CN111030259B - 一种基于温度的锂电池充电方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于温度的锂电池充电方法，涉及锂电池充电技术领域。所述方法包括：获取充电锂电池的温度；将所述温度代入理论充电电流计算公式，计算所述温度对应的理论充电电流；将实际充电电流调整至小于或等于所述理论充电电流。本发明提供的一种基于温度的锂电池充电方法和装置，实现了基于电池温度实时连续地调整充电功率，在保障充电安全性的基础上提高充电效率。

Description

一种基于温度的锂电池充电方法和装置

技术领域

本发明涉及锂电池充电技术领域，具体涉及一种基于温度的锂电池充电方法和装置。

背景技术

近年来，随着移动终端类产品，特别是手机的迅猛发展，锂电池得到了越来越广泛的应用。出于锂电池的特性，如果电池温度持续升高，不仅会加速电池老化、损坏电池，严重时电池会开裂、起火，甚至爆炸。电池在充电过程中会产生热量，尤其是在快速充电的情况下，发热更为严重。因此，在充电过程中，针对电池温度对充电功率进行控制是十分必要的。

目前应用最多的是通过设定温度阈值进行温度保护：当温度高于某个阈值或低于某个阈值时，停止充电。充电过程中，充电功率不随温度调整，始终以恒定功率充电，造成充电对温度的适应能力不强。例如，当充电的功率较大，并且环境温度偏高时，会造成电池温度很快上升到保护阈值之上，停止充电。一段时间后，电池温度降到阈值之下，又开始充电并迅速使温度再次上升到阈值之上。如此反复使有效充电时间较短，总充电时间过长，甚至根本无法充电。

相比于简单的阈值保护控制，一种进一步的优化办法是设置多个温度阈值。例如专利CN201910518645，设置了3个温度判断阈值，假设为30℃、40℃、50℃。当充电过程中的电池温度上升到30℃之上，适当将低充电功率，并等待一段时间之后再次判断温度。如果温度继续上升到40℃之上，继续降低充电功率；当电池温度超过50℃时停止充电。这样就可以在电池温度和充电效率之间做一个较好的平衡取舍。但是这种控制方法参数的选择较复杂，例如三个温度阈值、等待时间、电流减小的幅度等，不同的参数下，最终的控制效果也是不同的。同时，该方法不够精细和连续，如果平衡温度刚好在温度阈值左右浮动，该方法在充电功率的控制上会产生比较大的抖动。

又有专利CN201610904865的方法，充电时每隔一定时间检测一次电池温度，通过电池温度查找相对应的充电电流，当充电电流高于预设电流时，将充电电流逐步降低至预设电流的电流调整值。该方法只在温度升高时降低电流，而在温度降低时没有提升电流来改善充电效率。因此该方法不能在充电效率和温度之间达到较好的平衡，在充电效率上还有提升的空间。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种基于温度的锂电池充电方法，实现基于电池温度实时连续地调整充电功率，在保障充电安全性的基础上提高充电效率。

