CN110611133A - 一种锂离子电池管理系统的充电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池管理系统的充电方法，包括五阶段电流连续充电的步骤：充电前首先判断电池的荷电状态，然后根据电池的荷电状态选择不同的充电步骤，当电池荷电状态改变时，及时调整电池的充电步骤充电，直至电池充满电。在判断电池的荷电状时，可以通过测量电池的电压与预设的不同充电态的电压进行比较来进行。本发明的用于锂离子电池管理系统的充电方法，采用五阶段电流连续充电的方案，改善了低温条件下锂离子电池阳极析锂，提高锂离子充电时电池安全性，提升锂离子电池的充入电量。

Description

一种锂离子电池管理系统的充电方法
技术领域
本发明涉及电池管理系统的充电方法，尤其涉及一种锂离子电池管理系统的充电方法。
背景技术
新能源汽车由于其清洁无污染、能量效率高以及能量源多元化等优点，已经成为汽车行业的一个新发展热点。而锂离子电池因其能量密度高、循环寿命长、安全性高等特点而被广泛用于新能源汽车。作为新能源汽车的动力源，锂离子电池在实际应用中仍存在较多问题，如低温条件下能量密度明显降低，循环寿命也相应受到影响。尤其在低温下使用传统的恒流-恒压进行充电，负极的嵌锂动力学条件变差，负极的比容量降低，在较大的充电电流下很容易在负极表面形成锂镀层，甚至锂枝晶，穿破隔膜，导致正负极短路，这也严重限制锂离子电池的规模使用。
基于材料体系不变的情况下，通过改变充电方法来改善锂离子电池的阳极析锂，提高锂离子电池的安全充电倍率，提高锂离子电池的使用安全性能和循环寿命。申请号为201610099461.8公开了锂离子充电方法，采用一个宽的大电流脉冲进行充电，再用一个窄的小电流脉冲进行放电，可以缩短电池在大电流充电时阳极处于最低阳极电位η以下的时间，减小因大电流充电所带来的阳极表面锂离子浓度的增加，缩短阳极处于低电位的时间。申请号为201110141456.6公开了锂离子电池分步充电方法，在充电过程中增加搁置时间来减小阳极的极化。通过在充电过程中增加放电以及搁置流程来减小阳极极化的方法，在实际的电池管理系统中都不可实现，因为充电桩的最小充电电流为5A，低于该数值后会出现故障而停止充电。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂离子电池管理系统的充电方法，来提升锂离子动力电池实际的充入电量，缩短锂离子动力电池的充电时间，改善低温条件下锂离子电池阳极析锂。
本发明技术方案为：
一种锂离子电池管理系统的充电方法，包括以下步骤：
第一步，判断电池的荷电状态，当电池荷电小于C1时，用电流I1将电池恒流充电，充入容量为C1，并继续按以下步骤依次充电；否则直接进入下一步；
第二步，判断电池的荷电状态，当电池荷电荷电小于C1+C2时，用电流I2将电池恒流充电，充入容量为C2，并继续按以下步骤依次充电；否则直接进入下一步；
第三步，判断电池的荷电状态，当电池荷电荷电小于C1+C2+C3时，用电流I3将电池恒流充电，充入容量为C3，并继续按以下步骤依次充电；否则直接进入下一步；
第四步，判断电池的荷电状态，当电池荷电荷电小于C1+C2+C3+C4时，用电流I4将电池恒流充电，充入容量为C4，并继续按以下步骤依次充电；否则直接进入下一步；
第五步，判断电池的荷电状态，当电池荷电荷电小于C1+C2+C3+C4+C5时，用电流I5将电池恒流充电，充入容量C5；
其中，所述的电流I2>I3>I1≥I4>I5，3Imax>I2>I3>Imax>I1，所述Imax为充电时电池表面温度下电池恒流充电时最大不析锂充电电流；
所述C1不大于电池额定容量的20％，所述C2不大于电池额定容量的10％，所述C3不大于电池额定容量的25％，所述C4不大于电池额定容量的22％，所述C5为电池剩余的额定容量。
