电池可用性核心参量判据；建立退役动力单体锂电池可用性核心 参量判据赋值权重；并根据退役动力单体锂电池配组方式及电池组规格选择合适的核心参 量判据赋值权重，从而建立可用性评价标准，最终实现对可利用退役电池的快速高效分选， 分选出可利用的退役电池。与现有技术相比，本发明方法测量参数较少，测量方法简便高 效，评价结果科学可靠，可以大大提高退役动力锂电池可用性分选效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1为退役电池容量分析统计结果； 图2为退役电池的内阻分布图； 图3为0. 3C充电、0. 5C放电条件下，退役电池循环寿命与容量的变化关系； 图4为IC充放电条件下，退役电池循环寿命与容量的变化关系。
【具体实施方式】
[0016] 以下通过实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的保护范围不限于此。
[0017]实施例1 一种退役动力单体锂电池可用性评价方法，其包括如下步骤： (1)退役电池为某公司生产的、从电动大巴退役下来的方形软包磷酸铁锂动力电池。该 电芯标称容量20Ah，平台电压3. 2V，充放电范围2. 8(T3. 65V。电池配组方式为：首先将10 只方形软包磷酸铁锂电芯并联成200Ah的电池模块，再经过2并180串组成400Ah/576V磷 酸铁锂动力电池组与三相异步电机驱动系统配合，为车辆提供动力。这些电池自2010年投 运至今有3年的运行时间，运行里程达14万km。电池组完全采用充电模式运营。本实施例 共拆解了 320个200Ah电池模块，共3200支电芯。经外观分选去掉功能元件受损及外壳破 损的单体电池。
[0018] (2)进一步对分选出的电池按照气胀、发软及外观良好的标准进行分类，拆解后的 电芯外观统计结果见表1。
[0019] 表1退役电池外观分选结里统i+
【权利要求】
1. 一种退役动力锂电池可用性评价方法，其特征在于，包括：建立判断退役动力单体 锂电池可用性的核心参量；确立退役动力单体锂电池可用性核心参量判据；建立退役动力 单体锂电池可用性核心参量判据赋值权重。
2. 如权利要求1所述的退役动力锂电池可用性评价方法，其特征在于，所述判断退役 动力单体锂电池可用性的核心参量包括电池剩余容量、安全性和循环性能。
3. 如权利要求1所述的退役动力锂电池可用性评价方法，其特征在于，所述退役动力 单体锂电池可用性核心参量判据包括：电池SOH、电池内阻、隔膜穿刺强度下降率、隔膜孔 隙率和二次循环寿命。
4. 如权利要求3所述的退役动力锂电池可用性评价方法，其特征在于，所述退役动力 单体锂电池可用性核心参量判据赋值权重包括：所述的电池SOH应不小于60% ;所述的电池 内阻值应不大于5mQ ;所述的隔膜穿刺强度下降率不大于18% ;所述的隔膜孔隙率要求不 小于30% ;所述的二次循环寿命要求：在1C充放电条件下，循环500 - 700次后剩余容量为 退役后容量的40 - 80% ;同时要求在0. 3C充电0. 5C放电条件下，循环350 - 800次后剩余 容量为退役后容量的85 - 99%，循环1000 - 2000次剩余容量为退役后容量的50 - 80%。
5. 如权利要求3所述的退役动力锂电池可用性评价方法，其特征在于，所述退役动力 单体锂电池可用性核心参量判据赋值权重包括：所述的电池SOH应不小于80% ;所述的电池 内阻值应不大于3mQ ;所述的隔膜穿刺强度下降率不大于10% ;所述的隔膜孔隙率要求不 小于35% ;所述的二次循环寿命要求：在1C充放电条件下，循环500 - 700次后剩余容量为 退役后容量的70 - 80% ;同时要求在0. 3C充电0. 5C放电条件下，循环350 - 800次后剩余 容量为退役后容量的90 - 99%，循环1500 - 2000次剩余容量为退役后容量的50 - 80%。
【文档编号】H01M10/42GK104332666SQ201410433190
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年8月28日 优先权日:2014年8月28日
【发明者】赵光金, 吴文龙 申请人:国家电网公司, 国网河南省电力公司电力科学研究院, 河南恩湃高科集团有限公司