CN111766523B - 一种确定锂离子电池充电策略的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种确定锂离子电池充电策略的方法及装置，通过使用不同倍率电流分别对不同锂离子电池进行恒流充电，在多次充放电后，评估比较不同锂离子电池的结构完整性，将结构完整性最优的锂离子电池所对应的倍率电流，选为锂离子电池在所述预设条件下的预设充电电流。通过对特征曲线进行分段对比优化，得到锂离子电池在每段的分段充电电流，进而得到锂离子电池在预设条件下的阶梯充电电流。利用本实施例提供的阶梯充电电流对锂离子电池进行充电，可以大幅降低电池充电过程中膨胀应力及其变化速率，降低对电池微观结构的力学冲击，从而达到电池的充电速度、循环寿命以及安全风险等各方面性能的统一。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池充电技术领域，尤其涉及一种确定锂离子电池充电策略的方法及装置。
背景技术
目前，环境恶化与能源紧缺问题对社会生活及发展影响愈加深刻，二次电池技术变得尤为重要，锂离子电池因其能量高、寿命长等优点受到广泛关注。得益于近年来蓬勃发展的电动汽车及储能电站等行业，锂离子电池一方面在市场上得到爆炸式推广应用，另一方面也因其频发的安全事故而备受质疑。
锂离子电池技术是一门集电化学、热力学、材料学、力学等多学科交叉的系统技术，因而导致其发生异常事故的原因也十分庞杂。根据相关统计，相当一部分的安全事故发生在锂离子电池的充电过程中，因此制定合适的充电策略对于锂离子电池有重要意义。
现行的典型充电方法一般为先恒流到截止电压，然后恒压到截止电流的模式，或者另外引入脉冲、浮冲方式作调整，还有一些方法则是采用三电极数据拟合出分步阶梯式充电策略。例如，公开号为WO2017147741A1的国际专利申请，提出了一种锂离子电池充电方法，公开了一种阶梯充电与脉冲充电结合的充电方式，能够改善阳极析锂现象，并提高了充电速度。公开号为CN106450536A的中国专利申请，提出了一种锂离子电池快速充电方法，其引入了三电极技术进行模型标定，保证充电过程中阳极电位保持在临界析锂电位之上，保证电池不析锂，提升了电池综合性能。
然而，现行方法大都只考虑电化学方面因素，实际执行中一般都是基于电学信号制定充电策略，而对于与锂离子电池性能紧密相关的力学因素(包括内部微观力学和外部宏观力学)考虑甚少，导致充电速度、循环寿命和安全风险之间存在一些矛盾。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有方法的不足，提出一种确定锂离子电池充电策略的方法及装置，利用该方法及装置确定的充电电流对锂离子电池进行充电，可以大幅降低电池充电过程中膨胀应力及其变化速率，降低对电池微观结构的力学冲击，从而达到电池的充电速度、循环寿命以及安全风险等各方面性能的统一。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种确定锂离子电池充电策略的方法，包括：
在预设条件下，对多个锂离子电池分别进行充放电，每个锂离子电池分别使用不同倍率电流进行充电，所述预设条件包括锂离子电池的周边环境温度和初始电压范围；
经过多次充放电后，评估不同锂离子电池的结构完整性；
将结构完整性最优的锂离子电池所对应的倍率电流，选为锂离子电池在所述预设条件下的预设充电电流。
可选的，所述评估不同锂离子电池的结构完整性，包括：
拆解经过多次充放电的锂离子电池；
对拆解后的锂离子电池的极片进行微观结构表征；
根据极片的微观结构表征数据，评估极片的微观结构完整性。
可选的，所述对拆解后的锂离子电池的极片进行微观结构表征，包括：
采用扫描电子显微镜SEM、透射电子显微镜TEM和聚焦离子束/扫描电子显微镜FIB/SEM中的任一方法对拆解后的锂离子电池的极片进行微观结构表征。
可选的，确定锂离子电池充电策略的方法还包括：
实时检测不同锂离子电池在充电过程中的膨胀力和电压；
