一种锂离子电池梯次利用分选方法

技术领域

本公开一般涉及动力电池回收技术领域，具体涉及一种锂离子电 池梯次利用分选方法。

背景技术

锂离子电池作为电动汽车的动力供应源，决定了运输的可靠和安 全。随着电动汽车的数量逐步提升，退役电池越来越多，如何处理和 利用退役动力电池就成为一个迫待解决的问题。如果全部报废处理， 没有尽量发挥其残余价值，会提高电动汽车的使用成本。通常会对动 力电池进行二次利用，将退役电池剩余的容量性能使用于其性能满足 的其他应用领域。

然而，从电动汽车上退役下来的动力电池，其电池健康状态并不 一致，不能直接进行二次利用，必须对退役下来的动力电池进行严格 筛选，剔除出一致性较差和健康状态不合格的问题电池，只有通过合 理的筛选，二次利用才能保障其价值充分发挥。

对于从电动汽车上退役下来的动力电池在配组前，通常是根据电 池的容量参数作为筛选和配组的依据。而就目前已有的动力电池而言， 由于系统设计的缺陷、使用条件的差异等问题，造成健康度变化因素 比较复杂，电池数据的离散性变强，电池之间的不一致性大，分选准 确率低，不适用于二次利用的筛选和配组方法。因此，我们提出一种 锂离子电池梯次利用分选方法，用以解决上述的由于动力电池健康度 因素比较复杂，电池之间不一致性大，测试工作量较大，且分选准确 率低的问题。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种提高分选准确 性，减少电池测试工作量，满足电池梯次利用需求且易于实现的锂离 子电池梯次利用分选方法。

第一方面，本申请提供一种锂离子电池梯次利用分选方法，包括 以下步骤：

获取待分选电池的特征数据，所述特征数据包括阻抗数据与压降 数据；

提取所述阻抗数据的阻抗特征与所述压降数据的压降特征；

将所述阻抗特征与压降特征作为电池分选指标的特征类别；

按不同特征类别参数聚类分选待分选电池。

根据本申请实施例提供的技术方案，采用以下方法获取待分选电 池的特征数据，所述特征数据包括阻抗数据与压降数据：

对若干待分选电池充电，至每个待分选电池的电荷状态均为 100％；

将充电后的待分选电池静置至少30分钟；

对静置后的待分选电池进行交流阻抗谱(EIS)测试，获取待分选 电池的电荷转移阻抗数据，并记录；

对上述的待分选电池进行高倍率脉冲放电，获取待分选电池脉冲 放电的时间数据，并记录；

将放电后的待分选电池静置至少30分钟；

根据以下公式计算待分选电池基于所述时间数据的等时间压降：

V

其中，V

得到阻抗数据和压降数据。

根据本申请实施例提供的技术方案，采用以下方法按不同特征类 别参数聚类分选待分选电池：

根据以下公式计算各特征类别内部的各空间点到对应的聚类中心 的距离平方和以及各特征类别的距离平方和最小值；

其中，x

通过反复迭代，判断当前距离平方和数值与其上一次迭代的距离 平方和数值是否相同；

若数值相同则聚类结束；

若数值不相同则重新按照聚类的距离最近准则分配空间点，直至 所有空间点的距离平方和不变或迭代次数超出设置阈值，则聚类结束；

按不同特征类别的聚类中心划分数据，完成对待分选电池的分选。

根据本申请实施例提供的技术方案，采用以下方法按照聚类的距 离最近准则分配空间点：

按均匀分布原则确定K个聚类中心；

计算各个空间点到所述的K个聚类中心的距离；

根据距离最近准则分配空间点，并给与其最相似的聚类；

选取最接近各个聚类均值的对象作为新的聚类中心；

计算所有空间点到其所在的新的聚类中心的距离平方和；

判断当前距离平方和与其上一次迭代的数值是否相同；

若相同则聚类结束；

若不相同则重复上述步骤。

根据本申请实施例提供的技术方案，根据以下方法对电池等级划 分：

基于特征类别参数将电池寿命划分为四个等级；

将不同等级对应的电池重新成组，按梯次利用。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述的四个等级分别为：A 等级、B等级、C等级和D等级；

