一种梯次利用动力电池分选方法技术

本发明专利技术公开了一种梯次利用动力电池分选方法。传统方法虽然能够准确测量出电池的容量、内阻、自放电等参量，但测试时间较长，并且还需要占用大量的充放电测试设备，这就造成梯次利用动力电池分选的成本显著增加。本发明专利技术对梯次利用动力电池的开路电压、充电或放电过程中电池电压变化值、不同频率点的阻抗值进行测试，在此基础上对不同参数的测试结果设置相应的偏差范围，实现梯次利用动力电池的快速分选。本发明专利技术依据梯次利用动力电池的开路电压、10分钟充放电过程中的电压变化值、高频率、中频率和低频率下的阻抗值对其进行分选，可在15分钟内完成电池的分选工作，实现了梯次利用动力电池的快速分选，大幅度缩短了梯次利用动力电池分选时间。

【技术实现步骤摘要】
一种梯次利用动力电池分选方法
本专利技术属于电动汽车和储能
，具体涉及一种确定哪些梯次利用动力电池可以在一起成组使用的梯次利用动力电池分选方法。
技术介绍
从2012年开始，我国电动汽车行业进入快速发展期，2018年和2019年电动汽车销售都超过100万辆，截止到2019年底我国电动汽车累计保有量超过340万辆。目前的电动汽车主要以锂离子电池作为动力来源，在电动汽车使用过程中，动力电池性能不断下降，当其性能不能满足新能源汽车的应用需求时，就要从车上退役下来。在这些退役动力电池中，很大一部分还具有较高的剩余能量，这些电池经过重新的评估和分选，有可能应用于对电池性能要求较低、使用工况比较温和的场景，从而实现动力电池的梯次利用。新电池在使用前会根据电池的容量、内阻、开路电压、自放电等参数进行分选，以确保电池之间有一个较好的一致性。与新电池相比，退役动力电池经过长期载使用，电池间的性能差异显著增大，一致性明显变差，因此，在梯次利用之前需要对其进行重新分选，以确保电池组在梯次利用过程中有较好的一致性和性能。由于动力电池在退役时通常状态未知，因此传统上在分选时主要是沿用新电池的方法，对其容量、内阻、开路电压、自放电等参数进行逐一测试，然后对不同参数设置一定的偏差范围，因此分选出满足要求的电池。传统方法虽然能够准确测量出电池的容量、内阻、自放电等参量，但测试时间较长，容量测试需要几个小时到十几个小时，自放电测试需要几天到十几天，并且还需要占用大量的充放电测试设备，这就造成梯次利用动力电池分选的成本显著增加；而对于梯次利用动力电池，其剩余价值相比新电池已经明显将低，较高的分选成本会大大降低梯次利用阶段的经济性；而如果只测试电压和内阻(通常只测试1000Hz频率)，对耗时较长的容量和自放电性能不测试，又不能较准确的反应梯次利用动力电池的状态，从而导致分选效果不够理想。因此，对于梯次利用动力电池，需要开发一种快速的分选方式，可以大幅度缩短电池分选时间，同时兼顾电池不同性能的测试分析，以此来降低梯次利用动力电池分选环节的成本，提升动力电池梯次利用的经济性。
技术实现思路
本专利技术针对梯次利用动力电池，提供一种快速分选方法，其可在15分钟内完成梯次利用动力电池参数的测试分析，以此来实现梯次利用动力电池的快速分选。为此，本专利技术采用如下的技术方案：一种梯次利用动力电池分选方法，其对梯次利用动力电池的开路电压、充电或放电过程中电池电压变化值、不同频率点的阻抗值进行测试，在此基础上对不同参数的测试结果设置相应的偏差范围，实现梯次利用动力电池的快速分选。电池容量测试通常是采用充放电的方法，需要较长时间(几个小时)，在充放电过程中电池电压持续变化，其变化速度与充放电电流、电池容量都用关系，因此，在固定充放电电流和时间的情况下，可通过电池电压的变化值在一定程度上估算电池的容量。动力电池的阻抗主要由高频区的欧姆阻抗、中频区的电荷转移阻抗和低频区的扩散阻抗三部分构成，其中高频区的欧模阻抗和中频区的电荷转移阻抗主要反应电池在静置以及充放电过程中的内阻特性，而低频区的扩散阻抗与电池的自放电速度有一定的关系，因此可以通过测试电池在不同频率点的阻抗值，来反应梯次利用动力电池的内阻和自放电性能。