根据检测到的膨胀力和电压，生成不同倍率电流关于膨胀力和电压的特征曲线，所述预设充电电流对应有第一特征曲线，除了预设充电电流之外的其他倍率电流分别对应有一第二特征曲线；
按照兼顾充电速度和膨胀力的原则对第一特征曲线和第二特征曲线进行分段对比，选出每段中符合该原则的分段充电电流，将所有分段的分段充电电流结合，生成锂离子电池在所述预设条件下的阶梯充电电流。
可选的，所述按照兼顾充电速度和膨胀力的原则对第一特征曲线和第二特征曲线进行分段对比，选出每段中符合该原则的分段充电电流，包括：
在每段对比中，按照曲线趋势是否与所述第一特征曲线相近将所有第二特征曲线分成两组，分别为趋势相近的第一趋势曲线组和趋势不相近的第二趋势曲线组，所述趋势相近是指两根相互对比的特征曲线之间的斜率差在预设范围内；
将第一趋势曲线组对应的所有倍率电流和预设充电电流中倍率最高的电流，选为第一特征电流；
将第二趋势曲线组对应的所有倍率电流中倍率最高的电流，选为第二特征电流；
将第一特征电流和第二特征电流中膨胀力变化率较低的电流，选为该段的所述分段充电电流。
可选的，所述按照兼顾充电速度和膨胀力的原则对第一特征曲线和第二特征曲线进行分段对比，包括：
按照等分原则或者以第一特征曲线和第二特征曲线之间的交叉点作为分段点的原则，对第一特征曲线和第二特征曲线进行分段。
可选的，所述特征曲线为一阶微分dP/dV曲线、一阶微分dP/dSOC曲线或者二阶微分d2P/dV2曲线，dP为锂离子电池膨胀力的一阶微分、dV为锂离子电池电压的一阶微分、dSOC为锂离子电池容量的一阶微分。
第二方面，本发明还提供了一种确定锂离子电池充电策略的装置，包括：
充放电模块，用于在预设条件下，对多个锂离子电池分别进行充放电，每个锂离子电池分别使用不同倍率电流进行充电，所述预设条件包括锂离子电池的周边环境温度和初始电压范围；
评估模块，用于经过多次充放电后，评估不同锂离子电池的结构完整性；
筛选模块，用于将结构完整性最优的锂离子电池所对应的倍率电流，选为锂离子电池在所述预设条件下的预设充电电流。
可选的，确定锂离子电池充电策略的装置还包括：
第一检测模块，用于实时检测不同锂离子电池在充电过程中的膨胀力和电压；
数据处理模块，用于根据检测到的膨胀力和电压，生成不同倍率电流关于膨胀力和电压的特征曲线，所述预设充电电流对应有第一特征曲线，除了预设充电电流之外的其他倍率电流分别对应有一第二特征曲线；
分段对比模块，用于按照兼顾充电速度和膨胀力的原则对第一特征曲线和第二特征曲线进行分段对比，选出每段中符合该原则的分段充电电流，将所有分段的分段充电电流结合，生成锂离子电池在所述预设条件下的阶梯充电电流。
可选的，所述分段对比模块包括：
分组单元，用于在每段对比中，按照曲线趋势是否与所述第一特征曲线相近将所有第二特征曲线分成两组，分别为趋势相近的第一趋势曲线组和趋势不相近的第二趋势曲线组，所述趋势相近是指两根相互对比的特征曲线之间的斜率差在预设范围内；
选择单元，用于将第一趋势曲线组对应的所有倍率电流和预设充电电流中倍率最高的电流，选为第一特征电流；还用于将第二趋势曲线组对应的所有倍率电流中倍率最高的电流，选为第二特征电流；还用于将第一特征电流和第二特征电流中膨胀力变化率较低的电流，选为该段的所述分段充电电流。
与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：
通过使用不同倍率电流分别对不同锂离子电池进行充电，在多次充放电后，评估比较不同锂离子电池的结构完整性，将结构完整性最优的锂离子电池所对应的倍率电流，选为锂离子电池在所述预设条件下的预设充电电流，即得到该预设条件下的充电策略。因此，利用该预设充电电流对在该预设条件下的锂离子电池进行充电，兼顾了与锂离子电池性能紧密相关的力学因素(结构完整性)，可以降低电池充电过程中膨胀应力及其变化速率，降低对电池微观结构的力学冲击，从而达到电池的充电速度、循环寿命以及安全风险等各方面性能的统一。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。
