一種動力電池梯級利用分選評估方法技術

本發明專利技術涉及一種動力電池梯級利用分選評估方法，該方法為：（1）對從電動汽車上退役下來的動力電池進行外觀識別分選，判斷動力電池是否進入梯級利用環節；（2）對于進入梯級利用環節的動力電池，對其進行性能特性分析，判斷電池是否具有梯級利用價值；（3）對梯級利用動力電池內部微觀結構變化進行檢測，對電池安全性和健康狀態進行評估。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于蓄電池
，具體涉及，具體包括動力電池梯級利用外觀識別分選、性能特性分析、內部結構檢測成像及物相分析等。
技術介紹
電動汽車對動力電池的性能要求較高，當動力電池的容量下降到一定程度后，為了確保電動汽車的動力性能、續駛里程和運行過程中的安全性能，就必須對其進行更換。從電動汽車上更換下來的電池，仍具有較高的剩余容量。鋰離子電池具有比能量高、高溫特性好、循環壽命長等優點，在作為電動汽車動力電池退役后，經過篩選和重新配組，有可能應用于工況相對良好、對電池性能要求相對較低的場合，實現動力電池的梯級利用。動力電池 梯級利用是指在動力電池性能下降、不能滿足電動汽車使用要求后，作為電能蓄放裝置在 其他領域繼續使用。對于從電動汽車上退役下來、有可能進行梯級利用的電池，尚未有電池分選評估概念的提出，也沒有相關的分選評估方法，更未涉及通過對電池內部結構進行無損檢測并三維成像的方法對電池分選評估的報道。鋰離子動力電池在成組使用之前，通常是根據電池的外特性參數，包括電池的容量、內阻、充放電曲線、自放電等，對電池的性能進行判斷并分選，并以此作為電池成組的依據。而對于梯級利用的動力電池，由于其安全性能和電化學性能的下降，因此在使用之前，需對其健康狀態和安全性進行評估，包括電池的歷史運行情況、性能特性等，判斷電池是否可梯級利用以及如何進行梯級利用。電池的外特性參數只能反映其一些主要參量的變化，不能從內在機理上反映造成電池性能衰退的因素，也就不能準確的對電池健康狀態和安全性進行評估。本專利技術首次在電池性能特性參數分析的基礎上，結合電池內部結構特性分析，從根本上把握電池性能衰退的原因，進而對電池的安全性和健康狀態進行評估，實現對動力電池的分選評估。
技術實現思路
本專利技術目的在于提供，通過無損檢測手段和方法對梯級利用動力電池內部結構進行檢測并成像，判斷動力電池的容量保持能力、健康狀態以及安全性能等來實現梯級利用動力電池的無損分選評估。為實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案 ，其包括如下步驟(1)對電動汽車退役動力電池進行外觀識別分選，判斷動力電池是否進入梯級利用環節; (2)對于進入梯級利用環節的動力電池進行性能特性分析，判斷電池是否具有梯級利用價值； (3)對梯級利用動力電池內部微觀結構變化進行檢測，對電池安全性和健康狀態進行評估。本專利技術提供的第一優選技術方案中，在步驟(I)中所述外觀識別分選，包括外觀是否完好，表面是否平整干燥，有無破損，有無變形，有無污潰，有無氣脹現象，標志是否清晰、正確等，外觀識別需在良好的光線條件下進行。本專利技術提供的第二優選技術方案中，在步驟(2)中對動力電池進行性能特性分析，包括歷史運行參數分析和基本性能參數試驗分析。所述歷史運行參數分析包括分析每支電池的過充電、過放電情況、運行環境、使用壽命、可用容量。具體的，分析其歷史運行參數時，不滿足下列任一條件的，直接排除梯級利用的可能性①在O. 5 — I. O倍率的條件下進行充電，至電壓達到4. 5 — 5. OV的次數彡5次； ②在O.5 — I. O倍率的條件下進行放電，至電壓達到I. O — 2. OV的次數彡5次； ③在50— 80°C高溫下運行次數小于彡5次； ④使用年數少于8年； ⑤電池常溫3h率放電容量大于標稱值的60%。所述基本性能參數試驗分析指測試并記錄電池的主要參數，包括電壓、內阻、容量、高低溫性能、荷電保持能力等。常溫及高低溫的具體值分別為20°C 士 5°C、50 士5°C、_20 士 5°C。具體的，分析其基本性能參數試驗時，不滿足下列任一條件的，直接排除梯級利用的可能性 ①電壓檢測如果檢測值為零或者低于放電截止電壓的，直接排除梯級利用的可能性；放電終止電壓為企業技術條件中規定的放電終止電壓,范圍I. 90 3. 