CN106208223A - 电流充电方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电池充电方法和装置。该方法，包括：采用第一恒流的充电方式为电池预充电，至满足电池活性条件；采用第二恒流的充电方式为电池充电，当电池端电压达到小于充电限制电压的临界电压时结束恒流充电，所述第一恒流小于所述第二恒流；逐步减少所述电池的当前充电电流并继续充电，至电池端电压达到充电限制电压的最高电压；采用电压为充电限制电压的最高电压的恒压充电方式为所述电池继续充电；当所述电池的当前充电电流减小到充电截止电流设定值时结束恒压充电。本发明实施例提供的电池充电方法和装置，使得电池在短时间内被充满，这能明显减轻电池中电极材料的变质；进而使电池的使用寿命延长，电池安全性能得到有效提高。

Description

电流充电方法及装置
技术领域
本发明涉及电池领域，尤其涉及一种电池充电方法及装置。
背景技术
现有锂电池采用恒流恒压充电方式。在对电池进行充电的过程中，先要对电池进行恒流充电，当充电电压达到最高电压时，结束恒流充电并转而进行恒压充电。
但是，由于现有的恒流充电均采用的是大约0.2倍每小时电池额定容量(Capacity，C)左右的小电流，所以恒流阶段和恒压阶段都是小电流充电，导致充电的时间过长，参考图1，图1为现有技术里的恒流恒压充电方式。然而，基于锂电池的特性，长时间处于充电状态势必降低电池的使用寿命并影响电池安全性，所以，如何既保证电池安全性又加快充电速度，成为目前研究的课题之一。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种电池充电方法及装置，实现了快速将电池充满，并保证电池安全性。
第一方面，本发明实施例提供一种电池充电方法，包括：
采用第一恒流的充电方式为电池预充电，至满足电池活性条件；
采用第二恒流的充电方式为电池充电，当电池端电压达到小于充电限制电压的临界电压时结束恒流充电，所述第一恒流小于所述第二恒流；
逐步减少所述电池的当前充电电流并继续充电，至电池端电压达到充电限制电压的最高电压；
采用电压为充电限制电压的最高电压的恒压充电方式为所述电池继续充电；
当所述电池的当前充电电流减小到充电截止电流设定值时结束恒压充电。
可选地，在采用第一恒流的充电方式为电池预充电之前，还包括：
若电池端电压低于激活电压，对电池进行激活处理。
可选地，所述第一恒流为0.1倍～0.2倍每小时电池额定容量；
所述预充电的时间为0.5分钟～10分钟之内。
可选地，所述第二恒流为0.4倍～1.5倍每小时电池额定容量。
可选地，在充电之前，还包括：
获得电池的额定电压和最高电压，并根据额定电压和最高电压计算出所述临界电压。
可选地，所述电池为单体电池，或包括至少两个串联的单体电池的蓄电池组。
第二方面，本发明实施例提供一种电池充电装置，包括：
恒流预充电模块，用于采用第一恒流的充电方式为电池预充电，至满足电池活性条件；
恒流充电模块，用于采用第二恒流的充电方式为电池充电，当电池端电压达到小于充电限制电压的临界电压时结束恒流充电，所述第一恒流小于所述第二恒流；
减流充电模块，用于逐步减少所述电池的当前充电电流并继续充电，至电池端电压达到充电限制电压的最高电压；
恒压充电模块，用于采用电压为充电限制电压的最高电压的恒压充电方式为所述电池继续充电；
充电结束模块，用于当所述电池的当前充电电流减小到充电截止电流设定值时结束恒压充电。
可选地，所述充电装置还包括：
激活电池模块，用于在采用第一恒流的充电方式为电池预充电之前，若电池端电压低于激活电压，对电池进行激活处理。
可选地，所述第一恒流为0.1倍～0.2倍每小时电池额定容量；
所述预充电的时间为0.5分钟～10分钟之内。
可选地，所述第二恒流为0.4倍～1.5倍每小时电池额定容量。
可选地，所述充电装置还包括：
临界电压确定模块，用于在充电之前，获得电池的额定电压和最高电压，并根据额定电压和最高电压计算出所述临界电压。
可选地，所述电池为单体电池，或包括至少两个串联的单体电池的蓄电池组。