其中，A等级表示SOH(健康度)在100-75％范围内；B等级表 示SOH(健康度)在75-50％范围内；C等级表示SOH(健康度)在 50-25％范围内；D等级表示SOH(健康度)在20-0％范围内。

第二方面，本申请提供一种基于上述的一种锂离子电池梯次利用 分选方法的系统，包括：处理模块、电源模块、采集模块、电池运输 模块和电池存储模块；

所述电源模块，用于为待分选电池充电；

所述采集模块，用于采集待分选电池在交流阻抗谱测试中的阻抗 数据，以及其在高倍率脉冲放电过程中，产生的压降数据；

所述处理模块，用于对所述的阻抗数据与压降数据进行提取，得 到阻抗特征与压降特征；

所述电池运输模块，用于根据阻抗特征与压降特征，将待分选电 池分送至所述电池存储模块；

所述电池存储模块，用于依据不同的电池寿命等级，将接收的待 分选电池分别存储至相应的等级。

第三方面，本申请提供一种服务端，包括存储器、处理器以及存 储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理 器执行所述计算机程序时实现如上述的一种锂离子电池梯次利用分选 方法的步骤。

第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可 读存储介质有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上 述的一种锂离子电池梯次利用分选方法的步骤。

综上所述，本技术方案具体地公开了一种锂离子电池梯次利用分 选方法的具体流程。本申请具体地通过获取待分选电池的阻抗数据与 压降数据，并提取阻抗数据的阻抗特征与压降数据的压降特征，作为 电池分选指标的特征类别，通过按不同特征类别参数聚类分选待分选 电池，实现对锂离子电池的梯次利用；相较于利用电池容量分选锂离 子电池，本方案有效降低检测时间，减少电池测试工作量，并且在实 际操作过程中，不会对电池本身造成破坏，降低测试成本。

进一步地，按照特征距中心点的欧式距离作为分选的依据，提高 电池分类准确性，同时可满足电池梯次利用需求。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描 述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为一种锂离子电池梯次利用分选方法的流程示意图。

图2为锂离子电池梯次利用分选系统的流程示意图。

图3为计算机程序的原理框图。

图4为容量衰减趋势图。

图5为EIS电荷转移阻抗趋势图。

图6为等时间压降趋势图。

图7为梯次利用分选结果图。

图中标号：100、处理模块；101、电源模块；102、采集模块；103、 电池运输模块；104、电池存储模块；

501、CPU；502、ROM；503、RAM；504、总线；505、I/O接口； 506、输入部分；507、输出部分；508、存储部分；509、通信部分； 510、驱动器；511、可拆卸介质。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解 的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发 明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与 发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例 中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本 申请。

实施例一

请参考图1所示的本申请提供的一种锂离子电池梯次利用分选方 法的第一种实施例的结构示意图，包括以下步骤：

获取待分选电池的特征数据，所述特征数据包括阻抗数据与压降 数据；

提取所述阻抗数据的阻抗特征与所述压降数据的压降特征；

将所述阻抗特征与压降特征作为电池分选指标的特征类别；

按不同特征类别参数聚类分选待分选电池。

在本实施例中，获取待分选电池的特征数据，所述特征数据包括 阻抗数据与压降数据；

具体地，以恒流恒压对若干待分选电池充电，至每个待分选电池 的电荷状态均为100％；

将充电后的待分选电池静置至少30分钟；

对静置后的待分选电池进行交流阻抗谱(EIS)测试，获取待分选 电池的电荷转移阻抗数据，并记录；

对上述的待分选电池进行高倍率脉冲放电，获取待分选电池脉冲 放电的时间数据，并记录；

将放电后的待分选电池静置至少30分钟；

根据以下公式计算待分选电池基于所述时间数据的等时间压降：

V

其中，V

得到阻抗数据和压降数据。

此处，如图4所示，当锂离子电池容量衰减为初始容量的80％时， 被认为淘汰，即0％健康状态，此时共循环150周期；

通过皮尔逊相关性分析，如图5、图6所示，获取阻抗与电池容 量、压降与电池容量的相关性系数，相关性分别为90.2％和85.6％， 两个系数均在80％以上，均满足作为反应容量的指标条件；利用阻抗 与压降作为相关特征，此时锂离子电池的循环周期，与按电池容量指 标分选相比，可大幅缩减检测时间；