在锂离子电池充电过程中，锂离子在插入石墨层时会依次形成Ⅳ阶、Ⅲ阶(Li0.17C6)、ⅡL阶(Li0.34C6)、Ⅱ阶(Li0.5C6)、I阶(LiC6)层状结构，不同的层状结构存在不同的电位，利用这种不同层状结构相对应的不同的荷电状态进行不同电流的充电，可以更好地提升电池充电的效率和充电的安全性。本发明的用于锂离子电池管理系统的充电方法，采用五阶段电流连续充电的方案，缩短了锂离子电池充电时间，提高了锂离子电池充电电量，改善了低温条件下锂离子电池阳极析锂，并且可以连续充电不间断。充电时，首先用小电流I1充电来打开石墨层，形成Ⅳ阶层状结构；然后使用大电流进行充电，形成Ⅲ阶层状结构；当石墨层处于Ⅲ阶(Li0.17C6)和ⅡL阶(Li0.34C6)层状结构时，锂离子在石墨层的嵌锂能力较强，即便用大于Imax的电流I2和I3对电池进行充电，电池也不会出现析锂的现象，因此本发明中第二步使用锂离子电池在该温度下可承受的较大电流I2进行充电，I2>Imax且I2<3Imax，使得在不析锂的阶段尽可能多地充入电量，从而提高充电效率，节约充电时间。当阳极锂离子浓度增大到一定的程度后，逐渐减小充电电流来缓解阳极的极化，依次采用逐渐减小的电流I3、I4、I5进行充电，以此分段有区别地充电方式来改善低温条件下锂离子电池阳极析锂，提高锂离子电池安全性，提升锂离子电池的充入电量和充电速度。
优选地，所述电池荷电状态的判断为电池电压判断，步骤如下：
首先测定并预设所述电池处于荷电量为C1、C1+C2、C1+C2+C3、C1+C2+C3+C4、C1+C2+C3+C4+C5时电池的电压V1、V2、V3、V4、V5；然后在充电前测定电池的电压V0，若V0<V1，则从第一步开始充电；若V1≤V0<V2，则从第二步开始充电；若V2≤V0<V3，则从第三步开始充电；若V3≤V0<V4，则从第四步开始充电；若V4≤V0<V5，则从第五步开始充电。
通过预先测定电池在不同荷电态时的电压，并且将其预设为不同充电态的状态标志，从而实现了充电前荷电态的快速确定，实现了对于不同荷电态的电池快速区别充电。
优选地，所述的锂离子电池管理系统的充电方法，还包括电池表面温度检测步骤；在电池充电前及充电过程中，即时检测电池表面温度T，根据预先设定的电池表面的不同温度下的不同的Imax即时调整充电所对应的不同的I1、I2、I3、I4、I5值。
通过电池表面的温度检测步骤，可以在充电时实时检测电池表面的温度，从而可以使充电电流与更精准的电池表面温度对应的最大不析锂充电电流进行比较，进而选择更适合的电流进行快速且安全的充电步骤。
优选地，所述-10℃≤T≤30℃。本发明对于多温度下的电池充电均适合，最适合电池表面温度在-10℃至30℃的条件。
优选地，所述电池表面温度-10℃≤T＜0℃，
I1＝0.15I1，C1＝20％C1，V1＝3.68V；
I2＝0.25I1，C2＝10％C1，V2＝3.75V；
I3＝0.2I1，C3＝25％C1，V3＝3.85V；
I4＝0.15I1，C4＝22％C1，V4＝4.05V；
I5＝0.1I1，V5＝4.2V，其中：I1为1小时率放电电流；C1为1小时率额定容量。
在充电前电池表面温度-10℃≤T＜0℃时，采用以上的五阶段的充电方法，不仅能使电池不间断地快速充满电，并且电池不析锂，安全可靠。
优选地，所述充电前电池表面温度0℃≤T＜5℃，
I1＝0.30I1，C1＝20％C1，V1＝3.68V；
I2＝0.45I1，C2＝10％C1，V2＝3.75V；
I3＝0.35I1，C3＝25％C1，V3＝3.85V；
I4＝0.20I1，C4＝22％C1，V4＝4.05V；
I5＝0.15I1，V5＝4.2V，其中：I1为1小时率放电电流；C1为1小时率额定容量。
在充电前电池表面温度0℃≤T＜5℃时，采用以上的五阶段的充电方法，不仅能使电池不间断地快速充满电，并且电池不析锂，安全可靠。
优选地，所述充电前电池表面温度5℃≤T＜10℃，
I1＝0.4I1，C1＝20％C1，V1＝3.68V；
I2＝0.6I1，C2＝10％C1，V2＝3.75V；
I3＝0.5I1，C3＝25％C1，V3＝3.85V；
I4＝0.4I1，C4＝22％C1，V4＝4.05V；
I5＝0.3I1，V5＝4.2V，其中：I1为1小时率放电电流；C1为1小时率额定容量。
在充电前电池表面温度5℃≤T＜10℃时，采用以上的五阶段的充电方法，不仅能使电池不间断地快速充满电，并且电池不析锂，安全可靠。
优选地，所述充电前电池表面温度10℃≤T＜15℃，
I1＝0.6I1，C1＝20％C1，V1＝3.68V；
I2＝0.8I1，C2＝10％C1，V2＝3.75V；
I3＝0.7I1，C3＝25％C1，V3＝3.85V；
I4＝0.5I1，C4＝22％C1，V4＝4.05V；
I5＝0.4I1，V5＝4.2V，其中：I1为1小时率放电电流；C1为1小时率额定容量。
在充电前电池表面温度10℃≤T＜15℃时，采用以上的五阶段的充电方法，不仅能使电池不间断地快速充满电，并且电池不析锂，安全可靠。
