CN113118056A - 一种锂电池梯次利用筛选方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂电池梯次利用筛选方法，包括：步骤1：将退役电池包进行拆解，拆解成电池模组；步骤2：对电池模组初步筛选，筛选剔除外观以及化学性质不符合要求的电池模组；步骤3：步骤2筛选出的模组进行模组均衡后进行容量检测，剔除不满足容量要求的电池模组；步骤4：针对步骤3中筛选后的电池模组，预先设置模组容量区间，将处于同一容量区间的电池模组作为同一挡位可被梯次利用的电池组。
Description
技术领域
本发明涉及电池回收利用领域，特别涉及一种锂电池梯次利用筛选方法。
背景技术
新能源汽车产业快速发展，五年质保即将到期，动力蓄电池也将迎来”报废潮”，2020年，我国动力电池累计退役量将达20万吨(约25GWh)；2025年，累计退役量约为78万吨(约116GWh)，其中，约有55万吨(占总退役量70％)退役动力电池可进入梯次利用环节，庞大的退役量也让动力电池回收成为当前行业前行过程中亟待解决的问题。现有技术中的锂电池的回收利用一般采用包括电芯级、模组级、整包级，也就是对退役的电池包进行检测、拆解后以电池包、电芯、模组的形式提供回收利用，因此如何筛选出可以梯次利用的锂电池对于产业发展至关重要，现有技术中对于锂电池的筛选较为简单且单一，一般通过容量进行判断，对于梯次回收利用会产生一些故障，因此本申请提供一种可以兼顾筛选成本和梯次利用用途多样性的锂电池梯次利用筛选方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种锂电池梯次利用筛选方法，属于模组级别的筛选，筛选出合格的待用的电池模组。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种锂电池梯次利用筛选方法，包括：
步骤1：将退役电池包进行拆解，拆解成电池模组；
步骤2：对电池模组初步筛选，筛选剔除外观以及化学性质不符合要求的电池模组；
步骤3：步骤2筛选出的模组进行模组均衡后进行容量检测，剔除不满足容量要求的电池模组；
步骤4：针对步骤3中筛选后的电池模组，预先设置模组容量区间，将处于同一容量区间的电池模组作为同一挡位可被梯次利用的电池组。
步骤2中包括：模组外观筛选步骤，对电池模组的外观进行检测，剔除外壳破裂、电解液泄露、铜牌烧蚀的模组。
步骤2还包括化学性质筛选步骤：
(1)对电池模组粗筛选，对电池模组中的每一个单体进行电压检测，若任一电池单体的电压小于设置的电压阈值V1或电池模组中单体电池之间压差大于预设电压压差时，该模组评价为不合格，剔除；
(2)对电池模组进行绝缘耐压筛选，将不符合绝缘耐压的电池模组剔除；
(3)对电池模组进行自放电率筛选，剔除自放电率超过设置自放电率阈值的电池组。
所述步骤3中，容量检测方法包括：对均衡后的模组进行充电以及放电，在充放电截止后剔除截止电压低于设定值的电池模组。
在步骤4中属于同一挡位可被梯次利用的电池组通过补电后存储待用，电池组充电至同一SOC后存储待用。
针对步骤3中筛选后的电池模组，对电池模组的加热膜进行测试，若加热膜不合格，更换合格的加热膜。
加热膜测试包括：测试加热膜内阻、测试加热膜绝缘电阻，当加热膜内阻和加热膜绝缘电阻任一不满足要求，判断为不合格。
对电池模组进行绝缘耐压筛选包括：
绝缘筛选：利用绝缘表，检测模组正负极对外壳的绝缘值，绝缘值小于设定绝缘阈值时，判断为不合格，剔除；
耐压筛选：利用耐压仪，检测正负极对外壳的漏电流，漏电流大于设定漏电流阈值时，判断为不合格，剔除。
模组外观筛选步骤还包括对采集线束、插件、采集端子、加热膜进行检测，损坏无法更换维修则剔除无法更换维修采集线束、插件、采集端子、加热膜的电池组；损坏可更换的电池模组更换损坏件。
本发明的优点在于：可以更好的实现对锂电池的筛选，对物理特性、化学特性、一致性等方面进行有序可靠且合理的检测，并按照检测结果分组待用，从而保证了每一组内的电池模组性能一致，方便梯次利用配组使用，提高了梯次利用的可靠性，同时本申请采用的整套的筛选方法顺序操作，可以得到用处较为广泛、适用领域多的电池模组，提高利用率且兼顾成本、工作量。
附图说明
下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明筛选方法流程图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
