CN113013470B

CN113013470B - 一种锂离子动力电池电芯配组方法

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Publication number: CN113013470B
Application number: CN202110195765.5A
Authority: CN
Inventors: 王灵君; 窦元运
Original assignee: Wuhu Etc Battery Ltd
Current assignee: Wuhu Etc Battery Ltd
Priority date: 2021-02-19
Filing date: 2021-02-19
Publication date: 2022-12-27
Anticipated expiration: 2041-02-19
Also published as: CN113013470A

Abstract

本发明公开了一种锂离子动力电池电芯配组方法，包括以下步骤：对电芯进行充放电，获取充放电极化电压，并计算出极化电阻比值；依据电芯的极化电阻比值r对电芯进行分级；对分级后的电芯剔除电芯的保有量、交流内阻、自放电参数的异常点；将同一级的电芯通过串并联自动成组；本发明考虑了电芯实际充放电过程中的极化阻抗并加入到配组，相较于以容量进行分组的方法，显著提高了电芯包整体容量发挥，使其从原来的85％～92％的容量转换率提高到93％～95％，且降低了模组产热、减少内耗。操作简单易行。

Description

一种锂离子动力电池电芯配组方法

技术领域

本发明属于锂离子动力电池技术领域，具体涉及一种锂离子动力电池电芯配组方法。

背景技术

锂离子动力电池作为一种绿色环保电池，具有高能量密度、高工作电压、高安全性能和长使用寿命等优点。

目前，锂电行业常用的配组方案基本还是以容量进行分组，对于电芯的保液量、内阻、自放电和出货电压等参数仅剔除散点。这种配组方案只考虑了电芯的静态状态，而忽略了电芯在工作过程中的动态变化。这样配组之后的锂离子电芯成组后较单体电芯容量发挥有所降低，直接造成车辆续航里程不足等现象，同时也增加了单体电芯生产成本。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种锂离子动力电池电芯配组方法，本发明通过对电芯做特殊的充放电流程获取充放电极化电压，然后根据极化电压进行配组。电芯在充到电压上限附近和放电电压下限附近其反弹电压反映的是电芯极化内阻，极化内阻可以反映衰减速度，所以通过反弹电压分组可以保证配组后的电芯达到同步衰减的目的，提高容量转换率。

本发明采取的技术方案为：

一种锂离子动力电池电芯配组方法，包括以下步骤：

(1)对电芯进行充放电，获取充放电极化电压，并计算出极化电阻比值；

(2)依据电芯的极化电阻比值r对电芯进行分级；

(3)对分级后的电芯剔除电芯的保有量、交流内阻、自放电参数的异常点；

(4)将同一级的电芯通过串并联自动成组。

进一步地，所述步骤(1)具体包括以下步骤：

(1-1)将待组装的电芯静置；

(1-2)0.5～1C电流进行恒流进行充电，充到指定电压V_A；

(1-3)静置，并测试静置后电芯的电压V₁；

(1-4)0.1～0.5C电流进行满充；

(1-5)再在步骤(1-4)的满充电压下恒压充电至电流下降至0.02～0.05C；

(1-6)静置；

(1-7)0.5～1C电流进行恒流放电，放到指定电压V_B；

(1-8)静置，并测试静置后电芯的电压V₂；

(1-9)0.1～0.5C电流进行恒流放电至截止下限电压；

(1-10)静置；

(1-11)计算出极化电阻比值，极化电阻比值r＝(V_A-V₁)/(V₂-V_B)。

步骤(1-2)中，V_A为电芯的上限电压-(0.1～0.5)V。

步骤(1-7)中，V_B为电芯的下限电压+(0.1～0.5)V。

步骤(2)中，将所有电芯的极化电阻比值r由低到高，每隔0.1～0.5进行分组。

步骤(3)中，剔除保有量、交流内阻、自放电分别在保有量均值±3*西格玛之外、交流内阻均值±3*西格玛之外、自放电均值±3*西格玛之外的电芯。

所述静置的时间至少为5min。

步骤(4)中，从同一级的电芯中随机挑选电芯组成单元模组。

由本发明提供的所述的配组方法配组得到的锂离子动力电池，提高了电芯成组后的整体容量发挥。

与现有技术相比，本发明考虑了电芯实际充放电过程中的极化阻抗并加入到配组，相较于以容量进行分组的方法，显著提高了电芯包整体容量发挥，使其从原来的85％～92％的容量转换率提高到93％～95％，且降低了模组产热、减少内耗。操作简单易行。

