CN111029670A - 一种锂离子电池快充方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锂离子电池快充方法，包括以下步骤：（1）分阶段快充支持倍率进行标定：将满电态电芯以设定恒流放电至设定电压值，并计算电芯容量；设定电芯容量的SOC区间并分割成若干个待测区间，分别在空电态下以不同的倍率恒流充至SOC区间内的设定值，获取不同SOC区间内的充电倍率；（2）分阶段快充验证：设定的SOC区间，并将SOC区间划分为若干个连续验证区间进行充电验证；若负极固液相电位均在0V以上，则选取以上分阶段快充倍率充电；若负极固液相电位在某段SOC出现0V以下，则调低该段SOC充电倍率进行连续快充验证，直至负极固液相电位均在0V以上。本发明能够快速得到电芯快充方式，大大提升及发挥了电芯的性能。

Description

一种锂离子电池快充方法
技术领域
本发明属于锂离子电池充电技术领域，具体涉及一种锂离子电池快充方法。
背景技术
锂电池具有功率密度大、能量密度高、循环寿命长、输出电压高、绿色环保等优点，被广泛应用在各个领域，提高锂电池充电速率、使用寿命和可用容量是当下研究的热点。
目前，大多数主机厂和电池厂的快充策略中，在0～80%SOC区间采用恒流恒压方式直充，该方式是先以恒定倍率直接充电至80%SOC，然后以恒定电压下降低充电电流至0.05C截止，这种传统的充电模式单一、参数固定且未必能达到快充目的。
锂离子电池充电过程的支持充电倍率受SOC状态、温度、极化等影响，故锂电池存在一条最佳充电曲线，接近这条曲线充电时，充电速度最快、效率最高、电池损伤最小。现实电芯使用中，充电过程最大的弊端就是析锂现象，而通过恒定倍率充电而后拆解下得到的结果并非那么规律且误差太大。所以寻找一种能够从原理上规避析锂且符合客户需求的快充方案是目前研究者迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂离子电池快充方法，从而快速找出电芯在不同SOC、不同温度下可支持的充电倍率，进而能够快速得到电芯快充方式，大大提升及发挥了电芯的性能。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种锂离子电池快充方法，包括以下步骤：
（1）分阶段快充支持倍率进行标定；
（11）将满电态电芯以设定恒流放电至设定电压值，并计算电芯容量；
（12）设定电芯容量的SOC区间，并将所述SOC区间分割成若干个待测区间，分别在空电态下以不同的倍率恒流充至SOC区间内的设定值，以获取不同SOC区间内的充电倍率；
（2）分阶段快充验证；
（21）根据步骤（12）设定的SOC区间，并将SOC区间划分为若干个连续验证区间进行充电验证；
（22）若负极固液相电位均在0V以上，则选取以上分阶段快充倍率充电；若负极固液相电位在某段SOC出现0V以下，则调低该段SOC充电倍率进行连续快充验证，直至负极固液相电位均在0V以上。
所述的锂离子电池快充方法，步骤（12），具体包括如下步骤：
（121）设定0～80%SOC区间，将0～80%SOC区间以20%为一个间隔分割成若干个区间，分别在空电态下以不同的倍率恒流充至20%、40%、60%、80%SOC；
（122）分别获取0～20%SOC、0～40%SOC、0～60%SOC、0～80%SOC区间内的充电倍率C1、C2、C3、C4；
（123）空电态电芯以充电倍率C1充至20%SOC，然后以不同的倍率恒流充至40%、60%、80%SOC，分别获取20～40%SOC、20～60%SOC、20～80%SOC状态下的充电倍率C5、C6、C7；
（124）空电态电芯以充电倍率C2充至40%SOC，然后以不同的倍率恒流充至60%、80%SOC，获取40～60%SOC、40～80%SOC支持的充电倍率C8、C9；
（125）空电态电芯以充电倍率C3充至60%SOC，然后以不同的倍率恒流充至80%SOC，获取60～80%SOC支持的充电倍率C10。
所述的锂离子电池快充方法，步骤（21），具体包括如下步骤：
