CN104638730A - 精密控制等量充放电的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精密控制等量充放电的方法，解决了现有锂电池充放电次数少、使用寿命短且无法精确控制充放电的缺陷。（1）设置ASIC 集成电路利用累加计算的方法对锂电芯进行充放电控制；（2）设定锂电芯充放电量的等量值，所述等量值为每次充放电量的标准，其是一个固定值，所述等量值等于或小于一个锂电芯全新时容量C的百分之七十；（3）充电阶段：以一个锂电芯为单位进行充电，充入电量为等量值；（4）放电阶段：以一个锂电芯为单位进行放电，在放电过程中，电流每秒一次进行采样，将采样值累加计算得出放电电量，当累加计算得出的放电电量的值等于所述步骤（3）中的等量值时，电芯所充电量放完。

Description

精密控制等量充放电的方法

技术领域

本发明涉及一种基于锂电芯的充放电控制方法，具体的讲，是涉及一种精密控制等量充放电的方法。

背景技术

随着环境保护受到世界各国及地区的关注，使用清洁的新能源代替现有的旧能源成为了现在科技发展的重点之一，而随着全球汽车保有量逐渐增加，如何大量使用电动车，减少传统汽油、柴油汽车尾气排放对环境的影响，也就成为了能源更替、清洁环境的重要一环。

电动车是以电池作为能量来源，通过控制器、电机等部件，将电能转化为机械能运动，以控制电流大小改变速度的车辆，电动车作为绿色朝阳产业得到各国政府的大力支持和扶持，但2013年，在全球新车的比例中，电动车占比仍然不到0.5％。

电池组件是电动车的重要核心元件之一，其影响到用户在电动车使用过程中的体验度，目前，随着动力锂电池生产技术日趋成熟，其作为电源在电动车上的应用越来越多。现有技术中，影响电池组件使用的主要原因有充电时间长、使用寿命短、电池更换价格高等问题。其中，电池的使用寿命一直是困扰本领域技术人员的重要问题，而锂电池的充放电工作次数是衡量一个电池寿命及性能的重要指标之一。公知的，电池在出售时，都标有全新时的最大容量（安时），在使用过程中，电池的容量会随着充放电工作次数的增加而逐渐减少，然而，目前电池的使用中，电池每次都按最大容量（最高电压）进行充电，同时放电也按最大容量（最低电压）进行放电，当电池容量减少至全新容量的70％时，电池定义为耗尽，上述深度充放电会使得电池容量急剧减少，目前市面上最流行的锂电池按照上述方式充放电工作约300至500次，使用寿命非常短。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种精密控制等量充放电的方法。

本发明中名称术语的解释如下：

充电时的零点，即充电的临界点，对于全新锂电芯而言，该零点为设定值，对于已使用过的锂电芯而言，该零点为计算值，通过充放电的累加计算值得到，具体的，当放电电量的累加计算值等于充电电量的累加计算值时，就判定锂电芯处于零点，并需要充电。

锂电芯全新时容量C，为未使用过的锂电芯的全新容量，单位：A·h，其中，C是值全新时容量；对于已使用过的锂电芯而言，其容量会逐步衰减，需要注意的是，本发明中所述的设定的等量值为一个固定值，其的大小不会因为锂电芯的衰减而改变。

一种精密控制等量充放电的方法，包括以下步骤：

（1）设置ASIC 集成电路利用累加计算的方法对锂电芯进行充放电控制；

（2）设定锂电芯充放电量的等量值，所述等量值为每次充放电量的标准，其是一个固定值，所述等量值等于或小于一个锂电芯全新时容量C的百分之七十；

（3）充电阶段：以一个锂电芯为单位进行充电，充入电量为所述等量值, 在充电过程中，电流每秒一次进行采样，将采样值累加计算得出充电电量；

（4）放电阶段：以一个锂电芯为单位进行放电，在放电过程中，电流每秒一次进行采样，将采样值累加计算得出放电电量，每次累加计算得出的放电电量值均被寄存器存储，当累加计算得出的放电电量的值等于所述步骤（3）中的等量值时，电芯所充电量放完,同时，标记电芯电量为零并判定电芯的电量达到充电时的零点。为了最大限度提高电池的使用寿命，在实际操作中，必须确保电芯放尽充入的固定电量后，才可以再次充电。

若锂电芯为全新锂电芯，则先对锂电芯进行初始化放电，直至锂电芯电压下降到3.2伏或者锂电芯的电量达到充电时的零点；若锂电芯为已使用过的锂电芯，则当放电的累加计算量等于充电的累加计算量时，判定锂电芯的电量达到充电时的零点。

具体的说，所述步骤（2）中对锂电芯的充电方法如下：

（31）对锂电芯进行恒流充电，恒流充电的充电电流的值大于零、小于等于锂电芯的全新时容量C的值的50%，充电电压逐渐升高，直到恒流充电的充电电压等于锂电芯的充电允许的上限电压；