优选地，所述充电前电池表面温度15℃≤T＜20℃，
I1＝1.0I1，C1＝20％C1，V1＝3.68V；
I2＝1.5I1，C2＝10％C1，V2＝3.75V；
I3＝1.2I1，C3＝25％C1，V3＝3.85V；
I4＝0.8I1，C4＝22％C1，V4＝4.05V；
I5＝0.5I1，V5＝4.2V，其中：I1为1小时率放电电流；C1为1小时率额定容量。
在充电前电池表面温度15℃≤T＜20℃时，采用以上的五阶段的充电方法，不仅能使电池不间断地快速充满电，并且电池不析锂，安全可靠。
优选地，所述充电前电池表面温度20℃≤T≤30℃，
I1＝1.4I1，C1＝20％C1，V1＝3.68V；
I2＝2.0I1，C2＝10％C1，V2＝3.75V；
I3＝1.6I1，C3＝25％C1，V3＝3.85V；
I4＝1.5I1，C4＝22％C1，V4＝4.05V；
I5＝1.0I1，V5＝4.2V，其中：I1为1小时率放电电流；C1为1小时率额定容量。
在充电前电池表面温度20℃≤T≤30℃时，采用以上的五阶段的充电方法，不仅能使电池不间断地快速充满电，并且电池不析锂，安全可靠。
本发明的有益效果：
本发明的锂离子电池管理系统的充电方法，采用五阶段电流连续充电的方案，改善了低温条件下锂离子电池阳极析锂，提高锂离子充电时电池安全性，提升锂离子电池的充入电量。
附图说明
图1是实施例1和对比例1的电池充电过程中电压随时间的变化图。
图2是实施例2和对比例2的电池充电过程中电压随时间的变化图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做详细说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。比如，本发明中的以下各实施例中所用的电池均为镍钴锰三元动力锂离子电池，电池在25℃下0.5I1充放电的额定容量为43000mAh，以下实施例以及对比例中电池的充电倍率均以上述额定容量为基准。I1为1小时率放电电流；C1为1小时率额定容量。
实施例1：
将荷电态为0％、其对应的电压为V0(V0<3.68V)、电池表面温度为-10℃的锂离子电池，在-10℃的恒温环境下，按照本发明的锂离子电池管理系统的充电方法进行充电，具体步骤如下：
1)用电流0.15I1将电池恒流充电，充入容量为电池额定容量的20％，此时电池的电压为3.68V；
2)用电流0.25I1将电池恒流充电，充入容量为电池额定容量的10％，此时电池的电压为3.75V；
3)用电流0.2I1将电池恒流充电，充入容量为电池额定容量的25％，此时电池的电压为3.85V；
4)用电流0.15I1将电池恒流充电，充入容量为电池额定容量的22％，此时电池的电压为4.05V；
5)用电流0.1I1将电池充电至电池电压为4.2V。
采用本实施例中的充电方法，电池充至4.2V需要的时间为5.96小时。
充入电量的测试：采用本实施例中的充电方法，充电至截止电压4.2V后，在25℃搁置10小时后，在25℃下，以1I1的电流进行放电，测得电池的放电容量为额定容量的91.3％。
对比例1：
将荷电态为0％、其对应的电压为V0(V0<3.68V)、电池表面温度为-10℃的锂离子电池，在-10℃的恒温环境下，按照-10℃下电池恒流充电时最大不析锂充电电流0.13I1对电池进行恒流充电至截止电压4.2V。
采用对比例1中的方法充电，电池充电至截止电压4.2V的时间为6.81h。
采用和实施例1相同的方法测试电池充入电量，测得电池的放电容量为额定容量的88.5％。
通过对比实施例1和对比例1发现，采用本发明的多阶段的充电方法，电池的充电时间减少了12.45％，充入电量提高了3.16％。图1为实施例1和对比例1在充电时电压随时间的变化图。
实施例2：
将荷电态为0％、其对应的电压为V0(V0<3.68V)、电池表面温度为0℃的锂离子电池，在0℃的恒温环境下，按照本发明的锂离子电池管理系统的充电方法进行充电，具体步骤如下：
1)用电流0.3I1将电池恒流充电，充入容量为电池额定容量的20％，此时电池的电压为3.68V，
2)用电流0.45I1将电池恒流充电，充入容量为电池额定容量的10％，此时电池的电压为3.75V，
3)用电流0.35I1将电池恒流充电，充入容量为电池额定容量的25％，此时电池的电压为3.85V，
4)用电流0.20I1将电池恒流充电，充入容量为电池额定容量的22％，此时电池的电压为4.05V，