图1为本发明实施例提供的一种确定锂离子电池充电策略的方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种确定锂离子电池充电策略的方法的另一流程图；
图3为本发明实施例提供的一阶微分dP/dV曲线；
图4为本发明实施例提供的一阶微分dP/dSOC曲线；
图5为本发明实施例提供的二阶微分d2P/dV2曲线；
图6为本发明实施例与现有技术(对比例)的循环圈数-使用寿命图；
图7为本发明实施例与现有技术(对比例)的循环圈数-膨胀力图；
图8为本发明实施例提供的一种确定锂离子电池充电策略的装置的结构图。
具体实施方式
为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅图1所示，本实施例提供了一种确定锂离子电池充电策略的方法，包括以下步骤：
S101、在预设条件下，对多个锂离子电池分别进行充放电，不同锂离子电池分别使用不同倍率电流进行恒流充电；
S102、经过多次充放电后，评估不同锂离子电池的结构完整性；
S103、将结构完整性最优的锂离子电池所对应的倍率电流，选为锂离子电池在所述预设条件下的预设充电电流。
需要说明的是，现有技术充电方法包括两个阶段，恒流充电阶段和恒压充电阶段。本实施例提供的确定锂离子电池充电策略的方法，可应用于恒流充电阶段。
在步骤S101中，预设条件可以修改，以得到锂离子电池在不同预设条件下的预设充电电流。具体的，该预设条件包括温度和电压参数。锂离子电池在不同温度下充电，其膨胀力变化不同。由于锂离子电池在充电过程中温度会发生改变，因此，预设条件中的温度选为锂离子电池的周边环境温度。
又由于在恒流充电阶段，根据锂离子电池的电压范围，又有多个不同的恒流电流值。例如，在恒流充电阶段，随着充电的进行，锂离子电池的电压逐渐上升。当锂离子电池处于不同电压范围时，其恒流充电电流是不同的。因此，预设条件中的电压为锂离子电池的初始电压范围。
通过改变预设条件中的温度和/或初始电压范围，能够得到不同预设条件，然后再执行上述步骤后，可得到锂离子电池在不同预设条件下的预设充电电流。
需要说明的是，初始电压范围还可以用其他参数代替，例如锂离子电池容量范围。
在进行多次充放电时，分别利用不同倍率电流对不同锂离子电池进行恒流充电，所有锂离子电池的型号相同。
为了兼顾力学因素，在步骤S102中，通过观察锂离子电池的结构完整性，以了解不同倍率电流充电对锂离子电池的结构完整性影响。锂离子电池的结构完整性包括微观结构完整性和宏观结构完整性。
作为一种评估锂离子电池结构完整性的可选方式，可以通过观察其极片的微观结构完整性。具体的，步骤S102包括：
拆解经过多次充放电的锂离子电池；
对拆解后的锂离子电池的极片进行微观结构表征；
根据极片的微观结构表征数据，评估极片的微观结构完整性。
其中，微观结构表征技术包括但不限于：SEM(Scanning Electronic Microscopy，扫描电子显微镜)、TEM(Transmission Electron Microscope，透射电子显微镜)、FIB/SEM(Focused Ion beam，聚焦离子束/Scanning Electronic Microscopy，扫描电子显微镜)。
因此，能够根据表征数据，评估具体是哪一个锂离子电池的极片的微观结构完整性最好。
步骤S103包括：将微观结构完整性最优的极片所对应的锂离子电池所对应的倍率电流，选为锂离子电池在所述预设条件下的预设充电电流。
根据本实施例提供的确定锂离子电池充电策略的方法，能够确定预设条件下的预设充电电流，利用该预设充电电流对预设条件下的锂离子电池充电，兼顾了与锂离子电池性能紧密相关的力学因素(结构完整性)，可以降低电池充电过程中膨胀应力及其变化速率，降低对电池微观结构的力学冲击，从而达到电池的充电速度、循环寿命以及安全风险等各方面性能的统一。
请参阅图2所示，在本申请的另一实施例中，为了进一步优化锂离子电池的充电速度和膨胀力大小，即更好地兼顾锂离子电池的电化学和力学因素，本实施例在上述实施例的基础上，提供了一种确定锂离子电池充电策略的方法，包括以下步骤：
