[發明專利]基于充放電特征的電芯優化配組技術

無效

• 申請號: 201010162325.1
• 申請日: 2010-05-05
• 公開（公告）號: CN101814632A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發明（設計）人: 章森
• 申請（專利權）人: 章森
• 主分類號: H01M10/058
• 分類號: H01M10/058;H01M10/42
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本發明涉及一種鋰動力電池電芯的優化配組技術，屬于新能源和電子技術領域。

背景技術

目前，動力鋰電池由于工作電壓高、體積小、質量輕、能量密度大、無記憶效應、無污染、自放電小、循環壽命長，得到廣泛的認可。自從商業化以來，鋰離子電池已在手提電腦、攝像機、移動通訊設備、汽車以及電動汽車中得到普遍應用。

動力鋰電池的性能和質量涉及到生產和使用環節的多項因素。僅就生產環節來看，主要影響因素有如下幾點：(1)電芯本身的質量。(2)配組技術。(3)連接技術。(4)管理水平。單體動力鋰電池不存在配組問題，目前已經基本具備推廣應用條件。當需要動力鋰電池輸出功率較大時，現在解決的方法一般是把多個電芯適當的組合成組。但是現有的成組技術、成組應用技術和設備水平還不成熟。例如，動力電池成組后安全性和使用壽命顯著下降，甚至頻繁發生電池燃燒、爆炸等嚴重事故。造成上述問題的主要原因是動力鋰電池成組技術、成組應用技術和設備研究滯后。實現動力鋰電池系統集成，為用戶提供動力鋰電池系統集成技術和產品，是解決當前面臨的問題。

在動力電池配組過程中，單體電池或者電芯的性能一致性尤其重要。目前在生產過程中一般是通過對生產出來的單體電池或者電芯按其實際性能進行篩選、分組、裝配，這樣配組的效率較低，配組后的電池性能也不理想。對電池進行配組，配組參數控制標準決定了配組完成時電池組各單體電池狀態一致性。動力鋰電池發展需要生產工藝控制水平的提高，更需要科學的電池電芯篩選和配組方法。

鋰動力電池的配組是生產過程中的一個重要環節，它是指由多個電芯通過適當的串聯和并聯組合而成鋰動力電池的過程。目前，鋰動力電池的配組方法主要是根據每個電芯的靜態技術參數來配組。例如電壓、容量、內阻等多個技術參數。理想的鋰動力電池電芯的主要技術參數具有高度一致性，而實際情況是，即使同一廠家生產的同一批次的同類型號的電芯，經實測后也會發現各個電芯的技術參數會存在一定的差異。研究表明，隨電池充電-放電循環次數的增加，電池容量下降，電池的內阻增加，電池內部性能劣化直至最終徹底失效的過程是一個逐漸累積的過程，電池組中的不一致性會加速電池組進入不安全狀態。

在為鋰動力電池配組時，一般有成千上萬個電芯可供選擇。配組的目的是從眾多電芯中選擇出若干個電芯組合成一個鋰動力電池，并且滿足有關的標準和要求。在批量生產過程中，人工配組不僅生產效率低，而且配組后的電池性能也不能達到最佳。鋰動力電池生產廠家希望采用科學的配組技術，利用現有的電芯生產出盡可能多的符合標準的電池，以實現利潤最大化。要達到這樣的目標，就需要在配組時綜合考慮電芯的特征、產品的標準、利潤等多項因素。事實上，鋰動力電池的配組問題是一個多目標、多因素的組合優化問題，也是一個NP難題。當問題規模較大時(即可供選擇的電芯數目)，人工配組是不現實的，必須借助于計算機才能實現，其難點是配組方法的設計。如果設計的配組方法不適合，即使采用目前最先進的計算機也難以解決電池配組問題。例如，對于任意給定的一批電池電芯，理論上可以采用窮舉法找出最佳配組方案，而且這樣的窮舉法可以用計算機程序實現。但是，窮舉法的計算復雜性是指數級的，當問題規模較大時其計算量是非常大的，目前最先進的計算機也難以在短時間內完成，這樣就不能對鋰動力電池的生產活動有任何實質性幫助。本發明設計了一種近似方法，可以提供一種鋰動力電池電芯的優化配組技術，該技術可以在計算機上用程序實現，需要的計算時間較短，從而可以提高配組的生產效率，提高配組后的電池性能。經過對鋰動力電池生產廠家提供的電芯實際數據的配組實驗，驗證了本發明技術的效率和性能都比人工配組有顯著的提高。

發明內容

本發明涉及一種鋰動力電池電芯M并聯N串聯的優化配組技術，也稱為M并N串配組技術。M并聯是指將M個電芯按照并聯的方式連接起來，這樣連接起來的M個電芯稱為一個M并聯組，也稱為一個并聯組。再將N個并聯組按照串聯的方式連接起來，稱為N串聯。M并N串的連接方式如圖1所示。本發明的主要實現方法如下：

1.電池電芯技術參數的選擇與測定