5)用电流0.15I1将电池充电至电池电压为4.2V。
采用本实施例中的充电方法，电池充至4.2V需要的时间为3.57小时。
对比例2：
将荷电态为0％、其对应的电压为V0(V0<3.68V)、电池表面温度为0℃的锂离子电池，在0℃的恒温环境下，按照0℃下电池恒流充电时最大不析锂充电电流0.22I1对电池进行恒流充电至截止电压4.2V。
采用对比例2中的方法充电，电池充电至截止电压4.2V的时间为4.05小时。
采用和实施例1相同的方法分别测试实施例2和对比例2充电后电池的容量，测得实施例3中充至截止电压后电池的放电容量为额定容量的91.7％，对比例2中充满电的电池放电容量为额定容量的89.1％。
通过对比实施例2和对比例2发现，采用本发明的多阶段的充电方法，电池的充电时间减少了11.85％，充入电量提高了2.92％。实施例2和对比例2在充电时电压随时间的变化见图2。
实施例3：
将荷电态为0％、其对应的电压为V0(V0<3.68V)、电池表面温度为5℃的锂离子电池，在5℃的恒温环境下，按照本发明的锂离子电池充电方法对电池进行多阶段电流恒流充电，具体步骤如下：
1)用电流0.4I1将电池恒流充电，充入容量为电池额定容量的20％，此时电池的电压为3.68V，
2)用电流0.6I1将电池恒流充电，充入容量为电池额定容量的10％，此时电池的电压为3.75V，
3)用电流0.5I1将电池恒流充电，充入容量为电池额定容量的25％，此时电池的电压为3.85V，
4)用电流0.4I1将电池恒流充电，充入容量为电池额定容量的22％，此时电池的电压为4.05V，
5)用电流0.3I1将电池充电至电池电压为4.2V。
采用本实施例中的充电方法，电池充至4.2V需要的时间为2.33小时。
对比例3：
将荷电态为0％、其对应的电压为V0(V0<3.68V)、电池表面温度为5℃的锂离子电池，在5℃的恒温环境下，按照5℃下电池恒流充电时最大不析锂充电电流0.36I1对电池进行恒流充电至截止电压4.2V。
采用对比例3中的方法充电，电池充电至截止电压4.2V的时间为2.49小时。
采用和实施例1相同的方法测试实施例3和对比例3充电后电池的容量，测得实施例3中充至截止电压后电池的放电容量为额定容量的90.7％，对比例3中充至截止电压后电池的放电容量为额定容量的89.6％。
通过对比实施例3和对比例3发现，采用本发明的多阶段的充电方法，电池的充电时间减少了6.38％，充入电量提高了1.23％。
实施例4：
将荷电态为0％、其对应的电压为V0(V0<3.68V)、电池表面温度为10℃的锂离子电池，在10℃的恒温环境下，按照本发明的锂离子电池管理系统的充电方法进行充电，具体步骤如下：
1)用电流0.6I1将电池恒流充电，充入容量为电池额定容量的20％，此时电池的电压为3.68V，
2)用电流0.8I1将电池恒流充电，充入容量为电池额定容量的10％，此时电池的电压为3.75V，
3)用电流0.7I1将电池恒流充电，充入容量为电池额定容量的25％，此时电池的电压为3.85V，
4)用电流0.5I1将电池恒流充电，充入容量为电池额定容量的22％，此时电池的电压为4.05V，
5)用电流0.4I1将电池充电电压至4.2V。
采用本实施例中的充电方法，电池充至4.2V需要的时间为1.55小时。
对比例4：
将荷电态为0％、其对应的电压为V0(V0<3.68V)、电池表面温度为10℃的锂离子电池，在10℃的恒温环境下，按照10℃下电池恒流充电时最大不析锂充电电流0.55I1对电池进行恒流充电至截止电压4.2V。
采用对比例4中的方法充电，电池充电至截止电压4.2V的时间为1.65小时。
采用和实施例1相同的方法测试实施例4和对比例4充电后电池的容量，测得实施例4中充至截止电压后电池的放电容量为额定容量的92.9％，对比例4中充至截止电压后电池的放电容量为额定容量的89.6％。
通过对比实施例4和对比例4发现，采用本发明的多阶段的充电方法，电池的充电时间减少了9.09％，充入电量提高了3.68％。
实施例5：
将荷电态为0％、其对应的电压为V0(V0<3.68V)、电池表面温度为15℃的锂离子电池，在15℃的恒温环境下，按照本发明的锂离子电池管理系统的充电方法进行充电，具体步骤如下：
1)用电流1.0I1将电池恒流充电，充入容量为电池额定容量的20％，此时电池的电压3.68V，
2)用电流1.5I1将电池恒流充电，充入容量为电池额定容量的10％，此时电池的电压3.75V，
