劉昊霖

摘? ?要：本文針對(duì)退役鋰電池梯次回收利用過(guò)程中，電池性能檢測(cè)精度低，指標(biāo)少，分類難的問(wèn)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(cè)方法，該方法在提高參數(shù)測(cè)量精度的基礎(chǔ)上，充分考慮電池多個(gè)性能參數(shù)的影響，利用算法評(píng)估模型得到其健康狀態(tài)，為梯次利用場(chǎng)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(shí)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(cè)精度;在評(píng)價(jià)算法方面，提出“鋰電池多參數(shù)協(xié)調(diào)評(píng)估模型”，使得評(píng)價(jià)結(jié)果更客觀、真實(shí)、全面。基于該方法設(shè)計(jì)了配套的硬件實(shí)物裝置。

關(guān)鍵詞：梯次利用? 性能檢測(cè)? 自適應(yīng)? 恒流放電

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

截至2018年底，市場(chǎng)上新能源汽車的保有量已經(jīng)超過(guò)160萬(wàn)輛。根據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，到2020年時(shí)，國(guó)內(nèi)磷酸鐵鋰、三元等動(dòng)力電池的報(bào)廢量將會(huì)達(dá)到17萬(wàn)t左右，報(bào)廢量達(dá)32.2GWh[1]。動(dòng)力電池從電動(dòng)汽車上退役下來(lái)后仍有80%的剩余容量，可應(yīng)用于對(duì)電池性能要求較低的場(chǎng)合，即進(jìn)入電池儲(chǔ)能梯次利用階段。研究動(dòng)力電池的梯次利用技術(shù)，對(duì)于推動(dòng)電力行業(yè)的健康綠色發(fā)展、儲(chǔ)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(huì)意義和巨大的經(jīng)濟(jì)效益[2-4]。

然而整個(gè)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(cè)分類及場(chǎng)景適配，即通過(guò)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(duì)該領(lǐng)域的研究還很匱乏，檢測(cè)機(jī)制及分類標(biāo)準(zhǔn)也不夠完善。針對(duì)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(cè)方法。

1? 基于自適應(yīng)“I-U-R”法的鋰電池梯次利用檢測(cè)方法

1.1 檢測(cè)步驟

（1）將充滿電的鋰電池通過(guò)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(jiǎn)稱“I-U-R”檢測(cè)法），準(zhǔn)確檢測(cè)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(píng)估模型”對(duì)鋰電池性能及健康狀態(tài)進(jìn)行評(píng)級(jí)，為其梯次利用提供重要數(shù)據(jù)支撐和參考依據(jù)。測(cè)試流程如圖1所示。

1.2 自適應(yīng)放電倍率

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

1.3 “I-U-R”檢測(cè)法

步驟（2）中“I-U-R”檢測(cè)法原理為：通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)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(duì)應(yīng)關(guān)系，并存儲(chǔ)在控制器中;經(jīng)過(guò)恒流放電后，可以降低虛電壓，虛內(nèi)阻影響，提高檢測(cè)精度;精確檢測(cè)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(duì)剩余容量進(jìn)行修正，這種基于“I-U-R”檢測(cè)方法得到的剩余容量容錯(cuò)率更高，預(yù)估結(jié)果更接近真實(shí)值。

1.4 多參數(shù)協(xié)調(diào)評(píng)估模型

評(píng)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(shí)際放電電壓/額定電壓;AR為內(nèi)阻因子，AR=實(shí)測(cè)內(nèi)阻/額定容量下對(duì)應(yīng)內(nèi)阻值。

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

2? 硬件實(shí)物裝置

為實(shí)現(xiàn)上述理論方法，設(shè)計(jì)了配套的硬件實(shí)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(shí)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(guò)D/A轉(zhuǎn)換器將讀入的放電電流值輸出到恒流負(fù)載，實(shí)現(xiàn)恒流放電。同時(shí)，控制器通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器采集鋰電池的各項(xiàng)試驗(yàn)參數(shù)，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，經(jīng)過(guò)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(cè)結(jié)果。

3? 結(jié)語(yǔ)

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(cè)方法，可有助于退役電池回收利用的檢測(cè)分類。

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

參考文獻(xiàn)

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

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