CN103138021B - 一种电池充电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种电池充电方法，包括以下步骤：根据电池性能参数，设定充电安全电压、充电截止电流和充电截止电压；以安全电压进行恒压充电，直至电池电流下降至充电截止电流；以充电截止电流进行恒流充电，直至电池电压上升至充电截止电压。根据本发明的电池充电方法，在保证充电时间不过长的基础上，充电对电池寿命影响小，具有安全可靠、充电效率高、延长电池寿命的优点。

Description

一种电池充电方法
技术领域
本发明属于电池充电技术领域，具体涉及一种电池充电方法。
背景技术
随着环境污染、能源危机、温室效应等问题的日益凸显，现在人们开始越来越关注可充电电池。无论是电动车、储电站，或者手机、笔记本电脑，电池都是至关重要的储能元件。但是电池的寿命问题一直都是一个难于解决的大问题，通常的锂离子电池往往只能够满足约1000次的循环充放电。如何能够合理的使用电池才能使电池可以循环较多次数，是一个非常值得关注的问题。电池如何放电往往由其工作用途、工况等决定，一般难于自由控制，但电池如何充电是可以自由控制的。不同的充电方法，主要影响电池的充电时间，以及电池的可用寿命。
电池如何充电对其寿命影响很大，如果电池被不慎过充，则电池的容量会有大幅度衰减，甚至会有安全性问题，电池也有可能失效燃烧爆炸等。如果电池充电倍率过高，也会导致电池寿命降低。使用非常小的电流对电池进行非常缓慢的充电，理论上讲会有效增加电池的循环寿命，但是电池的充电时间又会非常长，造成时间成本过长和用户体验差等问题。
目前主流的电池充电方法是恒流转恒压充电，即以厂家给定的电流恒流充电至电池电压达到充电截止电压，再以充电截止电压恒压充电至电池电流小于充电截止电流。这样的充电方法，电池充电并不一定是最优化的，主要是由于恒流充电阶段，在低SOC（State of Charge，充电状态）和高SOC情况下，采用相同的充电电流，而实际上研究表明，在高SOC下采用略小一些的电流进行充电，对电池寿命有较好的改善，而在低SOC下采用略大一些的电流进行充电，对电池寿命影响不大。
本发明的目的在于提出一种新的电池充电方法，以在保证充电时间不过长的基础上，充电对电池寿命影响较小。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的一个目的在于提出一种电池充电方法，本方法在保证充电时间不过长的基础上，充电对电池寿命影响较小。
为了实现上述目的，根据本发明实施例的电池充电方法，包括以下步骤：S1.根据电池性能参数，设定充电安全电压、充电截止电流和充电截止电压；S2.以所述安全电压进行恒压充电，直至电池电流下降至所述充电截止电流；S3.以所述充电截止电流进行恒流充电，直至电池电压上升至所述充电截止电压。
根据本发明实施例的一种电池充电方法，使得电池在充电时间不需要过长的情况下，降低充电过程对电池寿命的影响，从而延长电池的循环寿命。
在本发明的一个实施例中，在所述步骤S1与所述步骤S2之间，还包括：对所述电池进行预充电。
在本发明的一个实施例中，根据电池性能参数，设定充电安全电流；如果所述充电安全电压进行恒压充电开始的电流大于所述充电安全电流，则以所述充电安全电流进行恒流充电，直至电池电压上升至所述充电安全电压，再执行所述步骤S2。
在本发明的一个实施例中，所述预充电包括：根据充电机性能参数，设定最大充电功率；如果所述充电安全电压进行恒压充电开始的功率大于所述最大充电功率，则以所述最大充电功率进行恒功率充电，直至电池电压上升至所述充电安全电压，再执行所述步骤S2。
根据本发明的电池充电方法，在SOC较低时，利用合理选择的充电安全电压进行恒压充电，可以在不影响电池寿命的情况下，以最快的速度将电量充入电池，而在恒压充电至电流降至充电截止电流以后，再以很小的电流，即充电截止电流将电池恒流充电至充电截止电压，将电池的电量充满，根据本发明电池充电方法的小电流充电可以最大限度地降低对电池寿命的影响。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是通常的恒流转恒压充电的电压电流示意曲线；