本专利技术的方法可在15分钟内完成梯次利用动力电池的快速分选，大幅度缩短了梯次利用动力电池的分选成本，同时也兼顾到了梯次利用动力电池的主要性能参数。进一步地，对于磷酸铁锂/石墨体系电池，当其开路电压大于3.6V或小于2.4V时，不进行梯次利用；对于开路电压在2.4V到3.10V的动力电池，分选时同一组内梯次利用动力电池开路电压最大值和最小值的差值即极差小于等于100mV；对于开路电压在3.10V到3.40V的动力电池，分选时同一组内梯次利用动力电池开路电压极差小于等于50mV；对于开路电压在3.40V到3.6V的动力电池，分选时同一组内梯次利用动力电池开路电压极差小于等于80mV。进一步地，对于三元材料/石墨体系电池，当其开路电压大于4.15V或小于3.0V时，不进行梯次利用；对于开路电压在3.0V到3.50V的动力电池，分选时同一组内梯次利用动力电池开路电压最大值和最小值的差值即极差小于等于120mV；对于开路电压在3.50V到3.90V的动力电池，分选时同一组内梯次利用动力电池开路电压极差小于等于50mV；对于开路电压在3.90V到4.15V的动力电池，分选时同一组内梯次利用动力电池开路电压极差小于等于60mV。进一步地，电压变化值测试的内容如下：根据电池的开路电压，来判断对其进行充电还是放电，对于磷酸铁锂/石墨体系电池，当其开路电压大于3.23V的电池，对电池进行放电，当其开路电压小于3.23V的电池，对电池进行充电；对于三元材料/石墨体系电池，当其开路电压大于3.65V的电池，对电池进行放电，当其开路电压小于3.65V的电池，对电池进行充电；测试的具体步骤如下：21)根据电池的开路电压对其以额定容量的0.5C倍率进行充电或放电10分钟，记录充电或放电起始时刻的电压为V1，结束时刻电压值为V2，计算10分钟内电池电压变化值ΔV：ΔV＝V1-V2(1)然后对变化值取绝对值，得到|ΔV|；22)计算参与测试的所有电池电压变化绝对值的平均值|ΔV|ave，|ΔV|ave＝(|ΔV1|+|ΔV2|+…|ΔVr|…+|ΔVn|)/n(2)|ΔVr|为第r支电池10分钟电压变化绝对值，n为电池数量；23)计算每支电池10分钟电压变化绝对值与平均值|ΔV|ave的比值，对于比值大于1.6的电池，表明在充电或放电过程中电压变化较快，电池容量较低，不进行梯次利用；24)根据电池10分钟充电或放电电压变化绝对值|ΔV|进行分选，选用同一组内电压变化绝对值|ΔV|的最大值和最小值的差值小于等于|ΔV|ave的8％，即|ΔV|max-|ΔV|min≤8％*|ΔV|ave(3)。进一步地，不同频率阻抗值测试时，在高频率段选取1000Hz、中频率段选取30Hz、低频率段选取0.5Hz，分别测试梯次利用动力电池在这3个频率点下的阻抗值，并依次记为R1000、R30和R0.5。进一步地，不同频率阻抗值测试的步骤如下：31)计算参与分选的所有电池在3个频率点阻抗值的平均值，方法如下：R1000-ave＝(R1000-1+R1000-2+……+R1000-r+……+R1000-n)(4)R30-ave＝(R30-1+R30-2+……+R30-r+……+R30-n)(5)R0.5-ave＝(R0.5-1+R0.5-2+……+R0.5-r+……+R0.5-n)(6)其中，R1000-r为第r支电池在1000Hz频率点的阻抗值，R30-r为第r支电池在30Hz频率点的阻抗值，R0.5-r为第r支电池在0.5Hz频率点的阻抗值，n为参与分选的电池数量；32)计算每支电池在3个频率点的阻抗值与该频率点下阻抗平均值的比值，即R1000-r/R10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种梯次利用动力电池分选方法，其特征在于，对梯次利用动力电池的开路电压、充电或放电过程中电池电压变化值、不同频率点的阻抗值进行测试，在此基础上对不同参数的测试结果设置相应的偏差范围，实现梯次利用动力电池的快速分选。/n