基于上述内容，提取所述阻抗数据的阻抗特征与所述压降数据的 压降特征；

将所述阻抗特征与压降特征作为电池分选指标的特征类别；

按不同特征类别参数聚类分选待分选电池；

具体地，选取欧式距离作为相似性和距离判断准则，根据以下公 式计算各特征类别内部的各空间点到对应的聚类中心的距离平方和以 及各特征类别的距离平方和最小值；

其中，x

进一步地，各等级特征的聚类中心如下，

两类特征分别为：A等级：R＝0.025，V＝0.09；B等级：R＝0.034， V＝0.15；C等级：R＝0.040，V＝0.21；D等级：R＝0.045，V＝0.34；

通过反复迭代，判断当前距离平方和数值与其上一次迭代的距离 平方和数值是否相同；

若数值相同则聚类结束；

若数值不相同则重新按照聚类的距离最近准则分配空间点，直至 所有空间点的距离平方和不变或迭代次数超出设置阈值，则聚类结束；

按不同特征类别的聚类中心划分数据，完成对待分选电池的分选。

其中：

按照聚类的距离最近准则分配空间点：

按均匀分布原则确定K个聚类中心；

计算各个空间点到所述的K个聚类中心的距离；

根据距离最近准则分配空间点，并给与其最相似的聚类；

选取最接近各个聚类均值的对象作为新的聚类中心；

计算所有空间点到其所在的新的聚类中心的距离平方和；

判断当前距离平方和与其上一次迭代的数值是否相同；

若相同则聚类结束；

若不相同则重复上述步骤。

在任一优选的实施例中，根据以下方法对电池等级划分：

基于特征类别参数将电池寿命划分为四个等级；

将不同等级对应的电池重新成组，按梯次利用。

在本实施例中，基于特征类别参数将电池寿命划分为四个等级；

具体地，按健康状态划分寿命等级，四个等级分别为：A等级、 B等级、C等级和D等级；

其中，A等级表示SOH(健康度)在100-75％范围内；B等级表 示SOH(健康度)在75-50％范围内；C等级表示SOH(健康度)在 50-25％范围内；D等级表示SOH(健康度)在20-0％范围内；

最后，如图7所示，将不同等级对应的电池重新成组，按梯次利 用。

其中：

在聚类分析过程中，以空间中K个点为例，以空间中K个点为质 心进行聚类，K的值为退役电池梯次利用过程中根据实际需要而确定 的种类数，对距离最近的对象进行归类；

对于给定的一个包含d个维度数据集X＝{x

利用K表示要生成的数据子集的数目；将数据对象划分为K个类 C

上述步骤选取阻抗特征与压降特征作为电池分选指标的特征类 别，利用聚类算法计算各特征类别内的空间点到其相应的聚类中心的 的距离平方和，经过反复迭代获得一系列待分选电池相对应的数据， 依据不同特征类别的聚类中心将上述数据进行划分，进而可将对应的 符合不同特征类别的待分选电池进行聚类分选，划分出不同的电池等 级，有效提高分选的准确性，减少电池测试工作量，满足电池梯次利 用需求。

实施例二

如图2所示，一种基于实施例一所述的一种锂离子电池梯次利用 分选方法的系统，其特征在于，包括：处理模块100、电源模块101、 采集模块102、电池运输模块103和电池存储模块104；

