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1、(10)申请公布号 CN 102814292 A(43)申请公布日 2012.12.12CN102814292A*CN102814292A*(21)申请号 201210317088.0(22)申请日 2012.08.31B07C 5/344(2006.01)(71)申请人华南师范大学地址 510631 广东省广州市天河区中山大道西55号(72)发明人李小平 邱显焕 李伟善 蔡燕凤(54) 发明名称锂离子电池一致性配组方法和系统(57) 摘要本发明公开了锂离子电池一致性配组方法和系统,其中锂离子电池一致性配组方法包括以下步骤:A.将至少一个电池标记并将其设置在对应的测试通道上,并将该标记输入数据。
2、库;B.分别对各个电池发送两个不同频率的交流脉冲信号,并将所述电池的响应信号收集;C.收集到的响应信号进行数据转化处理,得到电池的Rs,以及Rct,和Rs+Rct;D.得到的电池的Rs、Rct以及Rs+Rct之间差异值进行对比筛分,将所有筛分数据对应电池编号输入数据库。本发明的锂离子电池一致性配组方法从电池最基本的电化学本质入手,操作方法简单、测试结果可靠性高、符合电池实际情况、表示简单、筛选要求参数灵活。(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书5页 附图1页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 1 页1/1页21.锂离子电池一致。
3、性配组方法,其特征在于:包括以下步骤:A.安装电池到测试通道:将相同电池生产设备生产、相同批次、相同规格的至少一个电池做标记并将这些电池设置在对应的测试通道上,并将该电池标记输入数据库内;B.输出交流脉冲:分别对测试通道上的各个电池发送两个不同频率的交流脉冲信号,并将所述每个电池的响应信号收集起来;C.数据处理:经收集到的各个电池的对应的响应信号进行数据转化处理,得到各个电池的物理电阻和溶液阻抗Rs,以及锂离子在电解液中的迁移电阻Rct,和Rs+Rct;D.对比数据并输入数据库:将C步骤得到的各个电池的Rs、Rct以及Rs+Rct之间的差异值进行对比筛分,并将所有筛分排列后的数据对应电池编号输。
4、入数据库中,用于查询、调取和显示。2.根据权利要求1所述的锂离子电池一致性配组方法,其特征在于:所述B步骤中发送的交流脉冲信号的频率分别是5Hz和6000Hz。3.根据权利要求2所述的锂离子电池一致性配组方法,其特征在于:所述每个电池针对5Hz交流脉冲信号的响应信号转换处理后数据为Rs,所述每个电池针对6000Hz交流脉冲信号的响应信号转换处理后数据为Rct。4.权利要求1或2或3所述的锂离子电池一致性配组方法所使用的系统,其特征在于:包括单片机中央处理器、交流脉冲发生器、数据处理系统、数据库以及至少一个测试通道,电池被安装在对应的测试通道内,所述单片机中央处理器分别与交流脉冲发生器、数据处理。
5、系统和电池连接,所述交流脉冲发生器的分别与单片机中央处理器和电池连接,所述数据处理系统分别于单片机中央处理器和数据库连接。5.根据权利要求4所述的锂离子电池一致性配组方法所使用的系统,其特征在于:所述单片机中央处理器的两个输出端分别与交流脉冲发生器和数据处理系统连接,所述单片机中央处理器的两个输入端分别与数据处理系统和电池。6.根据权利要求4所述的锂离子电池一致性配组方法所使用的系统,其特征在于:所述单片机中央处理器包括响应信号接收部分、数据转换部分和数据输出部分,所述响应信号接收部分与电池连接,所述数据转换部分与所述响应信号接收部分和数据输出部分连接,所述数据输出部分与所述数据处理系统连接。。