S101、在预设条件下，对多个锂离子电池分别进行充放电，不同锂离子电池分别使用不同倍率电流进行恒流充电；
S102、经过多次充放电后，评估不同锂离子电池的结构完整性；
S103、将结构完整性最优的锂离子电池所对应的倍率电流，选为锂离子电池在所述预设条件下的预设充电电流；
S104、实时检测不同锂离子电池在充电过程中的膨胀力和电压；
S105、根据检测到的膨胀力和电压，生成不同倍率电流关于膨胀力和电压的特征曲线，所述预设充电电流对应有第一特征曲线，除了预设充电电流之外的其他倍率电流分别对应有一第二特征曲线；
S106、按照兼顾充电速度和膨胀力的原则对第一特征曲线和第二特征曲线进行分段对比，选出每段中符合该原则的分段充电电流，将所有分段的分段充电电流结合，生成锂离子电池在所述预设条件下的阶梯充电电流。
步骤S104中，随着充电的进行，锂离子电池的膨胀力会发生变化。例如，在方形锂离子电池中，随着充电的进行，锂离子电池内部膨胀力会越来越大，锂离子电池端口电压也会增大。
本步骤S104中，实时采集锂离子电池的膨胀力和电压，根据采集到的数据和时间参数，可以变换得到锂离子电池的各种电化学数据，如锂离子电池容量增量。
在步骤S105中，生成特征曲线的过程为通过模型化处理膨胀力和电压数据。具体的，模型化处理可以理解为数据处理或者数学建模，利用膨胀力数据、电压数据、倍率电流和时间，可以得到不同倍率电流关于膨胀力和电压的特征曲线。
例如，作为特征曲线的一种可选方式，特征曲线的纵坐标为膨胀力的微分、横坐标为锂离子电池电压的微分。
或者，作为特征曲线的一种可选方式，特征曲线的纵坐标为膨胀力的微分、横坐标为锂离子电池容量的微分。该方式可以更精确的控制电池膨胀力速率，更适用于一些基于体积效应较小的化学体系所生产的电池。
或者，作为特征曲线的一种可选方式，特征曲线的纵坐标为膨胀力的二阶微分、横坐标为锂离子电池容量的微分。该方式可以有效简化充电策略，更适用于电池在线实时控制和反馈。
步骤S106中，对所有特征曲线进行分段，通过筛选优化每一段的较佳倍率电流，以对预设充电电流进行优化。
在每段中，对所有特征曲线进行对比，按照兼顾充电速度和膨胀力的原则进行对比，得到锂离子电池在每段的分段充电电流。
例如，在第一段中，当特征曲线的趋势相同或者相近(即相互对比的两根特征曲线之间的斜率差在预设范围内)时，选择倍率较高的倍率电流作为该段的充电电流，以代替上述预设充电电流。特征曲线的趋势不相近(即相互对比的两根特征曲线之间的斜率差在超出预设范围，其中趋势不相近包括趋势相反的情况)时，选择膨胀力变化率较低所对应的倍率电流作为该段的充电电流，以代替上述预设充电电流。
当对所有的分段都进行对比优化后，得到锂离子电子在每段的分段充电电流，所有的分段充电电流组合，得到锂离子电池在预设条件下的阶梯充电电流。
需要说明的是，上述分段的原则可以是按锂离子电池的电压范围分段。例如，根据锂离子电池的电压范围，将所有特征曲线分成相同的段数。当然，也可以根据需要，根据其他参数(如锂离子电池容量增量、电压增量)自定义分段，当然，每段的特征曲线应该长度相等。因此，作为一种可选方式，可以按照等分原则或者以第一特征曲线和第二特征曲线之间的交叉点作为分段点的原则，对第一特征曲线和第二特征曲线进行分段。
需要说明的是，在每段对比优化中，还可以根据其他指标进行优化。例如，除了根据曲线趋势选择分段充电电流外，还可以根据曲线对应的实际膨胀力增长来选择，将实际膨胀力增长最小的特征曲线对应的倍率电流作为该段的分段充电电流。
需要说明的是，预设充电电流对应有第一特征曲线，除了预设充电电流之外的其他倍率电流分别对应有一第二特征曲线。上述按照兼顾充电速度和膨胀力的原则进行对比优化，具体包括：
在每段对比中，按照曲线趋势是否与所述第一特征曲线相近将所有第二特征曲线分成两组，分别为趋势相近的第一趋势曲线组和趋势不相近的第二趋势曲线组，所述趋势相近是指两根相互对比的特征曲线之间的斜率差在预设范围内；