第一方面，本发明提供一种基于温度的锂电池充电方法，包括：

获取充电锂电池的温度；

将所述温度代入理论充电电流计算公式，计算所述温度对应的理论充电电流；所述公式如下：

其中，i(t)为理论充电电流，t为温度，a为电流系数，b为温度系数，n为大于等于2的正整数；

将实际充电电流调整至小于或等于所述理论充电电流。

进一步的，所述获取充电锂电池的温度，具体包括：

通过热敏电阻的电压分压值，计算得到热敏电阻值；

根据所述热敏电阻值，基于热敏电阻-温度特性表，计算得到温度，公式如下：

其中，R为热敏电阻值，根据热敏电阻-温度特性表得到R处于[R1，R2)，T1为R1对应的温度值，T2为R2对应的温度值。

进一步的，所述电流系数a的确定方法为：

根据充电电流的最大设定值3000mA，确定电流系数a＝3000。

进一步的，所述温度系数b的确定方法为：

根据充电电流最大值对应的温度值25℃，确定温度系数b＝25。

进一步的，所述系数n的确定方法为：

当温度在温度系数b的正负第一设定值范围内时，理论充电电流与最大充电电流的比例不小于第二设定值，通过如下公式计算系数n的取值：

其中，b为温度系数，c为第一设定值，d为第二设定值，n为大于等于2的正整数。

第二方面，本发明还公开了一种基于温度的锂电池充电装置，其特征在于，包括：温度获取模块、理论充电电流计算模块以及充电电流调整模块；

所述温度获取模块，用于获取充电锂电池的温度；

所述理论充电电流计算模块，用于将所述温度代入理论充电电流计算公式，计算所述温度对应的理论充电电流；所述公式如下：

其中，i(t)为理论充电电流，t为温度，a为电流系数，b为温度系数，n为大于等于2的正整数；

所述充电电流调整模块，用于将实际充电电流调整至小于或等于所述理论充电电流。

进一步的，所述温度获取模块，具体包括：电阻计算模块和温度计算模块；

所述电阻计算模块，用于通过热敏电阻的电压分压值，计算得到热敏电阻值；

所述温度计算模块，用于根据所述热敏电阻值，基于热敏电阻-温度特性表，计算得到温度，公式如下：

其中，R为热敏电阻值，根据热敏电阻-温度特性表得到R处于[R1，R2)，T1为R1对应的温度值，T2为R2对应的温度值。

进一步的，所述电流系数a的确定方法为：

根据充电电流的最大设定值3000mA，确定电流系数a＝3000。

进一步的，所述温度系数b的确定方法为：

根据充电电流最大值对应的温度值25℃，确定温度系数b＝25；

进一步的，所述系数n的确定方法为：

当温度在温度系数b的正负第一设定值范围内时，理论充电电流与最大充电电流的比例不小于第二设定值，通过如下公式计算系数n的取值：

其中，b为温度系数，c为第一设定值，d为第二设定值，n为大于等于2的正整数。

本发明具有如下优点：

通过公式计算温度对应的理论充电电流，从而实现基于温度实时连续地调整充电功率，使充电效率和电池温度这两个矛盾之间达到很好的平衡效果。同时，本方法通过改变不同温度下充电功率的变化速率，能够自行调整充电效率和温度的相对优先级：在适宜温度范围内，充电功率随温度的变化速率不大，此时以充电效率为主；当温度接近保护阈值时，充电功率的变化速率大，此时温度保护优先于充电效率。本方法原理简单，充电效率的温度适应性强，适用于电池散热不佳、充电环境温度变化较大、充电时电池发热量较大的情形，能够在温度保护和充电效率之间自行达到平衡。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1为本说明书实施例提供的一种基于温度的锂电池充电方法流程示意图；

图2为本说明书实施例提供的对应于图1的一种基于温度的锂电池充电装置的结构示意图；

图3为本说明书实施例当系数n＝2，4，6，200时充电电流与温度的关系图像示意图。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本申请保护的范围。

本发明的主要思想是，依据温度对充电功率进行连续的控制，充电功率等于电压乘以电流，所以可以通过控制电压、控制电流、或者同时控制电压电流来实现对充电功率的控制。本说明书实施例为了说明方便只从控制电流方面进行阐述。

实施例一

图1为说明书实施例提供的一种基于温度的锂电池充电方法，可以包括以下步骤：

S101、获取充电锂电池的温度；

S102、将所述温度代入理论充电电流计算公式，计算所述温度对应的理论充电电流；所述公式如下：

其中，i(t)为理论充电电流，t为温度，a为电流系数，b为温度系数，n为大于等于2的正整数；

S103、将实际充电电流调整至小于或等于所述理论充电电流，例如，通过配置充电芯片的寄存器，将充电电流限制在最高允许值之下。

通过公式计算出任意温度对应的理论充电电流，实现基于电池温度实时连续地调整充电功率，在保障充电安全性的基础上提高充电效率。

在一种可能的实现方式中，所述获取充电锂电池的温度，具体包括：

通过热敏电阻的电压分压值，计算得到热敏电阻值；

根据所述热敏电阻值，基于热敏电阻-温度特性表，计算得到温度，公式如下：

其中，R为热敏电阻值，根据热敏电阻-温度特性表得到R处于[R1，R2)，T1为R1对应的温度值，T2为R2对应的温度值。

通过上述步骤，可以得到连续的温度-阻值关系。

在一种可能的实现方式中，所述电流系数a的确定方法为：

根据充电电流的最大设定值3000mA，确定电流系数a＝3000。

所述温度系数b的确定方法为：

根据充电电流最大值对应的温度值25℃，确定温度系数b＝25。

当a＝3000，b＝25时，所述公式具体如下：

所述系数n的确定方法为：

当温度在温度系数b的正负第一设定值范围内时，理论充电电流与最大充电电流的比例不小于第二设定值，通过如下公式计算系数n的取值：

其中，b为温度系数，c为第一设定值，d为第二设定值，n为大于等于2的正整数。

比如b＝25，c＝5，d＝0.97时，通过计算：

求得n的取值为大于等于3的正整数，可以取最小值n＝3，进行理论充电电流的计算。

电流系数a与温度系数b都可以根据电池和充电地区的实际情况进行调整设定，系数n可以根据具体充电锂电池的升温特性进行调整。

本方法通过改变不同温度下充电功率的变化速率，能够自行调整充电效率和温度的相对优先级：在适宜温度范围内，充电功率随温度的变化速率不大，此时以充电效率为主；当温度接近保护阈值时，充电功率的变化速率大，此时温度保护优先于充电效率。

