低成本模式的动力电池梯级利用多因素筛分方法

低成本模式的动力电池梯级利用多因素筛分方法
1.本技术是申请号为：202110140111.2，申请日：2021-02-02，专利名称“电动汽车动力电池梯级利用多参数影响筛分方法”的发明专利的分案申请。
技术领域
2.本发明涉及电动汽车动力电池回收技术领域，具体涉及低成本模式的动力电池梯级利用多因素筛分方法。


背景技术：

3.目前，国家在规范动力电池的尺寸、动力电池电压统一化、标准化，未来各个汽车厂家使用的动力电池规格会趋向于统一性设计，即各个厂家之间的动力电池的尺寸、接口可以通用，仅电池类型、容量大小不同，这会使动力电池的回收及大规模梯级利用成为新的发展趋势，同一类型的报废动力电池的数量可达到数十万组。
4.《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》中也明确提到对废旧动力蓄电池进行分类重组利用，并对梯次利用电池产品进行编码，这将会为梯级利用节省很大成本，从环保的角度以及回收再利用的角度出发，梯级利用是动力电池最好的回收方式，当动力电池数量较多，回收形成一定规模时，如果政策得当，仍然能产生较为可观的经济效益，且对环境保护意义重大。
5.经过几年的研究探索和试点示范，我国动力电池梯级利用应用领域已集中在电力系统储能、通信基站备用电源、低速电动车以及小型分布式家庭储能、风光互补路灯、移动充电车、电动叉车等其他相关领域。目前做储能的厂家提出组串分布式的概念，把整车退役的动力电池作为一个基本的储能单元利用，最大限度保证电池组原有状态和一致性不变，然后配上一台中小功率的过程控制系统(pcs)，加上合适的监控单元构成一个基本的储能单元，再并联在一起，构成一个功率不等的储能功率系统。由于动力电池设计之初就考虑了一致性问题，并且配备了电池管理系统。退役的电池并不是损坏无法使用，而是整体容量不足，所以整套利用时一致性问题不大。
6.但是把整车退役的动力电池作为一个基本的储能单元利用，最大的问题在于，对于退役的动力电池，并不是简单组合起来就能用，检测和筛选环节是梯次利用的关键。由于回收动力电池的不一致性，进行梯次利用时需要对其的剩余使用价值和健康状态进行大量的检测，检测筛选环节需要综合应用软件技术、测控技术、制程工艺等，涉及光、机、电等跨行业多学科技术，成本和检测设备要求非常高，不利于大规模快速的开展报废动力电池筛选，而现有的针对动力电池测试技术，也大多是针对新电池的测试，并没有针对报废动力电池专门开发的筛分方法。
7.实际上，动力电池报废后的技术状态不仅受到使用循环次数、充电次数的影响，还与过充、过放、短路等不合理使用，以及到工作时的环境温度有关，同时电池的放电电流大小也会对电池的寿命产生影响；也就是动力电池的使用状态及使用环境会对其报废后的技术状态产生影响，而现有的针对新电池的检测方法是不会考虑上述因素的，因此针对新电
池的检测方法无法直接用于报废动力电池的筛选。
8.专利cn102755966a中的一种动力电池梯级利用分选评估方法，只对相关参数进行了考虑，但是没有具体的计算方法，无法直接用于动力电池的筛分，不具有实际的使用价值。


技术实现要素：

9.基于此，本发明提供一种检测速度快、成本低、准确度较高的低成本模式的动力电池梯级利用多因素筛分方法。
10.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
11.低成本模式的动力电池梯级利用多因素筛分方法，所述的筛分方法包括顺次进行的以下步骤：
12.步骤a：电动汽车在正常使用期间，其动力电池管理系统bms实时记录第一层筛选数据、第二层筛选数据；
13.所述的第一层筛选数据包括：电动汽车行驶总里程数vmt，总循环充电次数cn、动力电池故障次数gz；
14.所述的第二层筛选数据包括：电动汽车每百公里行程内平均环境温度tv，电动汽车每百公里行程内动力电池放电电流超过一定阈值的总时长tm；
15.步骤b：对第一层筛选数据进行以下处理：
16.若电动汽车的行驶总里程数vmt在一定范围[vtm_1，vtm_2]，且总循环充电次数cn在一定范围[cn_1，cn_2]，且动力电池故障次数gz在一定范围[gz_1，gz_2]，则进入步骤c，否则进入步骤h，动力电池故障次数包括过充、过放、短路次数；
[0017]
步骤c：按照公式(1-1)至(1-3)进行统一计算域变换：
[0018][0019][0020][0021]
步骤d：按照公式(1-4)计算第一影响因子hi：
[0022][0023]
上式中，α、β、γ分别为δ1、δ2、δ3各自的权重系数，范围取(0,1)
[0024]
