專利名稱：一種控制動力電池組一致性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及動力電池組控制領(lǐng)域，特別是涉及一種控制動力電池組一致性的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的動力電池組由參數(shù)變化一致的多個單體電芯串并聯(lián)組成，單體電芯為包括正極、負極的兩電極體系的電池電芯。對于動力電池組，影響其安全性及使用壽命的最主要因素是其多個單體電芯之間的一致性?，F(xiàn)有的一致性控制包括動力電池組制備過程中的一致性控制和動力電池組充放電循環(huán)工作過程中的一致性控制。動力電池組制備過程中的一致性控制，即單體電芯匹配過程的一致性控制，是控制待組成動力電池組的單體電芯為參數(shù)變化一致的單體電芯，即通過測量單體電芯的開路電壓、容量、帶電量、內(nèi)阻、充放電溫度、自放電等參數(shù)，選擇上述參數(shù)一致的單體電芯組成動力電池組，以保證動力電池組內(nèi)各單體電芯在串并聯(lián)組成動力電池組之前各參數(shù)均是一致的。而動力電池組充放電循環(huán)工作過程中的一致性控制是控制單體電芯在串并聯(lián)組成動力電池組后在工作過程中充放電均衡一致，即通過電源管理系統(tǒng)實時監(jiān)控動力電池組中各單體電芯在充放電循環(huán)過程中的充放電電壓-時間曲線、電流、充放電溫度、容量等參數(shù)， 根據(jù)上述參數(shù)對單體電芯實施均衡充放電管理，對充電過快或放電過慢的單體電芯進行均衡放電處理，對充電過慢或放電過快的單體電芯進行均衡充電處理，以保證各單體電芯的工作過程是一致的。然而，盡管通過上述兩方面的控制，但由于一致性控制過程中依據(jù)的參數(shù)是電芯電壓參數(shù)，其僅能確保各單體電芯兩個電極的相對電壓一致，不能確保各單體電芯在充放電過程中正極電位的變化一致、負極電位的變化一致，因此上述動力電池組在制備和工作過程中的一致性仍然不十分理想，將直接導致動力電池組的壽命較短，安全性得不到保障。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是彌補上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種控制動力電池組一致性的方法，能有效控制單體電芯在工作過程中充放電時正極電位的變化一致、負極電位的變化一致，使得動力電池組工作過程中的一致性得到有效改善。本發(fā)明的技術(shù)問題通過以下的技術(shù)方案予以解決
一種控制動力電池組一致性的方法，控制動力電池組一致性的方法，該方法用于在動力電池組的制備過程和工作過程中對動力電池組進行一致性控制，所述動力電池組由參數(shù)一致的多個單體電芯串并聯(lián)組成，所述單體電芯包括正極、負極和第三電極；所述方法包括1)單體電芯匹配過程一致性控制測量待組成所述動力電池組的所述單體電芯的參數(shù)，選擇參數(shù)變化一致的多個所述單體電芯串并聯(lián)組成所述動力電池組；2)動力電池組充放電循環(huán)過程一致性控制2-1)實時監(jiān)控所述動力電池組中單體電芯在充放電循環(huán)過程中的第一參數(shù)、第二參數(shù)和第一類常規(guī)參數(shù)，所述第一參數(shù)為充放電循環(huán)過程中所述單體電芯的正極相對于第三電極的電極電位；所述第二參數(shù)為充放電循環(huán)過程中所述單體電芯的負極相對于第三電極的電極電位；2-2)根據(jù)第一參數(shù)和第二參數(shù)對所述單體電芯進行一致性充放電管理。優(yōu)選的技術(shù)方案中，
所述第一類常規(guī)參數(shù)包括所述單體電芯在充放電循環(huán)過程中的容量和充放電溫度。進一步優(yōu)選的技術(shù)方案中，
