專利名稱：一種鋰二次電池均衡配組方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一種鋰二次電池均衡配組方法及系統(tǒng)屬于二次電池領(lǐng)域，特別是涉及一種鋰離子電池組、均衡保護板和充電器的配套方法及形成的電源系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在有很多關(guān)于電池均衡配組、均衡保護板、均衡充電器、均衡電源系統(tǒng)的專利和文獻。申請?zhí)枮?01110186716.1的中國專利申請介紹了一種鋰二次電池一致性篩選方法，采用多段恒流恒壓充電到某一低荷電狀態(tài)，擱置合適的時間，選擇電壓在某一范圍的電芯，用于配組。不管怎么挑選，兩個電池之間總是有差異的，一致性要求太高，可配組的合格率低；一致性要求太低，配出來的電池組的可靠性低，二者需要權(quán)衡選擇?，F(xiàn)在電芯分檔配組的控制指標(biāo)有容量、電壓、內(nèi)阻等，對自耗電的控制，一般是將電芯荷電態(tài)SOC (State of charge)設(shè)于滿電態(tài)S0C100%或半電態(tài)S0C50%、在室溫或45 50°C擱置設(shè)定時間，以電壓大于等于設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值為合格，或者電壓分檔，即測量電芯電壓并分檔。電壓分檔對自耗電水平有了一定的控制，但充或放電后，由于電芯的差異和測試柜點的差異，電芯電壓本身就不同，電壓分檔不能準(zhǔn)確對自耗電分檔?，F(xiàn)有的自耗電測試分選系統(tǒng)，也有通過電壓差分檔實現(xiàn)的，即測量電壓后擱置設(shè)定時間再測電壓，前后電壓之差，電壓差分檔比電壓分檔有了進步，但不同電壓差檔的電芯其自耗電或自耗電流是不同的，甚至差距很大，并不知道自耗電流和自耗電流極差的大小，不能設(shè)計和明確地控制電池組擱置壽命。標(biāo)準(zhǔn)的測試自耗電的方法是按照國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，測試電池的荷電保持能力，電池或電池組標(biāo)準(zhǔn)充放I周，測出標(biāo)準(zhǔn)容量C5,將電池或電池組標(biāo)準(zhǔn)充電后，在環(huán)境溫度為23°C ± 2°C條件下，將電池或電池組開路擱置28d后，以0.2C5mA電流進行放電至終止電壓，測出擱置后容量C5'，荷電保持能力=CV / C5*100%。損失的部分為自耗電率=(C5- C5' )/ C5*100%。行業(yè)內(nèi)擱置、儲存、組裝電池，多采用滿電態(tài)或半電態(tài)操作。在S0C5(Tl00%區(qū)間，某些類型的電池電壓變化是很不明顯的，比如滿電態(tài)的IOAh磷酸鐵鋰-石墨電池，充飽后開路穩(wěn)定電壓為3.338V，用IA放電lh，放掉了 lAh，SOC為90%，開路穩(wěn)定電壓為3.334V ;用IA再放電lh，又放掉了 lAh，SOC為80%，開路穩(wěn)定電壓為3.332V，雖說現(xiàn)在的電壓測量技術(shù)可以測準(zhǔn)至0.1mV甚至更高精度，但工廠的批量生產(chǎn)中，環(huán)境溫度、空調(diào)風(fēng)向、測量探頭壓力、接觸位置等都會影響電壓測量精度，或者測量顯示值跳躍不定，人工難以確定，機器也只能隨機確定，實際可以測準(zhǔn)至0.f lmV。電池組中各電芯的自耗電流總是有差異的，在儲存、擱置、停放、使用過程中，由于自耗電流的差異，各電芯的一致性尤其是荷電態(tài)SOC總在變化，拉大距離，長此以往，電池組就會失效。電池組需配置均衡保護板，在充電過程中使各電芯的荷電態(tài)SOC趨于一致。如果均衡保護板均衡電流和電芯自耗電流極差不匹配，電芯自耗電流極差太大，充電過程中就不能在合理的充電時間內(nèi)使各電芯的荷電態(tài)SOC趨于一致。如果充電器和均衡保護板均衡能力不匹配，充電器的充電截止電流遠大于均衡保護板均衡電流，均衡尚未開始或剛開始就停止充電，充電過程中也不能使各電芯的荷電態(tài)SOC趨于一致。