CN107482267A - 一种电池充放电装置、电源管理系统及方法 - Google Patents

一种电池充放电装置、电源管理系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电池充放电装置，包括控制芯片和存储芯片，以及设置有与所述控制芯片连接的正极触点、负极触点、金属触点和电阻信号触点；正极触点与待充电电池的第一电极接触；负极触点与待充电电池的第二电极接触；金属触点与待充电电池的第三电极接触；电阻信号触点与待充电电池的第四电极接触。本发明通过第三电极对待充电电池进行补充锂或者钠，解决了高效率、高容量保持率的金属锂二次电池的充放电测试问题。本发明本申请不仅可以给普通的电池充电，还可给具有三电极电池进行充电，并在充电前/后或者充电过程中，通过金属触点实现对具有三电极二次电池补锂或者补钠。本申请还涉及具有补锂或者补钠操作的二次电池充放电装置的充电程序设计。

Description

一种电池充放电装置、电源管理系统及方法
技术领域
本发明涉及储能领域，尤其是涉及一种电池充放电装置、电源管理系统及方法。
背景技术
近年来，快速发展的电动汽车和储能行业对以锂离子电池、钠离子电池为代表的二次电池的能量密度、成本、循环性和安全性提出了更高的要求。以锂离子电池为例，常规的锂离子电池主要采用石墨负极，石墨负极的理论容量372mAh/g，目前国内主要的石墨负极生产商例如江西紫宸、深圳贝特瑞等已经实现了365mAh/g的容量，接近于理论容量的极限。为了实现更高的能量密度和功率密度，人们开始关注新型负极材料，例如非石墨化碳材料、硅负极、硅碳复合负极或者氧化亚硅或氧化亚硅硅碳复合负极。然而，此类材料存在不可逆容量高、首次库伦效率低等严重问题，容易导致锂离子电池容量明显下降。目前，为了解决锂离子电池负极材料首次库伦效率低的问题，研究人员提出了化学还原法、人造SEI(Solid Electrolyte Interface，固体电解质界面)膜法和电化学预锂化法等，其中电化学预锂化法是一种最直接的解决锂离子电池负极材料低首次库伦效率问题的方法。
现有技术一般采用补锂电极的三电极方式对二次电池进行可控补锂。现有技术一般都引入了第三极耳。目前，市场上还没有一款给具有补锂电极的二次电池充电的充放电装置。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中没有给具有三个电极的二次电池充电装置的不足，提供了一种电池充放电装置、电源管理设备及方法。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种电池充放电装置，该装置包括控制芯片和存储芯片，以及设置有与控制芯片连接的正极触点、负极触点、金属触点和电阻信号触点；正极触点与待充电电池的第一电极接触；负极触点与待充电电池的第二电极接触；金属触点与待充电电池的第三电极接触；电阻信号触点与待充电电池的第四电极接触。
优选的，待充电电池的第一电极为正极，待充电电池的第二电极为负极，第三电极为补锂电极或补钠电极。
第二方面，本发明提供了一种电源管理系统，包括：待充电电池和电池充放电装置；所述待充电电池具有补锂带和/或补钠带，所述补锂带具有锂活性层，所述补钠带具有钠活性层；补锂带和/或补钠带用于对所述第三电极进行补充锂或钠。
第三方面，本发明提供了一种电源管理设备，应用于上述管理系统，包括以下步骤：每次充电前，通过电池充放电装置的控制芯片对电池标识地址、充电次数和放电容量进行记录；对待充电电池的电压进行测量，以及恒流恒压对所述待充电电池进行充电；对待充电电池进行补锂或补钠操作。
优选的，对待充电电池补锂或补钠的容量为：(η正-η负)*Capa*θ。
优选的，对待充电电池进行补锂或补钠操作步骤包括：在所述正极和第三电极之间通过恒流恒容电流放电，对所述待充电电池进行补锂或补钠；或在所述负极和第三电极之间通过恒流恒容电流放电，对所述待充电电池进行补锂或补钠。
优选的，电池标识地址包括：待充电电池的电池名称以及相应放电容量Cn、待充电电池的电池名称的标称容量C0、待充电电池的负极容量与待充电电池的正极容量比值N/P、待充电电池的正极效率η正、待充电电池的负极效率η负、待充电电池的首周效率η首、待充电电池的容差系数θ和待充电电池的充电次数Num。
优选的，在恒流恒压充电之前、同时或之后对所述待充电电池进行补锂或补钠。
