CN107597621A - 一种提升三元锂离子电池组一致性的筛选方法和配组方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提升三元锂离子电池组一致性的筛选方法，包括如下步骤：S1、测定各单体电池在第三次充放电时的恒流充入比、放电容量C1和放电10s的直流内阻R；S2、测定各额定容量为C的单体电池的电池内阻r、开路电压U2、自放电率K；S3、从多个额定容量为C的单体电池中筛选出C1为1.03C至1.07C、恒流充入比为94‑98％的单体电池记为一次筛选电池；计算一次筛选电池的r、U2的筛选范围，限定K的筛选范围，并筛选出r、U2、K值在筛选范围内的电池即可。本发明还公开了一种提升三元锂离子电池组一致性的配组方法。使用本发明筛选、配组得到的电池组性能的一致性好。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池分选技术领域，尤其涉及一种提升三元锂离子电池组一致性的筛选方法和配组方法。
背景技术
随着电动汽车对于续航里程的需求越来越高，具有高能量密度的三元锂离子动力电池逐渐成为市场发展的趋势。为满足一定的能量及功率需求，车用动力电池***往往由数十或几百甚至上千只单体电池进行串并联组成，而单体成组的一致性高低直接决定着最终的电池包性能、寿命及安全性。
电池单体的一致性主要受原材料、制造过程及使用过程三方面决定。而原材料及制作过程涉及到的因素及环节太多，综合来看，锂电池生产企业一般通过单体电池制成后的分选来确保电池在成组过程中的一致性。目前，对于锂离子电池的筛选多采用容量、电压、内阻及自放电等指标，考虑到生产的效率及可操作性，锂电池企业一般在成组的过程中以某一个静态指标(如容量、电压等)为筛选条件进行配组以保证电池组的一致性。
但三元电池的充放电曲线与磷酸铁锂差异性较大，现有筛选方法进行配组的三元电池组其容量、压差等一致性均较差，导致电芯的利用率非常低，因此需要新的筛选配组方法来提升三元电池组性能的一致性。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种提升三元锂离子电池组一致性的筛选方法和配组方法，本发明操作简单，使用本发明筛选、配组得到的电池组性能的一致性好。
本发明提出的一种提升三元锂离子电池组一致性的筛选方法，包括如下步骤：
S1、在室温状态下，将多个额定容量为C的单体电池进行3次0.1C-1.5C充放电倍率循环，最后将电池的荷电量SOC设置为20-65％，并放电10s，测定各单体电池放在第三次充放电时的恒流充入比、放电容量C1和放电10s的直流内阻R；
S2、测定各额定容量为C的单体电池的电池内阻r、开路电压U2、自放电率K；
S3、从多个额定容量为C的单体电池中筛选出C1为1.03C至1.07C、恒流充入比为94-98％的单体电池记为一次筛选电池；计算一次筛选电池的r、U2、K的平均值并限定r、U2的相对偏差范围dr、dU2，再计算出r、U2的筛选范围，限定K的筛选范围，从一次筛选电池中筛选出r、U2、K值在筛选范围内的电池即可，其中，r的筛选范围为U2的筛选范围为
优选地，在S1中，进行3次0.5C充放电倍率循环。
优选地，在S1中，荷电量SOC为50％。
优选地，在S3中，dr为2％-10％，dU2为0-0.5％，K的筛选范围为0＜K<1mV/天。
优选地，在S2中，r、U2、K的测定方法为：将额定容量为C的单体电池在室温环境中放置t1天，测定电池的开路电压U1、电池内阻r；将额定容量为C的单体电池在室温环境中放置t2天，测定电池的开路电压U2，计算自放电率K，K＝(U2-U1)/(t2-t1)。
优选地，1≤t1≤3。
优选地，2≤t2≤14。
本发明还提出了一种提升三元锂离子电池组一致性的配组方法，包括如下步骤：取按照上述筛选方法筛选出的多个单体电池，根据单体电池的直流内阻R，按照R值从小到大的顺序将单体电池分为n个区间，分别记做1档、2档……n档；2档至n-1档的单体电池进行相同档位电池配组，1档与2档的单体电池进行混合配组，n档与n-1档的单体电池进行混合配组。
优选地，2≤n≤8。
平均值和相对偏差按常规统计学方法计算。
恒流充入比为充电过程中恒流充电容量与恒流充电容量和恒压充电容量之和的比值，为本领域常用名词。
本发明操作简便，不需要增加额外的分选设备及成本，且通过放电容量C1、恒流充入比、电池内阻r、开路电压U2、自放电率K五个参数综合全方位筛选，可以准确的确保筛选出的单体电池性能的一致性，同时利用直流内阻R进行分档配组制得的电池组能在提升电芯利用率的情况下显著提高电池组容量、压差等性能的一致性。
附图说明