图2是根据本发明实施例的电池充电方法的恒压转恒流充电时的电压和电流示意曲线；
图3是根据本发明实施例的电池充电方法的恒流转恒压转恒流充电时的电压和电流示意曲线；
图4是根据本发明实施例的电池充电方法的恒功率转恒压转恒流充电时的电压和电流示意曲线。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
如图1所示是目前最常用的电池充电方法，即恒流转恒压充电的电池电压电流示意曲线。在图1中，曲线①表示电池电流曲线，曲线②表示电池电压曲线。电池首先经历恒流充电阶段，该阶段中，曲线①代表的电池电流为恒定，曲线②代表的电池电压逐步上升至充电截止电压Ucut-off，其中，充电电流值可按照电池厂家的推荐值。然后电池再以如充电截止电压Ucut-off恒压充电至电流达到充电截止电流Icut-off。其中，对电池单体充电的时候，Ucut-off即为电池厂家规定的单体充电截止电压，而Icut-off即为电池厂家规定的单体充电截止电流。而对电池组充电的时候，对于以ns节电池串联np节电池并联而成的电池组来讲，其电池组的充电截止电压Ucut-off与电池单体的充电截止电压Vcut-off关系为：Ucut-off=Vcut-off×ns；其电池组的充电截止电流Icut-off与电池单体的充电截止电流icut-off关系为：Icut-off=icut-off×np。对单体电池的充电来讲，恒流转恒压的充电方法是可以保证较快充电速度，也能保证电池电压不超过电池充电截止电压，从而保证电池安全性。
上述常规充电方法主要适应于常规条件下给电池充电，但常规条件下容易出现本文背景技术中提到的诸多问题。因此，需要提出新型的充电方法对电池进行充电。
根据本发明的实施例的电池充电方法，包括以下步骤：
S1:根据电池性能参数，设定充电安全电压、充电截止电流和充电截止电压。
充电对电池寿命的影响与电池充电时的电压关系很大。在充电时，如果电池充电电压低于充电安全电压Usafe，则通常充电对电池寿命影响较小。充电安全电压Usafe与电池的制造工艺、内阻、正负极材料以及电解液性质等均有关系，需要根据电池的这些性质来综合决定充电安全电压Usafe的大小。毋庸赘述，也需要根据电池性能参数，设定充电截止电流和充电截止电压。
在设定电池的充电安全电压、充电截止电流和充电截止电压等相关参数之后，在对电池进行恒流转恒压的充电之前，有时也需要对电池进行预充电，其中，预充电包括以充电安全电流进行恒流充电或者以最大充电功率进行恒功率充电，直至电池电压上升至充电安全电压，再继续执行步骤S2。关于实施预充电的理由，将在下文中一一叙述。
S2：以充电安全电压进行恒压充电，直至电池电流下降至充电截止电流。
在电池SOC较低的时候，首先对电池进行预充电，在预充电结束之后，以充电安全电压Usafe恒压充电，可以以最快的速度将电池充入较多的电量而不影响电池的寿命，如图2所示，曲线①表示电池电压曲线，曲线②表示电池电流曲线，在恒压充电阶段，电池以充电安全电压Usafe恒压充电，直至充电电流达到充电截止电流Icut-off为止。但是如图2中的虚线所示，充电安全电压Usafe往往低于电池的充电截止电压，因此此时电池还没有被充满。为了将电池充满，则将继续执行步骤S3。
S3：以充电截止电流进行恒流充电，直至电池电压上升至充电截止电压。
以充电截止电流Icut-off继续恒流充电，在恒流充电阶段，充电电流为充电截止电流，此时电池电压从安全充电电压缓慢充电至充电截止电压，直至电池电压达到充电截止电压Ucut-off充电过程结束。当电池电压高于充电安全电压Usafe的时候，采用最低的电流恒流充电，可以最大限度的减小高电压时充电对电池寿命的影响。
根据本发明实施例的电池充电方法，在保证充电时间不过长的基础上，充电对电池寿命影响小，具有安全可靠、充电效率高、延长电池寿命的优点。
在本发明的优选实施例中，在步骤S1与步骤S2之间，还包括：对所述电池进行预充电。下面将对实施预充电的理由和具体实施方式进行详细叙述。
