CN106099230B

CN106099230B - 一种可预防析锂的锂离子电池快速充电方法

Info

Publication number: CN106099230B
Application number: CN201610650109.9A
Authority: CN
Inventors: 张剑波; 李哲; 葛昊
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2016-08-09
Filing date: 2016-08-09
Publication date: 2019-02-05
Anticipated expiration: 2036-08-09
Also published as: CN106099230A

Abstract

本发明公开了一种可预防析锂的锂离子电池快速充电方法，包括：获取锂离子电池充电时的析锂边界；根据所述析锂边界设定对所述锂离子电池的充电电流规则，在所述充电电流规则中，通过控制充电电流使得所述锂离子电池不发生析锂；根据所述电流规则对所述锂离子电池进行充电。本发明具有如下优点：根据锂离子电池充电时的析锂边界设定锂离子电池的充电电流规则，实现安全、快速且不影响电池循环寿命的充电。

Description

一种可预防析锂的锂离子电池快速充电方法

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种可预防析锂的锂离子电池快速充电方法。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应等优点，成为了纯电动汽车、插电式电动汽车以及混合动力汽车的主要驱动电源，也是手机、笔记本电脑等主要的储能元件。然而，锂离子电池充电速度较慢，通常的充电规程需要数小时的充电时间，给纯电动汽车、手机等的使用带来不便。为了提高锂离子电池的充电速度，快速充电方法逐渐受到人们的关注。

锂离子电池的快速充电方法为了在更短的时间内充入更多的电量，其根本还是需要增大充电电流。然而增大充电电流，又可能影响电池的安全性和循环寿命。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种安全、快速且可预防析锂的锂离子电池快速充电方法。

为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种可预防析锂的锂离子电池快速充电方法，包括以下步骤：S1：获取锂离子电池充电时的析锂边界；S2：根据所述析锂边界设定对所述锂离子电池的充电电流规则，在所述充电电流规则中，通过控制充电电流使得所述锂离子电池不发生析锂；S3：根据所述充电电流规则对所述锂离子电池进行充电。

根据本发明实施例的可预防析锂的锂离子电池快速充电方法，根据锂离子电池充电时的析锂边界设定锂离子电池的充电电流规则，实现安全、快速且不影响电池循环寿命的充电。

另外，根据本发明上述实施例的可预防析锂的锂离子电池快速充电方法，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述析锂边界为析锂荷电状态边界或析锂充电电流边界，所述析锂荷电状态边界为在不同温度、不同充电电流充电时的析锂起始荷电状态，析锂充电电流边界为在不同温度、不同荷电状态下不触发析锂的最大充电电流。

进一步地，所述析锂边界通过以下两种方式中任意一种方式或两种方式相结合的方式确定：实验标定的方式；通过建立锂离子电池模型，并通过对所述锂离子电池模型进行计算的方式。

进一步地，利用所述锂离子电池模型判定析锂边界条件时，采用的判定条件是锂离子电池负极颗粒表面固相电位与液相电位的差值等于析锂反应电位。

进一步地，基于所述析锂荷电状态边界构建充电电流规则的方法包括：当所述锂离子电池以电流I_i充电时，在到达电流I_i对应的析锂荷电状态边界时或之前，变换充电电流为电流I_i+1，其中，I_i+1<I_i，i∈1，2，…，N，N为充电阶段的数目且N为自然数；重复上述过程直至充电完成。

进一步地，所述充电电流规则包括充电阶段、静置阶段和放电阶段，在所述充电阶段的充电电流波形或所述放电阶段的放电电流波形为方波、三角波、脉冲、阶跃和三角函数中的至少一种。

进一步地，在对所述锂离子电池进行充电时，还包括：采集所述锂离子电池的电压、温度、荷电状态、内阻和阻抗信息，根据所述锂离子电池的电压、温度、荷电状态、内阻和阻抗信息调整所述充电电流规则，以避免所述锂离子电池的温度高于预设值。