6、7.根据权利要求4所述的锂离子电池一致性配组方法所使用的系统,其特征在于:所述数据处理系统包括数据计算部分、数据筛分部分和数据传输部分,所述数据计算部分与所述单片机中央处理器连接,所述数据筛分部分分别与数据计算部分和数据传输部分连接,所述数据传输部分与所述数据库连接。8.根据权利要求4所述的锂离子电池一致性配组方法所使用的系统,其特征在于:所述电池与所述单片机中央处理器通过连接线连接。9.根据权利要求4所述的锂离子电池一致性配组方法所使用的系统,其特征在于:所述单片机中央处理器与所述数据处理系统之间通过通讯线路进行串口通信连接。10.根据权利要求4所述的锂离子电池一致性配组方法所使用的系统,其。
7、特征在于:所述交流脉冲发生器为正弦波信号发生器。权 利 要 求 书CN 102814292 A1/5页3锂离子电池一致性配组方法和系统技术领域0001 本发明涉及配组方法,特别是涉及锂离子电池一致性配组方法。0002 本发明还涉及上述锂离子电池一致性配组方法使用的系统。背景技术0003 锂离子电池以其工作电压高、能量密度高、自放电小、无记忆效应、充放电效率高、环境污染少等优点,成为动力与储能电池的首选。锂离子电池单体、模块和电池组的性能有明显差异,从电池单体到电池模块再到电池组,性能有明显衰减。衰减的主要原因主要来自于单体之间的不一致性。实际上电池在车辆运行期间,会由于不一致性而不能正常工作,。
8、大大降低电池成组后的整体性能。严重时导致充放电受影响,而且产生一系列安全隐患例如爆炸、泄露等,影响电动车辆的行驶安全,所以,必须对生产的锂离子电池一致性差异进行筛选配组。0004 电池的筛选配组目前主要使用以下几种方法:0005 (1)按容量分选:这种方法是按一定倍率的电流对电池进行充放电,由放电电流和放电时间(指电池放电达到某一下限电压所需的时间)来计算容量,将电池按容量分档,然后组合。这种方法简便易行,是目前我国大多数电池厂家所采用的一种方法。但是,这种方法仅能保证电池容量一致,电池的其它重要指标如内阻、自放电率等,则有可能差别很大。经过循环充放电之后,电池的各项性能(包括容量)都会产生差。
9、异。0006 (2)按内阻分选:内电阻(包括欧姆电阻和极化电阻)是电池的一个重要的参数,直接影响充放电效率和工作寿命。欧姆电阻一般比较稳定,而极化电阻与电池的状态有关,要准确、精确测量内阻,批量测量有很大难度,只能通过近似测量的方法定性分类。0007 (3)电压配组法:这里又分为空载电压配组法和动态电压配组法。空载配组法操作最为简单,但不准确。动态电压配组法相对也较简单,但仅考虑了带负载时的电压情况,并没有考虑到带荷电时间、荷载变化和输出容量等因素,因此也有缺陷。0008 (4)按充放电效率分选:这种分类的难点在于决定何时充电结束过充电和负充电都有直接影响效率的计算另外效率数值与其它参数的对应。
10、关系比较复杂但仍不失为一种较好的分类方法。0009 以上这些分选方法的优点是简单、方便,但分选参数单一,不能全面反映电池的性能,分选出的电池性能一致性不高,数据精确度不够。发明内容0010 本发明是为了解决现有技术中的不足而完成的,本发明的目的是提供从电池最基本的电化学本质入手,操作方法简单、测试结果可靠性高、符合电池实际情况、表示简单、筛选要求参数灵活的锂离子电池一致性配组方法。0011 本发明的锂离子电池一致性配组方法,包括以下步骤:0012 A.安装电池到测试通道:将相同电池生产设备生产、相同批次、相同规格的至少说 明 书CN 102814292 A2/5页4一个电池做标记并将这些电池设。