00 V，視不同類型鋰電池而不同； ②內阻測試對于電壓測試合格的電池，測其內阻，若內阻增加大于初始值的I.5倍，則直接排除梯級利用的可能性，所述鋰電池內阻初始值< 5πιΩ ； ③在常溫20°C士5°C條件下，O. 3倍率下放電容量大于額定值的75% ； ④在常溫20°C士5°C條件下，O. 5倍率下放電容量大于額定值的70% ； ⑤在低溫-20士 5°C低溫下，以O. 3倍率進行放電，其容量不低于常溫實際容量的85% ； ⑥在高溫50士 5°C高溫下，以O. 3倍率進行放電，其容量不低于常溫實際容量的65% ； ⑦常溫20°C士5°C下動力電池的荷電保持能力應大于額定值的80%，高溫50 士 5°C以及低溫-20 士 5°C條件下電池的荷電保持能力不低于額定值的70%。具體的，荷電保持能力實驗步驟包括進行常溫O. 3倍率容量試驗，記錄所放出的實際容量并進行完全充電，蓄電池環境溫度為20°C士 5°C開路貯存28天。開路貯存28天后，在不充電條件下進行常溫O. 3倍率容量試驗并記錄貯存后的剩余容量。所述基本性能參數試驗分析中步驟③、④、⑤、⑥、⑦的容量實驗步驟包括在規定的溫度條件下(常溫及高低溫)以O. 3倍率(或O. 5倍率)恒流充電，至蓄電池電壓達到充電終止電壓時轉恒壓充電，至充電電流降至恒流充電電流值的O. I倍時停止充電，測得的容量即為電池充電容量。在電池滿容量狀態下，在規定的溫度條件下(常溫及高低溫)，動力電池以O. 3倍率(或O. 5倍率)放電，至電池電壓達到放電終止電壓時停止放電，測得的容量即為電池放電容量。具體的，所述充電終止電壓，即企業技術條件中規定的充電終止電壓，范圍為3.50V 4. 20V，視不同類型鋰電池而不同。本專利技術提供的第三優選技術方案中，在步驟(3)中所用檢測手段包括工業ClVLi核磁共振成像儀。本專利技術提供的第四優選技術方案中，在步驟(3)中對動力電池內部微觀結構變化進行檢測，對電池安全性和健康狀態進行 評估，包括利用工業CT無損檢測及三維成像技術，實現對退役電池內部結構進行檢測并實現三維成像，觀察電池內部電極片是否存在鼓漲現象，以此判斷電池健康狀態；利用7Li核磁共振成像儀無損檢測技術對鋰電池碳負極進行成分分析，檢測是否存在纖維鋰，判斷電池安全性。判斷安全性的標準碳負極上鋰纖維含量< 15% (Li/C, wt/wt)。與現有技術相比，本專利技術提供的一種電動汽車動力電池梯級利用分選評估方法，電池分選評估過程采用的都是無損檢測方法和手段，既能保證分選出的電池可以滿足梯級利用的要求，又避免了對電池的破壞；且通過內外特性相結合的方法，揭示梯級利用動力電池性能衰退的原因，并以此為基礎，進行電池健康狀態和安全性評估；保證分選出的動力電池在梯級利用過程中的安全性和可靠性。附圖說明圖I為利用工業CT無損檢測檢測得到的M電池內部結構三維圖像； 圖2為利用工業CT無損檢測檢測得到的#5電池內部結構三維圖像； 圖3為#6電池在0. 2C下的容量衰減 圖4為#6電池在0. 2C下的充放電曲線； 圖5為#6電池在0. 3C下的容量衰減 圖6為#6電池在0. 3C下的充放電曲線。具體實施例方式以下以通過具體實施例對本專利技術工藝作進一步的詳細說明，但本專利技術的保護范圍并不局限于此。實施例I 一種電動汽車動力電池梯級利用分選評估方法，其包括以下步驟 (I本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種動力電池梯級利用分選評估方法，其特征在于，所述分選評估方法包括如下步驟：（1）對電動汽車退役動力電池進行外觀識別分選，判斷動力電池是否進入梯級利用環節；（2）對于進入梯級利用環節的動力電池進行性能特性分析，判斷電池是否具有梯級利用價值；（3）對梯級利用動力電池內部微觀結構變化進行檢測，對電池安全性和健康狀態進行評估。

【技術特征摘要】
1.一種動力電池梯級利用分選評估方法，其特征在于，所述分選評估方法包括如下步驟(1)對電動汽車退役動力電池進行外觀識別分選，判斷動力電池是否進入梯級利用環節；(2)對于進入梯級利用環節的動力電池進行性能特性分析，判斷電池是否具有梯級利用價值；(3)對梯級利用動力電池內部微觀結構變化進行檢測，對電池安全性和健康狀態進行評估。2.如權利要求I所述的動力電池梯級利用分選評估方法，其特征在于，步驟(I)中所述外觀識別分選，包括外觀是否完好，表面是否平整干燥，有無破損，有無變形，有無污潰，有無氣脹現象，標志是否清晰、正確，外觀識別需在良好的光線條件下進行。3.如權利要求I所述的動力電池梯級利用分選評估方法，其特征在于，步驟(2)中對動力電池進行性能特性分析，包括歷史運行參數分析和基本性能參數試驗分析。4.如權利要求3所述的動力電池梯級利用...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳文龍，趙光金，郭靜娟，李臻，邱武斌，劉韶林，王剛，
申請(專利權)人：河南電力試驗研究院，國家電網公司，
類型：發明
國別省市：