一种锂离子电池一致性评估方法

摘要

本发明公开了一种锂离子电池一致性评估方法，包括如下加工步骤，步骤1、按电池组使用要求设计一系列一致性对准SOC点，比如5％、20％、50％、80％、95％，步骤2、按电池单体设计额定倍率在空调温度为T1如20℃环境中充放电一次，在每个一致性对准点短路t如3秒，测试最大短路电流，本发明方法通过使用3个温度的最大放电电流作为锂电池在该条件下的化学反应速度，方便统计电池单体的容量、库伦效率、能量效率、一致性对准点活化能，根据参数不同离散度配组进行循环测试，得到不同离散度配组后的循环寿命保持率，克服了都是测量电池单体表现时的参数，没有考虑到电池串联时协调工作时的电池衰减差异产生来源的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池一致性评估领域，具体为一种锂离子电池一致性评估方法。

背景技术

锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反，锂系电池分为锂电池和锂离子电池。手机和笔记本电脑使用的都是锂离子电池，通常人们俗称其为锂电池。电池一般采用含有锂元素的材料作为电极，是现代高性能电池的代表。锂离子电池由于能量密度大、循环寿命长、单体电压高等优点，从1992年发明后，迅速渗透到消费电子、新能源汽车、航空航天、储能等领域。在很多应用场合，需要电池提供的电压和容量都会远远大于锂离子电池的单体电压，需要很多单体的组合才能满足使用要求。由于电池物料和工艺都会影响电池的一致性，而单体电池的不一致，会导致电池组整体特性急剧衰退和部分电池加速损坏，一个良好的配组方案，才能保证配组单体的一致性和电池产品满足设计的寿命和可靠性。通常使用的评价单体一致性的静态参数有电压、容量、内阻、自放电率，动态参数有放电曲线相似度等。由于测试工艺的限制，行业现实通常是以静态参数作为配组依据，即用开路电压、放电容量、交流内阻、自放电率进行筛选，这样配组的电池通常不能适应复杂工况和长寿命要求。

专利申请201910953321.6发展了这种方法，将前述4个参数进行预配组，然后再进行充放电，得到两个直流内阻，用两个内阻差进行再次分选，再用弛豫电压做三次分选，将动态一致性包含进去。

专利申请201910820621.7公布的方法是使用首次化成效率、库伦效率、能量效率、容量、荷电保持率、交流内阻几个参数，用首次化成效率、库伦效率、能量效率三个参数替代了开路电压这个参数，来提高配组的一致性。

专利申请201910237806.5则选用放电容量、欧姆阻抗、SEI膜阻抗、电荷交换阻抗、固相扩散阻抗这5个参数作为评价标准，也是用其他参数替代了开路电压，由于均衡技术的成熟舍弃了自放电率这个差异。

专利申请201811075331.6则重视化成过程中的电压时间曲线的作用，专利申请201910994554.0重视5％和95％SOC点的压差，用于改善充放电末端的压差。

现有技术对于一致性的评估，都是测量电池单体表现时的参数，没有考虑到电池串联时协调工作时的电池衰减差异产生来源，会对锂离子电池的整体数据造成影响，影响对锂离子电池的评估。

发明内容

本发明提供一种锂离子电池一致性评估方法，用以解决上述背景技术提出的都是测量电池单体表现时的参数，没有考虑到电池串联时协调工作时的电池衰减差异产生来源的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种锂离子电池一致性评估方法，包括如下加工步骤，