11、置在对应的测试通道上,并将该电池标记输入数据库内;0013 B.输出交流脉冲:分别对测试通道上的各个电池发送两个不同频率的交流脉冲信号,并将所述每个电池的响应信号收集起来;0014 C.数据处理:经收集到的各个电池的对应的响应信号进行数据转化处理,得到各个电池的物理电阻和溶液阻抗Rs,以及锂离子在电解液中的迁移电阻Rct,和Rs+Rct;0015 D.对比数据并输入数据库:将C步骤得到的各个电池的Rs、Rct以及Rs+Rct之间的差异值进行对比筛分,并将所有筛分排列后的数据对应电池编号输入数据库中,用于查询、调取和显示。0016 本发明的锂离子电池一致性配组方法还可以是:0017 所述B步骤中。
12、发送的交流脉冲信号的频率分别是5Hz和6000Hz。0018 所述每个电池针对5Hz交流脉冲信号的响应信号转换处理后数据为Rs,所述每个电池针对6000Hz交流脉冲信号的响应信号转换处理后数据为Rct。0019 本发明的锂离子电池一致性配组方法,由于包括上述步骤,因此,相对于现有技术而言其具有的优点和效果为:(1),操作方法简单方便、测试结果可靠性高。通过程序来控制测试,减少了工作量同时降低了人为误差,使测试结果可信性更高。(2),从电池最基本的电化学本质入手进行电池一致性配组。通过发送不同频率的交流脉冲,测试分析得出电池的内部各化学组分阻抗,由此作为电池一致性配组的依据,配组参数更接近真实工。
13、作中的电池,更符合电池实际。(3),通过对复杂的电池内部化学系统测试,得到大量的实验数据进行分析,得出输出两个不同频率的交流脉冲信号,得到的Rs、Rct和Rs+Rct作为一致性筛选的参数,使神秘、复杂的电池内部结构和一致性配组用简单的Rs、Rct和Rs+Rct表现出来。(4),在不同的使用环境下,对电池的一致性要求不同,通过设置筛选参数对测试的电池进行筛选,得出按照要求所需的电池,筛选要求参数灵活,充分发挥了人的主观能动性,提高生产电池的有效使用率。0020 本发明的另一目的是提供可以进行从电池最基本的电化学本质入手,操作方法简单、测试结果可靠性高、符合电池实际情况、表示简单、筛选要求参数灵活。
14、的进行锂离子电池一致性配组的系统,0021 本发明的锂离子电池一致性配组系统,包括单片机中央处理器、交流脉冲发生器、数据处理系统、数据库以及至少一个测试通道,电池被安装在对应的测试通道内,所述单片机中央处理器分别与交流脉冲发生器、数据处理系统和电池连接,所述交流脉冲发生器的分别与单片机中央处理器和电池连接,所述数据处理系统分别于单片机中央处理器和数据库连接。0022 本发明的锂离子电池一致性配组系统还可以是:0023 所述单片机中央处理器的两个输出端分别与交流脉冲发生器和数据处理系统连接,所述单片机中央处理器的两个输入端分别与数据处理系统和电池。0024 所述单片机中央处理器包括响应信号接收部。
15、分、数据转换部分和数据输出部分,所述响应信号接收部分与电池连接,所述数据转换部分与所述响应信号接收部分和数据输出部分连接,所述数据输出部分与所述数据处理系统连接。0025 所述数据处理系统包括数据计算部分、数据筛分部分和数据传输部分,所述数据计算部分与所述单片机中央处理器连接,所述数据筛分部分分别与数据计算部分和数据传说 明 书CN 102814292 A3/5页5输部分连接,所述数据传输部分与所述数据库连接。0026 所述电池与所述单片机中央处理器通过连接线连接。0027 所述单片机中央处理器与所述数据处理系统之间通过通讯线路进行串口通信连接。0028 所述交流脉冲发生器为正弦波信号发生器。。
16、0029 本发明的锂离子电池一致性配组系统,由于包括单片机中央处理器、交流脉冲发生器、数据处理系统、数据库以及至少一个测试通道,电池被安装在对应的测试通道内,所述单片机中央处理器分别与交流脉冲发生器、数据处理系统和电池连接,所述交流脉冲发生器的分别与单片机中央处理器和电池连接,所述数据处理系统分别于单片机中央处理器和数据库连接。这样完全可以实现从电池最基本的电化学本质入手,操作方法简单、测试结果可靠性高、符合电池实际情况、表示简单、筛选要求参数灵活地对锂离子电池进行一致性配组。附图说明0030 图1本发明锂离子电池一致性配组系统实施例示意图。0031 图2本发明锂离子电池一致性配组系统实施例锂。