現(xiàn)在主要的均衡方法有兩種，一種為被動均衡的方法，只在充電時起作用，某一電芯到達均衡啟動電壓時，通過旁路電阻漏掉部分電流，降低高電壓電芯的充電速度，等待電壓低的電芯升高電壓，均衡時會發(fā)熱，均衡效率較低，主要優(yōu)點是價格便宜，這是現(xiàn)在普遍采用的均衡方法。一種為主動均衡的方法，通過電感線圈從電壓高的電芯抽取能量，輸送給電壓低的電芯，能量損耗小，幾乎不發(fā)熱，均衡效率高，這是很好的均衡方法，但是均衡成本太高，是被動均衡方法的3飛倍(相同工作電流的保護板對比)?，F(xiàn)在的鋰二次電池均衡配組方法有不足之處，不能保證自耗電流極差在可控范圍之內(nèi)，不能將自耗電流極差跟均衡保護板均衡電流和充電器充電截止電流做關(guān)聯(lián)設(shè)計，不能有效控制電池組擱置壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的技術(shù)難題，而提供一種應(yīng)用成本較低的一種鋰二次電池均衡配組方法。本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的技術(shù)難題，而提供一種應(yīng)用成本較低的一種鋰二次電池均衡配組系統(tǒng)。對帶無均衡保護板的電池組研究了自耗電差異及擱置時間、容量差異、內(nèi)阻差異、充電恒流比差異對電池組充放電性能的影響，發(fā)現(xiàn)自耗電差異及擱置時間是最主要的影響因素，容量差異的影響因素居其次，內(nèi)阻差異和充電恒流比差異影響較小。電池組失效的大多數(shù)原因是電池組中某只電芯電壓特別低甚至零壓，測試同組電芯自耗電，該低壓電芯自耗電較大。我們研究電池組擱置壽命與自耗電流極差的關(guān)系，得到表I。表1、電池組擱置壽命 與自耗電流極差
權(quán)利要求
1.一種鋰二次電池均衡配組方法，以自耗電流為控制基準(zhǔn)，通過對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系，以電壓差值為測量控制值，選擇自耗電流和電壓差同檔的電芯配組。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰二次電池均衡配組方法，其特征是: 以自耗電流Ic的大小分為一個以上的檔，檔數(shù)h，以電壓差Λ V的大小分為與自耗電流相對應(yīng)的檔，選擇自耗電流和電壓差同檔的電芯配組，就能控制電池組自耗電流極差； Ic-自耗電流，單位mA，電芯按室溫滿電擱置28天測出的自耗電率，計算出自耗電流；AV-電壓差，單位mV，定點電壓充電后穩(wěn)定電壓VO與擱置設(shè)定時間t后電壓Vt的差值，t=l 28 天，AV= VO- Vt ； VO-定點電壓充電后穩(wěn)定電壓，單位mV，是定點電壓充電后開路擱置，每小時測量記錄I次電壓，2次之間電壓差小于lmV，認(rèn)為穩(wěn)定電壓； Vt-定點電壓充電后擱置設(shè)定時間t后電壓,單位mV。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鋰二次電池均衡配組方法，其特征是: 自耗電流分檔，設(shè)定合格自耗電流Ics，Ic≤Ics為合格，以WIcs為檔距，W=0.05、.5，檔次為(0，WIcs]，(fflcs,2 fflcs], (2 fflcs,3 WIcs],…((h-l)fflcs, h WIcs], hW=l，檔數(shù)h彡1/W，檔數(shù)h ； Ics ( 0.0002232C5，相當(dāng)于自耗電率小于等于15%的電芯為自耗電流合格； 同檔自耗電流極差A(yù)Ic=WIcs Δ Ic-自耗電流極差，單 位mA，同組電芯按室溫滿電28天測出的自耗電，計算出自耗電流，最大值與最小值之差； Ics-設(shè)定的自耗電流標(biāo)準(zhǔn)，單位mA ； W-自耗電流分檔系數(shù)，無單位； h-自耗電流分檔的檔數(shù)，單位檔； Ic-自耗電流，單位mA，電芯按室溫滿電擱置28天測出的自耗電率，計算出自耗電流；電壓差A(yù)V分檔，將電芯恒流恒壓充電到選擇的電壓敏感區(qū)中一定點電壓值Vc，電芯在室溫擱置時間t，測試系列Ic、Λ V值，根據(jù)所分自耗電流極差Λ Ic檔次確定電壓差檔次，電芯室溫擱置時間t為f 28天。