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是本发明的可预防析锂的锂离子电池快速充电方法的流程图；

图2是本发明实施例一的根据析锂荷电状态边界建立的充电电流规则的示意图；

图3是本发明实施例二的锂充电电流边界的示意图；

图4是本发明一个实施例的根据析锂充电电流边界建立的根据连续变化的充电电流规则的示意图；

图5是本发明一个实施例的根据析锂充电电流边界建立的多段充电规则的示意图。

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，仅用于解释本发明，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”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

以下结合附图描述根据本发明实施例的可预防析锂的锂离子电池快速充电方法。

图1是本发明一个实施例的可预防析锂的锂离子电池快速充电方法的流程图。

如图1所示，一种可预防析锂的锂离子电池快速充电方法，包括以下步骤：

S1：获取锂离子电池充电时的析锂边界。

在本发明的一个实施例中，析锂边界为析锂荷电状态边界或析锂充电电流边界，析锂荷电状态边界为在不同温度、不同充电电流充电时的析锂起始荷电状态，析锂充电电流边界为在不同温度、不同荷电状态下不触发析锂的最大充电电流。

在本发明的一个实施例中，析锂边界通过以下两种方式中任意一种方式或两种方式相结合的方式确定：

实验标定的方式；

通过建立锂离子电池模型，并通过对锂离子电池模型进行计算的方式。

在本发明的一个实施例中，利用锂离子电池模型判定析锂边界条件时，采用的判定条件是锂离子电池负极颗粒表面固相电位与液相电位的差值等于析锂反应电位。

S2：根据析锂边界设定对锂离子电池的充电电流规则，在充电电流规则中，通过控制充电电流使得锂离子电池不发生析锂。

在本发明的一个实施例中，基于析锂荷电状态边界构建充电电流规则的方法包括：

当锂离子电池以电流I_i充电时，在到达电流I_i对应的析锂荷电状态边界时或之前，变换充电电流为电流I_i+1，其中，I_i+1<I_i，i∈1，2，…，N，N为充电阶段的数目且N为自然数；

重复上述过程直至充电完成。

在本发明的一个实施例中，充电电流规则包括充电阶段、静置阶段和放电阶段，在充电阶段的充电电流波形或放电阶段的放电电流波形为方波、三角波、脉冲、阶跃和三角函数中的至少一种。

S3：根据充电电流规则对锂离子电池进行充电。

在本发明的一个实施例中，在对锂离子电池进行充电时，还包括：

采集锂离子电池的电压、温度、荷电状态、内阻和阻抗信息，根据锂离子电池的电压、温度、荷电状态、内阻和阻抗信息调整充电电流规则，以避免锂离子电池的温度高于预设值。

为使本领域技术人员进一步理解本发明，将通过以下实施例进行详细说明。

实施例一

在本实施例中，锂离子电池快速充电方法包括以下步骤：

步骤1：利用锂离子电池热-电化学模型获得了某款电池不同温度、不同充电电流充电时的析锂起始荷电状态，即析锂荷电状态边界。

判定析锂边界用到的条件是锂离子电池负极与隔膜的界面处固相电位与液相电位的差值等于析锂反应电位。

表1

如表1所示，以-10℃为例，当电池以2.6C电流充电至12％SOC后，开始发生析锂；以1.3C电流充电至69％SOC，开始发生析锂；以0.65C电流可以充电至满电态而不发生析锂。

步骤2：根据析锂荷电状态边界构建充电电流规则。

图2是本发明实施例一的根据析锂荷电状态边界建立的充电电流规则的示意图。如图2所示，包括了-5℃、-10℃和-15℃下的充电规程。

步骤3：根据充电电流规则对锂离子电池进行充电。

下面以-10℃为例说明图2根据析锂荷电状态边界构建充电电流规则的方法：首先电池以2.6C充电电流充电，在到达2.6C对应的析锂荷电状态边界12％SOC之前，变换充电电流，改为以1.3C充电电流充电，在到达1.3C对应的析锂荷电状态边界69％SOC之前，变换充电电流，改为以0.65C充电电流充电，直至完成充电，即到达100％SOC。