3)用电流1.2I1将电池恒流充电，充入容量为电池额定容量的25％，此时电池的电压3.85V，
4)用电流0.8I1将电池恒流充电，充入容量为电池额定容量的22％，此时电池的电压4.05V，
5)用电流0.5I1将电池充电电压至4.2V。
采用本实施例中的充电方法，电池充至4.2V需要的时间为1.04小时。
对比例5：
将荷电态为0％、其对应的电压为V0(V0<3.68V)、电池表面温度为15℃的锂离子电池，在15℃的恒温环境下，按照15℃下电池恒流充电时最大不析锂充电电流0.80I1对电池进行恒流充电至截止电压4.2V。
采用对比例5中的方法充电，电池充电至截止电压4.2V的时间为1.11小时。
采用和实施例1相同的方法分别测试实施例5和对比例5充电后电池的容量，测得实施例5中充至截止电压后电池的放电容量为额定容量的91.6％，对比例5中充至截止电压后电池的放电容量为额定容量的88.4％。
通过对比实施例5和对比例5发现，采用本发明的多阶段的充电方法，电池的充电时间减少了5.88％，充入电量提高了3.62％。
实施例6：
将荷电态为0％、其对应的电压为V0(V0<3.68V)、电池表面温度为20℃的锂离子电池，在20℃的恒温环境下，按照本发明锂离子电池充电方法对电池进行多阶段电流恒流充电，具体步骤如下：
1)用电流1.4I1将电池恒流充电，充入容量为电池额定容量的20％，此时电池的电压为3.68V，
2)用电流2.0I1将电池恒流充电，充入容量为电池额定容量的10％，此时电池的电压为3.75V，
3)用电流1.6I1将电池恒流充电，充入容量为电池额定容量的25％，此时电池的电压为3.85V，
4)用电流1.5I1将电池恒流充电，充入容量为电池额定容量的22％，此时电池的电压为4.05V，
5)用电流1.0I1将电池充电电压至4.2V。
采用本实施例中的充电方法，电池充至4.2V需要的时间为38分钟。
对比例6：
将荷电态为0％、其对应的电压为V0(V0<3.68V)、电池表面温度为20℃的锂离子电池，在20℃的恒温环境下，按照20℃下电池恒流充电时最大不析锂充电电流1.2I1对电池进行恒流充电至截止电压4.2V。
采用对比例5中的方法充电，电池充电至截止电压4.2V的时间为45分钟。
采用和实施例1相同的方法分别测试实施例6和对比例6充电后电池的容量，测得实施例6中充至截止电压后电池的放电容量为额定容量的91.3％，对比例6中充至截止电压后电池的放电容量为额定容量的89.5％。
通过对比实施例6和对比例6发现，采用本发明的多阶段的充电方法，电池的充电时间减少了14.67％，充入电量提高了2.01％。
实施例7
将电池电压为3.00V的锂离子电池包裹保温材料在-10℃的环境中存放24小时后，在-10℃的环境温度下包裹保温材料进行充电，充电方案按照表1所示。在充电过程中，利用多路温度测试仪插入保温材料中，即时测试电池表面的温度，当电池表面的温度升至下一个温度段时(充电过程中锂离子电池自身会产生温升)，跳转至相应温度下对应电压范围的电流进行充电；否则直接用当前温度段下相应的电压状态下对应的电流进行充电，直至充电电压达到4.2V上限电压为止。具体充电方案如下：
1)利用多路温度测试仪测得电池表面温度为-10℃，电池管理系统选择用-10℃≤T＜0℃段的充电方法中第一步即0.15I1电流对电池进行充电。当充电64min后，测得电池的电压大于3.68V，则改用0.25I1的电流对电池进行充电，充电2min后，多路温度测试仪测得电池表面的温度升至0℃，则跳转至0℃≤T＜5℃段的充电方法进行充电，此时电池电压大于3.68V，则用第二步骤，即用0.45I1的电流对电池进行充电。
2)在充电过程中电池表面的温度和电压不断上升，当电池电压升至3.75V时，多路温度测试仪测得电池表面温度升至5℃，于是跳转至5℃≤T＜10℃段的充电方法进行充电，此时电池的电压为3.75V，使用第三步骤中电池电压对应的电流0.5I1进行充电。
3)在充电过程中电池的电压和电池表面的温度继续升高，多路温度测试仪测得电池表面温度升至10℃，于是跳转至10℃≤T＜15℃段的充电方法进行充电，此时电压小于3.85V，使用第三步骤中的电流0.7I1进行充电。
4)随着充电的进行电池的电压升至3.85V，此时电池的表面温度为13.5℃，于是仍然用当前10℃≤T＜15℃温度段的充电方法、3.85V～4.05V对应的第四步0.5I1的电流进行充电。