所述步驟1)具體包括，測量所述單體電芯的第三參數(shù)、第四參數(shù)和第二類常規(guī)參數(shù)，選擇所述第三參數(shù)、第四參數(shù)和常規(guī)參數(shù)變化一致的多個單體電芯串并聯(lián)組成所述動力電池組；所述第三參數(shù)為所述單體電芯在匹配過程中分選容量充放電時正極相對于第三電極的電極電位；所述第四參數(shù)為所述單體電芯在匹配過程中分選容量充放電時負極相對于第三電極的電極電位。所述第二類常規(guī)參數(shù)包括所述單體電芯的容量、內(nèi)阻和充放電溫度。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對比的有益效果是
本發(fā)明的一種控制動力電池組一致性的方法，動力電池組采用包括正極、負極和第三電極的三電極體系電芯作為單體電芯，動力電池組充放電循環(huán)過程一致性控制時，除了進行第一類常規(guī)參數(shù)的一致性監(jiān)控，配合實時監(jiān)控單體電芯的正極相對于第三電極的電極電位(第一參數(shù))和負極相對于第三電極的電極電位(第二參數(shù))，根據(jù)上述兩個參數(shù)變化情況對單體電芯進行均衡充放電管理，使充放電循環(huán)工作過程的第一參數(shù)和第二參數(shù)的變化能一致，從而有效改善動力電池組工作過程中的一致性。進一步地，在單體電芯匹配組成動力電池組的過程一致性控制時，除了進行第二類常規(guī)參數(shù)的一致性匹配，還依據(jù)單體電芯分選容量時充放電過程中正極相對于第三電極的電極電位(第三參數(shù))和負極相對于第三電極的電極電位(第四參數(shù))選擇匹配單體電芯，使得單體電芯在串并聯(lián)之前第三參數(shù)和第四參數(shù)變化也能一致，進一步有效改善動力電池組制備過程中的一致性。


圖1是本發(fā)明具體實施方式
的控制動力電池組一致性的方法的流程圖2是本發(fā)明具體實施方式
的實施例中測量四個三電極體系單體電芯充放電時的第三參數(shù)-時間曲線圖3是本發(fā)明具體實施方式
的實施例中測量四個三電極體系單體電芯充放電時的第四參數(shù)-時間曲線圖4是本發(fā)明具體實施方式
的比較例中測量四個兩電極體系電池充放電時的電芯電壓-時間曲線圖5是本發(fā)明具體實施方式
中測試得到的實施例和比較例中制備的動力電池組的壽命曲線圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施方式
并對照附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。本具體實施方式
中一種控制動力電池組一致性的方法，其中，動力電池組由參數(shù)變化一致的多個單體電芯串并聯(lián)組成，所述單體電芯包括正極、負極和第三電極，其中，第三電極作為在單體電芯的電化學體系內(nèi)電化學性能穩(wěn)定的參比電極。該方法用于在動力電池組的制備過程和工作過程中對動力電池組進行一致性控制，如圖1所示，為其流程圖，包括，
Si)，測量待組成所述動力電池組的單體電芯的參數(shù)，選擇參數(shù)變化一致的多個單體電芯串聯(lián)和/或并聯(lián)組成動力電池組，此即動力電池組的制備過程中單體電芯匹配過程一致性控制。其中，串并聯(lián)組成動力電池組，優(yōu)選為先將2-10個的單體電芯串聯(lián)和/并聯(lián)成電池單元，再在電池單元內(nèi)置入溫度感應器，然后再將電池單元進行串并聯(lián)組合。S2)，動力電池組充放電循環(huán)過程一致性控制，此階段先將動力電池組與電源管理系統(tǒng)連接，利用電源管理系統(tǒng)進行循環(huán)充放電過程的實時監(jiān)控和控制，具體包括
S2-1)，實時監(jiān)控在充放電循環(huán)過程中動力電池組的單體電芯的第一參數(shù)、第二參數(shù)和第一類常規(guī)參數(shù)，其中，第一參數(shù)為充放電循環(huán)過程中單體電芯的正極相對于第三電極的電極電位；第二參數(shù)為充放電循環(huán)過程中單體電芯的負極相對于第三電極的電極電位。而第一類參數(shù)為現(xiàn)有需監(jiān)控的常規(guī)參數(shù)，包括單體電芯在充放電循環(huán)過程中的容量和充放電溫度。S2-2)，根據(jù)第一參數(shù)和第二參數(shù)對單體電芯進行一致性充放電管理。