一种梯次利用动力电池安全性评价方法及系统

技术领域

本发明属于电动汽车和储能技术领域，具体涉及一种梯次利用动力电池安全性评价方法及系统。

背景技术

我国已成为全球最大的新能源汽车生产和销售国家，到2019年底，我国新能源汽车保有量超过380万量，目前，新能源汽车主要以锂离子动力电池作为动力来源，到2019年底，动力电池累计装车量超过200GWh。动力电池在车载使用阶段其性能不断衰退，并且电池之间的性能差异越越来越大。当电池性能不能满足新能源汽车的应用需求时，就要从车上退役下来。在退役下来的动力电池中，很大一部分还具有较高的剩余能量，这些电池有可能应用于对性能要求较低的场合，实现动力电池的梯次利用。

针对新电池，国家目前出台了较为完备的安全技术标准，如现有技术中规定了电动汽车和电力储能等应用场景下对新电池安全性能的检测方法及标准，内容包括过充电、过放电、短路、跌落、振动、加热、挤压、针刺、海水侵泡、温度循环、低气压等测试项目，测试方法几乎涵盖模拟了各种可能导致新电池安全风险的因素，并规定了统一合理的标准。然而针对梯次利用动力电池，还没有相关的安全性评价标准，因梯次利用还属于新兴的应用市场，目前现有技术中均不涉及安全性评价，这对梯次利用市场的发展非常不利，且具有很高的安全隐患。相比于新电池，梯次利用电池经过长期使用，电池容量衰减、性能、安全性、一致性明显变差；在使用场景上，梯次利用电池的使用更为温和，使用强度更低、环境更稳定。因此需要根据梯次利用动力电池的特点，科学地、有针对性地设计其安全性测试方法以及评价标准。以此来规范梯次利用动力电池安全性评价，提升动力电池梯次利用的安全性和经济性。

发明内容

为克服现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种梯次利用动力电池安全性评价方法及系统，该方法可以为动力电池在梯次利用前进行安全性测试提供科学的测试方法以及标准，补全此方面的标准空白，为剔除安全性差的退役动力电池提供理论依据，以提高梯次利用动力电池运行的安全性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种梯次利用动力电池安全性评价方法，

测试梯次利用动力电池充放电后的安全评价参数；

判断安全评价参数与对应设定阈值之间的关系；

根据判断的关系得到梯次利用动力电池安全性评价结果；

所述的安全评价参数为如下参数的至少一种，电池充放电过程中温升，电池的容量保持率和电池的内阻增长率。

本发明进一步的改进在于，若电池的容量保持率低于设定阈值、内阻增长率大于设定阈值或最高温升超过设定阈值，则判定电池为安全风险电池。

本发明进一步的改进在于，电池的容量保持率通过下式计算：

Δ

式中，Δ

本发明进一步的改进在于，电池的实际可用容量C

本发明进一步的改进在于，电池的内阻增长率通过以下过程计算：

ΔDCR＝(DCR

式中，ΔDCR为电池内阻增长率，DCR

本发明进一步的改进在于，电池50％SOC放电直流内阻DCR

本发明进一步的改进在于，根据实际容量调整SOC至50％SOC的具体过程为：取标准放电容量为实际容量C

本发明进一步的改进在于，电池充放电过程中最高温升的设定阈值为15℃；测试电池充放电过程中温升的具体过程为：将电池使用1C放电至放电截止条件，静置1h，记录初始温度；然后对电池进行标准充电、标准放电和标准充电，检测标准充电、标准放电和标准充电过程中的电池的温度，与初始温度相比，得到温升。

本发明进一步的改进在于，标准充电、标准放电和标准充电的具体过程为：对电池使用1C充电至充电截止条件，静置30min；然后使用1C放电至放电截止条件，静置30min；再使用1C充电至充电截止条件，静置30min。