本发明通过第三电极对待充电电池进行补充锂或者钠，解决了高效率、高容量保持率的金属锂二次电池的充放电测试问题。本发明本申请不仅可以给普通的电池充电，还可以给具有三电极电池进行充电，并在充电前/后或者充电过程中，通过金属触点实现对具有三电极二次电池补锂或者补钠。本申请还涉及具有补锂或者补钠操作的二次电池充放电装置的充电程序设计。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种电池充放电装置的原理图；
图2为发明提供的现有技术充电方法流程图；
图3为本发明实施例提供的一种电源管理方法流程示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明实施例提供的一种电池充放电装置的原理图，如图1所示，该装置包括控制芯片和存储芯片，以及设置有与控制芯片连接的正极触点、负极触点、金属触点和电阻信号触点；正极触点与待充电电池的第一电极接触；负极触点与待充电电池的第二电极接触；金属触点与待充电电池的第三电极接触；电阻信号触点与待充电电池的第四电极接触。电阻信号触点与第四电极相连，用处主要用于判断电池好坏。
优选的，控制芯片、存储芯片以及金属触点构成内部电路，用于检测第三电极对正极或负极的电势差以及对金属触点进行控制。
也就是说金属触点通过内部电路控制，可以实现对正极充电/放电(对正极补充锂元素或钠元素)或对负极充电/放电(负极补充锂元素或钠元素)的功能，并能监测补锂电极或补钠电极对正/负极的电势差，关于检测电势差，此处为现有技术，这里不再赘述。
优选地，待充电电池的第一电极为正极，待充电电池的第二电极为负极，第三电极为补锂电极或补钠电极，第四电极可以但不限于是电阻信号电极，用处主要用于判断电池好坏。
一般具有三极耳的三电极电池都可以通过本发明提供的装置进行充电。具体的说明是，本发明提供的装置可以实现对具有三极耳的电池任意两极耳之间同时充电、放电和电压检测功能。
具体的，可以通过对任意两极耳之间的电压进行检测，也可测量电流对时间的积分测得电量。
本发明通过第三电极对待充电电池进行补充锂或者钠，解决了高效率、高容量保持率的金属锂二次电池的充放电测试问题。本发明本申请不仅可以给普通的电池充电，还可以给具有三电极电池进行充电，并在充电前/后或者充电过程中，通过金属触点实现对具有三电极二次电池补锂或者补钠。本申请还涉及具有补锂或者补钠操作的二次电池充放电装置的充电程序设计。
本发明的实施例还提供了一种电源管理系统，包括待充电电池和上述的电池充放电装置，待充电电池具有补锂带和/或补钠带，补锂带具有锂活性层，补钠带具有钠活性层；补锂带和/或补钠带用于对第三电极进行补充锂或钠。
本发明通过第三电极对待充电电池进行补充锂或者钠，解决了高效率、高容量保持率的金属锂二次电池的充放电测试问题。本发明本申请不仅可以给普通的电池充电，还可以给具有三电极电池进行充电，并在充电前/后或者充电过程中，通过金属触点实现对具有三电极二次电池补锂或者补钠。本申请还涉及具有补锂或者补钠操作的二次电池充放电装置的充电程序设计。
图2为发明提供的现有技术给二次电池充电方法流程图。如图2所示，现有技术包括步骤S101-S103；
步骤S101，插上电源；
步骤S102，读取放电容量，进行恒流压充电；
步骤S103，电池充满时，充电完成，停止充电。
可见，现有技术的方法一般仅针对于两电极的二次电池进行充电，而不会对有三电极的补锂的电池或补钠电池进行充电，不会对该电池进行补充锂元素或者钠元素。
图3为本发明实施例提供的一种电源管理方法流程示意图，如图3所示，充电方法包括：步骤S201-步骤S203。
步骤S201，每次充电前，通过电池充放电装置的控制芯片对电池标识地址、充电次数和放电容量进行记录。
优选的，电池标识地址包括：待充电电池的电池名称以及相应放电容量Cn、待充电电池的电池名称的标称容量C0、待充电电池的负极容量与待充电电池的正极容量比值N/P、待充电电池的正极效率η正、待充电电池的负极效率η负、待充电电池的首周效率η首、待充电电池的容差系数θ和待充电电池的充电次数Num。
具体地，N/P是指的负极容量与正极容量比。由于在电池中有能量的损失，因此在充电方法设计的时候就要考虑负极材料所提供的容量多一点，以提高能量密度；η正是指正极做半电池时的效率，n首是指正极对负极做全电池时的首周效率。
步骤S202，对待充电电池的电压进行测量，以及恒流恒压对所述待充电电池进行充电。
具体地，在恒流恒压充电之前、同时或之后对所述待充电电池进行补锂或补钠。