选取0～80%SOC区间以20%为一个间隔的支持充电倍率，分别选取0～20%SOC区间放电倍率为C1、20～40%SOC区间放电倍率为C5、40～60%SOC区间放电倍率为C8、60～80%SOC区间放电倍率为C10来进行分阶段连续快充验证。
由上述技术方案可知，本发明所述的锂离子电池快充方法，能够快速找出在不同环境温度下、不同SOC状态下的充电支持倍率，为实验节约大量时间、人力、物力。通过连续快充方案的验证还能识别出由于极化影响导致高SOC支持倍率降低的现象，从而保证了方案的可行性及安全性。另外本发明判定析锂的标准为负极固液相电位是否小于等于0V，从原理上作为判断，大大减少由于实验拆解观察导致的误差风险。
附图说明
图1是本发明的间隔20%SOC下快充方案获取路径图；
图2是本发明25℃下四段快充方案验证结果-充电电流及电压图；
图3是本发明25℃下四段快充负极固液相电位图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1-3所示，本发明所述的锂离子电池快充方法，具体包括如下步骤：
步骤一：分阶段快充支持倍率的标定：
（1）在25℃下将满电态电芯以0.33C恒流放电至2.8V，采用安时积分法算出电芯容量Q；
（2）将0～80%SOC区间以20%为一个间隔分割成若干个区间，分别在空电态下以不同的倍率恒流充至20%、40%、60%、80%SOC，获取0～20%SOC、0～40%SOC、0～60%SOC、0～80%SOC支持的充电倍率C1、C2、C3、C4；
（3）空电态电芯以C1充至20%SOC，然后以不同的倍率恒流充至40%、60%、80%SOC，获取20～40%SOC、20～60%SOC、20～80%SOC支持的充电倍率C5、C6、C7；
（4）空电态电芯以C2充至40%SOC，然后以不同的倍率恒流充至60%、80%SOC，获取40～60%SOC、40～80%SOC支持的充电倍率C8、C9；
（5）空电态电芯以C3充至60%SOC，然后以不同的倍率恒流充至80%SOC，获取60～80%SOC支持的充电倍率C10；
步骤二：连续快充方案验证：
根据以上获取结果，选取0～80%SOC区间以20%为一个间隔的支持充电倍率，0～20%SOC选C1、20～40%SOC选C5、40～60%SOC选C8、60～80%SOC选C10来进行分阶段连续快充验证，若负极固液相电位均在0V以上则选取以上分阶段快充倍率来定快充策略，若负极固液相电位在某段SOC出现0V以下则调低该段SOC充电倍率（减0.01C）进行连续快充验证直至负极固液相电位均在0V以上，最后选取该方案为快充策略。
下面对上述步骤通过具体实施例进行说明，具体步骤如下：步骤一：分阶段快充支持倍率的标定：
如选择一款方形电芯，设计容量50Ah；
（1）在25℃下将满电态电芯以0.33C恒流放电至2.8V，采用积分法算出电芯容量50.20Ah；
（2）在25℃下将0～80%SOC区间（0～40.16Ah）以20%（10.04Ah）为一个间隔分割成若4个区间，分别在空电态下以不同的倍率恒流充至20%、40%、60%、80%SOC，获取0～20%SOC、0～40%SOC、0～60%SOC、0～80%SOC支持的充电倍率2.26C(C1)、2.25C(C2)、1.74C(C3)、1.24C(C4)；
（3）空电态电芯以2.26C(C1)充至20%SOC，然后以不同的倍率恒流充至40%、60%、80%SOC，获取20～40%SOC、20～60%SOC、20～80%SOC支持的充电倍率2.25C(C5)、1.74C(C6)、1.23C(C7)；
（4）空电态电芯以2.25C(C2)充至40%SOC，然后以不同的倍率恒流充至60%、80%SOC，获取40～60%SOC、40～80%SOC支持的充电倍率1.80C(C8)、1.23C(C9)；
（5）空电态电芯以1.74C(C3)充至60%SOC，然后以不同的倍率恒流充至80%SOC，获取60～80%SOC支持的充电倍率1.25C(C10)；
步骤二：连续快充方案验证：