图1为实施例1与对比例1中各套电池组放电容量对比图。
图2为实施例1与对比例1中各套电池组放电末端压差对比图。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种提升三元锂离子电池组一致性的筛选方法，包括以下步骤：
S1、在室温状态下，将多个额定容量C＝30Ah的单体电池进行3次0.5C充放电倍率循环，最后将电池的荷电量SOC设置为50％，并以0.5C放电10s，测定各单体电池在第三次充放电时的恒流充入比、放电容量C1和放电10s的直流内阻R；
S2、将额定容量C＝30Ah的单体电池在室温环境中放置2天，测定电池的开路电压U1、电池内阻r；将额定容量为C的单体电池在室温环境中放置7天，测定电池的开路电压U2，计算自放电率K；
S3、从多个额定容量C＝30Ah的单体电池中筛选出C1为30.9-32.1Ah、恒流充入比等于94-98％的单体电池记为一次筛选电池；计算一次筛选电池的r、U2、K的平均值并限定r、U2的相对偏差范围dr、dU2，再计算出r、U2的筛选范围，限定K的筛选范围，从一次筛选电池中筛选出r、U2、K值在筛选范围内的电池即可，dr＝4.4％，dU2＝0.2％，r的筛选范围为0.86-0.94mΩ、U2的筛选范围为3.6577-3.6723V、K的筛选范围为0＜K<1mV/天。
一种提升三元锂离子电池组一致性的配组方法，包括如下步骤：取按照上述筛选方法筛选出的单体电池5000只，根据单体电池的直流内阻R，按照R值从小到大的顺序将单体电池分为4个区间，分别记做1-4档，分档方案如下：
1档：1.66mΩ≤R<1.69mΩ，
2档：1.69mΩ≤R<1.72mΩ，
3档：1.72mΩ≤R<1.75mΩ，
4档：1.75mΩ≤R≤1.78mΩ；
每5只电池并联构成一个模组，模组的配组方案为：11222、22222、33333、33344；
按照此配组方案5000只单体电池共使用4800只，配成20套电池包，单体电池利用率为96％。
对比例1
按照实施例1的方法测定多个额定容量C＝30Ah的单体电池的放电容量C1、电池内阻r、开路电压U2、自放电率K；再按照传统电芯筛选方式，确定C1、r、U2、K的筛选范围分别为30.9-33Ah、0.6-1.2mΩ、3.650-3.670V、0＜K<1mV/天，筛选出合格的单体电池5000只，按照传统分档方法，根据单体电池的放电容量C1分档，分为4个区间，分别记做1-4档，分档方案如下：
1档：30.9Ah≤C1<31.4Ah，
2档：31.4Ah≤C1<31.9Ah，
3档：31.9Ah≤C1<32.4Ah，
4档：32.4Ah≤C1≤33Ah；
每5只电池并联构成一个模组，模组的配组方案为：11222、22222、33333、33344；
按照此配组方案5000只单体电池共使用4320只，配成18套电池包，单体电池利用率为86.4％。
对实施例1得到的20套电池包和对比例1得到的18套电池包进行0.5C充放电性能测试，记录放电容量及末端压差，结果参照图1-2，图1为实施例1与对比例1中各套电池组放电容量对比图；图2为实施例1与对比例1中各套电池组放电末端压差对比图。由图1和图2可以看出经本发明筛选、配组得到的各套电池组的放电容量、放电末端压差的一致性明显高于传统筛选配组方法得到的电池组。
实施例2
一种提升三元锂离子电池组一致性的筛选方法，包括以下步骤：
S1、在室温状态下，将多个额定容量C＝25Ah的单体电池进行3次0.5C充放电倍率循环，最后将电池的荷电量SOC设置为50％，并以0.5C放电10s，测定各单体电池在第三次充放电时的恒流充入比、放电容量C1和放电10s的直流内阻R；
S2、将额定容量C＝30Ah的单体电池在室温环境中放置2天，测定电池的开路电压U1、电池内阻r；将额定容量为C的单体电池在室温环境中放置7天，测定电池的开路电压U2，计算自放电率K；
S3、从多个额定容量C＝25Ah的单体电池中筛选出C1为25.75-26.75Ah、恒流充入比等于94-98％的单体电池记为一次筛选电池；计算一次筛选电池的r、U2、K的平均值并限定r、U2的相对偏差范围dr、dU2，再计算出r、U2的筛选范围，限定K的筛选范围，从一次筛选电池中筛选出r、U2、K值在筛选范围内的电池即可，dr＝10％，dU2＝0.19％，r的筛选范围为0.72-0.88mΩ、U2的筛选范围为3.585-3.599V、K的筛选范围为0＜K<1mV/天。
一种提升三元锂离子电池组一致性的配组方法，包括如下步骤：取按照上述筛选方法筛选出的单体电池3000只，根据单体电池的直流内阻R，按照R值从小到大的顺序将单体电池分为3个区间，分别记做1-3档，分档方案如下：