5)电池表面的温度继续升高，当电池表面温度升至15℃时，跳转至15℃≤T＜20℃段电池的充电方法对电池进行充电，此时电池的电压小于4.05V，用该温度下的第四步对应的电流0.8I1进行充电。电池电压达到4.05时，电池表面的温度为18.4℃，于是仍然用当前15℃≤T＜20℃温度段第五步，即4.05V～4.20V对应的0.5I1的电流进行充电。
充电完成后，对部分电池进行拆解，发现不析锂；总的充电时间为2.42小时。
对比例7：
将电池电压为3.00V的锂离子电池包裹保温材料在-10℃的环境中存放24小时后，在-10℃的环境温度下包裹保温材料进行充电，充电方案按照表1所示。在充电过程中，利用多路温度测试仪插入保温材料中，即时测试电池表面的温度。先按照-10℃下电池恒流充电时最大不析锂充电电流0.13I1进行充电，当电池电压升至3.78V时，多路温度测试仪测得电池表面温度升至0℃，于是跳转至0℃≤T＜5℃段，用0℃下电池恒流充电时最大不析锂充电电流0.22I1的电流进行充电；多路温度测试仪测得电池表面温度升至5℃时，此时电池的电压升至3.82V，于是跳转至5℃≤T＜10℃段，用5℃下电池恒流充电时最大不析锂充电电流0.36I1的电流进行充电；多路温度测试仪测得电池表面温度升至10℃时，电池电压为4.08V，于是跳转至10℃≤T＜15℃段，用10℃下电池恒流充电时最大不析锂充电电流0.55I1的电流进行充电，直到电池充电至截止电压4.2V时，多路温度测试仪测得电池表面温度升至13.7℃，充电结束。总的充电时间为4.16小时。
采用和实施例1相同的方法分别测试实施例7和对比例7充电后电池的容量，测得实施例7中充至截止电压后电池的放电容量为额定容量的93.4％，测得实施例7中充至截止电压后电池的放电容量为额定容量的90.8％。
通过对比实施例7和对比例7发现，采用本发明的多阶段的充电方法，电池的充电时间减少了41.83％，充入电量提高了2.86％。由此可见，使用本发明的锂离子电池管理系统的充电方法，由于在电池充电过程中即时检测电池的荷电状态，并根据不同荷电状态将电流及时调整至此状态下电池的最大不析锂电流进行充电，确保了在整个充电过程中既不析锂，又能选择最大的充电电流进行充电，因此，大大缩短了电池的充电时间，并且电池不析锂。而采用对比例7中的充电方法，只能在最大不析锂电流下进行充电，没有即时根据电池的荷电状态调整充电电流，因此，充电时间较长；并且由于没有及时调整充电电流，也不能在接近充电截止电压的充电末期降流充电，因此，在充电末期充电电流较大，迅速达到了截止电压而终止充电；而本发明中的方法由于及时调整了充电末期的充电电流，在充电末期用较小的充电电流进行充电，可以延长末期的充电时间，从而电池可以充入更多的电量。因此，本发明的方法进行充电，充入的电量较多。
实施例8
将电池电压为3.00V的锂离子电池包裹保温材料在0℃的环境中存放24小时后，在0℃的环境温度下包裹保温材料进行充电，充电方案按照表1所示。在充电过程中，利用多路温度测试仪插入保温材料中，即时测试电池表面的温度，当电池表面的温度升至下一个温度段时(充电过程中锂离子电池自身会产生温升)，跳转至相应温度下对应电压范围的电流进行充电；否则直接用当前温度段下相应的电压状态下对应的电流进行充电，直至充电电压达到4.2V上限电压为止。具体充电方案如下：
1)利用多路温度测试仪测得电池表面温度为0℃，电池的电压为3.65V，电池管理系统选择用0℃≤T＜5℃段的充电方法中第一步即0.3I1电流对电池进行。当充电36分钟时，多路温度测试仪测得电池表面温度升至5℃，则跳转至5℃≤T＜10℃段的充电方法进行充电，此时电池电压小于3.68V，则用第一步骤，即用0.4I1的电流对电池进行充电。
2)在充电过程中电池表面的温度和电压不断上升，当电池电压升至3.68V时，则用该电压段3.68V～3.75V对应的电流0.6I1进行充电。电池表面的温度继续上升，多路温度测试仪测得电池表面温度升至10℃，此时电池的电压为3.72V，于是跳转至10℃≤T＜15℃段使用第二步骤中的电流0.8I1进行充电；当电池电压升至3.75V时，使用当前温度段第三步骤中的电流0.7I1进行充电。
3)在充电过程中电池的电压和电池表面的温度继续升高，多路温度测试仪测得电池表面温度升至15℃，于是跳转至15℃≤T＜20℃段的充电方法进行充电，此时电压小于3.85V，使用第三步骤中的电流1.2I1进行充电。