（1）对于恒压充电来讲，最容易碰到的问题为在恒压充电初期，由于电池电压过低，导致充电电流非常大或者充电功率非常高。对于电池充电过程来讲，充电电流对电池寿命也有重大影响，如果充电电流过大，即使电池电压在充电安全电压Usafe以内，仍然会对电池寿命造成影响。因此，类似的，需要根据电池本身的性质，包括电池正负极材料、电解液性质、制造工艺等，决定一个合理的充电安全电流Isafe。电池在充电的时候，在电压不高于安全电压Usafe的前提下，还需要满足其充电电流也低于充电安全电流Isafe。即如权利要求所述，如果充电安全电压进行恒压充电开始的电流大于充电安全电流，则以充电安全电流进行恒流充电，直至电池电压上升至充电安全电压，再执行步骤S2。如图3所示，在电池恒压转恒流充电的恒压充电阶段，如果一开始电池的充电电流大于充电安全电流Isafe，则充电过程应该在恒压充电之前增加一个预充电阶段。在图3中，曲线①表示电池电压曲线，曲线②表示电池电流曲线，在预充电阶段，即为如图3最左端所示的恒流充电阶段，电池先以充电安全电流Isafe恒流充电至电池电压达到充电安全电压Usafe，再切换至如图3所示的恒压转恒流充电过程，从而最大限度保护电池的寿命。
（2）对于充电机来讲，其支持的充电功率往往是有限的，如果电池在恒压阶段的刚开始的最大充电功率高于充电机所支持的最大充电功率，则也应当增加预充电阶段，在此种预充电阶段情况下，首先根据充电机性能参数，设定最大充电功率。然后如权利要求所述，如果充电安全电压进行恒压充电开始的功率大于最大充电功率，则以最大充电功率进行恒功率充电，直至电池电压上升至充电安全电压，再执行所述步骤S2。如图4所示曲线①表示电池电压曲线，曲线②表示电池电流曲线，，在预充电阶段，电池首先以如图4最左端所示的恒功率充电直至电池电压达到充电安全电压Usafe，再切换入恒压充电阶段。
总之，在电池预充电阶段，应该既保证电池的充电电流尽量大，但又不能够超过充电安全电压Isafe；又保证电池的充电功率尽量大，但不能够超过充电机支持的最大充电功率；同时，也要保证电池的充电电压不高于电池的充电安全电压Usafe，在预充电阶段电池电压到达Usafe之后，即切换为Usafe恒压充电，直至电池电流降至电池充电截止电流Icut-off，再以Icut-off恒流充电至充电截止电压Ucut-off。
在充电的过程中，还应当实时的监测电池的温度，如果电池的温度上升至过高，也有可能对电池的寿命产生影响，甚至带来安全性问题，此时也应当适当调小充电功率，以保证电池的寿命与整个电池系统的安全，防止电池发生冒烟甚至燃烧爆炸等安全性事故。
根据本发明的电池充电方法，在SOC较低时，利用合理选择的充电安全电压进行恒压充电，可以在不影响电池寿命的情况下，以最快的速度将电量充入电池，而在恒压充电至电流降至充电截止电流以后，再以很小的电流，即充电截止电流将电池恒流充电至充电截止电压，将电池的电量充满，根据本发明电池充电方法的小电流充电可以最大限度地降低对电池寿命的影响。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (2)

1.一种电池充电方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.根据电池性能参数，设定充电安全电压、充电截止电流和充电截止电压；
S2：对所述电池进行预充电，具体包括：
根据电池性能参数，设定充电安全电流，
如果所述充电安全电压进行恒压充电开始的电流大于所述充电安全电流，则以所述充电安全电流进行恒流充电，直至电池电压上升至所述充电安全电压，再执行步骤S3；
S3.以所述安全电压进行恒压充电，直至电池电流下降至所述充电截止电流；和
S4.以所述充电截止电流进行恒流充电，直至电池电压上升至所述充电截止电压。
2.如权利要求1所述的电池充电方法，其特征在于，所述预充电包括：
根据充电机性能参数，设定最大充电功率；和
如果所述充电安全电压进行恒压充电开始的功率大于所述最大充电功率，则以所述最大充电功率进行恒功率充电，直至电池电压上升至所述充电安全电压，再执行所述步骤S3。
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