鋰離子電池一致性篩選方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電池測試技術(shù)，其公開了一種鋰離子電池一致性篩選方法，有效降低鋰電池組內(nèi)單體電芯差異，提高整組電池的使用壽命。包括：a.選取N個單體鋰離子電池作為測試樣本組，在測試環(huán)境下，對測試樣本組中的各個電池恒流放電至預(yù)設(shè)的放電終止電壓，然后擱置一定時間；b.對測試樣本組中的各個電池恒流充電至預(yù)設(shè)的充電終止電壓后，再進行恒壓充電后，擱置一定時間，測試并記錄容量數(shù)據(jù)組qi(i＝1，2，……N)及內(nèi)阻數(shù)據(jù)組ri(i＝1，2，……N)；c.將測試樣本組在高溫、高濕度環(huán)境下擱置一定時間后測試樣本組中的各個電池的電壓vi(i＝1，2，……N)；d.對向量組Xi(qi,ri,vi)進行K?均值聚類分組計算，根據(jù)計算結(jié)果完成樣本組的一致性篩選。
【專利說明】
裡離子電池一致性篩選方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電池測試技術(shù)，具體設(shè)及一種裡離子電池一致性篩選方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 裡離子電池由于具有高能量存儲密度、長壽命、低自放電率、環(huán)境污染小等特點， 已逐漸成為數(shù)碼產(chǎn)品及新能源汽車的主要動力源。
[0003] 裡電池單體電壓通常僅為3.OV~4.OV(公稱電壓為3.6V)，且容量有限，所W在電 動車、電動工具等大功率系統(tǒng)中，需要將幾十節(jié)、上百節(jié)的裡電池串聯(lián)、并聯(lián)成組使用。
[0004] 由于工藝制備的局限性，即使是同批次生產(chǎn)出的單體電池，也會存在電壓、容量、 內(nèi)阻及自放電率的差異性。若不經(jīng)過篩選隨意配組使用，運些差異就會嚴重降低整體電池 組的使用壽命，所W有必要對電池進行一致性的篩查。
[0005] 常用的篩查方法包括電壓配組法、容量配組法、內(nèi)阻匹配法。它們各有優(yōu)缺點，比 如電壓法操作簡單，但未考慮荷載變化;容量法需按照特定的充放電條件進行，花費時間 長，測試成本高；內(nèi)阻法雖可快速完成測量，但由于無法去除極化內(nèi)阻的影響而導(dǎo)致精確度 不局。
[0006] 電池的生產(chǎn)過程不可能完全避免灰塵和雜質(zhì)，它們的存在會導(dǎo)致電池內(nèi)部微短路 進而引發(fā)自放電現(xiàn)象。單體間自放電率的差異也會影響到整體電池組的性能和使用壽命， 所W配組時，還有必要對自放電率差異進行篩選。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提出一種裡離子電池一致性篩選方法，有效降低 裡電池組內(nèi)單體電忍差異，提高整組電池的使用壽命。
[000引本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0009] 裡離子電池一致性篩選方法，包括W下步驟：
[0010] a.選取N個單體裡離子電池作為測試樣本組，在測試環(huán)境下，對測試樣本組中的各 個電池恒流放電至預(yù)設(shè)的放電終止電壓，然后擱置一定時間；
[0011] b.對測試樣本組中的各個電池恒流充電至預(yù)設(shè)的充電終止電壓后，再進行恒壓充 電后，擱置一定時間，測試并記錄測試樣本組中的各個電池的容量及內(nèi)阻，獲得對應(yīng)的容量 數(shù)據(jù)組qi(i = l，2,……N)及內(nèi)阻數(shù)據(jù)組ri(i = l，2,……N);
[0012] C.將測試樣本組在高溫、高濕度環(huán)境下擱置一定時間后測試樣本組中的各個電池 的電壓Vi(i = l，2,......N);