（32）恒压充电，充电电流逐渐减少，当充电电流的值降低至锂电芯的全新时容量C的值的1%时，结束充电。

充电阶段，实时每秒计算锂电芯的累加计算电量，结束充电时，若累加计算电量的值仍然达不到设定的等量值，则判定锂电芯不能再使用。

所述步骤（4）中锂电芯进行放电的方法如下：

（41）控制锂电芯进行放电，并在锂电芯放电过程中实时检测锂电芯的放电量，累加计算放电电量；

（42）当锂电芯的累加计算电量等于所述等量值时，停止放电。所放电量等于所充电量之后，才进行下一次充电，完成充放电的循环。

放电阶段的最大放电电流的值小于等于3C的值。3C即为C的值的3倍。

为了进一步提高电池的使用寿命，实时监测电芯的温度，在超过上限时，停止充电或放电，在温度下降到安全温度后，再继续工作。

所述电池管理上的ASIC 集成电路上集成有中央处理器、限流控制电路和过温保护开关电路、能够进行充放电量计量的充放电量计量模块以及电池状态显示接口。其中，限流控制电路主要由电压逆变器构成，过温保护开关电路主要由温度传感器开关构成。

利用所述中央处理器控制的充放电量计量模块对电池进行精密控制等量充放电，电流每秒一次进行采样，将采样值累加计算得出充放电的电量，公式如下：充电电量= ∑ A(t?)·t?，?=1,2,…i (单位:秒)，其中A为安培，t为充电时间。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明以锂电芯为单元，进行充放电的控制，并在充放电过程中做到每秒一次充分电量的采集，做到精密控制充放电，同时，锂电芯组的充放电均按照固定值来进行，一方面，确保每次充放电都是等量进行，以适应市场化的运作，另一方面，避免了现有技术中对电池过度充放电而造成的电池损害，同时，对充放电时的电流大小均进行了限定，即保证了电池充放电的正常实现，又避免了快速充放电对电池的损害。

（2）本发明中锂电芯组充电时采用先恒流充电，在电压达到上限电压时，再恒压充电，从而进一步提高了电池的使用寿命。

附图说明

图1为本发明中充电的流程图。

图2为本发明中放电的流程图。

图3为本发明中充电的曲线图。

图4为本发明的系统框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

如图1至4所示，本实施例提供了一种精密控制等量充放电的方法，该充放电方法的设计原理是：以锂电芯为单元，进行充放电的控制，设置ASIC 集成电路利用累加计算的方法对锂电芯进行充放电控制，通过对锂电芯每秒采集充放电量实现对锂电池的精密控制，同时，充放电量均按照设定的固定值来进行，充入多少，放出多少，从而实现等量充放电。

本实施例中，设定锂电芯充放电量的等量值，等量值为每次充放电量的标准，其是一个固定值，所述等量值等于或小于一个锂电芯全新时容量C的百分之七十。需要注意的是，本发明中所述的设定的等量值为一个固定值，其的大小不会因为锂电芯的衰减而改变。

基于上述，在充电阶段：

以一个锂电芯为单位进行充电，充入电量为所述等量值, 在充电过程中，电流每秒一次进行采样，将采样值累加计算得出充电电量，此即为精密控制充电的过程。若锂电芯为全新锂电芯，则先对锂电芯进行初始化放电，直至锂电芯电压下降到3.2伏或者锂电芯的电量达到充电时的零点；若锂电芯为已使用过的锂电芯，则当放电的累加计算量等于充电的累加计算量时，判定锂电芯的电量达到充电时的零点。

如图1、3所示，锂电芯的具体充电方法如下：

首先，对锂电芯进行恒流充电，恒流充电的充电电流的值大于零、小于等于锂电芯的全新时容量C的值的50%，充电电压逐渐升高，直到恒流充电的充电电压等于锂电芯的充电允许的上限电压；C的单位为A·h，此处表示电流的值为C的值的50%，单位为A，如：一个锂电芯的全新时容量C为2.6 A·h，那么，在恒流充电的充电电流应当小于等于1.3A。

然后，恒压充电，充电电流逐渐减少，当充电电流的值降低至锂电芯的全新时容量C的值的1%时，结束充电。需要说明的是，结束充电即为停止充电，充电阶段，实时每秒计算锂电芯的累加计算电量，若结束充电时，若累加计算电量的值仍然达不到设定的等量值，则判定锂电芯不能再使用。

在放电阶段：

如图2所示，放电阶段遵循一个原则：充入多少，放多少，放电的过程可以分为多次，其采用累加计算的方法，对总的放电量进行累加计算，在一个放电周期中，每次放电动作所放电量均被存储，以供下一次放电时，累加计算。

具体的说，本实施例以一个锂电芯为单位进行放电，在放电过程中，电流每秒一次进行采样，将采样值累加计算得出放电电量，每次累加计算得出的放电电量值均被寄存器存储，当累加计算得出的放电电量的值所述等量值时，电芯所充电量放完,同时，标记电芯电量为零并判定电芯的电量达到充电时的零点。即控制锂电芯进行放电，并在锂电芯放电过程中实时检测锂电芯的放电量，累加计算放电电量；当锂电芯的累加计算电量等于所述等量值时，停止放电。放电阶段的最大放电电流的值小于等于C值的3倍，如：3C=7.8A。