根据以上获取结果，选取0～80%SOC区间以20%为一个间隔的支持充电倍率，0～20%SOC选2.26C(C1)、20～40%SOC选2.25C(C5)、40～60%SOC选1.80C(C8)、60～80%SOC选1.25C(C10)来进行分阶段连续快充验证，发现60～80%SOC选1.25C时负极固液相电位均在0V以下则调低该段SOC充电倍率（减0.01C）进行连续快充验证直至负极固液相电位均在0V以上(非0V以下即可)，最后发现60～80%SOC选1.24C时负极固液相电位均在0V以上，则选取0～20%SOC选2.26C、20～40%SOC选2.25C、40～60%SOC选1.80C、60～80%SOC选1.24C该方案为快充策略，该快充策略用时为27.00分钟（快充环境温度为25℃）。
图1是本发明的间隔20%SOC下快充方案获取路径图，如图1所示，假设以20%SOC为一个间隔，通过仿真探索每个间隔可支持的充电倍率，然后通过排列组合方法(一段充、二段充、三段充、四段充等)分析对比出最优方案。
图2是本发明25℃下四段快充方案验证结果-充电电流及电压图；通过排列组合得到的快充方案(假设为四段充)经过连续的C1、C5、C8、C10倍率充电，其中连续充电中C8和C10并未在前一步中验证，故存在变动，需要进一步验证。
图3是本发明25℃下四段快充负极固液相电位图；通过分析负极固液相界面电位来判别此界面电位是否小于0V，从而判别相应充电倍率的可行性。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种锂离子电池快充方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）分阶段快充支持倍率进行标定；
（11）将满电态电芯以设定恒流放电至设定电压值，并计算电芯容量；
（12）设定电芯容量的SOC区间，并将所述SOC区间分割成若干个待测区间，分别在空电态下以不同的倍率恒流充至SOC区间内的设定值，以获取不同SOC区间内的充电倍率；
（2）分阶段快充验证；
（21）根据步骤（12）设定的SOC区间，并将SOC区间划分为若干个连续验证区间进行充电验证；
（22）若负极固液相电位均在0V以上，则选取以上分阶段快充倍率充电；若负极固液相电位在某段SOC出现0V以下，则调低该段SOC充电倍率进行连续快充验证，直至负极固液相电位均在0V以上。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池快充方法，其特征在于，所述步骤（12），具体包括如下步骤：
（121）设定0～80%SOC区间，将0～80%SOC区间以20%为一个间隔分割成若干个区间，分别在空电态下以不同的倍率恒流充至20%、40%、60%、80%SOC；
（122）分别获取0～20%SOC、0～40%SOC、0～60%SOC、0～80%SOC区间内的充电倍率C1、C2、C3、C4；
（123）空电态电芯以充电倍率C1充至20%SOC，然后以不同的倍率恒流充至40%、60%、80%SOC，分别获取20～40%SOC、20～60%SOC、20～80%SOC状态下的充电倍率C5、C6、C7；
（124）空电态电芯以充电倍率C2充至40%SOC，然后以不同的倍率恒流充至60%、80%SOC，获取40～60%SOC、40～80%SOC支持的充电倍率C8、C9；
（125）空电态电芯以充电倍率C3充至60%SOC，然后以不同的倍率恒流充至80%SOC，获取60～80%SOC支持的充电倍率C10。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池快充方法，其特征在于，所述步骤（21），具体包括如下步骤：
选取0～80%SOC区间以20%为一个间隔的支持充电倍率，分别选取0～20%SOC区间放电倍率为C1、20～40%SOC区间放电倍率为C5、40～60%SOC区间放电倍率为C8、60～80%SOC区间放电倍率为C10来进行分阶段连续快充验证。
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