一种用于动力电池梯次利用的新型分选方法技术

本发明专利技术为一种用于动力电池梯次利用的新型分选方法。传统分选方法以参数差异为分选指标，难以直接评价分选效果。本发明专利技术基于模组的并联分流特性，通过对并联情况下各支路电流动态变化过程分析，直接建立容量利用效率与终端负载电流间的关系，能够观测模组最高容量利用效率和所对应的工作状态，进而评价分选效果。本分选方法能够挑选出参数差异较大的电芯用于成组，分辨精确度更高，为灵活成组提供了不同的思路的同时通过Pack容量利用效率为评价分选效果提供了参考。分选效果提供了参考。分选效果提供了参考。

【技术实现步骤摘要】
一种用于动力电池梯次利用的新型分选方法


[0001]本专利技术属于电池分选领域，具体为一种用于动力电池梯次利用的新型分选方法。

技术介绍

[0002]在大存量电动汽车进入报废潮的同时，退役锂离子电池仍保有70～80％的额定容量，还可以用于储能方法、电动工具、移动电源、低速电动车、不间断电源等对电池性能要求较低的相关领域。但目前来看，梯次利用仍处于初级阶段，主要是因为退役电池间的不一致性。电池分选是梯次利用关键环节，传统方法主要基于电芯参数差异进行分选，难以直接评价分选效果，同时无法兼顾时效性与经济性，仍需进一步改进。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种模型简单有效，且表现出较高的经济性和准确度的新型分选方法。
[0004]本专利技术提出的一种用于动力电池梯次利用的新型分选方法，有别于传统分选，是基于第一性原理，以模组容量利用效率作为分选指标。所述方法通过对并联情况下各支路电流动态变化过程分析，分选过程通过直接建立容量利用效率与终端负载电流间的关系，判断最高容量利用效率是否大于99％来实现快速分选；具体步骤如下：
[0005](1)对并联情况下各支路电流动态变化过程分析
[0006]基于基尔霍夫定律得到并联情况下各支路电流分布情况：
[0007][0008]其中：是第i个电芯的支路电流，I
L
是总支路电流，R
i
是第i个电芯的直流电阻，U
OCVi
是第i个电芯的开路电压，k
OCVi
是第i个电芯的开路电压U
OCVi
与SOC
i
两个变量间的斜率，SOC
i
第i个电芯的SOC状态，U
i0
是第i个电芯的初始电压，C
i
是第i个电芯的额定容量；
[0009]通过求解公式(1)，得到支路电流动态方程，具体如下：
[0010][0011]其中：I1(t)和I2(t)分别是第1个和第二个电芯的支路电流，C1和C2分别是第1个和第二个电芯的额定容量，k
OCV1
和k
OCV2
分别是第1个和第二个电芯的开路电压U
OCVi
与SOC
i
两个变量间的斜率，I
L
是总支路电流，U
10
和U
20
分别是第1个和第二个电芯的初始电压，R1和R2分别是第1个和第二个电芯的直流电阻；
[0012]利用极限计算支路电流动态方程，假设U
10
＝U
20
,k
OCV1
＝k
OCV2
，得到起始点和稳态点的电流分配情况：
[0013][0014][0015]其中：I
i
(0)是第i个电芯支路的起始点电流，I
i
(∞)是第i个电芯支路的稳态点电流；
[0016](2)分选过程
[0017]建立容量利用效率与终端负载电流的关系，判断最高容量利用效率是否达标，实现快速分选：
[0018]各支路的起始点电流分配能够通过设置负载电流来进行控制，动态变化过程始终遵循I1·
R1+U
10
＝I2·
R2+U
20
关系，稳态状态下各支路电流趋于以容量之比关系分配；因此，在动态变化趋势和稳态状态既定的情况下，通过调节起始点电流与终端负载电流，可以实现不同的模组容量利用效率η，其定义为：
[0019][0020]其中：指的是模组内任一电芯放电至截至电压时第i个电芯的SOC状态，C
i
指的是第i个电芯的额定容量，C
total
指的是模组的额定容量之和；
[0021]理想情况下，模组最高容量利用效率是各支路电流之比始终与容量之比保持一致，能够确保每一条支路同时走向截止电压，减少电流平衡过程和损耗，以实现Pack容量利用效率最高；起始点电流按照容量之比分配，则I1(0)/I2(0)＝C1/C2情况下的负载工作电流为
[0022][0023]根据该工作电流所对应的最高模组容量利用效率，判断是否大于99％，如果符合，则满足成组条件，实现分选，并能通过该容量利用效率评价分选效果。