所述电源模块101，用于为待分选电池充电；

所述采集模块102，用于采集待分选电池在交流阻抗谱(EIS)测 试中的阻抗数据，以及其在高倍率脉冲放电过程中，产生的压降数据；

所述处理模块100，用于对所述的阻抗数据与压降数据进行提取， 得到阻抗特征与压降特征；

所述电池运输模块103，用于根据阻抗特征与压降特征，将待分 选电池分送至所述电池存储模块104；

所述电池存储模块104，用于依据不同的电池寿命等级，将接收 的待分选电池分别存储至相应的等级。

在本实施例中，电源模块101，用于为待分选电池充电；此处， 电源模块101的型号，例如为MTR2805D；

采集模块102，用于采集待分选电池在交流阻抗谱(EIS)测试中 的阻抗数据，以及其在高倍率脉冲放电过程中，产生的压降数据；此 处，采集模块102的型号，例如为DK5041DK5041四路输入一路高精 度输出带485通讯数据采集模块；

处理模块100，用于对所述的阻抗数据与压降数据进行提取，得 到阻抗特征与压降特征；此处，处理模块100的类型，例如为西门子 CPU1515T-2PN中央处理器；

电池运输模块103，用于根据阻抗特征与压降特征，将待分选电 池分送至所述电池存储模块104；

电池存储模块104，用于依据不同的电池寿命等级，将接收的待 分选电池分别存储至相应的等级。

实施例三

一种服务端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可 在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所 述计算机程序时实现如实施例一所述的一种锂离子电池梯次利用分选 方法的步骤。

在本实施例中，如图3所示，计算机系统包括中央处理单元 (CPU)501，其可以根据存储在只读存储器(ROM)502中的程序或者从 存储部分加载到随机访问存储器(RAM)503中的程序而执行各种适当 的动作和处理。在RAM503中，还存储有系统操作所需的各种程序和数据。CPU501、ROM502以及RAM503通过总线504彼此相连。输 入/输出(I/O)接口505也连接至总线504。

以下部件连接至I/O接口505：包括键盘、鼠标等的输入部分506； 包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出 部分；包括硬盘等的存储部分508；以及包括诸如LAN卡、调制解调 器等的网络接口卡的通信部分509。通信部分509经由诸如因特网的 网络执行通信处理。驱动器也根据需要连接至I/O接口505。可拆卸介 质511，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安 装在驱动器510上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装 入存储部分508。

特别地，根据本发明的实施例，上文参考流程图1描述的过程可 以被实现为计算机软件程序。例如，本发明的实施例三包括一种计算 机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算 机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例 中，该计算机程序可以通过通信部分从网络上被下载和安装，和/或从 可拆卸介质被安装。在该计算机程序被中央处理单元(CPU)501执行 时，执行本申请的系统中限定的上述功能。

需要说明的是，本发明所示的计算机可读介质可以是计算机可读 信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算 机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红 外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机 可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导 线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只 读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、 便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、 或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以 是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装 置或者器件使用或者与其结合使用。而在本发明中，计算机可读的信 号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中 承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算 机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可 读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行 系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质 上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、 电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例X的系统、 方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点 上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码 的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于 实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的 实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发 生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们 有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的 是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者 可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

描述于本发明实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实 现，也可以通过硬件的方式来实现，所描述的单元也可以设置在处理 器中。其中，这些单元的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的 限定。所描述的单元或模块也可以设置在处理器中，例如，可以描述 为：一种处理器包括第一生成模块、获取模块、查找模块、第二生成 模块及合并模块。其中，这些单元或模块的名称在某种情况下并不构 成对该单元或模块本身的限定，例如，获取模块还可以被描述为“用 于在该基础表中获取多个待探测实例的获取模块”。

作为另一方面，本申请还提供了一种计算机可读介质，该计算机 可读介质可以是上述实施例中描述的电子设备中所包含的；也可以是 单独存在，而未装配入该电子设备中。上述计算机可读介质承载有一 个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被一个该电子设备执行时， 使得该电子设备实现如上述实施例中所述的锂离子电池梯次利用分选 方法。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说 明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限 于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离 所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合 而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于) 具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。