CN112786984A - 一种锂离子电池的阶段充电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池的阶段充电方法，S1、根据电池电芯特性进行仿真和预设的充电时间，得到对应电池电芯的边界倍率和仿真的最佳充电曲线；S2、根据边界倍率，进行恒流充电，xC充电，1C放电至设定电压，修改边界倍率继续恒流充电至设定电压，直至充满，并计算每一步的充电时间，然后进行循环验证；S3、满电状态下拆解电池，获得界面析锂情况，判断此电池是否支持对应的边界倍率下的充电；S4、重复若干次实验，修正仿真的最佳充电曲线。本发明相对现有恒流恒压充电方式，极大的提高了充电效率，理论研究与实验结合增强设计的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池充电的技术领域，特别涉及一种锂离子电池的阶段充电方法。
背景技术
在现代社会中，内燃机汽车的应用依赖于对不可再生的石油和天然气的消耗，不仅使得石油等资源的加速减少，同时排放的尾气等影响地球的环境。因此电动汽车作为一种绿色交通工具的研发和推广较为迫切，并且得到越来越多的人的关注，跟传统的内燃机汽车相比，新能源电动汽车的发展和应用受到行驶里程和充电时间长等问题的影响，而锂电池的使用寿命和充电时间主要由于充电方法的影响。传统的恒流恒压充电方式，虽然简单可控，但是时间太长，充电效率较低，且存在较大极化等不可避免的缺陷，显然不满足电动汽车快速充电的要求，所以急需一种高效、快速、安全的充电方式。在现有的基础上研究者提出了一些新的快充方法，例如分段恒流充电、脉冲充电、负脉冲充电、间歇充电和智能充电等方法，而在上述众多方法中，分段恒流充电由于其电流可控，对充电设备的要求不高等优势被较为广泛的研究。
发明内容
为了解决锂电池充电时间过长、电能利用率差等问题，对现有的常规的恒流恒压充电策略进行优化，本发明提供了一种锂离子电池的阶段充电方法，具体方案如下：
一种锂离子电池的阶段充电方法，包括以下步骤：
S1、根据电池电芯特性进行仿真，得到对应电池电芯的边界倍率和仿真的最佳充电曲线；
S2、根据边界倍率，进行恒流充电，xC充电，1C放电至设定电压，修改边界倍率继续恒流充电至设定电压，直至充满，并计算每一步的充电时间，然后进行循环验证；
S3、满电状态下拆解电池，获得界面析锂情况，判断此电池是否支持对应的边界倍率下的充电；
S4、重复若干次实验，修正仿真的最佳充电曲线。
具体地说，在步骤S4后还包括以下步骤：
S5、将电池放置在不同的温度下，重复步骤S2-S4，获得不同温度下对应的最佳充电曲线。
具体地说，在步骤S2中的设定电压范围为2.8V。
具体地说，在步骤S2中循环5个星期。
具体地说，在步骤S1中，边界倍率为：在对应温度时0-80％SOC区间下不析锂所支持的最大充电倍率。
具体地说，步骤S3中，计算出每一段充电所需时间，t1＝t0/X*Q1，其中t0为1C恒流充电的时间，X为分段充电的倍率，Q1为此段充入的电量。
具体地说，步骤S5后还包括以下步骤：
S6、修改预设的充电时间，执行步骤S1-S5。
具体地说，步骤S3中获得界面析锂情况通过观察界面或电化学测试。
具体地说，电化学测试测得循环终止电池内阻的增长情况。
本发明的有益效果在于：
(1)1)本发明提供了一种锂电池快速充电的方案与设计思路，相对现有恒流恒压充电方式，极大的提高了充电效率，分段降电流的充电方式也避免了长时间大倍率充电对电池的损害，从而保证电池的安全性；同时还为快充方案的设计提供了较为清晰的研究思路，理论研究与实验结合增强设计的可靠性。
2)为了验证在快充过程中不是以牺牲电池寿命来达到快速充电，我们对此进行了一系列的对比试验，得到在达到寿命终止，即容量保持率为70％时，分段恒流充电几乎不会对循环寿命有致命性的影响。
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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。
图1为容量为50Ah的三元电芯实例基础上，得出的可接受最大充电电流的电量电压曲线；
图2为电池的循环寿命曲线；
图3为电池快充循环后的拆解界面。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
本发明公开了一种锂离子电池的阶段充电方法，包括以下步骤：
S1、根据电池电芯特性进行仿真和预设的充电时间，得到对应电池电芯的边界倍率和仿真的最佳充电曲线；对50Ah三元方形电芯进行仿真，设定30min的充电时间，获得如图1所示的可接受最大充电电流的电量电压曲线，从仿真图可知，边界倍率为：在对应温度时0-80％SOC区间下不析锂所支持的最大充电倍率，具体地说，在保证不发生析锂等安全的前提下，3C可充到30％SOC，2C可充到50％SOC；仿真的理论研究依据是纽曼所建立的经典锂离子电池电化学模型，通过负极与隔膜界面处电位是否低于0V，判定是否发生析锂。