[0024]本专利技术利用电芯并联成组后模组的容量利用效率η这一重要指标判断是否适合成组以及评价分选效果。
[0025]本专利技术通过负载电流调节电芯并联成组后各支路电流的动态过程，建立容量利用效率与终端负载电流的关系，判断最高容量利用效率是否达标，实现快速分选。
[0026]本专利技术的有益效果在于：本分选方法能够挑选出参数差异较大的电芯用于成组，分辨精确度更高，为灵活成组提供了不同的思路的同时通过Pack容量利用效率为评价分选效果提供了参考。
附图说明
[0027]图1为传统和该新型分选方法对比示意图。
[0028]图2为不同工况条件下模组容量利用效率结果对比；其中：(a)为0.65C以及0.2C到2.0C之间其他典型工作点电流对应的容量利用效率，(b)为0.65C附近小范围工作点(0.55C，0.75C)的容量利用效率情况。
具体实施方式
[0029]下面通过实施例进一步说明本专利技术。
[0030]实施例1：根据图1所示，展示了传统和该新型分选方法的对比。传统分选方法通过评估各电芯间的参数差异，设置差异阈值以挑选出参数差异小的电芯用于成组，以提升利用效率。本新型方法从分选的第一性原理，即Pack的最高容量利用效率出发，将其作为判断是否适合成组以及评价分选效果的重要指标，通过对并联情况下各支路电流动态变化过程分析，建立容量利用效率与终端负载电流的关系，判断最高容量利用效率是否达标，实现快速分选以及效果评价。
[0031]为了比较该新型方法与传统分选方法的优劣性，设置了两个不符合传统分选逻辑的电芯(ΔC＝12.5Ah，ΔR＝10mΩ)，单体差异较大。通过恒流
‑
恒压方式将电芯充满电，静置1小时后，分别以0.5C方式放电至截止电压。通过计算得实现Pack容量利用效率最高的负载工作点电流为40.63A，即0.65C。
[0032]设置不同工况条件观察支路电流分配情况以及计算模组容量利用效率，模组容量利用效率结果如图2所示。图2(a)展示了0.65C以及0.2C到2.0C之间其他典型工作点电流对应的容量利用效率，图2(b)则聚焦于0.65C附近小范围工作点(0.55C，0.75C)的容量利用效率情况。
[0033]本实施例如果用以参数差异为指标的传统方法来进行分选的话，该两参数差异大的电芯不适合成组。但如图2所示，负载电流为0.70C的情况所表现的模组容量利用效率最高，能够达到η＝99.7％，说明该两电芯能够成组，且效果良好。能够利用终端负载电流直接观测模组容量利用效率状态，进而分选和评价效果，这反映了本文提出的新型方法具备更高的分选精确度，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于动力电池梯次利用的新型分选方法，所述方法通过对并联情况下各支路电流动态变化过程分析，分选过程通过直接建立容量利用效率与终端负载电流间的关系，判断最高容量利用效率是否大于99％来实现快速分选；其特征在于：具体步骤如下：(1)对并联情况下各支路电流动态变化过程分析基于基尔霍夫定律，得到并联情况下各支路电流分布情况：其中：I
i
是第i个电芯的支路电流，I
L
是总支路电流，R
i
是第i个电芯的直流电阻，U
OCVi
是第i个电芯的开路电压，k
OCVi
是第i个电芯的开路电压U
OCVi
与SOC
i
两个变量间的斜率，SOC
i
第i个电芯的SOC状态，U
i0
是第i个电芯的初始电压，C
i
是第i个电芯的额定容量；通过求解公式(1)，得到支路电流动态方程，具体如下：其中：I1(t)和I2(t)分别是第1个和第2个电芯的支路电流，C1和C2分别是第1个和第2个电芯的额定容量，k
OCV1
和k
OCV2
分别是第1个和第2个电芯的开路电压U
OCVi
与SOC
i
两个变量间的斜率，I
L
是总支路电流，U
10
和U
20
分别是第1个和第2个电芯的初始电压，R1和R2分别是第1个和第2个电芯的直流电阻；利用极限计算支路电流动态方程，假设U
10
＝U
20
,k
OCV1
＝k
OCV2
，得到起始点和稳态点的电流分配情况：流分配情况...

【专利技术属性】
技术研发人员：何坤，左俊雄，陶宇霖，孙耀杰，王瑜，刘旭涛，付诗意，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：