基于自適應(yīng)“I-U-R”法的鋰電池梯次利用檢測方法

劉昊霖

摘? ?要：本文針對退役鋰電池梯次回收利用過程中，電池性能檢測精度低，指標(biāo)少，分類難的問題，提出一種基于自適應(yīng)“I-U-R”法的鋰電池梯次利用檢測方法，該方法在提高參數(shù)測量精度的基礎(chǔ)上，充分考慮電池多個性能參數(shù)的影響，利用算法評估模型得到其健康狀態(tài)，為梯次利用場景適配提供輔助決策依據(jù)。提出了基于自適應(yīng)算法的短時間恒流放電方案，可以有效降低虛電壓、虛電阻影響，提高檢測精度;在評價算法方面，提出“鋰電池多參數(shù)協(xié)調(diào)評估模型”，使得評價結(jié)果更客觀、真實、全面?；谠摲椒ㄔO(shè)計了配套的硬件實物裝置。

關(guān)鍵詞：梯次利用? 性能檢測? 自適應(yīng)? 恒流放電

中圖分類號：TM912? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）05（a）-0099-02

截至2018年底，市場上新能源汽車的保有量已經(jīng)超過160萬輛。根據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測，到2020年時，國內(nèi)磷酸鐵鋰、三元等動力電池的報廢量將會達(dá)到17萬t左右，報廢量達(dá)32.2GWh[1]。動力電池從電動汽車上退役下來后仍有80%的剩余容量，可應(yīng)用于對電池性能要求較低的場合，即進(jìn)入電池儲能梯次利用階段。研究動力電池的梯次利用技術(shù)，對于推動電力行業(yè)的健康綠色發(fā)展、儲能系統(tǒng)的推廣應(yīng)用以及節(jié)能環(huán)保具有重要的社會意義和巨大的經(jīng)濟(jì)效益[2-4]。

然而整個梯次利用產(chǎn)業(yè)鏈中，至關(guān)重要的環(huán)節(jié)就是退役電池性能檢測分類及場景適配，即通過電池狀態(tài)參數(shù)確定其合適的二次利用領(lǐng)域[5]。而目前針對該領(lǐng)域的研究還很匱乏，檢測機(jī)制及分類標(biāo)準(zhǔn)也不夠完善。針對以上背景，本文提出一種基于自適應(yīng)“I-U-R”法的鋰電池梯次利用檢測方法。

1? 基于自適應(yīng)“I-U-R”法的鋰電池梯次利用檢測方法

1.1 檢測步驟

（1）將充滿電的鋰電池通過自適應(yīng)算法調(diào)整鋰電池放電倍率，使其恒流放電;

（2）結(jié)合“自適應(yīng)恒流放電端電壓內(nèi)阻匹配法”（簡稱“I-U-R”檢測法），準(zhǔn)確檢測得到鋰電池的端電壓，內(nèi)阻，剩余容量，荷電狀態(tài)（SOC，state of charge）等關(guān)鍵參數(shù);

（3）根據(jù)本文提出的“鋰電池多參數(shù)協(xié)調(diào)評估模型”對鋰電池性能及健康狀態(tài)進(jìn)行評級，為其梯次利用提供重要數(shù)據(jù)支撐和參考依據(jù)。測試流程如圖1所示。

1.2 自適應(yīng)放電倍率

步驟（1）中，“通過自適應(yīng)算法調(diào)整鋰電池放電倍率”原理為：實驗表明，只有當(dāng)放電電流選取合適時，同一類型電池的當(dāng)前電壓U和實測內(nèi)阻R才與電池的實際容量直接相關(guān)，而不同類型不同電壓等級的電池其合適的放電電流往往不一樣。自適應(yīng)算法會根據(jù)實際檢測到的端電壓判斷電池型號，電壓級別，進(jìn)而自動將放電倍率調(diào)整到合適數(shù)值，精確檢測電池容量。詳見表1。