计算出多辆汽车动力电池的hi值后，将多个hi划分到第一区间、第二区间、第三区间内；其中第一区间内的hi值＜第二区间内的hi＜第三区间内的hi值；划分至第一区间的动力电池，进入步骤e；划分至第二区间的动力电池，进入步骤f；划分至第三区间的动力电池，进入步骤g；
[0025]
步骤e：划分至第一区间的动力电池按照公式(1-5)、公式(1-6)计算第二层筛选数据：
[0026]
多个每百公里行程内平均环境温度tv形成的数据组tv1、tv2……
tvn，计算该组数
据的均方根值：
[0027][0028]
多个每百公里行程内动力电池放电电流超过一定阈值的总时长tm形成的数据组tm1、tm2……
tmn，计算该组数据的均方根值：
[0029][0030]
根据公式(1-7)在一定范围统一计算域变换；根据公式(1-8)在一定范围统一计算域变换；
[0031][0032][0033]
然后按照公式(1-9)计算第二影响因子yi：
[0034][0035]
上式中，λ、θ分别为δ5、δ4各自的权重系数，范围取(0,1)；
[0036]
计算出多辆汽车的yi值后，将多个yi值根据大小划分为至少三个一级子区间，然后对同一个一级子区间内的动力电池并联在一起进行梯级利用；
[0037]
步骤f：划分至第二区间的动力电池，先进行步骤e，根据yi值划入不同的一级子区间后，还在20
±
5℃条件下进行满充电池1c电流恒流放电试验，计算标准放电时率值，即放电电流等于动力电池的额定电流；
[0038]
根据放电时率的大小，将每个一级子区间再划分为至少两个二级子区间，每个二级子区间内的动力电池并联进行梯级利用；
[0039]
步骤g：划分至第三区间的动力电池，先进行步骤e、步骤f，根据yi值、标准放电时率c/n将第三区间的动力电池划入不同的二级子区间后，还进行满充电池小倍率电流恒流放电试验，根据小倍率放电时率的大小将每个二级子区间再划分为至少两个三级子区间，每个三级子区间内的动力电池并联进行梯级利用；
[0040]
步骤h：将该电动汽车动力电池标记为不具备当前梯级利用要求。
[0041]
优选的，所述的总循环充电次数cn计数时，单次连续充电时长超过1h的记为一次充电次数，所述的动力电池故障次数的计数包括动力电池过充故障、动力电池过放故障、动力电池短路故障。
[0042]
优选的，所述的α取0.5-0.7，所述的β取0.25-0.45，所述的γ取0.15-0.3，且α β γ＝1；所述的λ取0.4-0.6，θ取0.4-0.6，且λ θ＝1；
[0043]
优选的，所述的步骤g中，满充电池小倍率电流恒流放电试验中，小倍率电流为0.1c-0.2c。
[0044]
优选的，所述的步骤a之前，还根据报废动力电池的当前电池容量值与标定动力电
池容量之比，划分为至少3个预筛区间进行预筛分，预筛分后，对不同的预筛区间进行步骤a至步骤h。
[0045]
优选的，所述的筛分方法中，bms实时记录的第一层筛选数据、第二层筛选数据通过通信线或无线信号发送方式发送给控制器，控制器将第一层筛选数据、第二层筛选数据通过通信线或无线信号发送方式存储在存储设备或通过互联网上传至云服务器；控制器为at89c52单片机或stm32单片机或三菱plc工控机或带有can总线接口的微型处理器，控制器与电动汽车动力电池管理系统bms之间通过can总线连接方式通信连接，所述的存储设备为固态硬盘或u盘。
[0046]
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0047]
本发明充分考虑了影响报废动力电池技术状态的多种因素，将各影响因素统一计算域变换后赋予不同的权重系数，将不同技术状态的电池进行筛分，可以快速的将使用情况、环境温度等相接近的动力电池划分在一起，方便后续梯级利用，且对不同状态的电池采用不同的后续测试步骤，极大的减少了报废动力电池的测试环节，减小了报废动力电池的筛选成本，具有广阔的市场应用前景，对多辆同类型车的退役电池进行快速检测筛选，同时在节约成本的基础上，具有较高的准确率，保证梯级利用顺利。
附图说明
[0048]
图1为筛分方法判断流程图；
[0049]
图2为控制器连接示意图。
具体实施方式
[0050]
下面结合附图对本发明专利的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域所属的技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0051]
在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。
[0052]