本发明实施例提供的电池充电方法和装置先对电池进行预充电，让电池内的活性物质激活，避免直接采用大的恒流进行充电时，有可能损坏电池的风险，之后采用大电流恒流恒压对电池充电，使得电池在短时间内被充满，这能明显减轻电池中电极材料的变质；进而使电池的使用寿命延长，电池安全性能得到有效提高。
附图说明
通过阅读参照以下附图说明所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将变得更明显。
图1为现有技术的恒流恒压充电方法的过程示意图；
图2为本发明实施例一提供的一种电池充电方法的流程示意图；
图3为本发明实施例一提供的一种电池充电过程示意图；
图4为本发明实施例二提供的一种电池充电装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
本发明可以应用于锂电池，也可以应用于其它类型的电池。再有，在实际应用中，电池蓄电池组通常由一个或一个以上的单体电池组合而成，可以将电池蓄电池组和单体电池统称为电池。
实施例一
图2为本发明实施例一提供的一种电池充电方法的流程示意图，图3为本发明实施例一提供的一种电池充电过程示意图。参见图2，所述方法包括如下步骤：
步骤110、采用第一恒流的充电方式为电池预充电，至满足电池活性条件。
参见图3，采用第一恒流的充电方式为电池预充电，至满足电池活性条件，对应图3的OA阶段。拿到一块电池，不论该电池的电量还剩多少，例如还剩10％的电池额定电量、20％的电池额定容量，都可以为电池预充电。预充电的第一恒流的数值选择范围一般是不会导致电池活性物质变质的安全电流，例如可以是图3中的0.2C，预充电的时间不需要太长，例如1～5分钟的时间内即可。采用第一恒流的充电方式为电池预充电的目的在于让电池内的活性物质激活，让活性物质发生反应。具体的预充电时间，或者是所达到的电压值将根据不同活性物质反应的速度来确定。例如磷酸铁锂LiFePO4电池的充电过程反应参见反应式(1)：
LiFePO4-xLi+→(1-x)LiFePO4+xFePO4(1)
充电过程是Li+逐渐从LiFePO4相脱出形成新的FePO4，从而使正极处于贫锂状态，负极处于富锂状态。
可选地，在采用第一恒流的充电方式为电池预充电之前，若电池端电压低于激活电压，对电池进行激活处理。
在为电池进行预充电之前，需要先确定电池是否之前是非正常使用，而使电池处于自保护状态。非正常使用包含但不限于：过充、过放、充电参数不匹配、使用环境温度偏高或偏低等情况下电池停止输出。部分锂电池充电和放电内部为两个处理单元。当对处于自我保护状态的电池进行激活处理时，需要采用小电流给电池充电激活。将活性物质激活，发生电化学反应。
步骤120、采用第二恒流的充电方式为电池充电，当电池端电压达到小于充电限制电压的临界电压时结束恒流充电，所述第一恒流小于所述第二恒流。
参见图3的AB阶段，采用第一恒流的充电方式为电池预充电之后，电池内的活性物质被激活，可以发生充电反应，为了快速的将电池充满，即为了加快充电反应的发生速度，可以采用第二恒流的方式为电池充电。第二恒流的选择范围例如是0.4C～1.5C。现有技术中的恒流范围是0.2C左右，因为采用大电流充电容易引起安全隐患。但是由于之前对电池采用第一恒流预充，即经过了OA预充电阶段，激活了电池中活性物质的充电反应。在以第二恒流例如是0.4C～1.5C的电流范围为电池充电，充电速度快，电池内的活性物质反应快，可以在较短的时间内，使得电池的端电压达到充电限制电压的临界电压V1。
可选地，在充电之前，可以获得电池的额定电压和最高电压，并根据额定电压和最高电压计算出所述临界电压。
临界电压V1选择在额定电压和最高电压V2之间，例如可以是1.12倍的额定电压。临界电压V1大于额定电压是为了有更长时间的第二恒流充电的过程，以便快速将电池充满。临界电压V1小于最高电压V2的目的是因为，当电池的端电压较大时，电池容易产生浮压上升较快的情况。
步骤130、逐步减少所述电池的当前充电电流并继续充电，至电池端电压达到充电限制电压的最高电压。
参见图3的BC阶段，在以第二恒流方式为电池充电，充到临界电压V1之后，需要逐步减少电池的当前充电电流，例如可以是线性减小充电电流。由于大电流充电时电池浮压上升较快，为避免电池在达到最高电压V2时，电池里面的活性物质继续剧烈反应，同时，随着电压的逐步升高，电池接收电流的能力逐步下降。因此，在此以较小的电流给电池，充到最高电压V2，这样电池内的活性物质的反应速度下降，所以活性物质可以更充分的反应，电池中的活性物质可以被充分利用，更好的完成充电过程。