将第一趋势曲线组对应的所有倍率电流和预设充电电流中倍率最高的电流，选为第一特征电流；
将第二趋势曲线组对应的所有倍率电流中倍率最高的电流，选为第二特征电流；
将第一特征电流和第二特征电流中膨胀力变化率较低的电流，选为该段的所述分段充电电流。
然后，按照该原则进行对比优化，得到所有分段的分段充电电流，综合所有分段充电电流，从而得到锂离子电池在预设条件下的阶梯充电电流(即充电策略)。
本实施例提供的确定锂离子电池充电策略的方法，通过对特征曲线进行分段对比优化，得到锂离子电池在每段的分段充电电流，进而得到锂离子电池在预设条件下的阶梯充电电流。与预设充电电流相比，利用本实施例提供的阶梯充电电流对锂离子电池进行充电，可以大幅降低电池充电过程中膨胀应力及其变化速率，降低对电池微观结构的力学冲击，从而达到电池的充电速度、循环寿命以及安全风险等各方面性能的统一。
请参阅图3至图7所示，具体的，在本申请的另一实施例中，给出了更详细的实施例。
例如，预设条件为环境温度25℃、0～100％SOC，SOC可以看作是锂离子电池容量。
选取目标锂离子电池，带上膨胀力测试夹具，初始夹具力设定为定值，然后在25℃下以1C、1.2、1.6C、2.0C、2.5C等倍率电流从电压下限恒流直充至电压上限，然后放电，并重复多次充放电，记录电压、电流、膨胀力等数据。其中1、1.2、1.6、2.0、2.5为倍率，字符C为单倍电流值。
将多次充放电的锂离子电池拆解，并对极片进行微观结构表征，选取极片的颗粒粉碎度相对较低对应的倍率电流，作为锂离子电池在该预设条件下的预设充电电流。本例中假设预测充电电流选为1.6C。
请参阅图3所示，对1.6C对应的膨胀力和电压进行模型化处理，如进行一阶微分处理，作出膨胀力-电压微分曲线，即dP/dV曲线，作为第一特征曲线。其他倍率电流对应的膨胀力和电压也作相同微分处理，得到第二特征曲线，例如1.2C对应得到一根第二特征曲线。dP为膨胀力的一阶微分，dV为电压的一阶微分。
可选地，一种可选方案还可以作dP/dSOC曲线(如图4)，可以有效简化充电策略，使其更适用于电池在线实时控制、反馈。dP为膨胀力的一阶微分，dSOC为锂离子电池容量的一阶微分。
另一种可选方案还可以作二阶微分曲线d2P/dV2(如图5)或d2P/dSOC2，基于此二阶微分曲线的方法可以更精确的控制锂离子电池的膨胀力变化速率，更适用于一些基于体积效应较小的化学体系所生产的电池。
如图3所示，将第二特征曲线和第一特征曲线进行分段对比优化，按电压分为第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ段。
可以看到在不同电压范围内，1.2C与1.6C的特征曲线膨胀力变化率存在截然不同的趋势，通过一系列简并、调整、修正，可在整合出一条优化的膨胀力-电压微分特征曲线，对应的就可以得到一条优化后的分段充电曲线。
具体的，在图3中所标注的Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ区，由于第一特征曲线和第二特征曲线的曲线趋势相近，因此选择倍率较大的1.6C进行充电，以保证锂离子电池的充电速度。
在图3中的Ⅱ、Ⅳ区，由于第一特征曲线和第二特征曲线的曲线趋势相反，因此选择膨胀力变化率较低的1.2C进行充电，以兼顾锂离子电池的力学特性，延长锂离子电池使用寿命和保障充电安全。
将Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ段的充电电流组合，得到在预设条件下的阶梯充电电流。
利用此优化的阶梯充电方案，在保证充电速度得到一定程度提升情况下，又降低了整个充电过程中锂离子电池膨胀力的增大。
请参阅图6和图7所示，分别为本发明实施例与对比例(现有技术的实施例)的对比图。由图可知，经本发明确定的实施例循环寿命及外压膨胀力增长均有显著改善。
综上，同时将多个倍率的dP/dV曲线与第一特征曲线进行综合对比，可以得到一条在25℃，0～100％SOC范围内兼顾了平均充电速率快，整体膨胀力低、循环寿命更长的充电策略(即阶梯充电电流)。