具體來說， 充放電過程中，當檢測到某一單體電芯的第一參數(shù)和/或第二參數(shù)偏離正常值的情形時， 則對該單體電芯進行均衡充電或放電處理，使該單體電芯的充放電狀態(tài)與其它單體電芯的充放電狀態(tài)保持一致。對現(xiàn)有技術(shù)中的動力電池組的一致性進行分析，從其監(jiān)控的參數(shù)的角度進行分析，由于實時監(jiān)控時參考的參數(shù)是電芯電壓(正極和負極之間的相對電壓)，因此盡管也通過實時監(jiān)控控制循環(huán)過程中的一致性，但僅能確保各單體電芯的相對電壓是一致的，不能確保各單體電芯的正極電位、負極電位變化一致，因此循環(huán)工作過程中實時監(jiān)控的單體電芯的一致性并不十分理想。而本具體實施方式
中一種控制動力電池組一致性的方法，動力電池組采用包括正極、負極和第三電極的三電極體系電芯作為單體電芯，充放電循環(huán)過程一致性控制時，配合實時監(jiān)控單體電芯的正極相對于第三電極的電極電位(第一參數(shù))及負極相對于第三電極的電極電位(第二參數(shù))，根據(jù)上述兩個參數(shù)對單體電芯進行均衡充放電管理，監(jiān)控的是正極和負極的電位，則充放電循環(huán)工作過程中的各單體電芯的正極、負極的電位變化能保持一致，而不再僅僅是正極和負極之間的相對電壓保持一致，從而有效改善動力電池組充放電循環(huán)工作過程中的一致性。優(yōu)選地，步驟Si)中具體包括測量單體電芯的第三參數(shù)、第四參數(shù)和第二類常規(guī)參數(shù)，選擇第三參數(shù)、第四參數(shù)和常規(guī)參數(shù)變化一致的多個單體電芯串并聯(lián)組成動力電池組。其中，第三參數(shù)為單體電芯在匹配過程中分選容量充放電時正極相對于第三電極的電極電位，第四參數(shù)為單體電芯在匹配過程中分選容量充放電時負極相對于第三電極的電極電位。而第二類常規(guī)參數(shù)即是現(xiàn)有常見監(jiān)控的參數(shù)，如單體電芯充放電時充放電溫度、內(nèi)阻和容量。即選擇單體電芯匹配時，依據(jù)現(xiàn)有常見監(jiān)控的參數(shù)的同時，還依據(jù)第三參數(shù)和第四參數(shù)，選擇上述參數(shù)變化均一致的單體電芯進行匹配，即能保證選用分選容量時正極電位、 負極電位變化一致的單體電芯進行串并聯(lián)組合成動力電池組，從而有效改善動力電池組在制備過程中的一致性。
實驗驗證
實施例制備鋰聚合物動力電池組_144V100Ah (動力電池組內(nèi)部嵌有電源管理系統(tǒng))， 動力電池組的單體電芯選用包括正極、負極和第三電極的三電極體系電池電芯，電芯型號為6099160，電壓為3. 6V，容量為IOAh的單體方形鋰聚合物。在動力電池組的制備過程中， 依據(jù)第三參數(shù)、第四參數(shù)和常規(guī)參數(shù)對其進行一致性控制。匹配前的準備工作鋰聚合物電芯卷繞成型后，經(jīng)注液、封口等工序制得半成品三電極體系鋰聚合物電池。半成品三電極體系鋰聚合物電池常溫或40度高溫擱置2-5天后， 對電池進行充放電，使其充分活化。電池活化后，再對電池充電使其荷電量為50%-60%，之后常溫擱置一個月。單體電芯匹配過程一致性控制測量單體電芯充放電過程中的正極相對于第三電極的電極電位(第三參數(shù))、負極相對于第三電極的電極電位(第四參數(shù))，以及第二類常規(guī)參數(shù)，如容量、內(nèi)阻和充放電溫度。經(jīng)過上述匹配前的準備工作常溫擱置一個月后，進行分選容量，即將單體電芯進行充放電，測量單體電芯的第三參數(shù)、第四參數(shù)，以及電芯容量、內(nèi)阻和充放電溫度。選擇容量、內(nèi)阻及充放電溫度一致的電芯，再根據(jù)第三參數(shù)-時間曲線圖和第四參數(shù)-時間曲線圖選擇變化均勻一致的單體三電極電芯串并聯(lián)組合在一起。測量四個三電極體系電芯(A、B、C、D)得到的第三參數(shù)-時間曲線圖如圖2所示，得到的第四參數(shù)-時間曲線圖如圖3所示。