步骤140、采用电压为充电限制电压的最高电压的恒压充电方式为所述电池继续充电。
参见图3的CD阶段，为了将电池的端电压切实的充到最高电压V2，当电池的端电压为最高电压V2时，并没有立即停止充电。还是以逐渐减小的电流为电池充电，给电池中活性物质以更慢的反应速度，逐步为电池充电。
步骤150、当所述电池的当前充电电流减小到充电截止电流设定值时结束恒压充电。
采用电压为充电限制电压的最高电压的恒压方式为电池充电，若逐步减小的电流减小到充电截止电流的设定值时，便可以结束充电过程。因为，经过大量的实验过程证明，不同类型的电池在各自对应的充电截至电流时，可以确定将电池充满。该充电截至电流值随电池容量增大而设定偏大。例如，12Ah电池一般充电电流减小到500mA左右认为充满。
在实际应用中，可选地，所述电池为单体电池，或包括至少两个串联的单体电池的蓄电池组。电池蓄电池组通常由一个或一个以上的单体电池组合而成，可以将电池蓄电池组和单体电池统称为电池。电池端电压是单体电池的端电压，或者是串联有单体电池的整个电池蓄电池组的端电压；电池蓄电池组的端电压为：单体电池的电压乘以整个电池蓄电池组中所串联的单体电池数量得到的结果；当电池端电压是单体电池的端电压时，当电池端电压达到临界电压结束所述第二恒流充电方式为：当单体电池的端电压达到该单体电池的临界电压时结束针对单体电池的所述第二恒流充电方式；当电池端电压是电池蓄电池组的端电压时，电池端电压达到临界电压时结束第二恒流充电方式为：当整个电池蓄电池组的端电压达到该电池蓄电池组的临界电压时结束针对该电池蓄电池组的所述第二恒流充电方式。
最高电压是单体电池的最高电压，或者是串联有单体电池的整个电池蓄电池组的最高电压；当最高电压是单体电池的最高电压时，采用电压为充电最高电压的恒压充电方式为电池充电的方法为：应用单体电池的最高电压对该单体电池进行恒压充电；当最高充电电压是电池蓄电池组的最高电压时，采用电压为最高电压的恒压充电方式为电池充电的方法为：应用电池蓄电池组的最高电压对该单体电池进行恒压充电。
在整个电池的充电过程中，通常要获得包含电池当前电流、电压在内的电池工作参数，因为在不同的环境条件下，电池内的活性物质发生反应的速率是不同的。以温度为例，电池的当前参数与电池适合的使用温度范围有关。不同电池使用的温度范围不同。如果在电池使用的温度范围内，电池内的活性物质反应速度相差不大。
经常监测的电池工作参数包括：电池内阻、电池工作的外界温度、管理电池充电的各器件温度、电池温度等。
本发明实施例一提供的电池充电方法先对电池进行预充电，让电池内的活性物质激活，避免直接采用大的恒流进行充电时，有可能损坏电池的风险，之后采用大电流恒流恒压对电池充电，使得电池在短时间内被充满，这能明显减轻电池中电极材料的变质；进而使电池的使用寿命延长，电池安全性能得到有效提高。
实施例二
图4为本发明实施例二提供一种电池充电装置的结构示意图。参见图4，本发明实施例二提供一种电池充电装置包括：
恒流预充电模块210，用于采用第一恒流的充电方式为电池预充电，至满足电池活性条件；
恒流充电模块220，用于采用第二恒流的充电方式为电池充电，当电池端电压达到小于充电限制电压的临界电压时结束恒流充电，所述第一恒流小于所述第二恒流；
减流充电模块230，用于逐步减少所述电池的当前充电电流并继续充电，至电池端电压达到充电限制电压的最高电压；
恒压充电模块240，用于采用电压为充电限制电压的最高电压的恒压充电方式为所述电池继续充电；
充电结束模块250，用于当所述电池的当前充电电流减小到充电截止电流设定值时结束恒压充电。
可选地，所述充电装置还包括：
激活电池模块260，用于在采用第一恒流的充电方式为电池预充电之前，若电池端电压低于激活电压，对电池进行激活处理。
可选地，所述第一恒流为0.1倍～0.2倍每小时电池额定容量；
所述预充电的时间为0.5分钟～10分钟之内。
可选地，所述第二恒流为0.4倍～1.5倍每小时电池额定容量。
可选地，所述充电装置还包括：