步骤1、按电池组使用要求设计一系列一致性对准SOC点，比如5％、20％、50％、80％、95％。

步骤2、按电池单体设计额定倍率在空调温度为T1如20℃环境中充放电一次，在每个一致性对准点短路t如3秒，测试最大短路电流。

步骤3、在室温T2如25℃环境中重复步骤2的测试。

步骤4、在温度为T3如40℃的高温房中重复步骤2的测试。

步骤5、使用3个温度的最大放电电流作为锂电池在该条件下的化学反应速度，用作图法计算每个一致性校准点的活化能。

步骤6、统计电池单体的容量、库伦效率、能量效率、一致性对准点活化能。

步骤7、根据上述参数不同离散度配组进行循环测试，得到不同离散度配组后的循环寿命保持率。

步骤8、将上述参数离散度与循环寿命保持率的关系作为锂离子电池一致性评估方法。

优选的，所述用于增程式车辆使用的锂离子电池设置有三种充电方式，分别设置为慢充、快充和增程器充电。

优选的，所述电池组采用单串400伏150Ah设计，每组需要电芯111个，加上5个维护电芯，每组配组电芯数量116个。

优选的，所述电池组设计一致性对准点为5％、20％、30％、95％四个SOC点。

优选的，所述每个电芯额定储能614Wh。

优选的，所述步骤2、步骤3和步骤4设置的温度为15℃-40℃。

优选的，所述电池组采用60kWh150Ah的三元电池组。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明方法通过使用3个温度的最大放电电流作为锂电池在该条件下的化学反应速度，用作图法计算每个一致性校准点的活化能，方便统计电池单体的容量、库伦效率、能量效率、一致性对准点活化能，根据参数不同离散度配组进行循环测试，得到不同离散度配组后的循环寿命保持率，将上述参数离散度与循环寿命保持率的关系作为锂离子电池一致性评估方法，包含了能量管理、功率管理、热管理、维保管理的评估参数，能得到电池组全生命周期的管理参数，活化能的差异能够评估电池衰减的动力学差异，克服了都是测量电池单体表现时的参数，没有考虑到电池串联时协调工作时的电池衰减差异产生来源的问题。

附图说明

图1为本发明通过测试不同温度下的反应速度常数测活化能原理图

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创造特征、达成目的与功效易于明白与理解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

