动力电池梯次利用技术 课件 4.3动力蓄电池的SOH评估与余电释放

动力电池梯次利用技术项目四动力蓄电池的拆解任务三动力蓄电池的SOH评估与余电释放学习目标一、知识目标1.了解动力电池的SOC与SOH的概念。2.掌握SOC与SOH的检测方法。3.掌握动力电池余电释放的方法。二、技能目标1.能正确描述动力电池的SOC与SOH的概念。2.能熟练的对动力电池进行SOC与SOH的检测。3.能完成动力电池余电释放的过程。三、素养目标1.通过比克电池储能项目的案例，引导学生树立“技术报国、科技报国”的理想。2.通过了解SOC与SOH的多种检测方法，培养学生辩证分析的思维能力。3.通过实操，培养精益求精的精神。4.在电池检测过程中严守岗位操作规程，增强作业安全意识。5.实操养成定期反思与总结的习惯，改进不足，树立严谨细致的科学态度。6.严格执行6S现场管理。学习目标比克电池储能项目不仅应用于十分成熟的磷酸铁锂电池，还将三元电池纳入梯次利用的范围之内。在废旧动力电池梯次利用前，需要对动力电池进行相关测试，再对电池包进行分类处置。具体有哪些检测项目，你知道吗？任务导入目录动力电池的SOC与SOH的概念01.动力电池SOC与SOH检测使用的设备与检测方法02.动力电池余电释放所使用的设备与方法03.conents相关知识动力电池SOC与SOH的测量与评估、余电释放任务实施动力电池的SOC与SOH的概念01PARTONE电池荷电状态（StateofCharge，SOC）用于描述电池的剩余电量，是电池使用过程中的重要参数，此参数与电池的充放电历史和充放电的电流大小有关。（一）SOC的概念SOC的取值范围为：0≤SOC≤100%目前较统一的是从电量角度定义SOC，如美国先进电池联合会（USABC）在其《电动汽车电池实验手册》中定义SOC为：电池在一定放电倍率下，剩余电量与相同条件下额定容量的比值。（一）SOC的概念剩余电量与相同条件下额定容量的关系式式中

——

额定容量；

——电池剩余的按额定电流放电的可用容量。由于SOC受充放电倍率、温度、自放电、老化等因素的影响，实际应用中要对SOC的定义进行调整。例如，日本、韩国、中国的电动汽车公司对SOC的定义为：（一）SOC的概念例如，日本、韩国、中国的电动汽车公司对SOC的定义为：由于电池长期使用必然发生老化或劣化，因而必须估计电池的健康状况(State-

-of

-Health,SOH

)，也称为寿命状态，也有的称为老化情况、劣化程度等。SOH状态（二）SOH的概念剩余电量的角度剩余的循环次数的角度剩余循环次数的角度内阻的角度其中，Cntremain为电池剩余循环次数；Cnttotal为电池的总循环次数。其中，Caged为电池当前容量；Crated为电池额定容量。REOL

为电池寿命终结时的电池内阻，Rnew为电池出厂时的内电阻，Rc为电池当前状态下的内阻。其中，Qaged-max为当前电池最大放电电量；Qnew-max为新电池最大放电电量。退役动力电池的梯次利用的目标市场

简单来讲，也就是电池使用一段时间后某些直接可测或间接计算得到的性能参数的实际值与标称值的比值，用来判断电池健康状况下降后的状态，衡量电池的健康程度，其实际表现在电池内部某些参数(如内阻、容量等)的变化上。动力电池SOC与SOH检测使用的设备与检测方法02PARTTWO动力电池SOC与SOH检测使用的设备主要有：负载仪、动力电池包、电池分容柜、万用表、充放电控制盒等。（一）使用设备1.动力电池SOC的检测方法动力电池的充放电过程是个复杂的电化学变化过程，电池剩余电量受到动力电池的基本特征参数（端电压、工作电流、温度、容量、内部压强、内阻和充放电循环次数）和动力电池使用特性因素的影响，使得对电池组的荷电状态（SOC）的测定很困难。目前关于电池组电量的研究，较简单的方法是将电池组等效为一个电池单体，通过测量电池组的电流、电压、内阻等外界参数，找出SOC与这些参数的关系，以间接地测试电池的SOC值。（二）检测方法优点方法简单，估算精度也相对较高缺点不可以带负载测量，需要占用大量的测量时间，并且放电测量时，必须中断电池之前进行的工作，使电池置于脱机状态，因此不能在线测量。VS（二）检测方法（1）放电实验法原理：以恒定的电流使电池处于不间断的放电状态，当放电到达截止电压时对所放电量进行计算。放电电量值为放电时所采用的恒定电流值与放电时间的乘积值。安时计量法(ampere