[0013] d.對向量組Xi(Qi，n，Vi) (i = 1，2，......N)進行K-均值聚類分組計算，根據(jù)計算結(jié) 果完成樣本組的一致性篩選。
[0014] 作為進一步優(yōu)化，步驟a中，所述測試環(huán)境的溫度為25°C±5°C，對測試樣本組中的 各個電池 W 0.2C~1C恒流放電至預(yù)設(shè)的放電終止電壓。
[0015] 作為進一步優(yōu)化，步驟b中，對測試樣本組中的各個電池 WO.2C~IC恒流充至預(yù)設(shè) 的充電終止電壓后，轉(zhuǎn)恒壓充電致充電倍率降至0.05C為止。
[0016] 作為進一步優(yōu)化，步驟C中，所述高溫、高濕度環(huán)境為45°C ± 2°C，95%。
[0017] 作為進一步優(yōu)化，步驟a、b中所述一定時間為1小時，步驟C中所述一定時間為7天。
[001引作為進一步優(yōu)化，步驟d中，對向量組Xi (Qi, Ti, Vi) (i = 1，2，......N)進行K-均值聚 類分組計算，根據(jù)計算結(jié)果完成樣本組的一致性篩選的具體方法包括：
[0019] dl.根據(jù)初始化設(shè)定的聚類數(shù)初值K，從向量組Xi中隨機選取K個樣本作為初始聚 類中屯、向量Fj,m(qj,m，rj,m，Vj,m)(j = l，2,……K )，其中Hl為聚類次數(shù)，初始值為1 ;
[0020] d2.對剩余的向量Xi(qi,；Ti, ViKi = 1，2,......(N-K))進行隨機歸組，分配到某一個 聚類組中；
[0021] d3.計算所有剩余成員向量XiU = I，2,......（N-K))至各聚類中屯、Fj,m(qj,m，:rj,m， Vj,m)的歐式距離：
[0022]
[0023] d4按最小距離原則，重新分配Xi( i = 1，2，……（N-K))的聚類位置，將其分配到歐 式距離為最小的那個聚類組；
[0024] d5.根據(jù)更新后的聚類組，通過S個分量(qj，rj，vj)的算術(shù)平均值，計算出新的聚 類中心向里F j, (m+l) (qj, (m+l) ,r j, (m+l) , Vj, (m+l) ) , j《K ;
[002 引 d6.聚類持續(xù)判斷：右Fj, (m+1) (qj, (m+1), r j, (m+1), Vj, (m+1) )二Fj(qj,;rj,Vj),則兀成聚類； 否則重復(fù)d3-d5步，直到K-均值聚類收斂，也即相鄰兩次聚類中屯、向量相等為止，完成樣本 組的一致性篩查。
[00%]作為進一步優(yōu)化，在步驟d5中，當出現(xiàn)某組除聚類中屯、之外未能包含其它成員，貝U 取消該組，將聚類中屯、按最小距離原則歸入剩余的某組中去。
[0027] 本發(fā)明的有益效果是:將裡電池的電壓、內(nèi)阻、容量、自放電率、環(huán)境溫濕度、篩查 時長、檢測成本等多項因素綜合考慮，使用數(shù)據(jù)處理中能快速收斂、算法簡單的K-均值濾波 聚類原理而完成的一致性篩查方法;經(jīng)實踐檢驗，與現(xiàn)有技術(shù)相比簡便實用、可靠性高，可 有效降低裡電池組內(nèi)單體電忍差異，提高整組的使用壽命。
【附圖說明】
[0028] 圖1為本發(fā)明中裡離子電池一致性篩選方法流程圖；
[0029] 圖2是K-均值聚類算法流程圖。
【具體實施方式】
[0030] 在完成了尺寸、外觀、印刷、安全(包括撞擊、跌落、振動）等基本測試后，對同批次 裡電池的一致性進行配組篩選，如圖1所示，步驟如下：
[0031] 1.選取數(shù)量為N的樣本組，在25°C±5°C環(huán)境下，W0.2C~IC恒流放電至預(yù)設(shè)的放 電終止電壓，擱置一段時間；
[0032] 2.再WO. 2C~IC的恒流充至預(yù)設(shè)的充電終止電壓，轉(zhuǎn)恒壓充電至電流降為0.05C; 記錄容量數(shù)據(jù)組qiQ = I，2,……N)、內(nèi)阻數(shù)據(jù)組ri(i = 1，2，……N);