请参阅图8所示，在本申请的另一实施例中，提供了一种确定锂离子电池充电策略的装置100，用于实现上述确定锂离子电池充电策略的方法。该装置100包括：
充放电模块101，用于用于在预设条件下，对多个锂离子电池分别进行充放电，每个锂离子电池分别使用不同倍率电流进行恒流充电，所述预设条件包括锂离子电池的周边环境温度和初始电压范围；
评估模块102，用于经过多次充放电后，评估不同锂离子电池的结构完整性；
筛选模块103，用于将结构完整性最优的锂离子电池所对应的倍率电流，选为锂离子电池在所述预设条件下的预设充电电流。
根据本实施例提供的确定锂离子电池充电策略的装置100，能够确定预设条件下的预设充电电流，利用该预设充电电流对预设条件下的锂离子电池充电，兼顾了与锂离子电池性能紧密相关的力学因素(结构完整性)，可以降低电池充电过程中膨胀应力及其变化速率，降低对电池微观结构的力学冲击，从而达到电池的充电速度、循环寿命以及安全风险等各方面性能的统一。
进一步的，该装置100还包括：
第一检测模块104，用于实时检测不同锂离子电池在充电过程中的膨胀力和电压；
数据处理模块105，用于根据检测到的膨胀力和电压，生成不同倍率电流关于膨胀力和电压的特征曲线，所述预设充电电流对应有第一特征曲线，除了预设充电电流之外的其他倍率电流分别对应有一第二特征曲线；
分段对比模块106，用于按照兼顾充电速度和膨胀力的原则对第一特征曲线和第二特征曲线进行分段对比，选出每段中符合该原则的分段充电电流，将所有分段的分段充电电流结合，生成锂离子电池在所述预设条件下的阶梯充电电流。
进一步的，预设充电电流对应有第一特征曲线，除了预设充电电流之外的其他倍率电流分别对应有一第二特征曲线；
分段对比模块106包括：
分组单元，用于在每段对比中，按照曲线趋势是否与所述第一特征曲线相近将所有第二特征曲线分成两组，分别为趋势相近的第一趋势曲线组和趋势不相近的第二趋势曲线组，所述趋势相近是指两根相互对比的特征曲线之间的斜率差在预设范围内；
选择单元，用于将第一趋势曲线组对应的所有倍率电流和预设充电电流中倍率最高的电流，选为第一特征电流；还用于将第二趋势曲线组对应的所有倍率电流中倍率最高的电流，选为第二特征电流；还用于将第一特征电流和第二特征电流中膨胀力变化率较低的电流，选为该段的所述分段充电电流。
在对所有分段进行对比优化后，综合所有分段的分段充电电流，得到锂离子电池在预设条件下的阶梯充电电流，即充电策略。
需要说明的是，本实施例提供的装置100，其实施原理已经在上述方法中阐明，此处不再赘述。
本实施例提供的确定锂离子电池充电策略的装置100，通过对特征曲线进行分段对比优化，得到锂离子电池在每段的分段充电电流，进而得到锂离子电池在预设条件下的阶梯充电电流。与预设充电电流相比，利用本实施例提供的阶梯充电电流对锂离子电池进行充电，可以大幅降低电池充电过程中膨胀应力及其变化速率，降低对电池微观结构的力学冲击，从而达到电池的充电速度、循环寿命以及安全风险等各方面性能的统一。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种确定锂离子电池充电策略的方法，其特征在于，包括：
在预设条件下，对多个锂离子电池分别进行充放电，每个锂离子电池分别使用不同倍率电流进行充电，所述预设条件包括锂离子电池的周边环境温度和初始电压范围；
经过多次充放电后，评估不同锂离子电池的结构完整性；
将结构完整性最优的锂离子电池所对应的倍率电流，选为锂离子电池在所述预设条件下的预设充电电流；
实时检测不同锂离子电池在充电过程中的膨胀力和电压；
根据检测到的膨胀力和电压，生成不同倍率电流关于膨胀力和电压的特征曲线；
对所有特征曲线进行分段，通过筛选优化每一段的较佳倍率电流，以对预设充电电流进行优化；
所述预设充电电流对应有第一特征曲线，除了预设充电电流之外的其他倍率电流分别对应有一第二特征曲线；
所述对所有特征曲线进行分段，通过筛选优化每一段的较佳倍率电流，以对预设充电电流进行优化，包括：
