退役動力電池標準化模塊成組方案

張意林，褚曉銳，周光強，周玉蓮

西昌學院機械與電氣工程學院，四川 涼山 615013

0 引言

受能源短缺、環(huán)境污染等問題的影響，以電動汽車為主的新能源汽車得到了世界性的關注。近年來，新能源汽車產業(yè)飛速發(fā)展，退役了大批的動力電池，這些退役的動力電池仍能繼續(xù)使用，但是由于拆解重組技術等問題，將造成電池剩余價值的浪費。因此，文章提出一種對動力電池進行標準化模塊化成組的方案，通過對單電池電壓、電阻、容量等參數進行測量，構成標準化模塊化成組的動力電池。在動力電池退役時，將其拆解成標準化模組，然后通過測量評估篩選相近的模組進行重組，以發(fā)揮退役動力電池的最大剩余價值。

1 動力電池標準化模塊化成組

（1）單電池電壓的測量。一個完整的動力電池由多個單電池組成，為了方便對后續(xù)退役動力電池的梯次利用，在組裝單電池的過程中通過電池電壓的測量，得到每一個單電池的電壓，再對電壓相同或者相差不大的單電池進行成組[1]。單電池經過傳送帶上的電壓測量模塊得到單電池電壓數據，再與單片機STC89C52相連進行數據收集，然后經過USB數據線或者串口通信，將所收集的數據反饋到電腦上，數據處理終端收集數據后，對收據的數據進行篩選，把相近或相同的單電池通過傳送帶分隔成組。采用LCT6802系統(tǒng)對電壓數據進行采集。首先對整個系統(tǒng)初始化，然后對電壓進行讀取，讀取完成后把收集到的數據傳給數據處理終端進行處理。

（2）單電池內阻的測量。電池內阻會受到外界的影響而變化，因此在對電池進行梯次利用前，需把內阻相近或相同的電池組裝成組。成組的電池內阻基本一致，在電池消耗時，成組電池中的單電池內阻增加是大致相同的，因此在梯次利用時，無須額外對每個成組電池進行進一步的內阻測量來對電池進行重新組合。目前，對于電池內阻的測量方法主要是直流測試法和交流測試法。通過上述方法將得到的內阻數據傳遞給數據處理終端篩選分隔。

（3）單電池容量的測量。對于電池容量的測量，先測出電池的放電電壓，設置放電時間為10 s，然后根據上面所測得的內阻計算出放電電流，再將放電電流與時間相乘，得到電池容量，從而更好地分組，將相同時間、相同容量的電池分為一組，以減少后續(xù)對動力電池梯次利用時拆解重組所需的時間。

對于測放電電壓來說，電池在放電時，容量會減少，電壓也會減少，使得電壓無法維持穩(wěn)定，因此需要設置一個升壓電路，從而根據待檢測電池電壓與預設電壓的關系，控制電壓保持穩(wěn)定。因為升壓電路的主器件在開斷過程中會產生一個電壓尖峰，使得輸出的電壓瞬間變大，導致結果的不準確性，所以增設一個電壓吸收支路，以維持電壓穩(wěn)定，提高測得數據的準確性，然后把測得的數據傳遞給容量測量電路，根據所收集的電壓、阻值、時間計算出電池容量[2]。根據計算所得的電池電壓、電池內阻和電池容量，對整體數據進行收集比對，完成自動分類，進行重組。單電池容量測量及數據收集流程如圖1所示。

圖1 單電池容量測量及數據收集

由此，完成對電池電壓、內阻、容量的測量，然后通過程序的控制篩選，將數據一樣或相差微小的電池結合組成動力電池，形成標準化模塊化的組成形式。標準化模塊化成組整體設計方案如圖2所示。

圖2 標準化模塊化成組整體設計方案

2 篩選退役電池進行重組

2.1 退役電池剩余容量測量

在對退役電池進行拆解重組的過程中，由于在組成過程中采用的是標準化模塊化的方式，以及動力電池退役的標準相同，組成退役下來的動力電池消耗也大致相同，故只需測出退役的動力電池的剩余容量，再根據動力電池組成的標準化模塊化再測一遍，即可實現(xiàn)對退役電池的拆解在重組，而且目前已有標準化模塊化的組成技術，顯著減少了電池拆解再重組的成本及時間。

電池剩余容量的測量與單電池容量的測量相似，不同的是在對電池進行放電時是對動力電池組進行放電，因此采用的是所有單電池電阻的和，故在放電時需采用大電流進行放電。同時，在電池放電的過程中，退役動力電池的放電率會對其容量造成損傷，為了盡可能保護電池所剩容量的利用率，在采用放電法對動力電池所剩容量做出測量時，選擇合適的電流有助于延長電池的使用時間，也有助于更精準的計算動力電池所剩容量。恒流源放電框圖如圖3所示。

圖3 恒流源放電框圖

在得到動力電池容量后，可以將容量相同或者相差微小的放在一起，因為電池成組時采用標準化模塊化，所以可以保證所有電池性能相同或基本相同，再利用標準化模塊化的成組工序，對動力電池進行拆解重新組合。退役動力電池篩選重組框圖如圖4所示。

圖4 退役動力電池篩選重組框圖

2.2 動力電池剩余使用壽命預測

除了對測量電池的剩余容量進行分類，然后拆解重組，還要對電池的剩余壽命進行評估，保證動力電池再次利用的安全性，降低電池再利用過程中的風險。目前，暫時沒有一個直接具體的測量裝置能對電池剩余壽命進行測量，大多數研究學者都是采用基于模型和數據進行預測的方法。寧青菊等[3]通過研究基于循環(huán)充放電的電壓曲線，采用GWO灰狼優(yōu)算法LSTM超參數尋優(yōu)，構建鋰離子壽命模型預測，但該方法需要大量對電池進行充放電的數據，將顯著縮短動力電池的使用壽命，并且該方法在實際中不會有完整的充放電數據，因此該方法不可取。

3 結束語

文章通過對單電池的電壓、內阻、容量進行測量，對其進行數據分析然后分類，構建了標準化模塊成組方案。在不同應用場合，不同電壓等級和不同容量的電池均可以通過這種標準化的模組得到。同時，在退役動力電池的梯次利用時，可以把動力電池拆解成標準化模組，然后重新評估將性能相同或者相近的模塊重新組合成組，以減少電池拆解、重組過程中的所需的成本和時間，提高電池的利用效率。