附图说明

图1为本发明中的锂离子动力电池电芯配组方法的流程图；

图2为实例1和对比例1中的配组方法得到的锂离子电芯放电过程中的温度变化曲线；

图3为实例2和对比例2中的配组方法得到的锂离子电芯放电过程中的温度变化曲线。

具体实施方式

各实施例及对比例中的充放电测试的条件及容量转换率的计算方式如下：

充放电测试条件：1.对模组进行以1C电流恒流充电到模组上限电压(单体电芯电压上限*串联数量)；2.以上限电压恒压充电到电流降低到0.05C；3.静置5min；4.对模组进行以1C电流恒流放电到模组下限电压(单体电芯电压下限*串联数量)，这一步获取的容量值为模组的容量值；5.静置5min；

容量转换率＝模组容量/最小单电芯容量(组成模组的各单电芯中最小的容量值)；

备注：单体电芯的电压上下限跟电芯有正负极的主材决定，如例中的磷酸铁锂上下限电压为：3.65V，2.5V；镍钴锰酸锂上下限电压为：4.2V，2.8V；

各实施例及对比例中的放电过程的温升曲线的获取方式为：

在进行上述充放电的同时使用多路测温仪监控电芯的大面温度，并截取工步4对应的温度变化做成温升曲线。

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

一种锂离子动力电池电芯配组方法，包括以下步骤：

(1)对电芯进行充放电，获取充放电极化电压，并计算出极化电阻比值，具体为：

(1-1)将待组装的电芯静置至少5min；

(1-2)0.5～1C电流进行恒流充电，充到指定电压V_A，V_A为电芯的上限电压-(0.1～0.5)V；

(1-3)静置至少5min，并测试静置后电芯的电压V₁；

(1-4)0.1～0.5C电流进行满充；

(1-6)静置至少5min；

(1-7)0.5～1C电流进行恒流放电，放到指定电压V_B，V_B为电芯的下限电压+(0.1～0.5)V；

(1-8)静置至少5min，并测试静置后电芯的电压V₂；

(1-9)0.1～0.5C电流进行恒流放电至截止下限电压；

(1-10)静置至少5min；

(2)依据电芯的极化电阻比值r对电芯进行分级：将所有电芯的极化电阻比值r由低到高，每隔0.1～0.5进行分组。

(3)对分级后的电芯剔除保有量、交流内阻、自放电分别在保有量均值±3*西格玛之外、交流内阻均值±3*西格玛之外、自放电均值±3*西格玛之外的电芯；

(4)从同一级的电芯中随机挑选电芯组成单元模组。

下面结合实施例和对比例对本发明进行详细说明。

实例1[磷酸铁锂-储能硬壳]

一种100Ah磷酸铁锂储能硬壳电芯的配组方法，包括以下步骤：

(1)将待组装的电芯全部做特殊的充放电流程，具体按照下述步骤进行：

(1-1)静置5min；

(1-2)50A恒流充电到3.55V；

(1-3)静置5min；并测试此时的电芯的电压V₁，V₁均处于3.35～3.38V的范围内；

(1-4)10A恒流充电至3.65V；

(1-5)3.65V恒压充电至5A；

(1-6)静置5min；

(1-7)50A恒流放电至2.7V；

(1-8)静置5min；并测试电芯此时的电压V₂，V₂均处于2.60～2.90V的范围内；

(1-9)10A恒流放电至2.5V；

(1-10)静置5min；

(1-11)根据充放电流程选取步骤(1-3)的电压V₁和步骤(1-8)的电压V₂，计算极化电阻比值r＝(3.55-V₁)/(V₂-2.5V)；r值在0.5～1.3的范围内；

(2)所有电芯的极化电阻比值r由低到高，每隔0.2进行分组，分成1、2、3等若干个级别；

(3)对分级后的电芯剔除电芯保有量、交流内阻、自放电等参数的异常点：保有量500±3g、交流内阻0.2～0.3mΩ、自放电-0.2～0.2mV/h，即保有量、交流内阻、自放电均在保有量均值±3*西格玛、交流内阻均值±3*西格玛、自放电均值±3*西格玛之内的电芯；

(4)从同一级别的电芯中随机挑选电芯组成单元模组。

对本实施例中由6个电芯组成的3个2串的最小单元模组进行充放电测试计算其容量转换率的均值并使用多路测温仪监控电芯在充放电过程中的温度变化，容量转换率的均值较对比例1提高了4.2％。

实例2[镍钴锰酸锂-动力软包]

一种40Ah镍钴锰酸锂动力软包电芯的配组方法，包括以下步骤：

(1-1)静置5min；

(1-2)20A恒流充电到4.0V；

(1-3)静置5min；并测试此时的电芯的电压V₁，V₁均处于3.7～3.85V的范围内；

(1-4)4A恒流充电至4.2V；

(1-5)4.2V恒压充电至2A；

(1-6)静置5min；

(1-7)20A恒流放电至3.0V；

(1-8)静置5min；并测试电芯此时的电压V₂，V₂均处于3.1～3.3V的范围内；

(1-9)4A恒流放电至2.8V；

(1-10)静置5min；

(1-11)根据充放电流程选取步骤(1-3)的电压V₁和步骤(1-8)的电压V₂，计算极化电阻比值r＝(3.55-V₁)/(V₂-2.5V)，r值在0.5～3的范围内；