充放电阶段的限流措施，可以起到保护电池，延长电池使用寿命的作用。在充放电过程中，通过温度传感器实时监测电芯的温度，在超过上限时，停止充电或放电，在温度下降到安全温度后，再继续工作，由此进一步提高电芯的使用寿命。

本实施例中，电池管理上的ASIC 集成电路上集成有中央处理器、限流控制电路和过温保护开关电路、能够进行充放电量计量的充放电量计量模块以及电池状态显示接口。通过上述，利用中央处理器控制的充放电量计量模块对电池进行精密控制等量充放电，电流每秒一次进行采样，将采样值累加计算得出充放电的电量。

为了使得本领域技术人员对本发明申请有更清晰的了解和认识，下面结合实例进行说明：

选用韩国三星的18650锂电芯，电芯容量为2600mA·h，即2.6 A·h。进一步的，设定充放电电量的等量值为2.6x0.7<1.82A·h，优选1.8 A·h为充放电量的固定的等量值，以该等量值作为每次充放电的标准。更进一步的，确定恒流充电电流，试验选用的电芯容量为2.6 A·h，其C的值即为2.6，恒流充电电流=0.5x2.6=1.3A。更进一步的，最大放电电流的确定：3x2.6=7.8A。更进一步的，确定结束充电电流为0.01 x2.6=0.026A，即26mA。本实施例中，各取值非常重要，关系到电池在实际使用中的使用效果和寿命。

测试例

本测试例采用五组电池，其中，测试例0为采用本发明申请技术方案的电池，测试例1至4分别为现有锂电池，测试方式为对上述电池进行持续的充放电，直到电池寿命结束。

由上表可以得出，现有锂电池的充放电方法，可用次数为430次左右，而采用本发明申请的技术方案，电池的充放电次数为1000次左右，其充放电的次数为现有锂电池的两倍之多。

按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述设计原理的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明所公开的结构基础上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种精密控制等量充放电的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）设置ASIC 集成电路利用累加计算的方法对锂电芯进行充放电控制；

（2）设定锂电芯充放电量的等量值，所述等量值为每次充放电量的标准，其是一个固定值，所述等量值等于或小于一个锂电芯全新时容量C的百分之七十；

（3）充电阶段：以一个锂电芯为单位进行充电，充入电量为所述等量值, 在充电过程中，电流每秒一次进行采样，将采样值累加计算得出充电电量；

（4）放电阶段：以一个锂电芯为单位进行放电，在放电过程中，电流每秒一次进行采样，将采样值累加计算得出放电电量，每次累加计算得出的放电电量值均被寄存器存储，当累加计算得出的放电电量的值等于所述步骤（3）中的等量值时，电芯所充电量放完,同时，标记电芯电量为零并判定电芯的电量达到充电时的零点。

2.根据权利要求1所述的精密控制等量充放电的方法，其特征在于，若锂电芯为全新锂电芯，则先对锂电芯进行初始化放电，直至锂电芯电压下降到3.2伏或者锂电芯的电量达到充电时的零点；若锂电芯为已使用过的锂电芯，则当放电的累加计算量等于充电的累加计算量时，判定锂电芯的电量达到充电时的零点。

3.根据权利要求1所述的精密控制等量充放电的方法，其特征在于，所述步骤（2）中对锂电芯的充电方法如下：

（31）对锂电芯进行恒流充电，恒流充电的充电电流的值大于零、小于等于锂电芯的全新时容量C的值的50%，充电电压逐渐升高，直到恒流充电的充电电压等于锂电芯的充电允许的上限电压；

（32）恒压充电，充电电流逐渐减少，当充电电流的值降低至锂电芯的全新时容量C的值的1%时，结束充电。

4.根据权利要求3所述的精密控制等量充放电的方法，其特征在于，充电阶段，实时每秒计算锂电芯的累加计算电量，结束充电时，若累加计算电量的值仍然达不到设定的等量值，则判定锂电芯不能再使用。

5.根据权利要求1所述的精密控制等量充放电的方法，其特征在于，所述步骤（4）中锂电芯进行放电的方法如下：

（41）控制锂电芯进行放电，并在锂电芯放电过程中实时检测锂电芯的放电量，累加计算放电电量；

（42）当锂电芯的累加计算电量等于所述等量值时，停止放电。

6.根据权利要求5所述的精密控制等量充放电的方法，其特征在于，放电阶段的最大放电电流的值小于等于3C的值。

7.根据权利要求5所述的精密控制等量充放电的方法，其特征在于，实时监测电芯的温度，在超过上限时，停止充电或放电，在温度下降到安全温度后，再继续工作。

8.根据权利要求1至7任一项所述的精密控制等量充放电的方法，其特征在于，所述ASIC 集成电路上集成有中央处理器、限流控制电路和过温保护开关电路、充放电量计量模块以及电池状态显示接口。

9.根据权利要求8所述的精密控制等量充放电的方法，其特征在于，利用所述中央处理器控制的充放电量计量模块对电池进行精密控制等量充放电，电流每秒一次进行采样，将采样值累加计算得出充放电的电量。