CN109546248A - 一种锂离子电池充电策略的优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池充电策略的优化方法,第一阶段确定析锂充电倍率C2,第二阶段确定析锂充电倍率C2下不析锂的SOC1,第三阶段确定高电压下不析锂充电倍率C3;本发明中,所提出的锂离子电池充电策略的优化方法,确定电池充电允许的最大持续倍率及对应的截止SOC状态的方法,确定合理的电池充电策略。此方法简单快捷,对整车充电策略的充电倍率参数的选择具有指导性意义,保证了电池的循环性能,减少了电池实际充电时间,也可用于不同厂商电池充电性能的对标,有利于提升电池设计与制作技术。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域,尤其涉及一种锂离子电池充电策略的优化方法。
背景技术
锂离子动力电池作为电动车的重要组成部分,其性能直接影响电动车的正常使用。因其推广应用,其续航里程和充电时间过长是目前急需解决的难题。随着补贴政策的退坡和续航里程的提高,要求电池的能量密度逐渐提高。目前电池厂商主要通过减少结构件重量、增加活性物质比例、增大电芯体积、增加压实密度、减少注液量等方法提高电池的比能量密度;但随着能量密度的提高,电池的循环性能和倍率性能有着相应的下降,电池循环过程中负极界面易出现析锂现象;其主要原因是电池采用不适当的充电方法,影响了电池性能的发挥,造成其衰减过快。因而开发合适的充电策略对整车中的电池的性能发挥显得尤为重要。
国内外的研究者们研究不断提高充电效率,提出了一些充电策略,这包括恒定电流充电、恒定大电流充电、恒流恒压充电以及分阶段充电方法等。其中恒定电流充电、恒流恒压充电方法成本较低,系统电路结构简单,但充电时间过长,充电效率不高。恒定大电流充电方法和脉冲充电解决了充电时间过长的问题,但并不好控制充电程度且对电池寿命有不利影响。分阶段充电方法有着明显的优势,整车充电策略大多也采用类似方法,但由于各电池厂家电池因设计和制程存在差异,无法固化得到统一的充电方式。
发明内容
为解决背景技术中存在的技术问题,本发明提出一种锂离子电池充电策略的优化方法。
本发明提出的一种锂离子电池充电策略的优化方法,包括第一阶段、第二阶段和第三阶段;
第一阶段:
多个电池分别以不同充电倍率充电、以相同放电倍率放电,循环多次,根据最终电池容量保持率和电池负极有无析锂确定析锂充电倍率C2;
第二阶段:
多个电池以析锂充电倍率C2充电至不同SOC状态、以相同放电倍率放电,循环多次,根据最终电池负极有无析锂确定析锂充电倍率C2下不析锂的SOC1;
第三阶段:
多个电池以低于析锂充电倍率C2的不同充电倍率充电池90%SOC,以0.2C充电至95%SOC,以0.1C充电至满电电压,并以相同放电倍率放电,循环多次,根据最终电池负极有无析锂确定高电压下不析锂充电倍率C3。
优选地,第一阶段、第二阶段和第三阶段中,充放电具有预定时间间隔。
优选地,第一阶段、第二阶段和第三阶段中,在露点<-40℃的环境下观察电池负极有无析锂。
优选地,第一阶段中,最终电池容量保持率判断标准为大于99%。
本发明中,所提出的锂离子电池充电策略的优化方法,确定电池充电允许的最大持续倍率及对应的截止SOC状态的方法,确定合理的电池充电策略。此方法简单快捷,对整车充电策略的充电倍率参数的选择具有指导性意义,保证了电池的循环性能,减少了电池实际充电时间,也可用于不同厂商电池充电性能的对标,有利于提升电池设计与制作技术。
附图说明
图1为本发明提出的一种锂离子电池充电策略的优化方法的流程图。
具体实施方式
如图1所示,图1为本发明提出的一种锂离子电池充电策略的优化方法的流程图。
本发明提出的一种锂离子电池充电策略的优化方法,通过如下三个阶段予以实现:
第一阶段:全SOC区间(0%-100%)的最大允许持续充电倍率C1和析锂充电倍率C2的确定。
(1)选用圆柱磷酸铁锂电池,电池的额定容量为14Ah,电压工作区间2.0-3.65V,使用激光焊接铜极耳于极柱上,测量电池的电压、内阻、厚度是否符合产品规格范围,挑选出规格范围内的合格电池;
(2)选用电池以1C放电至2.0V,使电池处于空电状态,用不同的电池以倍率0.1C、0.2C、0.33C、0.5C、1C、1.5C、2C、3C的恒流恒压充电至3.65V,静置30min,以倍率1C恒定电流放电至2.0V,充放电循环25周,并记录第25周的容量保持率,对比确认其放电容量保持率是否大于99%;
(3)对上述的电池以其循环充电倍率恒流恒压充电至3.65V,保证电池满电,于露点<-40℃的拆解室,拆解电池壳体,并用显微镜观察电池负极界面,确认其是否析锂,得出该电池的全SOC区间下的最大允许持续充电倍率C1和析锂充电倍率C2。
由于电池以1.5C电流恒流恒压充至3.65V,1C放电至2.0V,循环25周后,负极界面无析锂,第25周容量保持率大于99%,得出该电池的最大允许持续充电倍率C1为1C。