实施例二

基于同样的思路，本说明书实施例还公开了一种基于温度的锂电池充电装置，请参考图2，所述装置包括：温度获取模块201、理论充电电流计算模块202以及充电电流调整模块203；

所述温度获取模块201，用于获取充电锂电池的温度；

所述理论充电电流计算模块202，用于将所述温度代入理论充电电流计算公式，计算所述温度对应的理论充电电流；所述公式如下：

其中，i(t)为理论充电电流，t为温度，a为电流系数，b为温度系数，n为大于等于2的正整数；

所述充电电流调整模块203，用于将实际充电电流调整至小于或等于所述理论充电电流，例如，通过配置充电芯片的寄存器，将充电电流限制在最高允许值之下。

在一种可能的实现方式中，所述温度获取模块201，具体包括：电阻计算模块和温度计算模块；

所述电阻计算模块，用于通过热敏电阻的电压分压值，计算得到热敏电阻值；

所述温度计算模块，用于根据所述热敏电阻值，基于热敏电阻-温度特性表，计算得到温度，公式如下：

其中，R为热敏电阻值，根据热敏电阻-温度特性表得到R处于[R1，R2)，T1为R1对应的温度值，T2为R2对应的温度值。

在一种可能的实现方式中，所述电流系数a的确定方法为：

根据充电电流的最大设定值3000mA，确定电流系数a＝3000。

所述温度系数b的确定方法为：

根据充电电流最大值对应的温度值25℃，确定温度系数b＝25；

所述系数n的确定方法为：

当温度在温度系数b的正负第一设定值范围内时，理论充电电流与最大充电电流的比例不小于第二设定值，通过如下公式计算系数n的取值：

其中，b为温度系数，c为第一设定值，d为第二设定值，n为大于等于2的正整数。

比如b＝25，c＝5,d＝0.97时，通过计算：

求得n的取值为大于等于3的正整数，可以取最小值n＝3，进行理论充电电流的计算。

实施例三

基于温度的锂电池充电的具体实施步骤如下：

1、获取电池温度；

2、基于电池温度，通过本发明的方法计算出理论充电功率；

3、调整电池的充电功率，使之不超过所述理论充电功率。

通过热敏电阻的电压分压值，计算得到热敏电阻值，进而得到温度值。一般来说热敏电阻和温度之间不存在严格精确的函数关系，而是根据热敏电阻-温度特性表得到温度值。可以在离散数据之间进行线性插值得到连续的阻值-温度变化关系。例如，某个热敏电阻的电阻-温度特性表如下：

阻值/mΩ	R1	R2	R3	R4	R5
						温度/℃	T1	T2	T3	T4	T5

在阻值R1≦R<R2时，温度t可以表示成：

其中，R为热敏电阻值，根据热敏电阻-温度特性表得到R处于[R1，R2)，T1为R1对应的温度值，T2为R2对应的温度值。

当R处于其它温度区间时，计算方法相同。这样就可以得到连续的温度-阻值关系。

下面说明如何基于温度得到合适的充电功率。根据物理学知识，功率等于电压乘以电流，为了方便阐述，假设充电的电压维持不变，只通过调整充电电流来调整充电功率，充电电流范围0～3000mA；电池最适宜温度为25℃，安全范围为0～50℃，建立如下的方程：

i(t)＝a|t-b|ⁿ+c

其中i(t)为电流，t为温度，a、b、c为待定系数，n为大于等于2的正整数。

当温度t＝25℃时，充电电流应该最大，比如i(25)＝3000mA；当t＝50℃时，充电电流应该最小，比如i(50)＝0mA，因此a＝3000；在函数图像上，b表示对称轴，所以b＝25。由此求出电流与温度的关系式：

将上式稍作变换，可得到如下形式：

其中，n为大于等于2的正整数。

令

则有：

δ表示电流的衰减比例，η可以定义为充电的效率。假设n＝2，当t＝25℃时，δ＝0，η＝1，即此时允许以100％的最大电流充电；当t＝30℃时，δ＝0.04，η＝0.96，此时最高允许以96％的最大电流充电。下表列出了部分数据：

温度t/℃	25	30	35	40	45	50
							δ	0	0.04	0.16	0.36	0.64	1
电流i(t)/mA	3000	2880	2580	1920	1080	0

观察上表可知，随着温度的上升，单位温升对应电流的衰减比例是不断增加的。温度由25℃上升到30℃，电流变化了4％；当温度由30℃上升到35℃时，电流变化了12％。也就是说，在25℃左右，电流随温度升高而减小的速率不是很大，此时以充电效率为主；温度上升越高，电流减少的越快，继而对温度上升的抑制作用越明显，使温度保护的重要性逐渐大于充电效率的重要性。所以本方法能够随温度变化调整充电效率和温度保护之间的权重。