【技术特征摘要】
1.一种梯次利用动力电池分选方法，其特征在于，对梯次利用动力电池的开路电压、充电或放电过程中电池电压变化值、不同频率点的阻抗值进行测试，在此基础上对不同参数的测试结果设置相应的偏差范围，实现梯次利用动力电池的快速分选。


2.根据权利要求1所述的一种梯次利用动力电池分选方法，其特征在于，对于磷酸铁锂/石墨体系电池，当其开路电压大于3.6V或小于2.4V时，不进行梯次利用；对于开路电压在2.4V到3.10V的动力电池，分选时同一组内梯次利用动力电池开路电压最大值和最小值的差值即极差小于等于100mV；对于开路电压在3.10V到3.40V的动力电池，分选时同一组内梯次利用动力电池开路电压极差小于等于50mV；对于开路电压在3.40V到3.6V的动力电池，分选时同一组内梯次利用动力电池开路电压极差小于等于80mV。


3.根据权利要求1所述的一种梯次利用动力电池分选方法，其特征在于，对于三元材料/石墨体系电池，当其开路电压大于4.15V或小于3.0V时，不进行梯次利用；对于开路电压在3.0V到3.50V的动力电池，分选时同一组内梯次利用动力电池开路电压最大值和最小值的差值即极差小于等于120mV；对于开路电压在3.50V到3.90V的动力电池，分选时同一组内梯次利用动力电池开路电压极差小于等于50mV；对于开路电压在3.90V到4.15V的动力电池，分选时同一组内梯次利用动力电池开路电压极差小于等于60mV。


4.根据权利要求1所述的一种梯次利用动力电池分选方法，其特征在于，电压变化值测试的内容如下：根据电池的开路电压，来判断对其进行充电还是放电，对于磷酸铁锂/石墨体系电池，当其开路电压大于3.23V的电池，对电池进行放电，当其开路电压小于3.23V的电池，对电池进行充电；对于三元材料/石墨体系电池，当其开路电压大于3.65V的电池，对电池进行放电，当其开路电压小于3.65V的电池，对电池进行充电；测试的具体步骤如下：
21)根据电池的开路电压对其以额定容量的0.5C倍率进行充电或放电10分钟，记录充电或放电起始时刻的电压为V1，结束时刻电压值为V2，计算10分钟内电池电压变化值ΔV：
ΔV＝V1-V2(1)
然后对变化值取绝对值，得到|ΔV|；
22)计算参与测试的所有电池电压变化绝对值的平均值|ΔV|ave，
|ΔV|ave＝(|ΔV1|+|ΔV2|+…|ΔVr|…+|ΔVn|)/n(2)
|ΔVr|为第r支电池10分钟电压变化绝对值，n为电池数量；
23)计算每支电池10分钟电压变化绝对值与平均值|ΔV|ave的比值，对于比值大于1.6的电池，表明在充电或放电过程中电压变化较快，电池容量较低，不进行梯次利用；
24)根据电池10分钟充电或放电电压变化绝对值|ΔV|进行分选，选用同一组内电压变化绝对值|ΔV|的最大值和最小值的差值小于等于|ΔV|ave的8％，即
|ΔV|max-|ΔV|min≤8％*|ΔV|ave(3)。


5.根据权利要求1所述的一种梯次利用动力电池分选方法，其特征在于，不同频率阻抗值测试时，在高频率段选取1000Hz、中频率段选取30Hz、低频率段选取0.5Hz，分别测试梯次利用动力电池在这3个频率点下的阻抗值，并依次记为R1000、R30和R0.5。

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【专利技术属性】
技术研发人员：熊建国，梅简，张杰，赵洲峰，罗宏建，裘吕超，周宇通，陈胤桢，鲁旷达，徐冬梅，惠洋，孙庆峰，张江丰，李小英，周桢，张小菊，
申请(专利权)人：杭州意能电力技术有限公司，国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：浙江;33