17、离子电池内部阻抗电路图。0032 图号说明0033 1单片机中央处理器 2交流脉冲发生器0034 3电池 4数据处理系统0035 5数据库具体实施方式0036 下面结合附图的图1至图2对本发明的锂离子电池一致性配组方法和系统作进一步详细说明。0037 本发明的锂离子电池一致性配组方法,请参考图1至图2,包括以下步骤:0038 A.安装电池到测试通道:将相同电池生产设备生产、相同批次、相同规格的至少一个电池3做标记并将这些电池3设置在对应的测试通道上,并将该电池3标记输入数据库内;0039 B.输出交流脉冲:分别对测试通道上的各个电池3发送两个不同频率的交流脉冲信号,并将所述每个电池3的响应信号。
18、收集起来;0040 C.数据处理:经收集到的各个电池3的对应的响应信号进行数据转化处理,得到各个电池3的物理电阻和溶液阻抗Rs,以及锂离子在电解液中的迁移电阻Rct,和Rs+Rct;0041 D.对比数据并输入数据库:将C步骤得到的各个电池3的Rs、Rct以及Rs+Rct之间的差异值进行对比筛分,并将所有筛分排列后的数据对应电池3编号输入数据库中,用于查询、调取和显示。相对于现有技术而言其具有的优点和效果为:(1),操作方法简单方便、测试结果可靠性高。通过程序来控制测试,减少了工作量同时降低了人为误差,使测试结果可信性更高。(2),从电池3最基本的电化学本质入手进行电池3一致性配组。通过发送不。
19、同频率的交流脉冲,测试分析得出电池3的内部各化学组分阻抗,由此作为电池3一致性配组的依据,配组参数更接近真实工作中的电池3,更符合电池3实际。(3),通过对复杂说 明 书CN 102814292 A4/5页6的电池3内部化学系统测试,得到大量的实验数据进行分析,得出输出两个不同频率的交流脉冲信号,得到的Rs、Rct和Rs+Rct作为一致性筛选的参数,使神秘、复杂的电池3内部结构和一致性配组用简单的Rs、Rct和Rs+Rct表现出来。(4),在不同的使用环境下,对电池3的一致性要求不同,通过设置筛选参数对测试的电池3进行筛选,得出按照要求所需的电池3,筛选要求参数灵活,充分发挥了人的主观能动性,。
20、提高生产电池3的有效使用率。本发明的原理为:制作好的锂离子电池3,其功能相当于一个电解池。当对电池3进行交流阻抗测量,不同频率的交流脉冲通过电解池时,电解池内部的各个组分对交流电会产生不同的响应。由于使用小幅度对称交流电对电极极化,当频率足够高时,以致每半周期所持续的时间很短,不致引起严重的浓差极化及表面状态变化。而且在电极上交替地出现阳极过程的阴极过程,即使测量讯号长时间作用于电解池,也不会导致极化现阶段象的积累性发展。所以不同频率的交流脉冲电流通过锂离子内部时,正极集流体和活性物质材料之间,活性物质材料和电解液之间,电解液和隔膜之间,电解液和负极材料之间,负极材料和负极集流体之间,可以测得。
21、不同的响应,由此分析得出电池3内部的各组分阻抗。锂离子电池3内部阻抗分析得出其简化电路图为:0042 0043 其中Rct表示电荷转移电阻,与电子转移速度的负数成正比。转移速度越快,电阻越小。Cd表示双电层电容。Rs表示溶液电阻。Zw表示Warburg阻抗,传质过程限制的电阻。通过大量的实验数据得出,在同一批次生产的锂离子电池3中(同容量规格、同活性物质材料、同制作设备等),对电池3相同差值大小的Rct、Rs和Rct+Rs,在充放电过程中具有良好的一致性。0044 本发明的锂离子电池一致性配组方法,请参考图1至图2,在前面技术方案的基础上具体可以是所述B步骤中发送的交流脉冲信号的频率分别是5H。