图3展示了当系数n＝2，4，6，200时，充电电流与温度的关系。

根据图3可以得到，当系数n越大时，25℃左右的电流曲线越平坦。如果充电过程中，电池温度变化较为显著，可以使用较小的n值，提升充电功率对温度变化的敏感性；如果充电过程中电池温度变化不明显，就使用大一些的n值，这样在一个更宽泛的温度范围内，都能以较高的充电功率进行充电。

在得到充电功率和温度的控制关系之后，下一步就是调整充电功率不超过本方法计算出来的值。例如，通过配置充电芯片的寄存器，将充电电流限制在最高允许值之下。

本发明通过公式计算温度对应的理论充电电流，从而实现基于温度实时连续地调整充电功率，使充电效率和电池温度这两个矛盾之间达到很好的平衡效果。同时，本方法通过改变不同温度下充电功率的变化速率，能够自行调整充电效率和温度的相对优先级：在适宜温度范围内，充电功率随温度的变化速率不大，此时以充电效率为主；当温度接近保护阈值时，充电功率的变化速率大，此时温度保护优先于充电效率。本方法原理简单，充电效率的温度适应性强，适用于电池散热不佳、充电环境温度变化较大、充电时电池发热量较大的情形，能够在温度保护和充电效率之间自行达到平衡。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (6)

1.一种基于温度的锂电池充电方法，其特征在于，包括：

获取充电锂电池的温度，具体包括：

通过热敏电阻的电压分压值，计算得到热敏电阻值；

根据所述热敏电阻值，基于热敏电阻-温度特性表，计算得到温度，公式如下：

其中，R为热敏电阻值，根据热敏电阻-温度特性表得到R处于[R1，R2)，T1为R1对应的温度值，T2为R2对应的温度值；

将所述温度代入理论充电电流计算公式，计算所述温度对应的理论充电电流；所述公式如下：

其中，i(t)为理论充电电流，t为温度，a为电流系数，根据充电电流的最大设定值的毫安数值确定，b为温度系数，根据充电电流最大值对应的摄氏度值确定，n为大于等于2的正整数；

所述系数n的确定方法为：

当温度在温度系数b的正负第一设定值范围内时，理论充电电流与最大充电电流的比例不小于第二设定值，通过如下公式计算系数n的取值：

其中，b为温度系数，c为第一设定值，d为第二设定值，n为大于等于2的正整数；

将实际充电电流调整至小于或等于所述理论充电电流。

2.根据权利要求1所述的一种基于温度的锂电池充电方法，其特征在于，所述电流系数a的确定方法为：

根据充电电流的最大设定值3000mA，确定电流系数a＝3000。

3.根据权利要求1所述的一种基于温度的锂电池充电方法，其特征在于，所述温度系数b的确定方法为：

根据充电电流最大值对应的温度值25℃，确定温度系数b＝25。

4.一种基于温度的锂电池充电装置，其特征在于，包括：温度获取模块、理论充电电流计算模块以及充电电流调整模块；

所述温度获取模块，用于获取充电锂电池的温度，具体包括：电阻计算模块和温度计算模块；

所述电阻计算模块，用于通过热敏电阻的电压分压值，计算得到热敏电阻值；

所述温度计算模块，用于根据所述热敏电阻值，基于热敏电阻-温度特性表，计算得到温度，公式如下：

其中，R为热敏电阻值，根据热敏电阻-温度特性表得到R处于[R1，R2)，T1为R1对应的温度值，T2为R2对应的温度值；

所述理论充电电流计算模块，用于将所述温度代入理论充电电流计算公式，计算所述温度对应的理论充电电流；所述公式如下：

其中，i(t)为理论充电电流，t为温度，a为电流系数，根据充电电流的最大设定值的毫安数值确定，b为温度系数，根据充电电流最大值对应的摄氏度值确定，n为大于等于2的正整数；

所述系数n的确定方法为：

当温度在温度系数b的正负第一设定值范围内时，理论充电电流与最大充电电流的比例不小于第二设定值，通过如下公式计算系数n的取值：

其中，b为温度系数，c为第一设定值，d为第二设定值，n为大于等于2的正整数；

所述充电电流调整模块，用于将实际充电电流调整至小于或等于所述理论充电电流。

5.根据权利要求4所述的一种基于温度的锂电池充电装置，其特征在于，所述电流系数a的确定方法为：

根据充电电流的最大设定值3000mA，确定电流系数a＝3000。

6.根据权利要求4所述的一种基于温度的锂电池充电装置，其特征在于，所述温度系数b的确定方法为：

根据充电电流最大值对应的温度值25℃，确定温度系数b＝25。

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