一种梯次利用动力电池安全性评价系统，包括：

测试模块，用于测试梯次利用动力电池充放电后的安全评价参数；

判断模块，用于判断安全评价参数与对应设定阈值之间的关系；根据判断的关系得到梯次利用动力电池安全性评价结果；所述的安全评价参数为如下参数的至少一种，电池充放电过程中温升，电池的容量保持率和电池的内阻增长率。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果：

本发明针对梯次利用电池性能及应用场景等特点，通过测试梯次利用动力电池充放电后的安全评价参数，判断安全评价参数与对应设定阈值之间的关系；根据判断的关系得到梯次利用动力电池安全性评价结果；本发明中容量保持率、内阻增长率与充放电产热可以较完备且无损的测试电池的安全性能；本发明中测试过程保证了操作的简易性和可执行性，判定标准则根据电池本身电化学机理及大量实际应用数据支撑，科学、合理的设定了阈值，本发明在实际实施中比较容易操作和实现，具有较高的应用价值，对梯次利用产业的发展具有积极的意义，弥补了梯次利用动力电池安全性评价方面的空白。本发明可以为动力电池在梯次利用前进行安全性测试提供科学的测试方法以及标准，为剔除安全风险高的退役动力电池提供理论依据，以此提高梯次利用动力电池运行的安全性。该评价标准在电化学储能、动力电池梯次利用等领域具有重要意义。

具体实施方式

下面对本发明进行详细说明。

本发明介绍一种梯次利用动力电池安全性评价方法，主要针对梯次利用电池性能特点、使用环境特点，进行针对性的安全性测试。梯次利用电池特点有：(1)电池出厂已经过安全性能验证，无设计缺陷，经过长期使用后性能降低、安全性降低。(2)经过长期使用，电池衰减情况不同，一致性差，不能通过抽查的方法验证整批梯次利用电池。所以进行破坏性的安全性实验意义不大，可更多从电池外观、析锂情况、衰减情况、充放电过程中产热情况作为安全性验证的方法依据。(3)使用环境更为温和、稳定。使用强度更低。基于以上特点，结合锂电池本身电化学性能以及大批量电池实际投运情况，设计了安全性评价方法标准。该评价标准可以为动力电池在梯次利用前进行安全性测试提供科学的测试方法以及标准，实现无损、可靠、科学的安全性能测试，补全此方面的标准空白。

本发明中的动力电池即为蓄电池，蓄电池包括功率型电池和能量型电池。

测试梯次利用动力电池充放电后的安全评价参数；

判断安全评价参数与对应设定阈值之间的关系；

根据判断的关系得到梯次利用动力电池安全性评价结果；

所述的安全评价参数为如下参数的至少一种，电池充放电过程中温升，电池的容量保持率和电池的内阻增长率。

若电池的容量保持率低于设定阈值、内阻增长率大于设定阈值或最高温升超过设定阈值，则判定电池为安全风险电池。

具体包括以下步骤：

1)外观

在良好的光线条件下，用目测法检查蓄电池外观，动力电池气味及外观应符合以下要求：

a)无漏液，无刺激性气味及液体残留痕迹；

b)无鼓包、胀气；

c)软包电池单体表面无突起颗粒(析锂痕迹)。

2)容量及容量保持率

(1)在室温25℃±2℃下，进行环境适应，直到单体电池温度与目标环境温度差值不超过2℃；

(2)在室温25℃±2℃下，进行标准循环，包括一个标准放电过程和标准充电过程，步骤如下：

a)标准放电：使用1C或按照制造商推荐的放电机制放电至制造商规定的放电截止条件，静置30min；

b)标准充电：使用1C充电至制造商规定的充电截止条件或按照制造商推荐的充电机制充电，静置30min。

(如果标准循环和一个新的测试之间时间间隔长于24h，则需要重新进行一次标准充电)