由于电池以2C电流恒流恒压充至3.65V,1C放电至2.0V,循环25周后,负极界面析锂,得出该电池的析锂充电倍率C2为1.5C。
第二阶段:不析锂的荷电状态SOC1的确定。
(1)选用圆柱磷酸铁锂电池,电池的额定容量为14Ah,电压工作区间2.0-3.65V,使用激光焊接铜极耳于极柱上,测量电池的电压、内阻、厚度是否符合产品规格范围,挑选出规格范围内的合格电池;
(2)以恒定电流1C放电至2.0V,保证电池的初始状态为空电,以析锂充电倍率C2(1.5C)恒定电流分别充电至SOC为40%、50%、60%、65%、70%、75%、80%荷电状态,静置30min,以恒定电流1C放电至2.0V,循环25周;
(3)对上述的电池以析锂充电倍率C2(1.5C)恒定电流充电至上述SOC状态。于露点<-40℃的拆解室,拆解电池壳体,并用显微镜观察电池负极界面,确认其是否析锂,得出析锂充电倍率C2电流下充电不析锂的SOC1。
循环截止荷电态SOC | 负极界面析锂情况 |
40% | 无析锂 |
50% | 无析锂 |
60% | 无析锂 |
65% | 无析锂 |
70% | 无析锂 |
75% | 析锂 |
80% | 析锂 |
由于电池以全SOC区间析锂充电倍率C2(1.5C)电流恒流充电至70%,负极界面无析锂,且充电至75%负极界面析锂,则全SOC析锂充电倍率C2(1.5C)的不析锂荷电状态SOC1为70%。
第三阶段:高电压下不析锂充电倍率C3的确定。
(1)选用圆柱磷酸铁锂电池,电池的额定容量为14Ah,电压工作区间2.0-3.65V,使用激光焊接铜极耳于极柱上,测量电池的电压、内阻、厚度是否符合产品规格范围,挑选出规格范围内的合格电池;
(2)以恒定电流1C放电至2.0V,保证电池的初始状态为空电,以析锂充电倍率C2(1.5C)恒定电流分别充电至SOC为70%的荷电状态,分别以倍率0.2C、0.33C、0.5C、1C恒流充电至90%SOC荷电状态,0.2C恒流充电至95%SOC,0.1C恒流充电至满电电压,静置30min,以恒定电流1C放电至2.0V,循环25周;
(3)以析锂充电倍率C2(1.5C)恒定电流分别充电至SOC为70%的荷电状态,分别以倍率0.2C、0.33C、0.5C、1C恒流充电至90%SOC荷电状态。于露点<-40℃的拆解室,拆解电池壳体,并用显微镜观察电池负极界面,确认其是否析锂,得出高电压下不析锂充电倍率C3。
充电倍率 | 负极界面析锂情况 |
0.2C | 无析锂 |
0.33C | 无析锂 |
0.5C | 无析锂 |
1C | 析锂 |
由于电池以全SOC区间析锂充电倍率C2(1.5C)电流恒流充电至70%,以0.5C恒流充电至90%SOC、0.2C恒流充电至满电,负极不析锂;而以1C恒流充电至90%SOC、0.2C恒流充电至满电,负极析锂,故得出高电压下的不析锂倍率为0.5C。
最终得出该圆柱电池的合理充电倍率为全SOC区间析锂充电倍率C2(1.5C)恒流充电至70%SOC,0.5C恒流充电至90%SOC,以0.2C恒流充电至90%SOC,0.1C恒流充电至满电截止电压。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种锂离子电池充电策略的优化方法,其特征在于,包括第一阶段、第二阶段和第三阶段;
第一阶段:
多个电池分别以不同充电倍率充电、以相同放电倍率放电,循环多次,根据最终电池容量保持率和电池负极有无析锂确定析锂充电倍率C2;
第二阶段:
多个电池以析锂充电倍率C2充电至不同SOC状态、以相同放电倍率放电,循环多次,根据最终电池负极有无析锂确定析锂充电倍率C2下不析锂的SOC1;
第三阶段:
多个电池以低于析锂充电倍率C2的不同充电倍率充电池90%SOC,以0.2C充电至95%SOC,以0.1C充电至满电电压,并以相同放电倍率放电,循环多次,根据最终电池负极有无析锂确定高电压下不析锂充电倍率C3。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池充电策略的优化方法,其特征在于,第一阶段、第二阶段和第三阶段中,充放电具有预定时间间隔。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池充电策略的优化方法,其特征在于,第一阶段、第二阶段和第三阶段中,在露点<-40℃的环境下观察电池负极有无析锂。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池充电策略的优化方法,其特征在于,第一阶段中,最终电池容量保持率判断标准为大于99%。
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