22、z和6000Hz。通过我们大量的实验测试数据显示,Rs和Rct可以作为电池一致性配组的特征点,当发出5Hz的交流脉冲信号时,可以测得电池的Rs,当发出6000Hz的交流脉冲信号时,通过数据处理转换可以测得电池的Rct。更进一步优选的技术方案为所述每个电池3针对5Hz交流脉冲信号的响应信号转换处理后数据为Rs,所述每个电池3针对6000Hz交流脉冲信号的响应信号转换处理后数据为Rct。由于使用小幅度对称交流电对电极极化,当频率足够高时,以致每半周期所持续的时间很短,不致引起严重的浓差极化及表面状态变化。而且在电极上交替地出现阳极过程的阴极过程,即使测量讯号长时间作用于电解池,也不会导致极化现阶段。
23、象的积累性发展。所以不同频率的交流脉冲电流通过锂离子电池内部时,正极集流体和活性物质材料之间,活性物质材料和电解液之间,电解液和隔膜之间,电解液和负极材料之间,负极材料和负极集流体之间,可以测得不同的响应,分析得出电池内部的各组分阻抗。0045 本发明还保护上述的锂离子电池3一致性配组方法使用的系统,包括单片机中央说 明 书CN 102814292 A5/5页7处理器1、交流脉冲发生器2、数据处理系统4、数据库以及至少一个测试通道,电池3被安装在对应的测试通道内,所述单片机中央处理器1分别与交流脉冲发生器2、数据处理系统4和电池3连接,所述交流脉冲发生器2的分别与单片机中央处理器1和电池3连接。
24、,所述数据处理系统4分别于单片机中央处理器1和数据库连接。这样,使用时将电池3安装在测试通道内并连接,单片机中央处理器1控制交流脉冲发生器2对电池3输出两个不同频率的交流脉冲,然后电池3对之进行响应并输出响应信号至单片机中央处理器1内,单片机中央处理器1将信号进行数据转化并得到Rs、Rct以及Rs+Rct,然后将上述数据传输至数据处理系统4,该系统对所有数据进行比对和筛分,然后将电池3相同差异大小的Rct、Rs和Rs+Rct筛分出来并将所述数据和筛分结构输入数据库内。这样完全可以实现从电池3最基本的电化学本质入手,操作简单、测试结果可靠性高、符合电池3实际情况、表示简单、筛选要求参数灵活地对锂。
25、离子电池3进行一致性配组。0046 本发明的锂离子电池一致性配组方法所使用的系统,请参考图1至图2,还可以是所述单片机中央处理器1的两个输出端分别与交流脉冲发生器2和数据处理系统4连接,所述单片机中央处理器1的两个输入端分别与数据处理系统4和电池3。当然还可以是其他的连接方式。另外具体还可以是所述单片机中央处理器1包括响应信号接收部分、数据转换部分和数据输出部分,所述响应信号接收部分与电池3连接以便接收各个电池3的响应信号,所述数据转换部分与所述响应信号接收部分和数据输出部分连接以便对接收到的响应信号转化为数据并将该数据发送至数据输出部分,所述数据输出部分与所述数据处理系统4连接以便上述数据进。
26、入数据处理系统4进行数据处理。还可以是所述数据处理系统4包括数据计算部分、数据筛分部分和数据传输部分,所述数据计算部分与所述单片机中央处理器1连接以便将接收的数据进行计算,所述数据筛分部分分别与数据计算部分和数据传输部分连接以便将计算后的数据进行比对并将筛分结果传输出去,所述数据传输部分与所述数据库连接,以便记录数据结果和筛分结果,方便以后查询调取和显示。还可以是所述电池3与所述单片机中央处理器1通过连接线连接。所述单片机中央处理器1与所述数据处理系统4之间通过通讯线路进行串口通信连接。当然还可以采用其他的连接方式。还可以是所述交流脉冲发生器2为正弦波信号发生器。正弦波信号发生器可以发生特定频率的交流脉冲信号,比起用高速AD及高速单片机产生交流脉冲信号,有产生频率更准确更快,控制程序更简单等优点。0047 上述仅对本发明中的几种具体实施例加以说明,但并不能作为本发明的保护范围,凡是依据本发明中的设计精神所作出的等效变化或修饰或等比例放大或缩小等,均应认为落入本发明的保护范围。说 明 书CN 102814292 A1/1页8图1图2说 明 书 附 图CN 102814292 A。