(3)在室温25℃±2℃下，以1C恒流放电至制造商制定的截止条件下停止；

(4)测试结束。步骤(3)的放电容量为蓄电池的实际可用容量C

Δ

(5)如果蓄电池的容量保持率低于60％，则判定为安全风险电池。

3)内阻及内阻增长率

测试方法如下：

(1)在室温25℃±2℃下，进行环境适应，直到单体电池温度与目标环境温度差值不超过2℃；

(2)在室温25℃±2℃下，进行标准充电，即使用1C充电至制造商规定的充电截止条件或按照制造商推荐的充电机制充电，静置30min；

(3)在室温25℃±2℃下，进行标准循环，包括一个标准放电过程和标准充电过程，步骤如下：

a)标准放电：使用1C或按照制造商推荐的放电机制放电至制造商规定的放电截止条件，静置30min；

b)标准充电：使用1C充电至制造商规定的充电截止条件或按照制造商推荐的充电机制充电，静置30min。

(如果标准循环和一个新的测试之间时间间隔长于24h，则需要重新进行一次标准充电)

(4)在室温25℃±2℃下，调整SOC至目标值，第一次调整SOC至50％。调整SOC至试验目标值50％的方法是：取步骤(3)中标准放电容量为实际容量C

(5)在室温25℃±2℃下，功率型电池5C倍率放电10s，容量型电池以2C倍率放电10s。

(6)在室温25℃±2℃下，按照GB/T 31467.1-2015中第7.2.3条提供的公式，计算电池50％SOC放电直流内阻DCR

(7)电池初始50％SOC放电直流内阻为DCR

ΔDCR＝(DCR

(8)功率型电池内阻增长率大于120％，能量型电池内阻增长率大于60％，则判定为安全风险电池。

4)充放电产热

(1)使用热电偶或红外等感温装置检测电池充放电过程温升，使用热电偶检测时，将热电偶固定于电池表面，须不少于3个监测点，包括电池顶部、中间、底部等位置。

(2)在室温25℃±2℃下，使用1C或按照制造商推荐的放电机制放电至制造商规定的放电截止条件，静置1h或直到单体电池温度与目标环境温度差值不超过2℃，记录各检测点初始温度T

(3)在室温25℃±2℃下，进行标准充电，即使用1C充电至制造商规定的充电截止条件或按照制造商推荐的充电机制充电，静置30min；

(4)在室温25℃±2℃下，进行标准循环，包括一个标准放电过程和标准充电过程，步骤如下：

a)标准放电：使用1C或按照制造商推荐的放电机制放电至制造商规定的放电截止条件，静置30min；

b)标准充电：使用1C充电至制造商规定的充电截止条件或按照制造商推荐的充电机制充电，静置30min。

(5)检测步骤(3)～步骤(4)过程中电芯各位置温度变化，与初始温度T

本发明针对梯次利用电池性能及应用场景等特点，设计了对梯次电池安全性测试项目、操作流程及标准。外观、容量保持率、内阻增长率、充放电产热等四个项目可以较完备且无损的测试电池的安全性能；测试流程保证了操作的简易性和可执行性，判定标准则根据电池本身电化学机理及大量实际应用数据支撑，科学、合理的设定了安全阈值，本发明所采用的测试标准在实际实施中比较容易操作和实现，具有较高的应用价值。对梯次利用产业的发展具有积极的意义。

本发明提供4个测试梯次利用电池单体的测试项目组成一个完备、无损、科学的安全标准测试体系(外观、容量保持率、内阻增长率、充放电产热)；4个项目的安全风险判定阈值；4个项目具体的测试流程，包括测试电流、SOC状态，计算方法，电池表面温度检测位点等。

一种梯次利用动力电池安全性评价系统，包括：

测试模块，用于测试梯次利用动力电池充放电后的安全评价参数；

判断模块，用于判断安全评价参数与对应设定阈值之间的关系；根据判断的关系得到梯次利用动力电池安全性评价结果；所述的安全评价参数为如下参数的至少一种，电池充放电过程中温升，电池的容量保持率和电池的内阻增长率。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。