本申请针对现有技术的梯次利用筛选仅采用容量一种筛选方式，造成筛选的电池模组很容易存在故障、筛选的电池模组存在不合格造成后续的梯次利用存在不能满足要求的情况，提供一种锂电池梯次利用的筛选方法，用于实现模组级别的筛选。具体方案如下：
如图1所示，一种锂电池梯次利用筛选方法，包括：
步骤1：将退役电池包进行拆解，拆解成电池模组；本申请采用模组级别的筛选，模组级别的筛选兼顾了使用场景、适用范围，电池包级别筛选的话，很造成很多电池包不合格，无法使用，使得很多电池包无法梯次利用，而电芯级别的筛选的话造成应用领域不足，因此本申请的筛选方式以电池模组方式，故而将电池包先拆解成电池模组。
步骤2：对电池模组初步筛选，筛选剔除外观以及化学性质不符合要求的电池模组；
通过外观筛选是指通过视觉方式将外观损坏、接线等损坏的部件进行维修或直接剔除损坏的电池模组，这一步属于粗筛选，因为一个拆卸好的模组，其能不能用首先要查看其物理状态上是否存在损坏，其具体的模组外观筛选步骤包括：对电池模组的外观进行检测，剔除外壳破裂、电解液泄露、铜牌烧蚀的模组，这些状态的电池模组无法继续使用，电池已经损坏。对采集线束、插件、采集端子、加热膜进行检测，这些部件属于易损件且可更换、维护件，若采集线束、插件、采集端子、加热膜等损坏无法更换、维修则对应的电池模组；若采集线束、插件、采集端子、加热膜等损坏可更换、可维护，则对应的电池模组更换损坏件，进入下一步。本步骤的主要目的是对电池组一些小的部件，如线束，当线束存在脱皮等状态，仅需要一根线束而已，成本不多，可以更换，这种线束成本远低于该模组可以梯次利用带来的收益。如采集线束破皮、插件破损、加热膜老化的更换损坏件；采集端子松动、加热膜无贴合的重新安装。
步骤2中化学性质筛选步骤主要对电池的化学性质进行检测，因为电池电化学性质主要体现在电压、电流、容量、自放电率等方面，本申请选择合适的电化学参数来进行粗检测，具体包括：
(1)对电池模组粗筛选，对电池模组中的每一个单体进行电压检测，若任一电池单体的电压小于设置的电压阈值V1或电池模组中单体电池之间压差大于预设电压压差时，该模组评价为不合格，剔除；对每个电池模组中的单体电压进行检测，设置的V1为电池衰减到一定程度时电池单体对应的电压，超过该电压说明电池单体还能够使用，否则不能使用，故而设置该V1来对每一个单体进行检测，而压差检测是指电池模组中各电池单体的均衡一致性问题，由于木桶原理，若其中最大电池单体电压与最小电压差值过大，则整个电池处于无法均衡且后期梯次利用也会影响模组的使用寿命等情况，这种电池模组应当作为电芯级别的筛选，将其留作电芯级别筛选使用；
(2)对电池模组进行绝缘耐压筛选，将不符合绝缘耐压的电池模组剔除；绝缘筛选：利用绝缘表，检测模组正负极对外壳的绝缘值，绝缘值小于设定绝缘阈值时，判断为不合格，剔除；耐压筛选：利用耐压仪，检测正负极对外壳的漏电流，漏电流大于设定漏电流阈值时，判断为不合格，剔除。
(3)对电池模组进行自放电率筛选，剔除自放电率超过设置自放电率阈值的电池组。
电池模组的绝缘耐压属于安全性能，必须予以考虑，当绝缘耐压不满足要求，无法梯次利用，影响使用安全；而自放电率是指电池模组的可靠性，若自放电率过高，其无法满足电量持续保持的需求，自放电过多，也无法满足使用要求。
步骤3：步骤2筛选出的模组进行模组均衡后进行容量检测，剔除不满足容量要求的电池模组；容量检测方法包括：对均衡后的模组进行充电以及放电，在充放电截止后剔除截止电压低于设定值的电池模组。该步骤主要是将明显衰减严重的电池进行剔除，因为电池的容量与截止电压存在关系，以截止电压来表征容量，当电压过低，说明衰减严重，无法使用，电池容量衰减到一定程度。
步骤4：针对步骤3中筛选后的电池模组，预先设置模组容量区间，将处于同一容量区间的电池模组作为同一挡位可被梯次利用的电池组。设置不同的挡位，按照测量的容量将容量相同的电池模组分在一起，用于梯次利用待用，可以按照统计学的方式统计各个容量区间对应的电池模组数量，按照中位数容量区分，分别向大容量、小容量方向以设置的2％的容量差异做间隔设置不同的容量区间，从而作为每一种容量的对应的分组，在每一组中的容量可以被同一使用并梯次利用，因为其各种性质、性能接近，每一组的容量以该组容量区间的中间值作为每一组内各模组的表征容量。属于同一挡位可被梯次利用的电池组通过补电后存储待用，电池组充电至同一SOC后存储待用。防止长时间没电存储造成的电池损伤。