4)随着充电的进行电池的电压升至3.85V，此时电池的表面温度为17.7℃，于是仍然用当前15℃≤T＜20℃温度段的充电方法，3.85V～4.05V对应的第四步0.8I1的电流进行充电。
5)电池表面的温度继续升高，当电池表面温度升至20℃时，跳转至20℃≤T＜30℃段电池的充电方法对电池进行充电，此时电池的电压小于4.05V，用该温度下的第四步对应的电流1.5I1进行充电。电池电压达到4.05时，电池表面的温度为25.6℃，于是仍然用当前20℃≤T≤30℃温度段第五步，即4.05V～4.20V对应的1.0I1的电流进行充电至截止电压4.2V。
本实施例中各温度段的充电方法见表1。
充电完成后，对部分电池进行拆解，发现不析锂；总的充电时间为1.48小时。
对比例8：
将电池电压为3.00V的锂离子电池包裹保温材料在0℃的环境中存放24小时后，在0℃的环境温度下包裹保温材料进行充电，充电方案按照表1所示。在充电过程中，利用多路温度测试仪插入保温材料中，即时测试电池表面的温度。先按照0℃下电池恒流充电时最大不析锂充电电流0.22I1进行充电，当电池电压升至3.70V时，多路温度测试仪测得电池表面温度升至5℃，于是跳转至5℃≤T＜10℃段，用5℃下电池恒流充电时最大不析锂充电电流0.36I1的电流进行充电；多路温度测试仪测得电池表面温度升至10℃时，此时电池的电压升至3.82V，于是跳转至10℃≤T＜15℃段，用10℃下电池恒流充电时最大不析锂充电电流0.55I1的电流进行充电；多路温度测试仪测得电池表面温度升至15℃时，电池电压为3.95V，于是跳转至15℃≤T＜20℃段，用15℃下电池恒流充电时最大不析锂充电电流0.8I1的电流进行充电，多路温度测试仪测得电池表面温度升至20℃，此时电池的电压升至4.12V；于是跳转至20℃≤T≤30℃段，用20℃下电池恒流充电时最大不析锂充电电流1.2I1的电流进行充电至4.2V后充电结束。总的充电时间为2.17小时。
采用和实施例1相同的方法测试实施例8和对比例8充电后电池的容量，测得实施例8中充至截止电压后电池的放电容量为额定容量的92.6％，测得实施例8中充至截止电压后电池的放电容量为额定容量的90.1％。
通过对比实施例8和对比例8发现，采用本发明的多阶段的充电方法，电池的充电时间减少了31.79％，充入电量提高了2.77％。
由以上实施例可以看出，本发明的锂离子电池管理系统的充电方法，采用多阶段电流连续充电的方案，在充电过程中不需要通过增加搁置时间来减小阳极的极化，也不需要在放电过程中进行放电，而是通过利用石墨层在充电时形成的不同的层状结构时造成的电池不同的充电特点进行充电；在不同的状态下，选用最大的不析锂的电流进行充电，并且在充电过程中即时根据电池的充电状态调整电池的充电电流，充分利用了石墨自身的特性，改善了锂离子电池在充电时的阳极析锂，提高锂离子充电时电池安全性，提升锂离子电池的充入电量和充电速度。
本发明的以上各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。另外以上仅为本发明的部分实施例，而不是全部实施例，在本发明中虽然仅公开了镍钴锰三元动力锂离子电池充电的例子，而本发明中的充电方法适用于所有的锂离子电池管理系统的充电，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
表1

Claims (10)

1.一种锂离子电池管理系统的充电方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，判断电池的荷电状态，当电池荷电小于C1时，用电流I1将电池恒流充电，充入容量为C1，并继续按以下步骤依次充电；否则直接进入下一步；
第二步，判断电池的荷电状态，当电池荷电小于C1+C2时，用电流I2将电池恒流充电，充入容量为C2，并继续按以下步骤依次充电；否则直接进入下一步；
第三步，判断电池的荷电状态，当电池荷电小于C1+C2+C3时，用电流I3将电池恒流充电，充入容量为C3，并继续按以下步骤依次充电；否则直接进入下一步；
第四步，判断电池的荷电状态，当电池荷电小于C1+C2+C3+C4时，用电流I4将电池恒流充电，充入容量为C4，并继续按以下步骤依次充电；否则直接进入下一步；
第五步，判断电池的荷电状态，当电池荷电小于C1+C2+C3+C4+C5时，用电流I5将电池恒流充电至上限截止电压，充入容量C5；