(2)所有电芯的极化电阻比值r由低到高，每隔0.5进行分组，分成1、2、3等若干个级别；

(3)对分级后的电芯剔除电芯保有量、交流内阻、自放电等参数的异常点：保有量120±3g、交流内阻0.5～0.7mΩ、自放电0～0.2mV/h，即保有量、交流内阻、自放电均在保有量均值±3*西格玛、交流内阻均值±3*西格玛、自放电均值±3*西格玛之内的电芯；

(4)从同一级别的电芯中随机挑选电芯组成单元模组。

对本实施例中由6个电芯组成的3个2串的最小单元模组进行充放电测试计算其容量转换率的均值并使用多路测温仪监控电芯在充放电过程中的温度变化，容量转换率的均值较对比例1提高了4.5％。

对比例1[磷酸铁锂-储能硬壳]

(1)选取性能参数符合以下标准的电芯：保有量500±3g、交流内阻0.2～0.3mΩ、自放电-0.2～0.2mV/h，即保有量、交流内阻、自放电均在保有量均值±3*西格玛、交流内阻均值±3*西格玛、自放电均值±3*西格玛之内的电芯；

(2)对容量进行分级：以容量均值-3*西格玛作为分级下限、容量均值+3*西格玛作为分级上限，容量均值-3*西格玛+m*2Ah自动分级，m为级别，m＝1、2、3……。

(3)从同一级别的电芯中随机挑选电芯组成单元模组。

对本对比例中由6个电芯组成的3个2串的最小单元模组进行充放电测试计算其容量转换率的均值并使用多路测温仪监控电芯在充放电过程中的温度变化，结果如表1所示。

对比例2[镍钴锰酸锂-动力软包]

(1)选取性能参数符合以下标准的电芯：保有量120±3g、交流内阻0.5～0.7mΩ、自放电0～0.2mV/h，即保有量、交流内阻、自放电均在保有量均值±3*西格玛、交流内阻均值±3*西格玛、自放电均值±3*西格玛之内的电芯；

(2)对容量进行分级：以容量均值-3*西格玛作为分级下限、容量均值+3*西格玛作为分级上限，容量均值-3*西格玛+m*0.8Ah自动分级，m为级别，m＝1、2、3……。

(3)从同一级别的电芯中随机挑选电芯组成单元模组。

表1

测试各实施例和对比例中的最小单元模组放电过程的温度变化曲线，结果如图2和3所示，从图中可以看出实例1和2中的3个样品的温升明显低于对比例1和2中3个样品的温升。

上述参照实施例对一种锂离子动力电池电芯配组方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种锂离子动力电池电芯配组方法，其特征在于，包括以下步骤：

(2)依据电芯的极化电阻比值r对电芯进行分级；

(4)将同一级的电芯通过串并联自动成组；

所述步骤(1)具体包括以下步骤：

(1-1)将待组装的电芯静置；

(1-2)0.5～1C电流进行恒流充电，充到指定电压V_A；

(1-3)静置，并测试静置后电芯的电压V₁；

(1-4)0.1～0.5C电流进行满充；

(1-5)再在步骤(1-4)的满充电压下恒压充电至电流下降到0.02～0.05C；

(1-6)静置；

(1-7)0.5～1C电流进行恒流放电，放到指定电压V_B；

(1-8)静置，并测试静置后电芯的电压V₂；

(1-9)0.1～0.5C电流进行恒流放电至截止下限电压；

(1-10)静置；

(1-11)计算出极化电阻比值，极化电阻比值r＝(V_A-V₁)/(V₂-V_B)；

步骤(1-2)中，V_A为电芯的上限电压-(0.1～0.5)V；

步骤(1-7)中，V_B为电芯的下限电压+(0.1～0.5)V。

2.根据权利要求1所述的锂离子动力电池电芯配组方法，其特征在于，步骤(2)中，将所有电芯的极化电阻比值r由低到高，每隔0.1～0.5进行分组。

3.根据权利要求1所述的锂离子动力电池电芯配组方法，其特征在于，步骤(3)中，剔除保有量、交流内阻、自放电分别在保有量均值±3*西格玛之外、交流内阻均值±3*西格玛之外、自放电均值±3*西格玛之外的电芯。

4.根据权利要求1所述的锂离子动力电池电芯配组方法，其特征在于，所述静置的时间至少为5min。

5.根据权利要求1所述的锂离子动力电池电芯配组方法，其特征在于，步骤(4)中，从同一级的电芯中随机挑选电芯组成单元模组。

6.一种由权利要求1-5任意一项所述的配组方法配组得到的锂离子动力电池。