[0033] 3.將樣本擱置一段時間后，使用測試儀測其開路電壓，獲得vi(i = l，2,……N);
[0034] 4.獲得K-均值聚類向量組Xi(qi，ri，Vi) (i = I，2，……N);對X進行K-均值聚類計算 如圖2所示：
[0035] 41.根據(jù)初定的聚類數(shù)初值K，從Xi中隨機選取K個樣本作為初始聚類中屯、向量Fj,m = ……K )，其中Hl為聚類次數(shù)，初始值為1 ;
[0036] 42.對剩余的向量Xi(qi,；Ti, ViKi = 1，2,......(N-K))進行隨機歸組，分配到某一個 聚類組中；
[0037] 43.計算所有剩余成員向量XiU = I，2,......（N-k))至各聚類中屯、Fj,m(qj,m，:rj,m， Vj,m)的歐式距離：
[00；3 引
[0039] 44.按最小距離原則，重新分配XiQ = I，2,……（N-K))的聚類位置，將其分配到歐 式距離為最小的那個聚類組；
[0040] 45.根據(jù)更新后的聚類組，通過=個分量(w，rj，Vj)的算術(shù)平均值，計算出新的聚 類中屯、向量F j,(m+l)(qj,(m+l)，：Tj,(m+l)，Vj,(m+l))，j《K;當出現(xiàn)某組除聚類中屯、之外未能包含 其它成員，則可取消該組，將中屯、按最小距離原則歸入剩余的某組中去；
[0041 ] 46.聚類持續(xù)判斷：若F j, (m+1) (qj, (m+1)刀，(m+1)，Vj, (m+1)) =Fj(qj ,rj，Vj)，則完成聚 類；否則重復(fù)第43~45步，直到K-均值聚類收斂，也即相鄰兩次聚類中屯、向量相等為止，完 成樣本組的一致性篩查。
[0042] 本發(fā)明可W結(jié)合具體情況，從實現(xiàn)成本、組性能要求等方面考慮，設(shè)定和調(diào)整測試 精度、K、自放電擱置時長，要求越高，選擇測試精度、K、自放電擱置時長也相應(yīng)越大。
[0043] 實施例；
[0044] W下針對某品牌憐酸鐵裡電池(3.2V\3.5AH)的一致性篩選配組，對本發(fā)明進行詳 細說明：
[0045] 1.選取200只單體電池，在25°C±5°C環(huán)境下，W0.2C恒流放電至2.5V，擱置化；
[0046] 2. Wo.2C~IC的恒流充至3.2V，轉(zhuǎn)恒壓充電致電流降至0.05C為止，擱置化;使用 容量測試儀及內(nèi)阻測試儀，記錄容量數(shù)據(jù)組qi，U = 1，2,……200)、內(nèi)阻數(shù)據(jù)組ri(i = l， 2,......200)
[0047] 3.將樣本送入45°C ± 2°C，95 %的環(huán)境下，擱置7天;然后測其電壓，獲得Vi，（ i = 1， 2,......200)；
[0048] 4.選取聚類數(shù)為4，隨機抽取4個樣本組成員作為初始聚類中屯、向量Fi, 1 (qi, 1，ri, 1， vi,i)、p7已，i(q7已，i,r7已，i,V7已，1)、Fi2〇,i(qi2〇,i,ri2〇,i,vi2〇,i)、Fi7〇,i(qi7〇,i,ri7〇,i,vi7〇,i);開女臺 初次隨機分組，每組分得50個成員；
[0049] 5.計算剩余每組成員各向量XiQ = I，2,……（N-K))至4個初始聚類中屯、的歐式距 離：
[(K)加]
[0化1 ]
[0化2]
[0化3]
[0054] 6.按最小距離原則，重新分配各向量的聚類位置，使各向量被分配到與某中屯、的 歐式距離為最小的對應(yīng)組；
[0055] 7.對新聚類組所有包含向量的=個分量進行算數(shù)平均，得到第二次聚類的中屯、向 量尸"佔'2，。2，￥");
[0056] 8.重復(fù)第5~7步，直到相鄰前后兩次的聚類中屯、向量相同為止，結(jié)束K-均值聚類 循環(huán)計算過程，完成本樣品組的一致性分組篩查。