其中，所述的电流I2>I3>I1≥I4>I5，3Imax>I2>I3>Imax>I1，所述Imax为充电时电池表面温度下电池恒流充电时最大不析锂充电电流；
所述C1不大于电池额定容量的20％，所述C2不大于电池额定容量的10％，所述C3不大于电池额定容量的25％，所述C4不大于电池额定容量的22％，所述C5为电池剩余的额定容量。
2.如权利要求1所述的锂离子电池管理系统的充电方法，其特征在于，所述电池荷电状态的判断为电池电压判断，步骤如下：
首先测定并预设所述电池处于荷电量为C1、C1+C2、C1+C2+C3、C1+C2+C3+C4、C1+C2+C3+C4+C5时电池的电压V1、V2、V3、V4、V5；
然后在充电前测定电池的电压V0，若V0<V1，则从第一步开始充电；若V1≤V0<V2，则从第二步开始充电；若V2≤V0<V3，则从第三步开始充电；若V3≤V0<V4，则从第四步开始充电；若V4≤V0<V5，则从第五步开始充电。
3.如权利要求2所述的锂离子电池管理系统的充电方法，其特征在于，还包括电池表面温度检测步骤；在电池充电前及充电过程中，即时检测电池表面温度T，根据预先设定的电池表面的不同温度下的不同的Imax即时调整充电所对应的不同的I1、I2、I3、I4、I5值。
4.如权利要求3所述的锂离子电池管理系统的充电方法，其特征在于，所述-10℃≤T≤30℃。
5.如权利要求3所述的锂离子电池管理系统的充电方法，其特征在于，所述电池表面温度-10℃≤T＜0℃，
I1＝0.15I1，C1＝20％C1，V1＝3.68V；
I2＝0.25I1，C2＝10％C1，V2＝3.75V；
I3＝0.2I1，C3＝25％C1，V3＝3.85V；
I4＝0.15I1，C4＝22％C1，V4＝4.05V；
I5＝0.1I1，V5＝4.2V，其中：I1为1小时率放电电流；C1为1小时率额定容量。
6.如权利要求3所述的锂离子电池管理系统的充电方法，其特征在于，所述电池表面温度0℃≤T＜5℃，
I1＝0.30I1，C1＝20％C1，V1＝3.68V；
I2＝0.45I1，C2＝10％C1，V2＝3.75V；
I3＝0.35I1，C3＝25％C1，V3＝3.85V；
I4＝0.20I1，C4＝22％C1，V4＝4.05V；
I5＝0.15I1，V5＝4.2V，其中：I1为1小时率放电电流；C1为1小时率额定容量。
7.如权利要求3所述的锂离子电池管理系统的充电方法，其特征在于，所述电池表面温度5℃≤T＜10℃，
I1＝0.4I1，C1＝20％C1，V1＝3.68V；
I2＝0.6I1，C2＝10％C1，V2＝3.75V；
I3＝0.5I1，C3＝25％C1，V3＝3.85V；
I4＝0.4I1，C4＝22％C1，V4＝4.05V；
I5＝0.3I1，V5＝4.2V，其中：I1为1小时率放电电流；C1为1小时率额定容量。
8.如权利要求3所述的锂离子电池管理系统的充电方法，其特征在于，所述电池表面温度10℃≤T＜15℃，
I1＝0.6I1，C1＝20％C1，V1＝3.68V；
I2＝0.8I1，C2＝10％C1，V2＝3.75V；
I3＝0.7I1，C3＝25％C1，V3＝3.85V；
I4＝0.5I1，C4＝22％C1，V4＝4.05V；
I5＝0.4I1，V5＝4.2V，其中：I1为1小时率放电电流；C1为1小时率额定容量。
9.如权利要求3所述的锂离子电池管理系统的充电方法，其特征在于，所述电池表面温度15℃≤T＜20℃，
I1＝1.0I1，C1＝20％C1，V1＝3.68V；
I2＝1.5I1，C2＝10％C1，V2＝3.75V；
I3＝1.2I1，C3＝25％C1，V3＝3.85V；
I4＝0.8I1，C4＝22％C1，V4＝4.05V；
I5＝0.5I1，V5＝4.2V，其中：I1为1小时率放电电流；C1为1小时率额定容量。
10.如权利要求3所述的锂离子电池管理系统的充电方法，其特征在于，所述电池表面温度20℃≤T≤30℃，
I1＝1.4I1，C1＝20％C1，V1＝3.68V；
I2＝2.0I1，C2＝10％C1，V2＝3.75V；
I3＝1.6I1，C3＝25％C1，V3＝3.85V；
I4＝1.5I1，C4＝22％C1，V4＝4.05V；
I5＝1.0I1，V5＝4.2V，其中：I1为1小时率放电电流；C1为1小时率额定容量。
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