步骤S203,对待充电电池进行补锂或补钠操作。
具体地，在正极和第三电极之间通过恒流恒容电流放电，对待充电电池进行补锂或补钠；或在负极和第三电极之间通过恒流恒容电流放电，对待充电电池进行补锂或补钠。
进一步具体地，预设倍率的恒流恒容电流，一般是指定倍率或者一定倍率的恒流恒容小电流放电。优选范围是恒流恒容电流小于500mA。
进一步具体地，对待充电电池补锂或补钠的容量为：(η正-η负)*Capa*θ。
需要说明的是，本申请提供的电池充放电装置不仅可以对具有三个电极的电池进行充电，还可以对普通的电池进行充电。即，直接对待充电电池的电压进行测量，恒流恒压对待充电电池进行充电。
对普通的充电电池进行充电步骤还可以是：每次充电前，通过电池充放电装置的控制芯片对电池标识地址、充电次数和放电容量进行记录；对待充电电池的电压进行测量，恒流恒压对待充电电池进行充电。
具体地，上述的地址信息包括：待充电电池的电池名称以及相应放电容量Cn、待充电电池的电池名称的标称容量C0、待充电电池的负极容量与待充电电池的正极容量比值N/P、待充电电池的正极效率η正、待充电电池的负极效率η负、待充电电池的首周效率η首、待充电电池的容差系数θ和待充电电池的充电次数Num。
还说明的是，本申请提出的电池充放电装置、电源管理系统及方法，还可以对电池进行放电。
本发明通过第三电极对待充电电池进行补充锂或者钠，解决了高效率、高容量保持率的金属锂二次电池的充放电测试问题。本发明本申请不仅可以给普通的电池充电，还可以给具有三电极电池进行充电，并在充电前/后或者充电过程中，通过金属触点实现对具有三电极二次电池补锂或者补钠。本申请还涉及具有补锂或者补钠操作的二次电池充放电装置的充电程序设计。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执轨道的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电池充放电装置，其特征在于，包括控制芯片和存储芯片，以及设置有与所述控制芯片连接的正极触点、负极触点、金属触点和电阻信号触点；
所述正极触点与待充电电池的第一电极接触；所述负极触点与待充电电池的第二电极接触；所述金属触点与待充电电池的第三电极接触；所述电阻信号触点与所述待充电电池的第四电极接触。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述待充电电池的第一电极为正极，所述待充电电池的第二电极为负极，所述第三电极为补锂电极或补钠电极。
3.一种电源管理系统，其特征在于，包括待充电电池和如权利要求1所述的电池充放电装置；所述待充电电池具有补锂带和/或补钠带，所述补锂带具有锂活性层，所述补钠带具有钠活性层；补锂带和/或补钠带用于对所述第三电极进行补充锂或钠。
4.一种电源管理方法，应用于权利要求3所述的管理系统，其特征在于，包括以下步骤：
每次充电前，通过电池充放电装置的控制芯片对电池标识地址、充电次数和放电容量进行记录；
对待充电电池的电压进行测量，以及恒流恒压对所述待充电电池进行充电；
对待充电电池进行补锂或补钠操作。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对待充电电池补锂或补钠的容量为：(η正-η负)*Capa*θ。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述对待充电电池进行补锂或补钠操作步骤包括：
在所述正极和第三电极之间通过预设倍率的恒流恒容电流放电，对所述待充电电池进行补锂或补钠；或
在所述负极和第三电极之间通过预设倍率的恒流恒容电流放电，对所述待充电电池进行补锂或补钠。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述电池标识地址包括：待充电电池的电池名称以及相应放电容量Cn、待充电电池的电池名称的标称容量C0、待充电电池的负极容量与待充电电池的正极容量比值N/P、待充电电池的正极效率η正、待充电电池的负极效率η负、待充电电池的首周效率η首、待充电电池的容差系数θ和待充电电池的充电次数Num。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在恒流恒压充电之前、同时或之后对所述待充电电池进行补锂或补钠。
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