按照兼顾充电速度和膨胀力的原则对第一特征曲线和第二特征曲线进行分段对比，选出每段中符合该原则的分段充电电流，将所有分段的分段充电电流结合，生成锂离子电池在所述预设条件下的阶梯充电电流。
2.根据权利要求1所述的确定锂离子电池充电策略的方法，其特征在于，所述评估不同锂离子电池的结构完整性，包括：
拆解经过多次充放电的锂离子电池；
对拆解后的锂离子电池的极片进行微观结构表征；
根据极片的微观结构表征数据，评估极片的微观结构完整性。
3.根据权利要求2所述的确定锂离子电池充电策略的方法，其特征在于，所述对拆解后的锂离子电池的极片进行微观结构表征，包括：
采用扫描电子显微镜SEM、透射电子显微镜TEM和聚焦离子束/扫描电子显微镜FIB/SEM中的任一方法对拆解后的锂离子电池的极片进行微观结构表征。
4.根据权利要求1所述的确定锂离子电池充电策略的方法，其特征在于，
所述按照兼顾充电速度和膨胀力的原则对第一特征曲线和第二特征曲线进行分段对比，选出每段中符合该原则的分段充电电流，包括：
在每段对比中，按照曲线趋势是否与所述第一特征曲线相近将所有第二特征曲线分成两组，分别为趋势相近的第一趋势曲线组和趋势不相近的第二趋势曲线组，所述趋势相近是指两根相互对比的特征曲线之间的斜率差在预设范围内；
将第一趋势曲线组对应的所有倍率电流和预设充电电流中倍率最高的电流，选为第一特征电流；
将第二趋势曲线组对应的所有倍率电流中倍率最高的电流，选为第二特征电流；
将第一特征电流和第二特征电流中膨胀力变化率较低的电流，选为该段的所述分段充电电流。
5.根据权利要求1所述的确定锂离子电池充电策略的方法，其特征在于，所述按照兼顾充电速度和膨胀力的原则对第一特征曲线和第二特征曲线进行分段对比，包括：
按照等分原则或者以第一特征曲线和第二特征曲线之间的交叉点作为分段点的原则，对第一特征曲线和第二特征曲线进行分段。
6.根据权利要求1所述的确定锂离子电池充电策略的方法，其特征在于，所述特征曲线为一阶微分dP/dV曲线、一阶微分dP/dSOC曲线或者二阶微分d2P/dV2曲线，dP为锂离子电池膨胀力的一阶微分、dV为锂离子电池电压的一阶微分、dSOC为锂离子电池容量的一阶微分。
7.一种确定锂离子电池充电策略的装置，其特征在于，包括：
充放电模块，用于在预设条件下，对多个锂离子电池分别进行充放电，每个锂离子电池分别使用不同倍率电流进行充电，所述预设条件包括锂离子电池的周边环境温度和初始电压范围；
评估模块，用于经过多次充放电后，评估不同锂离子电池的结构完整性；
筛选模块，用于将结构完整性最优的锂离子电池所对应的倍率电流，选为锂离子电池在所述预设条件下的预设充电电流；
第一检测模块，用于实时检测不同锂离子电池在充电过程中的膨胀力和电压；
数据处理模块，用于根据检测到的膨胀力和电压，生成不同倍率电流关于膨胀力和电压的特征曲线；
分段对比模块，用于对所有特征曲线进行分段，通过筛选优化每一段的较佳倍率电流，以对预设充电电流进行优化；
所述预设充电电流对应有第一特征曲线，除了预设充电电流之外的其他倍率电流分别对应有一第二特征曲线；
所述分段对比模块用于按照兼顾充电速度和膨胀力的原则对第一特征曲线和第二特征曲线进行分段对比，选出每段中符合该原则的分段充电电流，将所有分段的分段充电电流结合，生成锂离子电池在所述预设条件下的阶梯充电电流。
8.根据权利要求7所述的确定锂离子电池充电策略的装置，其特征在于，所述分段对比模块包括：
分组单元，用于在每段对比中，按照曲线趋势是否与所述第一特征曲线相近将所有第二特征曲线分成两组，分别为趋势相近的第一趋势曲线组和趋势不相近的第二趋势曲线组，所述趋势相近是指两根相互对比的特征曲线之间的斜率差在预设范围内；
选择单元，用于将第一趋势曲线组对应的所有倍率电流和预设充电电流中倍率最高的电流，选为第一特征电流；还用于将第二趋势曲线组对应的所有倍率电流中倍率最高的电流，选为第二特征电流；还用于将第一特征电流和第二特征电流中膨胀力变化率较低的电流，选为该段的所述分段充电电流。
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