在步骤3中，由于电池在低温放电时，自身温度也发生变化，因此可以监控电池的电压、温度、荷电状态、内阻、阻抗等信息，实时调整析锂边界及相应的充电规程，也需避免电池温升过高。

实施例二

步骤1：利用锂离子电池热-电化学模型获得了某款电池不同温度、不同荷电状态下不触发析锂的最大充电电流，即析锂充电电流边界。

图3是本发明实施例二的锂充电电流边界的示意图。如图3所示，利用锂离子电池的热-电化学模型判定析锂边界条件时，采用的判定条件是锂离子电池负极与隔膜的界面处固相电位与液相电位的差值等于析锂反应电位。从图3中可以看出析锂电流边界随电池温度的升高而升高，随电池SOC的升高而降低。

步骤2：根据析锂充电电流边界构建充电电流规则。

以-10℃为例，构建的充电规程如图4的连续变化充电规程和图5的多段充电规程。构建方法是保证在任意荷电状态下的充电电流小于等于该荷电状态下的析锂充电电流边界。充电电流越接近于析锂充电电流边界，充电速度越快。充电电流与边界之间的差值作为安全余量，安全余量的选择可根据实际情况，并结合充电速度确定。图4中的连续变化充电电流规程，充电电流为析锂充电电流边界的0.9倍。考虑到连续充电电流规则在实施过程中有一定难度，又发展了图5中的多段充电电流规则，充电电流大小依次为0.3C，0.25C，0.2C，0.15C，0.1C，0.05C，0.04C；切换电流的SOC分别为，4％SOC，6.5％SOC，9％SOC，14％SOC，50％SOC，80％SOC。

步骤3：根据充电电流规则对锂离子电池进行充电。

另外，本发明实施例的可预防析锂的锂离子电池快速充电方法的其它构成以及作用对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。

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。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims

1.一种可预防析锂的锂离子电池快速充电方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：获取锂离子电池充电时的析锂边界，所述析锂边界为析锂荷电状态边界或析锂充电电流边界，所述析锂荷电状态边界为在不同温度、不同充电电流充电时的析锂起始荷电状态，析锂充电电流边界为在不同温度、不同荷电状态下不触发析锂的最大充电电流；

S2：根据所述析锂边界设定对所述锂离子电池的充电电流规则，在所述充电电流规则中，通过控制充电电流使得所述锂离子电池不发生析锂，所述析锂边界通过以下两种方式中任意一种方式或两种方式相结合的方式确定：

实验标定的方式；

通过建立锂离子电池模型，并通过对所述锂离子电池模型进行计算的方式；

S3：根据所述充电电流规则对所述锂离子电池进行充电。

2.根据权利要求1所述的可预防析锂的锂离子电池快速充电方法，其特征在于，利用所述锂离子电池模型判定析锂边界条件时，采用的判定条件是锂离子电池负极颗粒表面固相电位与液相电位的差值等于析锂反应电位。

3.根据权利要求1所述的可预防析锂的锂离子电池快速充电方法，其特征在于，基于所述析锂荷电状态边界构建充电电流规则的方法包括：

当所述锂离子电池以电流I_i充电时，在到达电流I_i对应的析锂荷电状态边界时或之前，变换充电电流为电流I_i+1，其中，I _i+1<I_i，i∈1，2，…，N，N为充电阶段的数目且N为自然数；

重复上述过程直至充电完成。

4.根据权利要求1所述的可预防析锂的锂离子电池快速充电方法，其特征在于，所述充电电流规则包括充电阶段、静置阶段和放电阶段，在所述充电阶段的充电电流波形或所述放电阶段的放电电流波形为方波、三角波、脉冲、阶跃和三角函数中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的可预防析锂的锂离子电池快速充电方法，其特征在于，在对所述锂离子电池进行充电时，还包括：

采集所述锂离子电池的电压、温度、荷电状态、内阻和阻抗信息，根据所述锂离子电池的电压、温度、荷电状态、内阻和阻抗信息调整所述充电电流规则，以避免所述锂离子电池的温度高于预设值。