hour,简称AH)是最常用的SOC估计方法，安时计量法的原理是电池在不同电流下的放电电量等价为某个具体电流下的放电电量，其主要思想是Peukert

方程。（二）检测方法等效放电电量公式（2）安时计量法优点容易实现缺点但由于没有从电池内部得到电池SOC与充放电电量的关系，只是记录充放电电量，从而会导致电池SOC累计误差，结果精度较低，而且该方法不能确定电池的初始值。VS（二）检测方法（2）安时计量法关注该系统的外部特征，在电量估算过程中，只关心流进和流出电池的电量。安时计量法采用积分法实时计算电池充入与放出的容量，通过长时间记录与计算电池的电量，最终可得到电池在某一时刻所剩余电量。（二）检测方法（2）安时计量法综合考虑电池SOC的影响因素，进行电量补偿，可以适当提高安时计量法的精度。常规估算模型如图安时积分法常规估算模型（二）检测方法（3）开路电压法原理是：电池长时间充分静置后的各项参数相对稳定，此时的开路电压与电池荷电状态间的函数关系也是相对比较稳定的。若想获得电池的荷电状态值，只需测得电池两端的开路电压，并对照OCV-SOC曲线来获取相应信息。OCV-SOC曲线锂离子单体电池组成结构（二）检测方法线性模糊算法的原理是：基于SOC变化量、电流、电压和上一个时间点SOC值，建立的线性方程：β0β1β2β3为利用参考数据，通过最小二乘法得到的系数，没有特别的物理意义。适用于低电流、SOC缓变的情况。（4）线性模型法电池内阻测试仪（二）检测方法原理是：用不同频率的交流电激励电池，测量电池内部交流电阻，并通过建立的计算模型得到SOC估计值。β0β1β2β3为利用参考数据，通过最小二乘法得到的系数，没有特别的物理意义。适用于低电流、SOC缓变的情况。（5）内阻法基本原理将噪声与信号的状态空间模型作为算法模型，在测量时，应用当前时刻的观测值与上一时刻的估计值，对状态变量的估算进行更新。输入项有：电池电流、环境温度、电池剩余容量、欧姆内阻以及极化内阻等变量输出为：电池的工作电压。由于电池等效模型确定的非线性方程，在计算过程中要线性化。（二）检测方法（6）卡尔曼滤波法原理是：将大量相对应的电压、电流等外部数据以及电池的荷电状态数据作为训练样本，通过神经网络自身学习过程中输入信息的正向传播和误差传递的反向传播反复进行训练和修改，在预测的荷电状态达到设计要求的误差范围内时，通过输入新的数据来得到电池的荷电状态预测值，（7）神经网络法（二）检测方法神经网络模型（二）检测方法2.SOC主要检测方法优缺点主要SOC检测方法比较估算方法优点缺点放电测试法简单、准确离线情况下适用，会改变电池状态，损失电池能量。安时计量法简单、准确、在线测量需要准确的测量电流，无法计算初始电量值，对副反应较敏感，开环方法有累计误差。开路电压法简单、准确、在线测量只适用于静态条件下，电池需要长时间静置才能得到准确值。线性模型法在线测量只适用于静态条件下，电池需要长时间静置才能得到准确值。内阻法准确对温度较敏感，计算量大卡尔曼滤波法准确、在线测量需要一个合适的电路模型，计算量大，需要大存储空间，耗时较多。神经网络法准确、在线测量计算量大，耗时，需要大存储空间，需要训练样本。表示SOH以百分比的形式表现了当前电池的容量能力，对一块新的电池来说，其SOH值一