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鋰二次電池均衡配組方法，其特征是: 自耗電流分檔，設(shè)定合格自耗電流Ics，Ic≤Ics為合格，以WIcs為檔距，W=0.05、.5，檔次為(0，WIcs], (WIcs,2 WIcs], (2 WIcs, 3 WIcs]，…((h-l)fflcs, h WIcs], hW=l，檔數(shù)h彡1/W，檔數(shù)h ； Ics ( 0.0002232C5，相當(dāng)于自耗電率小于等于15%的電芯為自耗電流合格； 同檔自耗電流極差A(yù)Ic=WIcs Δ Ic-自耗電流極差，單位mA，同組電芯按室溫滿電28天測出的自耗電，計算出自耗電流，最大值與最小值之差； Ics-設(shè)定的自耗電流標(biāo)準(zhǔn)，單位mA ； W-自耗電流分檔系數(shù)，無單位； h-自耗電流分檔的檔數(shù)，單位檔； Ic-自耗電流，單位mA，電芯按室溫滿電擱置28天測出的自耗電率，計算出自耗電流； 電壓差△ V分檔，將電芯恒流恒壓充電到選擇的電壓敏感區(qū)某一定點電壓值Vc，開路擱置，每小時測量記錄I次電壓值，直至2次之間電壓差異小于lmV，作為電芯擱置初始電壓V0，在室溫擱置適當(dāng)時間t，t=l 28天，測量電壓Vt，擱置t時間的電壓差M ； 測量不同AV的電芯其AV跟滿電態(tài)自耗電流Ic的對應(yīng)關(guān)系，擬合出Ic-AV方程；Ic= f(AV) 擬合到相關(guān)系數(shù)R2≥0.99，擬合出Ic- Λ V方程； 將電芯恒流恒壓充電到Vc，測量記錄穩(wěn)定電壓V0，擱置時間t，測量記錄電壓Vt，計算AV ； AV= (O, VI]為自耗電合格 AV= (V2，V3]為自耗電同檔 Vl用于控制電池組的最大自耗電，跟Ics對應(yīng)；V2、V3用于控制電池組內(nèi)電芯的最大自耗電極差，跟自耗電流分檔h' WIcs對應(yīng)，h' = (0，h]自然數(shù)；不同AV檔次V2、V3不同，選擇自耗電流同檔的電芯配組，就能控制電池組自耗電流極差。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種鋰二次電池均衡配組方法，其特征是: 電池容量分檔，設(shè)定合格容量Cs，C≥Cs為合格，Cs≥C5,以XCs為檔距，X=0.0Γ0.1，檔次為[Cs, (l+X)Cs), [ (l+X)Cs, (l+2X)Cs), [ (1+2X) Cs，( 1+3X) Cs)，...[ (1+ (i_l)X)Cs，(l+iX)Cs)，檔數(shù)i與檔距XCs和容量分布的大小有關(guān)，一般(1+iX)≤ 1.5，iX≤0.5，i ≤ 0.5/X。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種鋰二次電池均衡配組方法，其特征是: 電池內(nèi)阻分檔，設(shè)定合格內(nèi)阻Rs，Rs為合格，以YRs為檔距，Y=0.05、.5，檔次為(O, YRs], (YRs, 2YRs], (2YRs, 3YRs],...((j_l) YRs，jYRs]，jY =1，檔數(shù) j=l/Y。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種鋰二次電池均衡配組方法，其特征是: 電池恒流比分檔，設(shè)定合格恒流比Ccs，Cc≥Ccs為合格，以ZCcs為檔距，Z=0.θΓθ.1，檔次為，[Ccs，(l+Z)Ccs)，[ (l+Z)Ccs, (l+2Z)Ccs), [ (1+2Z) Ccs, (1+3Z) Ccs),...[ (1+(k_l) Z) Ccs, (1+kZ) Ccs), (1+kZ) Ccs ^ I, k ≤ (I/ Ccs-1) /Z,檔數(shù) k。