圖中B電池和C電池對應的第三參數(shù)、第四參數(shù)曲線變化一致，如兩電池對應的第二類常規(guī)參數(shù)變化也均勻一致，則可選擇B電池和C電池組合在一起；而對于A電池，則需要另外選擇第三參數(shù)、第四參數(shù)以及第二類常規(guī)參數(shù)均變化一致的電池與A電池組合在一起；同理，D電池，則需要另外選擇第三參數(shù)、第四參數(shù)以及第二類常規(guī)參數(shù)均變化一致的電池與D電池進行組合。將匹配好的待組合在一起的單體電池進行 10個串聯(lián)組裝，組裝成三電極鋰聚合物電池單元36V10Ah，然后在每個三電極鋰聚合物電池單元中置入一個溫度感應器，選擇40個電池單元，按每4個電池單元進行串聯(lián)組成10組 144V10Ah的電池組單元，然后再將10組144V10Ah的電池組單元并聯(lián)即組成144V100Ah的動力電池組。比較例制備鋰聚合物動力電池組_144V100Ah (動力電池組內(nèi)部嵌有電源管理系統(tǒng))，動力電池組的單體電芯為包括正極和負極兩電極體系電池電芯，電芯型號為6099160， 電壓為3. 6V，容量為IOAh的單體方形鋰聚合物。在動力電池組的制備過程中，依據(jù)常規(guī)參數(shù)對其進行一致性控制。匹配前的準備工作該階段同實施例中分選容量充放電測試前的準備工作，在此不重復說明。單體電芯匹配過程一致性控制測量單體電芯充放電過程中的電芯電壓、容量、內(nèi)阻和充放電溫度，根據(jù)上述電芯電壓參數(shù)和容量、內(nèi)阻和充放電溫度參數(shù)選擇變化均勻一致的單體三電極電池串并聯(lián)組合在一起。測量四個兩電極體系電池(E、F、G、H)得到的電芯電壓-時間曲線圖如圖4所示。圖中F電池和G電池對應的電芯電壓-時間曲線變化一致，如兩電池對應的常規(guī)參數(shù)變化也均勻一致，則可選擇F電池和G電池組合在一起；而對于E電池以及H電池，則選擇相應電芯電壓參數(shù)，常規(guī)參數(shù)變化一致的電池進行組合。將組合在一起的單體電池進行10個串聯(lián)組裝，組裝成三電極鋰聚合物電池單元36V10Ah，然后在每個三電極鋰聚合物電池單元中置入一個溫度感應器，選擇40個電池單元，按每4個電池單元進行串聯(lián)組成10組144V10Ah的電池組單元，然后再將10組144V10Ah的電池組單元并聯(lián)即組成144V100Ah的動力電池組。將上述實施例中制備的144V100Ah的動力電池組和比較例中制備的144V100Ah的動力電池組進行電動車模擬壽命測試，測試標準為常溫1C，100%D0D。模擬壽命測試時，實施例動力電池組依據(jù)第一參數(shù)和第二參數(shù)進行充放電循環(huán)過程一致性控制將組裝的實施例動力電池組與電源管理控制系統(tǒng)進行連接，電源管理控制系統(tǒng)包括單片機，單片機的信號輸入端分別連接動力電池組中每個單體三電極鋰聚合物電池的正極、負極和第三電極，從而實現(xiàn)對每個單體電池單元的電流、溫度的實時監(jiān)控，以及對每個單體電池的正極相對于第三電極的電極電位(第一參數(shù))和負極相對于第三電極的電極電位(第二參數(shù))的實時監(jiān)控。根據(jù)第一參數(shù)和第二參數(shù)對各單體電芯進行均衡充放電管理，實現(xiàn)一致性充放電管理。模擬壽命測試時，比較例動力電池組依據(jù)電壓參數(shù)進行充放電循環(huán)過程一致性控制將組裝的比較例動力電池組與電源管理控制系統(tǒng)進行連接，電源管理控制系統(tǒng)包括單片機，單片機的信號輸入端分別連接動力電池組中每個單體三電極鋰聚合物電池的正極和負極，從而實現(xiàn)對每個單體電池單元的電壓、電流、溫度的實時監(jiān)控。根據(jù)電壓參數(shù)對各單體電芯進行均衡充放電管理，實現(xiàn)一致性充放電管理。測試后得到測試結(jié)果如圖5所示，圖中，Gl曲線為測試得到的實施例中制備的鋰聚合物動力電池組的循環(huán)壽命示意圖，G2曲線為測試得到的比較例中制備的鋰聚合物動力電池組的循環(huán)壽命示意。比較曲線Gl和G2，可知是實施例中，采用三電極體系的鋰聚合物動力電池組，配合第一參數(shù)和第二參數(shù)的實時監(jiān)控，以及第三參數(shù)和第四參數(shù)的匹配控制，其循環(huán)工作壽命達2000次以上，而比較例中，采用傳統(tǒng)的兩電極體系的鋰聚合物動力電池組，實時監(jiān)控僅監(jiān)控電壓曲線，以及匹配控制時僅參考充放電電壓曲線，其循環(huán)工作壽命僅1000次左右。實施例中的動力電池組相對比較例中的動力電池組循環(huán)壽命延長了
