CN109546248B - 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

一种锂离子电池充电策略的优化方法
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。
Figure BDA0001886492800000031
Figure BDA0001886492800000041
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：
将多个电池以析锂充电倍率C2将电池充电至所述不析锂荷电状态SOC1，然后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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