退役动力电池标准化模块成组方案

张意林，褚晓锐，周光强，周玉莲

西昌学院机械与电气工程学院，四川 凉山 615013

0 引言

受能源短缺、环境污染等问题的影响，以电动汽车为主的新能源汽车得到了世界性的关注。近年来，新能源汽车产业飞速发展，退役了大批的动力电池，这些退役的动力电池仍能继续使用，但是由于拆解重组技术等问题，将造成电池剩余价值的浪费。因此，文章提出一种对动力电池进行标准化模块化成组的方案，通过对单电池电压、电阻、容量等参数进行测量，构成标准化模块化成组的动力电池。在动力电池退役时，将其拆解成标准化模组，然后通过测量评估筛选相近的模组进行重组，以发挥退役动力电池的最大剩余价值。

1 动力电池标准化模块化成组

（1）单电池电压的测量。一个完整的动力电池由多个单电池组成，为了方便对后续退役动力电池的梯次利用，在组装单电池的过程中通过电池电压的测量，得到每一个单电池的电压，再对电压相同或者相差不大的单电池进行成组[1]。单电池经过传送带上的电压测量模块得到单电池电压数据，再与单片机STC89C52相连进行数据收集，然后经过USB数据线或者串口通信，将所收集的数据反馈到电脑上，数据处理终端收集数据后，对收据的数据进行筛选，把相近或相同的单电池通过传送带分隔成组。采用LCT6802系统对电压数据进行采集。首先对整个系统初始化，然后对电压进行读取，读取完成后把收集到的数据传给数据处理终端进行处理。

（2）单电池内阻的测量。电池内阻会受到外界的影响而变化，因此在对电池进行梯次利用前，需把内阻相近或相同的电池组装成组。成组的电池内阻基本一致，在电池消耗时，成组电池中的单电池内阻增加是大致相同的，因此在梯次利用时，无须额外对每个成组电池进行进一步的内阻测量来对电池进行重新组合。目前，对于电池内阻的测量方法主要是直流测试法和交流测试法。通过上述方法将得到的内阻数据传递给数据处理终端筛选分隔。

（3）单电池容量的测量。对于电池容量的测量，先测出电池的放电电压，设置放电时间为10 s，然后根据上面所测得的内阻计算出放电电流，再将放电电流与时间相乘，得到电池容量，从而更好地分组，将相同时间、相同容量的电池分为一组，以减少后续对动力电池梯次利用时拆解重组所需的时间。

对于测放电电压来说，电池在放电时，容量会减少，电压也会减少，使得电压无法维持稳定，因此需要设置一个升压电路，从而根据待检测电池电压与预设电压的关系，控制电压保持稳定。因为升压电路的主器件在开断过程中会产生一个电压尖峰，使得输出的电压瞬间变大，导致结果的不准确性，所以增设一个电压吸收支路，以维持电压稳定，提高测得数据的准确性，然后把测得的数据传递给容量测量电路，根据所收集的电压、阻值、时间计算出电池容量[2]。根据计算所得的电池电压、电池内阻和电池容量，对整体数据进行收集比对，完成自动分类，进行重组。单电池容量测量及数据收集流程如图1所示。

图1 单电池容量测量及数据收集

由此，完成对电池电压、内阻、容量的测量，然后通过程序的控制筛选，将数据一样或相差微小的电池结合组成动力电池，形成标准化模块化的组成形式。标准化模块化成组整体设计方案如图2所示。

图2 标准化模块化成组整体设计方案

2 筛选退役电池进行重组

2.1 退役电池剩余容量测量

在对退役电池进行拆解重组的过程中，由于在组成过程中采用的是标准化模块化的方式，以及动力电池退役的标准相同，组成退役下来的动力电池消耗也大致相同，故只需测出退役的动力电池的剩余容量，再根据动力电池组成的标准化模块化再测一遍，即可实现对退役电池的拆解在重组，而且目前已有标准化模块化的组成技术，显著减少了电池拆解再重组的成本及时间。

电池剩余容量的测量与单电池容量的测量相似，不同的是在对电池进行放电时是对动力电池组进行放电，因此采用的是所有单电池电阻的和，故在放电时需采用大电流进行放电。同时，在电池放电的过程中，退役动力电池的放电率会对其容量造成损伤，为了尽可能保护电池所剩容量的利用率，在采用放电法对动力电池所剩容量做出测量时，选择合适的电流有助于延长电池的使用时间，也有助于更精准的计算动力电池所剩容量。恒流源放电框图如图3所示。

图3 恒流源放电框图

在得到动力电池容量后，可以将容量相同或者相差微小的放在一起，因为电池成组时采用标准化模块化，所以可以保证所有电池性能相同或基本相同，再利用标准化模块化的成组工序，对动力电池进行拆解重新组合。退役动力电池筛选重组框图如图4所示。

图4 退役动力电池筛选重组框图

2.2 动力电池剩余使用寿命预测

除了对测量电池的剩余容量进行分类，然后拆解重组，还要对电池的剩余寿命进行评估，保证动力电池再次利用的安全性，降低电池再利用过程中的风险。目前，暂时没有一个直接具体的测量装置能对电池剩余寿命进行测量，大多数研究学者都是采用基于模型和数据进行预测的方法。宁青菊等[3]通过研究基于循环充放电的电压曲线，采用GWO灰狼优算法LSTM超参数寻优，构建锂离子寿命模型预测，但该方法需要大量对电池进行充放电的数据，将显著缩短动力电池的使用寿命，并且该方法在实际中不会有完整的充放电数据，因此该方法不可取。

3 结束语

文章通过对单电池的电压、内阻、容量进行测量，对其进行数据分析然后分类，构建了标准化模块成组方案。在不同应用场合，不同电压等级和不同容量的电池均可以通过这种标准化的模组得到。同时，在退役动力电池的梯次利用时，可以把动力电池拆解成标准化模组，然后重新评估将性能相同或者相近的模块重新组合成组，以减少电池拆解、重组过程中的所需的成本和时间，提高电池的利用效率。