【主權(quán)項】
1. 裡離子電池一致性篩選方法，其特征在于，包括W下步驟： a. 選取N個單體裡離子電池作為測試樣本組，在測試環(huán)境下，對測試樣本組中的各個電 池恒流放電至預(yù)設(shè)的放電終止電壓，然后擱置一定時間； b. 對測試樣本組中的各個電池恒流充電至預(yù)設(shè)的充電終止電壓后，再進行恒壓充電 后，擱置一定時間，測試并記錄測試樣本組中的各個電池的容量及內(nèi)阻，獲得對應(yīng)的容量數(shù) 據(jù)組 Qi (i = l，2,......N)及內(nèi)阻數(shù)據(jù)組 ri (i = l，2,......N); C.將測試樣本組在高溫、高濕度環(huán)境下擱置一定時間后測試樣本組中的各個電池的電 壓vi(i = l，2,......N)； d.對向量組Xi(qi，ri，vi)(i = l，2,……N)進行K-均值聚類分組計算，根據(jù)計算結(jié)果完成 樣本組的一致性篩選。2. 如權(quán)利要求1所述的裡離子電池一致性篩選方法，其特征在于，步驟a中，所述測試環(huán) 境的溫度為25°C±5°C，對測試樣本組中的各個電池WO. 2C~IC恒流放電至預(yù)設(shè)的放電終 止電壓。3. 如權(quán)利要求1所述的裡離子電池一致性篩選方法，其特征在于，步驟b中，對測試樣本 組中的各個電池WO. 2C~IC恒流充至預(yù)設(shè)的充電終止電壓后，轉(zhuǎn)恒壓充電致充電倍率降至 0.05C為止。4. 如權(quán)利要求1所述的裡離子電池一致性篩選方法，其特征在于，步驟C中，所述高溫、 高濕度環(huán)境為45°C ±2°C ,95%。5. 如權(quán)利要求1所述的裡離子電池一致性篩選方法，其特征在于，步驟a、b中所述一定 時間為1小時，步驟C中所述一定時間為7天。6. 如權(quán)利要求1所述的裡離子電池一致性篩選方法，其特征在于，步驟d中，對向量組Xi (qi，ri，vi)(i = l，2,……N)進行K-均值聚類分組計算，根據(jù)計算結(jié)果完成樣本組的一致性 篩選的具體方法包括： dl.根據(jù)初始化設(shè)定的聚類數(shù)初值K，從向量組Xi中隨機選取K個樣本作為初始聚類中屯、 向量Fj,m(qj,m，rj,m，Vj,m)(j = l，2,……K )，其中Hl為聚類次數(shù)，初始值為1 ; d2.對剩余的向量Xi(qi，ri，Vi) (i = 1，2，……(N-K))進行隨機歸組，分配到某一個聚類 組中； d3.計算所有剩余成員向量XiQ = I，2,......（N-K))至各聚類中屯、Fj,m(qj,m，：rj,m，Vj,m)的 歐式距離：d4按最小距離原則，重新分配Xi( i = 1，2，……(N-K))的聚類位置，將其分配到歐式距離 為最小的那個聚類組； d5.根據(jù)更新后的聚類組，通過=個分量(qj，rj，vj)的算術(shù)平均值，計算出新的聚類中 屯、向量Fj, (m+：L) ( q j, (m+：L)，r j, (m+l)，V j, (m+：L) )，j《K ; d6.聚類持續(xù)判斷：若Fj, (m+i)(qj, (m+1) ,rj, (m+1)，Vj, (m+1)) =Fj(qj ,rj，Vj)，則完成聚類；否則 重復(fù)d3-d5步，直到K-均值聚類收斂，也即相鄰兩次聚類中屯、向量相等為止，完成樣本組的 一致性篩查。7.如權(quán)利要求6所述的裡離子電池一致性篩選方法，其特征在于，在步驟d5中，當出現(xiàn) 某組除聚類中屯、之外未能包含其它成員，則取消該組，將聚類中屯、按最小距離原則歸入剩 余的某組中去。
【文檔編號】B07C5/344GK105903692SQ201610335049
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月19日
【發(fā)明人】李珣
【申請人】四川長虹電器股份有限公司