实施例1，一种锂离子电池一致性评估方法，包括如下加工步骤：

步骤1、按电池组使用要求设计一系列一致性对准SOC点，比如5％、20％、50％、80％、95％。

步骤2、在空调15℃室内进行第一个充放电循环，在每个一致性对准SOC短路2秒，记录短路电流。

步骤3、利用第一次放电产生的热量，在升高的温度环境下进行第二个充放电循环，在每个一致性对准SOC短路2秒，记录短路电流。

步骤4、利用第二次放电产生的热量，在升高的温度环境下进行第三个充放电循环，在每个一致性对准SOC短路2秒，记录短路电流。

步骤5、使用3个温度的最大放电电流作为锂电池在该条件下的化学反应速度，用作图法计算每个一致性校准点的活化能。

步骤6、统计电池单体的容量、库伦效率、能量效率、一致性对准点活化能。

步骤7、根据上述参数不同离散度配组进行循环测试，得到不同离散度配组后的循环寿命保持率。

步骤8、将上述参数离散度与循环寿命保持率的关系作为锂离子电池一致性评估方法。

优选的，用于增程式车辆使用的锂离子电池设置有三种充电方式，分别设置为慢充、快充和增程器充电。

优选的，电池组采用单串400伏150Ah设计，每组需要电芯111个，加上5个维护电芯，每组配组电芯数量116个。

优选的，电池组设计一致性对准点为5％、20％、30％、95％四个SOC点。

优选的，每个电芯额定储能614Wh。

优选的，步骤(2)、步骤(3)和步骤(4)设置的温度为15℃。

优选的，电池组采用60kWh150Ah的三元电池组。

实施例2，一种锂离子电池一致性评估方法，包括如下加工步骤：

步骤1、按电池组使用要求设计一系列一致性对准SOC点，比如5％、20％、50％、80％、95％。

步骤2、在室温20℃室内进行第一个充放电循环，在每个一致性对准SOC短路2.5秒，记录短路电流。

步骤3、利用第一次放电产生的热量，在升高的温度环境下进行第二个充放电循环，在每个一致性对准SOC短路2.5秒，记录短路电流。

步骤4、利用第二次放电产生的热量，在升高的温度环境下进行第三个充放电循环，在每个一致性对准SOC短路2.5秒，记录短路电流。

步骤5、使用3个温度的最大放电电流作为锂电池在该条件下的化学反应速度，用作图法计算每个一致性校准点的活化能。

步骤6、统计电池单体的容量、库伦效率、能量效率、一致性对准点活化能。

步骤7、根据上述参数不同离散度配组进行循环测试，得到不同离散度配组后的循环寿命保持率。

步骤8、将上述参数离散度与循环寿命保持率的关系作为锂离子电池一致性评估方法。

优选的，用于增程式车辆使用的锂离子电池设置有三种充电方式，分别设置为慢充、快充和增程器充电。

优选的，电池组采用单串400伏150Ah设计，每组需要电芯111个，加上5个维护电芯，每组配组电芯数量116个。

优选的，电池组设计一致性对准点为5％、20％、30％、95％四个SOC点。

优选的，每个电芯额定储能614Wh。

优选的，步骤(2)、步骤(3)和步骤(4)设置的温度为15℃。

优选的，电池组采用60kWh150Ah的三元电池组。

实施例3，一种锂离子电池一致性评估方法，包括如下加工步骤：

步骤1、按电池组使用要求设计一系列一致性对准SOC点，比如5％、20％、50％、80％、95％。

步骤2、在温度30℃室内进行第一个充放电循环，在每个一致性对准SOC短路3秒，记录短路电流。

步骤3、利用第一次放电产生的热量，在升高的温度环境下进行第二个充放电循环，在每个一致性对准SOC短路3秒，记录短路电流。

步骤4、利用第二次放电产生的热量，在升高的温度环境下进行第三个充放电循环，在每个一致性对准SOC短路3秒，记录短路电流。

步骤5、使用3个温度的最大放电电流作为锂电池在该条件下的化学反应速度，用作图法计算每个一致性校准点的活化能。

步骤6、统计电池单体的容量、库伦效率、能量效率、一致性对准点活化能。

步骤7、根据上述参数不同离散度配组进行循环测试，得到不同离散度配组后的循环寿命保持率。

步骤8、将上述参数离散度与循环寿命保持率的关系作为锂离子电池一致性评估方法。

优选的，用于增程式车辆使用的锂离子电池设置有三种充电方式，分别设置为慢充、快充和增程器充电。

优选的，电池组采用单串400伏150Ah设计，每组需要电芯111个，加上5个维护电芯，每组配组电芯数量116个。

优选的，电池组设计一致性对准点为5％、20％、30％、95％四个SOC点。

优选的，每个电芯额定储能614Wh。

优选的，步骤(2)、步骤(3)和步骤(4)设置的温度为15℃。

优选的，电池组采用60kWh150Ah的三元电池组。

实施例4，一种锂离子电池一致性评估方法，包括如下加工步骤：

步骤1、按电池组使用要求设计一系列一致性对准SOC点，比如5％、20％、50％、80％、95％。

步骤2、在温度40℃室内进行第一个充放电循环，在每个一致性对准SOC短路3秒，记录短路电流。

步骤3、利用第一次放电产生的热量，在升高的温度环境下进行第二个充放电循环，在每个一致性对准SOC短路3.5秒，记录短路电流。

步骤4、利用第二次放电产生的热量，在升高的温度环境下进行第三个充放电循环，在每个一致性对准SOC短路3.5秒，记录短路电流。

步骤5、使用3个温度的最大放电电流作为锂电池在该条件下的化学反应速度，用作图法计算每个一致性校准点的活化能。

步骤6、统计电池单体的容量、库伦效率、能量效率、一致性对准点活化能。

步骤7、根据上述参数不同离散度配组进行循环测试，得到不同离散度配组后的循环寿命保持率。

步骤8、将上述参数离散度与循环寿命保持率的关系作为锂离子电池一致性评估方法。

优选的，用于增程式车辆使用的锂离子电池设置有三种充电方式，分别设置为慢充、快充和增程器充电。

优选的，电池组采用单串400伏150Ah设计，每组需要电芯111个，加上5个维护电芯，每组配组电芯数量116个。

优选的，电池组设计一致性对准点为5％、20％、30％、95％四个SOC点。

优选的，每个电芯额定储能614Wh。

优选的，步骤(2)、步骤(3)和步骤(4)设置的温度为15℃。

优选的，电池组采用60kWh150Ah的三元电池组。