参照附图1，低成本模式的动力电池梯级利用多因素筛分方法，所述的筛分方法包括顺次进行的以下步骤：
[0053]
实施例一：
[0054]
现有电动汽车动力电池管理系统bms可以做到对动力电池相关参数的实时监控，因此在电动汽车正常行驶时，即对影响动力电池技术状态的相关重要参数进行实时收集，将报废动力电池的部分筛分环节提前到报废前的正常使用阶段收集信息；
[0055]
步骤a：电动汽车在正常使用期间，其动力电池管理系统bms实时记录第一层筛选数据、第二层筛选数据；
[0056]
所述的第一层筛选数据包括：电动汽车行驶总里程数vmt，总循环充电次数cn、动力电池故障次数gz；
[0057]
所述的第二层筛选数据包括：电动汽车每百公里行程内平均环境温度tv，电动汽车每百公里行程内动力电池放电电流超过一定阈值的总时长tm；
[0058]
所述的总循环充电次数cn计数时，单次连续充电时长超过1h的记为一次充电次数，所述的动力电池故障次数的计数包括动力电池过充故障、动力电池过放故障、动力电池短路故障。
[0059]
第一层筛选数据对动力电池的寿命、当前电池容量、自放电率等参数有较为直接的影响，第二层筛选数据同时还对动力电池的内阻、荷电状态(soc)等参数有较为直接的影响，因此可以首先根据第一层筛选数据，选择电池的使用情况及使用环境较为接近的多个报废动力电池放在一起进行梯级利用，这样筛选出来的报废动力电池的电池容量、剩余寿命、自放电率等指标都较为接近，且第一层筛选数据均为汽车正常行驶时可以收集的数据，报废后可以直接筛分，省略了报废后的诸多检测过程；如果报废动力电池的技术状态较差，则还需要第二层筛选数据进行进一步的筛分，以使技术状态较差的多个报废动力电池并联后保持稳定。
[0060]
步骤b：对第一层筛选数据进行以下处理：
[0061]
若电动汽车的行驶总里程数vmt在一定范围[vtm_1，vtm_2]，且总循环充电次数cn在一定范围[cn_1，cn_2]，且动力电池故障次数，且gz在一定范围[gz_1，gz_2]，则进入步骤c，否则进入步骤h，动力电池故障次数包括过充、过放、短路次数；
[0062]
步骤b是根据报废动力电池的使用工况进行先行定向筛选，例如报废动力电池用作储能装置时，其自放电率指标较为重要，对应的电动汽车的总循环充电次数，总放电时间应适当短一些，且对报废电池的稳定性要求较高，则可以将[vtm_1，vtm_2]设为[5000km，20000km]，[cn_1，cn_2]设为[500，2000]，[gz_1，gz_2]设为[0，30]；再例如报废动力电池用作家庭备用电源时，相应指标可以降低，则可以将[vtm_1，vtm_2]设为[10000km，30000km]，[cn_1，cn_2]设为[500，2600]，[gz_1，gz_2]设为[0，60]。
[0063]
步骤c：按照公式(1-1)至(1-3)进行统一计算域变换：
[0064][0065][0066][0067]
统一计算域变换后，将单位不同三个参数变为了百分比，可以用于后续综合判断。
[0068]
步骤d：按照公式(1-4)计算第一影响因子hi：
[0069][0070]
上式中，α、β、γ分别为δ1、δ2、δ3各自的权重系数，范围取(0,1)，α、β、γ可以根据经验取值，选择一定数量的报废动力电池筛分后进行相应的性能测试，根据测试结果调整，调整时还可以根据电动汽车的类型进行二次微调，例如轿车、suv、mpv车型上使用同一种动力电池，则α、β、γ的取值也不同，本技术方案推荐的取值范围为：α取0.5-0.7，β取0.25-0.45，γ取0.15-0.3，且α β γ＝1；其中可以用于大部分家用电动轿车的一种推荐取
值为α取0.55，β取0.3，γ取0.15。
[0071]
计算出多辆电动汽车的报废动力电池hi值后，将多个hi划分到第一区间、第二区间、第三区间内；其中第一区间内的hi值＜第二区间内的hi＜第三区间内的hi值；三个区间各自的限值可以事先设定，也可以根据某一批报废动力电池的数量和其hi值的分布进行动态调整。
[0072]
划分至第一区间的动力电池，进入步骤e；划分至第二区间的动力电池，进入步骤f；划分至第三区间的动力电池，进入步骤g；
[0073]
步骤e：划分至第一区间的动力电池其技术状态较好，则可以直接按照公式(1-5)、公式(1-6)计算第二层筛选数据：
[0074]
多个每百公里行程内平均环境温度tv形成的数据组tv1、tv2……
tvn，计算该组数据的均方根值：
[0075][0076]
多个每百公里行程内动力电池放电电流超过一定阈值的总时长tm形成的数据组tm1、tm2……
tmn，计算该组数据的均方根值：