优选的一个实施例中，针对步骤3中筛选后的电池模组，也就是在步骤4中分组的电池模组，对电池模组的加热膜进行测试，若加热膜不合格，更换合格的加热膜。因此步骤4中电池模组已经被筛选出来可以使用，那么电池加热膜这个易损件作为重要的组成部件，需要检测或更换，以增加电池模组的使用寿命和安全。加热膜测试包括：测试加热膜内阻、测试加热膜绝缘电阻，当加热膜内阻和加热膜绝缘电阻任一不满足要求，判断为不合格。
本申请中筛选步骤进一步详细说明如下：
1.模组外观检查
检查内容：模组外壳有无破裂、电解液有无泄漏、模组铜牌有无烧蚀腐蚀、模组采集线束有无破皮断裂、采集端子有无松动、采集插件有无破损、加热膜有无老化破裂、加热膜与模组有无贴合。
外壳破裂、电解液泄露、铜牌烧蚀的模组直接报废；采集线束破皮、插件破损、加热膜老化的电池模组更换损坏件；采集端子松动、加热膜无贴合的重新安装。
2.模组粗筛选
测量模组各单体电压，若满足如下任何一个条件，则此类模组直接剔除(NOK)，留作它用或者报废。
2.1.Vmin＜V1。(以磷酸铁锂电池为例，电池单体约为2V时是其可用的最低值，当低于2V则说明电池衰减严重无法使用；因此当电池的单体电压过低，说明电池单体的内部衰减严重，根据实验得到衰减不影响使用时的最低电压来进行粗筛选，避免存在电池模组中某一单体衰减严重，影响整个模组的使用；一般三元电池的电池单体最低的电压V1＝2.75V，低于该数值也属于无法使用的电池单体)
2.2.Vmax＞V2，且Vmin＜V3。(V2、V3的设置主要是为了将统一电池包内的电池单体的电压差值限定在一定范围内，若电池单体之间的压差高于一定数值，则该电池模组也无法使用，因为电池单体特性不一致，会造成电池模组的使用存在问题，如容量衰减等。如在实际上设置时磷酸铁锂V2＝3.3V，V3＝3.25V；三元电池V2-V3≥200mv)
(上面参数V1、V2、V3可根据某一种具体电池性能可调)
3.模组绝缘耐压检测
利用绝缘表，500V档检测模组正负极对外壳的绝缘值，绝缘值不低于500MΩ，若低于500MΩ，则剔除无法使用；
利用耐压仪，AC2000V检测正负极对外壳的漏电流，1min漏电流不得高于10mA。若高于10mA则耐压存在故障异常，剔除舍弃；
4.自放电筛选
4.1.对模组进行放电：25±2℃环境下，1C放电至最低单体电压V4截止，然后转0.5C放电至V4截止，静置12h，统计静置后Vmin、Vmax、压差。(因为充放电截止电压不同一般磷酸铁锂电池V4＝2.5V，三元电池V4＝2.75V)
4.2.自放电筛选：Vmax≤V5的模组为合格模组(自放电合格)，Vmax＞V5的模组留作它用或者报废。Vmax>V5是不合格的，大于V5说明自放电过大。
(一般设置的自放电率检测中V5的设置为磷酸铁锂电池V5＝3.2V，三元电池V5＝3.6V，可以根据不同电池的自放电率特性来设置)
5.模组均衡
对筛选出来的每个模组进行均衡，均衡步骤如下：
V平均＝模组总压/模组串数
5.1.确定均衡对象：对|V单体-V平均|≥15mv的所有单串进行均衡。
5.2.把模组电压均衡至模组静态压差≤100mv为止。(此步骤与4步骤是连贯动作，均衡是在模组放完电后进行的)
6.模组容量测试及筛选
对均衡后的模组进行充电，并测容量。
1.模组充电：25±2℃环境下，以1C电流充电至V6，然后转0.5C充电至V7，然后转0.2C充电至V8截止，统计充电截止动态压差，若压差＞300mv，则模组剔除(NOK)。主要是剔除电池单体压差过大的，同时检测容量过小的，容量国小的电池模组是指电池模组的容量与其它电池模组的平均值只差大于设定值，一般容量与截止电压相关，当截止电压小于模组平均截止电压，且差值大于一定时，则说明是模组容量太小，也需要剔除；当同一模组中的多个电池单体单体的压差大于300mA说明电池模组也处于不能用，因此电池单体最小的电压会影响整个模组的应用，这个也会被剔除
(在本申请中采用磷酸铁锂电池时V6＝3.5V，V7＝3.6V，V8＝3.65V；采用三元电池时V6＝4V，V7＝4.15V，V8＝4.2V)，在放电时同理。
2.模组放电：25±2℃环境下，1C放电至最低单体电压V4截止，然后转0.5C放电至V4截止，统计动态截止压差、若动态压差＞500mv，则剔除(NOK),静置30min，统计容量、静置后Vmin、Vmax、静态压差，若静态压差＞200mv，则剔除(NOK)。
7.模组配组
容量差异≤2％的模组为一档。
8.加热膜测试
8.1.测试加热膜内阻，内阻应在合理范围内。
8.2.加热膜绝缘测试，用绝缘表500V档测试加热膜两极对模组外壳的绝缘电阻，绝缘值不小于500MΩ.