1.3 “I-U-R”檢測法

步驟（2）中“I-U-R”檢測法原理為：通過大量的實驗數(shù)據(jù)得到不同類型鋰電池的“端電壓—剩余容量”（“U-SOC”）以及“內(nèi)阻—剩余容量”（“R-SOC”）的對應(yīng)關(guān)系，并存儲在控制器中;經(jīng)過恒流放電后，可以降低虛電壓，虛內(nèi)阻影響，提高檢測精度;精確檢測出U和R后，先利用“U-SOC”關(guān)系確定電池剩余容量，然后利用“R-SOC”關(guān)系對剩余容量進(jìn)行修正，這種基于“I-U-R”檢測方法得到的剩余容量容錯率更高，預(yù)估結(jié)果更接近真實值。

1.4 多參數(shù)協(xié)調(diào)評估模型

評估模型表達(dá)式為：

AH=αASOC+βAU+γAR

其中AH為健康因子，取值介于0～1;α、β、γ為權(quán)重系數(shù)，由行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)確定;ASOC為容量因子，ASOC=當(dāng)前容量/額定容量;AU為端電壓因子，AU=實際放電電壓/額定電壓;AR為內(nèi)阻因子，AR=實測內(nèi)阻/額定容量下對應(yīng)內(nèi)阻值。

健康因子AH的評級標(biāo)準(zhǔn)為：0.9～1為優(yōu)，可用于汽車、自行車等車載動力電池;0.8～0.9為良，可用于電網(wǎng)、新能源發(fā)電等儲能領(lǐng)域;0.6～0.8為合格，可用于對電池性能要求不高的低端用戶;0.6以下為報廢，可用于拆解回收。

2? 硬件實物裝置

為實現(xiàn)上述理論方法，設(shè)計了配套的硬件實現(xiàn)電路。硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。包括：微控制器系統(tǒng)、A/D轉(zhuǎn)換電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、恒流負(fù)載電路、按鍵電路、顯示電路、時鐘電路。

具體操作流程為：以微控制器作為控制核心，由按鍵設(shè)置初始放電電流，控制器通過D/A轉(zhuǎn)換器將讀入的放電電流值輸出到恒流負(fù)載，實現(xiàn)恒流放電。同時，控制器通過A/D轉(zhuǎn)換器采集鋰電池的各項試驗參數(shù)，并對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，經(jīng)過一系列分析判斷，得到鋰電池的性能指標(biāo)及健康狀況，由液晶屏顯示檢測結(jié)果。

3? 結(jié)語

本文提出一種基于自適應(yīng)“I-U-R”法的鋰電池梯次利用檢測方法，可有助于退役電池回收利用的檢測分類。

在測試工況方面，提出基于自適應(yīng)算法的短時間恒流放電方案，有效降低虛電壓、虛電阻影響;在測試原理方面，提出全新的“I-U-R”檢測方法，綜合了已有技術(shù)的優(yōu)點，提高檢測精度;在評價算法方面，提出“鋰電池多參數(shù)協(xié)調(diào)評估模型”，使得評價結(jié)果更客觀、真實、全面。但所提方法適用的檢測電池類型有限，擴(kuò)展可測電池的種類和型號是后續(xù)工作的重點。

參考文獻(xiàn)

[1] 李臻，董會超.退役鋰離子動力電池梯次利用可行性研究[J].電源技術(shù)，2016，40（8）：1582-1584.

[2] 夏重凱.動力電池梯次利用現(xiàn)狀及政策分析[J].汽車與配件，2016（38）：42-45.

[3] 王英東，楊敬增，張承龍，等.退役動力磷酸鐵鋰電池梯次利用的情況分析與建議[J].再生資源與循環(huán)經(jīng)濟(jì)， 2017，10（4）：23-27.

[4] 佚名.基于應(yīng)用需求的退役電池梯次利用安全策略[J]. 儲能科學(xué)與技術(shù)，2018，7（6）：146-156.

[5] 慈松.基于全生命周期優(yōu)化管理的鋰電池梯次利用[J]. 新材料產(chǎn)業(yè)，2015（4）：41-46.