8.一種鋰二次電池均衡配組系統(tǒng)，包括鋰二次電池組，均衡保護板，充電器組成，其特征是:鋰二次電池以滿電態(tài)自耗電流為控制基準(zhǔn)，通過對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系，以電壓差值為測量控制值，選擇自耗電流和電壓差同檔的電芯配組。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種鋰二次電池均衡配組系統(tǒng)，其特征是: 鋰二次電池的分檔，以自耗電流Ic的大小分為一個以上的檔，檔數(shù)h，以電壓差A(yù)V的大小分為與自耗電流相對應(yīng)的檔，選擇自耗電流和電壓差同檔的電芯配組，就能控制電池組自耗電流極差； Ic-自耗電流，單位mA，電芯按室溫滿電擱置28天測出的自耗電率，計算出自耗電流； AV-電壓差，單位mV，定點電壓充電后穩(wěn)定電壓VO與擱置設(shè)定時間t后電壓Vt的差值，t=l 28 天，AV= VO- Vt ； VO-定點電壓充電后穩(wěn)定電壓，單位mV，是定點電壓充電后開路擱置，每小時測量記錄I次電壓，2次之間電壓差小于lmV，認(rèn)為穩(wěn)定電壓； Vt-定點電壓充電后擱置設(shè)定時間t后電壓,單位mV ；自耗電流分檔，設(shè)定合格自耗電流Ics，Ic≥Ics為合格，以WIcs為檔距，W=0.05、.5，檔次為(0，WIcs], (WIcs,2 WIcs], (2 WIcs, 3 WIcs]，…((h-l)fflcs, h WIcs], hW=l，檔數(shù)h彡1/W，檔數(shù)h ； Ics ( 0.0002232C5，相當(dāng)于自耗電率小于等于15%的電芯為自耗電流合格； 同檔自耗電流極差A(yù)Ic=WIcs Δ Ic-自耗電流極差，單位mA，同組電芯按室溫滿電28天測出的自耗電，計算出自耗電流，最大值與最小值之差； Ics-設(shè)定的自耗電流標(biāo)準(zhǔn)，單位mA ； W-自耗電流分檔系數(shù)，無單位； h-自耗電流分檔的檔數(shù)，單位檔； Ic-自耗電流，單位mA，電芯按室溫滿電擱置28天測出的自耗電率，計算出自耗電流；電壓差A(yù)V分檔，將電芯恒流恒壓充電到選擇的電壓敏感區(qū)某一定點電壓值Vc，開路擱置，每小時測量記錄I次電壓值，直至2次之間電壓差異小于lmV，作為電芯擱置初始電壓V0，在室溫擱置適當(dāng)時間t， =Γ28天，測量電壓Vt，擱置t時間的電壓差M ' 測量不同AV的電芯其Λ V跟滿電態(tài)自耗電流Ic的對應(yīng)關(guān)系，擬合出Ic-Λ V方程； Ic= f(AV) 擬合到相關(guān)系數(shù)R2彡0.99，擬合出Ic- Λ V方程； 將電芯恒流恒壓充電到Vc，測量記錄穩(wěn)定電壓V0，擱置時間t，測量記錄電壓Vt，計算AV ； AV=(0, VI]為自耗電合格 AV= (V2，V3]為自耗電 同檔 Vl用于控制電池組的最大自耗電，跟Ics對應(yīng)；V2、V3用于控制電池組內(nèi)電芯的最大自耗電極差，跟自耗電流分檔h' WIcs對應(yīng)，h' = (0，h]自然數(shù)；不同AV檔次V2、V3不同，選擇自耗電流同檔的電芯配組，就能控制電池組自耗電流極差； 均衡保護板的均衡電流是配組設(shè)計的自耗電流極差的10(Γ1000倍，Ib=IOOA Ic 1000 Λ Ic ； 充電器充電截止電流應(yīng)是均衡保護板均衡電流的f 10倍，Icut= Ib ^lOIb0
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種鋰二次電池均衡配組系統(tǒng)，其特征是: 鋰二次電池的分檔，以自耗電流Ic的大小分為一個以上的檔，檔數(shù)h，以電壓差A(yù)V的大小分為與自耗電流相對應(yīng)的檔，選擇自耗電流和電壓差同檔的電芯配組，就能控制電池組自耗電流極差； Ic-自耗電流，單位mA，電芯按室溫滿電擱置28天測出的自耗電率，計算出自耗電流；AV-電壓差，單位mV，定點電壓充電后穩(wěn)定電壓VO與擱置設(shè)定時間t后電壓Vt的差值，t=7 天，AV= VO- Vt ； VO-定點電壓充電后穩(wěn)定電壓，單位mV，是定點電壓充電后開路擱置，每小時測量記錄I次電壓，2次之間電壓差小于lmV，認(rèn)為穩(wěn)定電壓； Vt-定點電壓充電后擱置設(shè)定時間t=7天后電壓,單位mV ； 自耗電流分檔，設(shè)定合格自耗電流Ics，Ic ( Ics為合格，以WIcs為檔距，W=0.2^0.3，檔次為(0，WIcs], (WIcs,2 WIcs], (2 WIcs, 3 WIcs]，…((h-l)fflcs, h WIcs], hW=l，檔數(shù)h彡1/W，檔數(shù)h ; Ics彡0.0002232C5，相當(dāng)于自耗電率小于等于15%的電芯為自耗電流合格；同檔自耗電流極差A(yù)Ic=WIcs Δ Ic-自耗電流極差，單位mA，同組電芯按室溫滿電28天測出的自耗電，計算出自耗電流，最大值與最小值之差； Ics-設(shè)定的自耗電流標(biāo)準(zhǔn)，單位mA ； W-自耗電流分檔系數(shù)，無單位； h-自耗電流分檔的檔數(shù)，單位檔； Ic-自耗電流，單位mA，電芯按室溫滿電擱置28天測出的自耗電率，計算出自耗電流；電壓差△ V分檔，將電芯恒流恒壓充電到選擇的電壓敏感區(qū)某一定點電壓值Vc，開路擱置，每小時測量記錄I次電壓值，直至2次之間電壓差異小于lmV，作為電芯擱置初始電壓V0，在室溫擱置適當(dāng)時間t，t=7天，測量電壓Vt，擱置t=7天的電壓差M ' 測量不同AV的電芯其Λ V跟滿電態(tài)自耗電流Ic的對應(yīng)關(guān)系，擬合出Ic-Λ V方程； Ic= f(AV) 擬合到相關(guān)系數(shù)R2彡0.99，擬合出Ic- Λ V方程； 將電芯恒流恒壓充電到Vc，測量記錄穩(wěn)定電壓V0，擱置時間t，測量記錄電壓Vt，計算AV ； AV= (O, VI]為自耗電 合格 AV= (V2，V3]為自耗電同檔 Vl用于控制電池組的最大自耗電，跟Ics對應(yīng)；V2、V3用于控制電池組內(nèi)電芯的最大自耗電極差，跟自耗電流分檔h' WIcs對應(yīng)，h' = (0，h]自然數(shù)；不同AV檔次V2、V3不同，選擇自耗電流同檔的電芯配組，就能控制電池組自耗電流極差； 電池容量分檔:設(shè)定合格容量Cs，C SCs為合格，Cs SC5，以XCs為檔距，X=0.02、.05，檔次為[Cs, (l+X)Cs), [ (l+X)Cs, (l+2X)Cs), [ (1+2X) Cs，( 1+3X) Cs)，...[ (1+ (i_l)X)Cs，(l+iX)Cs)，檔數(shù)i與檔距XCs和容量分布的大小有關(guān)，一般(1+iX)^ 1.5，iX彡0.5，i( 0.5/X ； 電池內(nèi)阻不分檔:設(shè)定合格內(nèi)阻Rs，R SRs為合格； 電池恒流比不分檔:設(shè)定合格恒流比Ccs, Ce > Ccs為合格； 均衡保護板的均衡電流是配組設(shè)計的自耗電流極差的20(Γ500倍，Ib=200AIc 500AIc ； 充電器的充電截止電流是均衡保護板均衡電流的2飛倍，Icut=2Ib 51b。
全文摘要
本發(fā)明一種鋰二次電池均衡配組方法及系統(tǒng)屬于二次電池領(lǐng)域，鋰二次電池的分檔，以自耗電流Ic的大小分為一個以上的檔，檔數(shù)h，以電壓差ΔV的大小分為與自耗電流相對應(yīng)的檔，選擇自耗電流和電壓差同檔的電芯配組，就能控制電池組自耗電流極差，本發(fā)明方法所配置的電池系統(tǒng)，將自耗電流分檔轉(zhuǎn)化為擱置后電壓差分檔，方便快捷；電芯自耗電流極差、擱置時間、均衡充電周期、均衡電流、充電器截止電流全部在掌控之中，相互匹配，均衡成本較低，充電均衡時間較短；能夠在配組時設(shè)計或預(yù)知電池組的擱置壽命和維護周期，預(yù)估電池組的超長時間擱置后需要多少次充放電能將電池組充平衡；降低電池組壞品率，提高電池組可靠性。
文檔編號H01M10/42GK103178306SQ20111043983
公開日2013年6月26日 申請日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者唐勝成, 曾石華, 成定波, 曾小平 申請人:廣州豐江電池新技術(shù)股份有限公司