临界电压确定模块270，用于在充电之前，获得电池的额定电压和最高电压，并根据额定电压和最高电压计算出所述临界电压。
可选地，所述电池为单体电池，或包括至少两个串联的单体电池的蓄电池组。
本发明实施例二提供的电池充电装置先对电池进行预充电，让电池内的活性物质激活，避免直接采用大的恒流进行充电时，有可能损坏电池的风险，之后采用大电流恒流恒压对电池充电，使得电池在短时间内被充满，这能明显减轻电池中电极材料的变质；进而使电池的使用寿命延长，电池安全性能得到有效提高。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (12)

1.一种电池充电方法，其特征在于，包括：
采用第一恒流的充电方式为电池预充电，至满足电池活性条件；
采用第二恒流的充电方式为电池充电，当电池端电压达到小于充电限制电压的临界电压时结束恒流充电，所述第一恒流小于所述第二恒流；
逐步减少所述电池的当前充电电流并继续充电，至电池端电压达到充电限制电压的最高电压；
采用电压为充电限制电压的最高电压的恒压充电方式为所述电池继续充电；
当所述电池的当前充电电流减小到充电截止电流设定值时结束恒压充电。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在采用第一恒流的充电方式为电池预充电之前，还包括：
若电池端电压低于激活电压，对电池进行激活处理。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述第一恒流为0.1倍～0.2倍每小时电池额定容量；
所述预充电的时间为0.5分钟～10分钟之内。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述第二恒流为0.4倍～1.5倍每小时电池额定容量。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在充电之前，还包括：
获得电池的额定电压和最高电压，并根据额定电压和最高电压计算出所述临界电压。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述电池为单体电池，或包括至少两个串联的单体电池的蓄电池组。
7.一种电池充电装置，其特征在于，包括：
恒流预充电模块，用于采用第一恒流的充电方式为电池预充电，至满足电池活性条件；
恒流充电模块，用于采用第二恒流的充电方式为电池充电，当电池端电压达到小于充电限制电压的临界电压时结束恒流充电，所述第一恒流小于所述第二恒流；
减流充电模块，用于逐步减少所述电池的当前充电电流并继续充电，至电池端电压达到充电限制电压的最高电压；
恒压充电模块，用于采用电压为充电限制电压的最高电压的恒压充电方式为所述电池继续充电；
充电结束模块，用于当所述电池的当前充电电流减小到充电截止电流设定值时结束恒压充电。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：
激活电池模块，用于在采用第一恒流的充电方式为电池预充电之前，若电池端电压低于激活电压，对电池进行激活处理。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：
所述第一恒流为0.1倍～0.2倍每小时电池额定容量；
所述预充电的时间为0.5分钟～10分钟之内。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：
所述第二恒流为0.4倍～1.5倍每小时电池额定容量。
11.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：
临界电压确定模块，用于在充电之前，获得电池的额定电压和最高电压，并根据额定电压和最高电压计算出所述临界电压。
12.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：
所述电池为单体电池，或包括至少两个串联的单体电池的蓄电池组。
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