1档：1.52mΩ≤R<1.57mΩ，
2档：1.57mΩ≤R<1.62mΩ，
3档：1.62mΩ≤R<1.67mΩ，
4档：1.67mΩ≤R<1.72mΩ，
5档：1.72mΩ≤R<1.75mΩ；
每3只电池并联构成一个模组，模组的配组方案为：122、222、333、444、455；
按照此配组方案3000只单体电池共使用2820只，配成10套电池包，单体电池利用率为94％。
对实施例2得到的10套电池包进行0.5C充放电性能测试，记录放电容量及末端压差，结果如表1：
表1实施例2中10套电池包的放电容量、放电末端压差检测结果
由表1可以看出经本发明筛选、配组得到的各套电池组的放电容量、放电末端压差的一致性好。
对比例2
按照实施例2的方法测定多个额定容量C＝25Ah的单体电池的放电容量C1、电池内阻r、开路电压U2、自放电率K；再按照传统电芯筛选方式，确定C1、r、U2、K的筛选范围分别为25.75-27.5Ah、0.5-1.1mΩ、3.580-3.600V、0＜K<1mV/天，筛选出合格的单体电池3000只，按照传统分档方法，根据单体电池的放电容量C1分档，分为5个区间，分别记做1-5档，分档方案如下：
1档：25.75Ah≤C1<26.1Ah，
2档：26.1Ah≤C1<26.45Ah，
3档：26.45Ah≤C1<26.8Ah，
4档：26.8Ah≤C1<27.15Ah，
5档：27.15Ah≤C1≤27.5Ah；
每3只电池并联构成一个模组，模组的配组方案为：122、222、333、444、455；
按照此配组方案3000只单体电池共使用2256只，配成8套电池包，单体电池利用率为75.2％。
将对比例2得到的8套电池包进行1C充放电性能测试，记录放电容量及末端压差，结果如表2：
表2对比例2中8套电池包的放电容量、放电末端压差检测结果
由表2可以看出经传统筛选、配组方法得到的各套电池组的放电容量、放电末端压差的一致性较差。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种提升三元锂离子电池组一致性的筛选方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、在室温状态下，将多个额定容量为C的单体电池进行3次0.1C-1.5C充放电倍率循环，最后将电池的荷电量SOC设置为20-65％，并放电10s，测定各单体电池在第三次充放电时的恒流充入比、放电容量C1和放电10s的直流内阻R；
S2、测定各额定容量为C的单体电池的电池内阻r、开路电压U2、自放电率K；
S3、从多个额定容量为C的单体电池中筛选出C1为1.03C至1.07C、恒流充入比为94-98％的单体电池记为一次筛选电池；计算一次筛选电池的r、U2、K的平均值并限定r、U2的相对偏差范围dr、dU2，再计算出r、U2的筛选范围，限定K的筛选范围，从一次筛选电池中筛选出r、U2、K值在筛选范围内的电池即可，其中，r的筛选范围为U2的筛选范围为
2.根据权利要求1所述提升三元锂离子电池组一致性的筛选方法，其特征在于，在S1中，进行3次0.5C充放电倍率循环。
3.根据权利要求1或2所述提升三元锂离子电池组一致性的筛选方法，其特征在于，在S1中，荷电量SOC为50％。
4.根据权利要求1-3任一项所述提升三元锂离子电池组一致性的筛选方法，其特征在于，在S3中，dr为2％-10％，dU2为0-0.5％，K的筛选范围为0＜K<1mV/天。
5.根据权利要求1-4任一项所述提升三元锂离子电池组一致性的筛选方法，其特征在于，在S2中，r、U2、K的测定方法为：将额定容量为C的单体电池在室温环境中放置t1天，测定电池的开路电压U1、电池内阻r；将额定容量为C的单体电池在室温环境中放置t2天，测定电池的开路电压U2，计算自放电率K，K＝(U2-U1)/(t2-t1)。
6.根据权利要求5所述提升三元锂离子电池组一致性的筛选方法，其特征在于，1≤t1≤3。
7.根据权利要求5或6所述提升三元锂离子电池组一致性的筛选方法，其特征在于，2≤t2≤14。
8.一种提升三元锂离子电池组一致性的配组方法，其特征在于，包括如下步骤：取按照权利要求1-7任一项所述筛选方法筛选出的多个单体电池，根据单体电池的直流内阻R，按照R值从小到大的顺序将单体电池分为n个区间，分别记做1档、2档……n档；2档至n-1档的单体电池进行相同档位电池配组，1档与2档的单体电池进行混合配组，n档与n-1档的单体电池进行混合配组。
9.根据权利要求8所述提升三元锂离子电池组一致性的配组方法，其特征在于，2≤n≤8。
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