[0077][0078]
根据公式(1-7)在一定范围统一计算域变换；根据公式(1-8)在一定范围统一计算域变换；数值大小可以通过实验法选择一辆或多辆报废动力电池计算后推出，也可以将计算出的多个报废动力电池的的最小值作为将多个的最大值作为将计算出的多个报废动力电池的的最小值作为将的最大值作为
[0079][0080][0081]
然后按照公式(1-9)计算第二影响因子yi：
[0082][0083]
上式中，λ、θ分别为δ5、δ4各自的权重系数，范围取(0,1)；本技术方案推荐的λ取0.4-0.6，θ取0.4-0.6，且λ θ＝1；其中推荐的一种用于家用电动轿车的取值为λ取0.4，θ取0.6。
[0084]
计算出多辆汽车的yi值后，将多个yi值根据大小划分为至少三个一级子区间，然后对同一个一级子区间内的动力电池并联在一起进行梯级利用；
[0085]
步骤f：划分至第二区间的报废动力电池，较第一区间的报废动力电池的技术状态有所下降，多个报废动力电池相互之间的差异性增大，为了提高并联使用的稳定性，先进行
步骤e，根据yi值划入不同的一级子区间后，还在20
±
5℃条件下进行满充电池1c电流恒流放电试验，计算标准放电时率值c/n，所述的标准放电时率中，c为额定容量，n为放电电流，1c放电电流为1倍率放电，即放电电流等于动力电池的额定电流；
[0086]
根据放电时率值(c/n)的大小，将每个第二区间下的一级子区间再划分为至少两个二级子区间，每个第二区间下的二级子区间内的动力电池并联进行梯级利用。
[0087]
步骤g：划分至第三区间的报废动力电池，其技术状态较第一区间、第二区间更差，则先进行步骤e、步骤f，根据yi值、标准放电时率(c/n)将第三区间的动力电池划入不同的二级子区间后，还进行满充电池小倍率电流恒流放电试验，根据小倍率放电时率的大小将每个二级子区间再划分为至少两个三级子区间，每个三级子区间内的动力电池并联进行梯级利用；本技术方案推荐的小倍率电流为0.1c-0.2c。
[0088]
步骤h：控制器(1)或云服务器(3)将该电动汽车动力电池标记为不具备当前梯级利用要求。
[0089]
上述筛分过程中，步骤a至步骤e均可以直接读取电动汽车bms中的数据计算得到，将报废动力电池的筛分过程提前到正常使用环节，筛分快速，且可以将多种参数较为接近的报废动力电池筛分成一组，后续的多个报废动力电池并联使用的稳定性也能大大提高。
[0090]
当报废动力电池的技术状态和使用环境较恶劣时，再增加相应的标准放电时率测试或小电流放电时率测试，进行进一步的筛分，以保证后续梯级利用时的稳定性。
[0091]
本方案充分考虑了影响报废动力电池技术状态的多种因素，将各影响因素统一计算域变换后赋予不同的权重系数，将不同使用情况的电池进行区分，可以快速的将使用情况、环境温度等相接近的动力电池划分在一起，方便后续梯级利用，且对不同状态的电池采用不同的后续测试步骤，极大的减少了报废动力电池的测试环节，减小了报废动力电池的筛选成本，具有广阔的市场应用前景，对多辆同类型车的退役电池进行快速检测筛选，同时在节约成本的基础上，具有较高的准确率，保证梯级利用顺利，当报废动力电池数量为10万组或以上时，本方案下筛分过程的成本可以大大降低，具有非常广阔的市场前景。
[0092]
实施例二：当报废动力电池对应的车辆使用场合不同时，动力电池的报废标准可能不一致，例如家用电动轿车本身没有强制性报废年限，根据动力电池行业规定，其上搭载的动力电池的电池容量下降至标定电池容量的80％以下时，对动力电池进行报废，此时大部分家用轿车的动力电池报废后其电池容量基本维持在75％-80％，可以不做预筛分；
[0093]
但对于营运车辆，例如滴滴专车，其行驶600000km或行驶年限超过8年后会对整车进行强制报废，此时动力电池的电池容量可能还未达到报废标准，或者较为接近，因此所述的步骤a之前，还可以根据报废动力电池的当前电池容量值与标定电池容量之比，划分为至少3个预筛区间进行预筛分，例如分为75％-80％，80％-84％，84％-87％。预筛分后，对不同的预筛区间进行步骤a至步骤h。
[0094]
所述的筛分方法中，bms实时记录的第一层筛选数据、第二层筛选数据通过通信线或无线信号发送方式发送给控制器(1)，控制器(1)将第一层筛选数据、第二层筛选数据通过通信线或无线信号发送方式存储在存储设备(9)或通过互联网上传至云服务器(3)；控制器(1)为at89c52单片机或stm32单片机或三菱plc工控机或带有can总线接口的微型处理器，控制器(1)与电动汽车动力电池管理系统bms之间通过can总线连接方式通信连接，所述的存储设备(9)为固态硬盘或u盘。