S2、根据边界倍率，进行恒流充电，xC充电，1C放电至设定电压，修改边界倍率继续恒流充电至设定电压，直至充满，并计算每一步的充电时间；具体地说，在充电初始阶段，对电池以2C的倍率进行恒流充电，直至电压达到所设置的截止阈值3.8V,转1.5C/1.2C/0.8C等依次降低电流进行恒流充电，直至4.15V默认为充满；计算每一步充电的时间，之和为35min(80％的电量对应电压4.09V)，再以设置好的方案进行循环验证。
S3、满电状态下拆解电池，获得的界面析锂情况，判断此电池是否支持对应的边界倍率下的充电；计算出每一段充电所需时间，公式t1＝t0/X*Q1，其中t0为1C恒流充电的时间，X为分段充电的倍率，Q1为此段充入的电量。如图3所示，电池在寿命终止后界面出现严重的析锂，主要出现在R角处的圆状析锂，在大电流充电时，R角处离子传输速率慢，极化较大，导致此处析锂较为严重，同时这也是造成电池容量衰减的主要原因。界面拆解可以补充评测所制定的快充方案与常规的恒流恒压充电方式两者对电池循环寿命的影响。获得界面析锂情况通过观察界面或电化学测试。电化学测试测得循环终止电池内阻的增长情况，也可用来评判两者之间的优劣。其中电池内阻的验证具有很重要的意义，内阻的大小直接影响电池使用过程中的温升以及功率的大小，过大即内部析锂较严重则很有可能会发生热失控，引起安全问题。
S4、重复若干次实验，修正仿真的最佳充电曲线。
S5、将电池放置在不同的温度下，重复步骤S2-S4，获得不同温度下对应的最佳充电曲线。如图2所示，本申请在上述的35min充电步骤分别在25℃和45℃下的循环，常温850周，高温预计1000周达到寿命终止，对于常温恒流恒压充电方式的循环而言，改善了寿命。
S6、为了制定不同时间段已经不同电压范围的快充方案，修改步骤S1中预设的充电时间为40min，执行步骤S1-S5，获得对应的最佳充电曲线。
本申请根据马斯定律的理论研究而定义的锂离子最大可接受充电流，再构建模型仿真得到的不同温度下不同SOC阶段所接受的最大充电倍率，通过对仿真结果的实测，对电池进行界面拆解，观察析锂情况，从而得到较为可信的析锂边界，从而确定了充电可接受的最大电流。
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 (9)
1.一种锂离子电池的阶段充电方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据电池电芯特性进行仿真，得到对应电池电芯的边界倍率和仿真的最佳充电曲线；
S2、根据边界倍率，进行恒流充电，xC充电，1C放电至设定电压，修改边界倍率继续恒流充电至设定电压，直至充满，并计算每一步的充电时间，然后进行循环验证；
S3、满电状态下拆解电池，获得界面析锂情况，判断此电池是否支持对应的边界倍率下的充电；
S4、重复若干次实验，修正仿真的最佳充电曲线。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池的阶段充电方法，其特征在于，在步骤S4后还包括以下步骤：
S5、将电池放置在不同的温度下，重复步骤S2-S4，获得不同温度下对应的最佳充电曲线。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池的阶段充电方法，其特征在于，在步骤S2中的设定电压范围为2.8V。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池的阶段充电方法，其特征在于，在步骤S2中循环5个星期。
5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池的阶段充电方法，其特征在于，在步骤S1中，边界倍率为：在对应温度时0-80％SOC区间下不析锂所支持的最大充电倍率。
6.根据权利要求1所述的一种锂离子电池的阶段充电方法，其特征在于，步骤S3中，计算出每一段充电所需时间，公式t1＝t0/X*Q1，其中t0为1C恒流充电的时间，X为分段充电的倍率，Q1为此段充入的电量。
7.根据权利要求2所述的一种锂离子电池的阶段充电方法，其特征在于，步骤S5后还包括以下步骤：S6、修改预设的充电时间，执行步骤S1-S5。
8.根据权利要求1所述的一种锂离子电池的阶段充电方法，其特征在于，步骤S3中获得界面析锂情况通过观察界面或电化学测试。
9.根据权利要求8所述的一种锂离子电池的阶段充电方法，其特征在于，电化学测试测得循环终止电池内阻的增长情况。
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