100% ο以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下做出若干替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種控制動力電池組一致性的方法，該方法用于在動力電池組的制備過程和工作過程中對動力電池組進行一致性控制，其特征在于所述動力電池組由參數(shù)一致的多個單體電芯串并聯(lián)組成，所述單體電芯包括正極、負極和第三電極；所述方法包括1)單體電芯匹配過程一致性控制測量待組成所述動力電池組的所述單體電芯的參數(shù)，選擇參數(shù)變化一致的多個所述單體電芯串并聯(lián)組成所述動力電池組；2)動力電池組充放電循環(huán)過程一致性控制2-1)實時監(jiān)控所述動力電池組中單體電芯在充放電循環(huán)過程中的第一參數(shù)、第二參數(shù)和第一類常規(guī)參數(shù)，所述第一參數(shù)為充放電循環(huán)過程中所述單體電芯的正極相對于第三電極的電極電位；所述第二參數(shù)為充放電循環(huán)過程中所述單體電芯的負極相對于第三電極的電極電位；2-2)根據(jù)第一參數(shù)和第二參數(shù)對所述單體電芯進行一致性充放電管理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制動力電池組一致性的方法，其特征在于所述第一類常規(guī)參數(shù)包括所述單體電芯在充放電循環(huán)過程中的容量和充放電溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制動力電池組一致性的方法，其特征在于所述步驟1)具體包括，測量所述單體電芯的第三參數(shù)、第四參數(shù)和第二類常規(guī)參數(shù)，選擇所述第三參數(shù)、 第四參數(shù)和常規(guī)參數(shù)變化一致的多個單體電芯串并聯(lián)組成所述動力電池組；所述第三參數(shù)為所述單體電芯在匹配過程中分選容量充放電時正極相對于第三電極的電極電位；所述第四參數(shù)為所述單體電芯在匹配過程中分選容量充放電時負極相對于第三電極的電極電位。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制動力電池組一致性的方法，其特征在于所述第二類常規(guī)參數(shù)包括所述單體電芯的容量、內(nèi)阻和充放電溫度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種控制動力電池組一致性的方法，用于在動力電池組的制備過程和工作過程中對動力電池組進行一致性控制，動力電池組由參數(shù)一致的多個單體電芯串并聯(lián)組成，單體電芯包括正極、負極和第三電極；方法包括1)單體電芯匹配過程一致性控制；2)動力電池組充放電循環(huán)過程一致性控制2-1)實時監(jiān)控動力電池組中單體電芯在充放電循環(huán)過程中的第一參數(shù)、第二參數(shù)和第一類常規(guī)參數(shù)，第一參數(shù)為充放電循環(huán)過程中單體電芯的正極相對于第三電極的電極電位；第二參數(shù)為充放電循環(huán)過程中單體電芯的負極相對于第三電極的電極電位；2-2)根據(jù)第一參數(shù)和第二參數(shù)對單體電芯進行一致性充放電管理。本發(fā)明能有效改善動力電池組工作過程中的一致性。
文檔編號G01R31/36GK102231446SQ201110135370
公開日2011年11月2日 申請日期2011年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月24日
發(fā)明者孟志軒, 彭東方, 王守軍, 莫元妙 申請人:深圳市量能科技有限公司