8.3.若加热膜不合格，应更换加热膜。
9.模组补电储存
9.1.立即装电池包的模组
模组先装包，串联后，再整体充电至50％SOC
9.2.不立即使用的模组时，需要将模组充电至50％储存。
显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种锂电池梯次利用筛选方法，其特征在于：包括：
步骤1：将退役电池包进行拆解，拆解成电池模组；
步骤2：对电池模组初步筛选，筛选剔除外观以及化学性质不符合要求的电池模组；
步骤3：步骤2筛选出的模组进行模组均衡后进行容量检测，剔除不满足容量要求的电池模组；
步骤4：针对步骤3中筛选后的电池模组，预先设置模组容量区间，将处于同一容量区间的电池模组作为同一挡位可被梯次利用的电池组。
2.如权利要求1所述的一种锂电池梯次利用筛选方法，其特征在于：步骤2中包括：模组外观筛选步骤，对电池模组的外观进行检测，剔除外壳破裂、电解液泄露、铜牌烧蚀的模组。
3.如权利要求1或2所述的一种锂电池梯次利用筛选方法，其特征在于：步骤2还包括化学性质筛选步骤：
(1)对电池模组粗筛选，对电池模组中的每一个单体进行电压检测，若任一电池单体的电压小于设置的电压阈值V1或电池模组中单体电池之间压差大于预设电压压差时，该模组评价为不合格，剔除；
(2)对电池模组进行绝缘耐压筛选，将不符合绝缘耐压的电池模组剔除；
(3)对电池模组进行自放电率筛选，剔除自放电率超过设置自放电率阈值的电池组。
4.如权利要求1所述的一种锂电池梯次利用筛选方法，其特征在于：所述步骤3中，容量检测方法包括：对均衡后的模组进行充电以及放电，在充放电截止后剔除截止电压低于设定值的电池模组。
5.如权利要求1所述的一种锂电池梯次利用筛选方法，其特征在于：在步骤4中属于同一挡位可被梯次利用的电池组通过补电后存储待用，电池组充电至同一SOC后存储待用。
6.如权利要求1所述的一种锂电池梯次利用筛选方法，其特征在于：针对步骤3中筛选后的电池模组，对电池模组的加热膜进行测试，若加热膜不合格，更换合格的加热膜。
7.如权利要求6所述的一种锂电池梯次利用筛选方法，其特征在于：加热膜测试包括：测试加热膜内阻、测试加热膜绝缘电阻，当加热膜内阻和加热膜绝缘电阻任一不满足要求，判断为不合格。
8.如权利要求3所述的一种锂电池梯次利用筛选方法，其特征在于：对电池模组进行绝缘耐压筛选包括：
绝缘筛选：利用绝缘表，检测模组正负极对外壳的绝缘值，绝缘值小于设定绝缘阈值时，判断为不合格，剔除；
耐压筛选：利用耐压仪，检测正负极对外壳的漏电流，漏电流大于设定漏电流阈值时，判断为不合格，剔除。
9.如权利要求2所述的一种锂电池梯次利用筛选方法，其特征在于：模组外观筛选步骤还包括对采集线束、插件、采集端子、加热膜进行检测，损坏无法更换维修则剔除无法更换维修采集线束、插件、采集端子、加热膜的电池组；损坏可更换的电池模组更换损坏件。
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