般是

大于100%的变化情况SOH描述的是电池长期变化。SOH的测量不需要连续进行，对多数情况只要定期测量就够了，测量的周期取决于不同应用。变化情况随着电池的使用，电池在不断老化，SOH逐渐降低，在IEEE标准1188-1996中有明确规定，当动力电池的容量能力下降到80%时，即SOH小于80%时，就应该更换电池。（二）检测方法2.SOC主要检测方法优缺点（1）直接放电法想要知道电池的SOH，最直接的方法是让单体电池进行一个完全的放电循环，测试放出的电量，与新电池的标称容量进行比较。目前这是业内公认的最可靠方法。例如，用0.1C倍率放电，直至达到截止电压。放电过程大概需要10个小时。（二）检测方法（3.动力电池SOH的测量方法）（2）电压法将2.5V的单体电池充电至充电截止电压，根据电压乘以容量得到充电的电量，即可算出电池的容量，对比电池的额定容量，可以估算出电池的SOH。（二）检测方法（3.动力电池SOH的测量方法）圆柱形锂离子电池结构（3）内阻法主要是通过建立内阻与SOH之间的关系来估算SOH，电池内阻和S0H之间存在确定的对应关系，可以简单的描述为：随电池使用时间的增长，电池内阻在增加，将影响电池容量，从而可以估算SOH。Rnow代表电池当前的欧姆内阻，Rnew代表电池出厂时的欧姆内阻，Roid代表当电池容量下降到80%时电池的内阻。（二）检测方法（3.动力电池SOH的测量方法）（4）电化学阻抗分析法原理是：向电池施加多个不同频率的正弦信号，然后运用模糊理论对己采集到的数据信息分析，预测电池的当前性能，以获取此款电池的特性。用此方法之前，需要做大量的数据采集与分析，而且还需要关于阻抗及阻抗谱的理论知识，除此之外器材造价也较为昂贵，故实际运用很少。（二）检测方法（3.动力电池SOH的测量方法）电化学阻况测试仪（6）电压曲线模型法原理是：分析电池内部所发生的化学反应，以此为基础建立电池的模型，用此模型来计算电池容量的衰减，来得出电池的SOH。当量子力学这一学说应用到化学动力学之后，化学反应这一微观过程有了新的论证，从而形成了过渡状态理论。这种方法需要认真分析电池内部化学反应，并知道电池一些固有参数，如活化焓，活化熵等，而且运用之前也需要做大量关于电池寿命的试验，试验量大，故实际运用很少。（二）检测方法（3.动力电池SOH的测量方法）活化焓（6）电压曲线模型法电压曲线模型法估算SOH的原理如图（二）检测方法（3.动力电池SOH的测量方法）电压曲线模型估算流程主要SOH检测方法比较（二）检测方法（SOH主要检测方法优缺点）估算方法优点缺点直接放电法简单、准确离线情况下适用，耗时长。内阻法简单、在线测量准确测量电池内阻也比较困难，估算结果不准确。电压法简单、准确、离线情况下适用，耗时长。电化学阻抗分析法简单、准确、在线测量数据采集与分析复杂，成本高。模型法在线测量难度较大，耗时较长，试验量大。电压曲线模型法准确、成本低算量大，耗时，需要大存储空间。动力电池余电释放所使用的设备与方法03PARTTHREE（一）使用设备动力电池余电释放物理方法所使用的设备主要有：负载仪、动力电池包、充放电柜、万用表等。化学方法放电主要有传送台、盐水池。为了避免废旧三元材料锂动力电池自燃，在处理前需要将废旧锂离子动力电池深度放电。所以对电池剩余电量的进行释放，对电池的拆解至关重要，否则容易起火和爆炸。目前，对于废旧锂离子电池的安全放电主要有物理和化学放电两种方法。放电方法（二）放电方法锂离子电池穿刺燃烧优点放电快且完全缺点短时间内会积聚大量的热，容易导致废旧三元材料锂动力电池爆炸VS（二）放电方法1.物理方法放电物理方法放电也称为电阻法，主要是通过外接负载消电，即通过电池与电阻相连，电池中的电量通过放热消耗，也有采用金属粉末和石墨短路两种方式对废旧锂离子动力电池进行放电。结论：该方法只适合实验室试验，用于对少量电池的放电，大规模电池放电不可行。优点方法简单可行；能够将动力电池中的剩余电能完全释放出来；不会出现过热的现象。缺点浸泡所需的时间长；VS（二）放电方法2.化学方法放电利用电池的正负极金属为阴极和阳极，在溶液中通过电解过程来消耗电池中残余的电量，常用的电解质溶液是碳酸钠（Na2CO3）溶液、氯化钠（NaCl）溶液、亚硫酸（H2SO3）溶液，将三元材料锂动力电池浸泡在各种电解质溶液24h。结论：采用盐水放电会出现污水的产生、废气的排放收集、进出料的方式等一系列技术难题，因此如何实现工业化应用上的环保及自动化的需求是现在急需要解决的问题。02将废锂离子电池装入集装料框中，打开放电池的密封盖，将装有废锂离子电池的集装料框放入放电池，关闭密封盖，打开废气处理装。（二）放电方法01对放电池中盐水的浓度进行调配，通过控NaCl的加入量，调节盐水浓度至5～10％。03控制废锂离子电池在放电池中浸泡时间为72～96h，直至电压低于1.5V时取出废锂离子电池。04将放电后的废锂离子电池移动至振动脱水机，利用振动脱水机脱干废锂离子电池表面的水分，使废锂离子电池表面的水分低于5％。2.化学方法放电废锂离子电池放电系统对废锂离子电池进行放电时，具体包括以下步骤：动力电池SOC与SOH的测量与评估、余电释放任务实施（二）场地设备准备任务实施前需要做好场地防护准备以及检查实训场地和设备设施是否及存在安全隐患。一、任务准备1.将单体电池放置在分容柜上，注意选择正确的仓位以及单体电池正负极朝向。2.分容柜不支持串联充放电，使用分容柜进行充放电时，注意设置电池保护参数。3.穿戴绝缘防护手套。4.单体电池充电和放电各存在电压上限和下限，不同类型电池一般不尽相同，充电时注意根据实际情况进行调整。（三）安全防护准备表：设备及工具准备（一）设备及工具准备序号设备及工具名称数量1方形单体电池若干2数字万用表1个3分容柜1台4个人防护套装1套5Pack台架1套6动力电池包1个第一步第一步Step1二、实施步骤——1.动力电池SOC的测量第一步：将动力电池模组中的六个单体依次取出。第二步第二步Step2二、实施步骤——1.动力电池SOC的测量第二步：将单体电池放在分容柜上，注意正极朝外，固定电池卡槽。第三步第三步Step3二、实施步骤——1.动力电池SOC的测量第三步：长按屏幕，启动软件。第四步第四步Step4二、实施步骤——1.动力电池SOC的测量第四步：设置恒流放电模式，放电电流为20A，放电截止电压设为2.8V，再设置电压上限为3.65V，电压下限为2