CN113328155B - 一种适用于石墨烯改性电池的超快充电方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种针对石墨烯改性电池进行快速充电的方法，通过对每种石墨烯改性电池数据及每次充电数据的汇总分析，使充电器可针对不同的石墨烯改性电池使用其适用的最大安全充电功率进行充电，提高石墨烯改性电池的充电效率。

Description

一种适用于石墨烯改性电池的超快充电方法

技术领域

本申请涉及电池充电技术领域，尤其是针对石墨烯改性电池的超快充电方法。

背景技术

当前，针对各种电池尤其是锂电池的充电技术或快充技术已经应用的比较广泛。但在针对石墨烯电池或具有石墨烯改性电池的充电技术并不多，也没有专门针对此类电池的快充技术。在对石墨烯类电池的充电还在使用以往普通电池的充电方法。

传统的锂电池充电方法为恒流(CC)—恒压(CV)两段式充电，通过恒流模式将单电芯从较低电压水平充至4.2V，然后切换至恒压模式，该现有技术可以满足一般性锂电池产品的充电需求，由于模式设定机理较为简单，存在以下问题：1、由于无法智能评估电池类型，任何情况下都是以恒定的模式为电池输入电能，无法适应性的感知电池种类和对充电电流的接受能力，这样会缩减电池使用寿命；2、由于充电的模式恒定，在对石墨烯改性电池进行充电时，无法采用与石墨烯改性电池的特性相匹配的最佳充电模式，这使得充电时间较长，无用消耗增多，充电效率较低；3、充电过程只是单向的能量输出，无法实时评估电池的状态，会带来过充、过温的隐患。

综上所述，目前的充电方式导致了石墨烯改性电池的充电效率低、充电时间长、安全性低，不能最大化体现石墨烯类电池的优势。所以，在石墨烯类电池逐渐进入市场且即将广泛得到应用之际，需要专门针对石墨烯类电池的快速充电技术，以此发挥石墨烯类电池的最大优势。

发明内容

本申请的一个目的是提供一种用以解决现有技术中对石墨烯改性电池充电效率低、充电时间长、安全性低的问题。

为实现上述目的，本申请提供一种适用于石墨烯改性电池的充电方法，该方法包括：

对电池的类型进行检测；

若所述电池的类型是石墨烯改性电池，采用第一充电模式对所述石墨烯改性电池进行充电，其中，所述第一充电模式为：

根据最大安全功率对所述石墨烯改性电池进行充电；

实时监测充电过程中的电池状态数据，并根据所述电池状态数据调整充电的电压和/或电流，直至充电完成。

进一步地，对电池的类型进行检测，包括：

对电池的内阻进行检测，获取内阻数值；

根据所述内阻数值确定所述电池是否为石墨烯改性电池。

进一步地，在对电池的类型进行检测之前，还包括：

对电池与充电器的连接状态进行检测，确定连接状态正常。

进一步地，对电池与充电器的连接状态进行检测，确定连接状态正常，包括:

对连接电池后的充电回路的线阻进行检测，获取线阻数值；

若所述线阻数值在第一预设范围内，则确定连接状态正常。

进一步地，实时监测充电过程中的电池状态数据，并根据所述电池状态数据调整充电的电压和/或电流，包括：

实时监测充电过程中的电池状态数据，并根据所述电池状态数据中的电池温度，判断当前的充电功率是否超出最大安全功率；

若超出最大安全功率，则降低充电的电流。

进一步地，根据所述电池状态数据中的电池温度，判断当前是否超出最大安全功率，包括：

判断当前的电池温度是否超过第二阈值，以及电池温度的变化率是否超过第三阈值；

若当前的电池温度超过第二阈值或电池温度的变化率超过第三阈值，则确定当前的充电功率超出最大安全功率；否则，确定当前的充电功率未超出最大安全功率。

进一步地，实时监测充电过程中的电池状态数据，并根据所述电池状态数据调整充电的电压和/或电流，包括：

实时监测充电过程中的电池状态数据，并根据所述电池状态数据中的电压和/或电流，判断所述电压和/或电流是否处于第二预设范围内；

若未处于第二预设范围内，则根据监测到的所述电池状态数据中的电压和/或电流，调整充电的电压和/或电流。

进一步地，使用最大安全功率对所述石墨烯改性电池进行充电，包括：

充电开始后，进入缓冲阶段，控制电池的电压上升、电流不改变；

当电池单个电芯的电压达到第一切换电压时，进入恒流阶段，控制电池的电压继续上升、电流不改变；

当电池单个电芯的电压上升至第二切换电压时，进入均衡阶段，控制电池的各个电芯的充电状态一致。

进一步地，在所述缓冲阶段、恒流阶段和均衡阶段，自动调整充电策略，选择最大安全功率以及对应的电压电流曲线控制充电的电压和/或电流，其中，所述充电策略基于历史充电状态数据通过机器学习的方式获得。

进一步地，该方法还包括：

若所述电池的类型为非石墨烯改性电池，则采用第二充电模式对所述非石墨烯改性电池进行充电，其中，所述第二充电模式为：

通过恒流模式将电池单个电芯的电压充至第三切换电压；

切换至恒压模式对电池进行充电，直至充电完成。

与现有技术相比，本申请提供的方案能在充电之前先对电池的类型进行检测，确定电池的类型，若检测出电池的类型是石墨烯改性电池，采用第一充电模式对所述石墨烯改性电池进行充电。由于针对石墨烯改性电池的第一充电模式是用最大安全功率对所述石墨烯改性电池进行充电，还可以实时监测充电过程中的电池状态数据，并根据所述电池状态数据调整充电的电压和/或电流，直至充电完成。所以，整个充电过程与普通电池充电时的恒流-恒压两段式充电模式并不同。本申请所述方法能够自动采用最高效的充电方式对石墨烯改性电池充电，并且通过实时监测充电状态数据，自动调整电流和/或电压，避免了电池的过充、过温等隐患。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本申请提供的一种适用于石墨烯改性电池的超快充电方法的流程图。

图2为本申请的一些实施例提供的一种适用于非石墨烯改性电池充电方法的流程图。

图3为本申请实施例提供的充电方法对电池进行充电时的过程图示。

图4为本申请实施例提供的充电方法中其中一个实施例的控制图示。

附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述。

在本申请一个典型的配置中，终端、服务网络的设备和可信方均包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括非暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

本申请所述的充电器包括带有充电功能的设备、带有电池类型检测功能的设备、带有充电数据分析功能的设备或任意一种或多种功能相结合的设备。

本申请的实施例提供了一种适用于石墨烯改性电池的充电方法，该方法的流程如图1所示，包括以下步骤：

步骤S101：对电池的类型进行检测，主要是用于甄别电池是否是石墨烯改性电池，如果石墨烯改性电池拥有不同的型号，那么也将尝试甄别出所属型号或其他信息，为后期更加精细的调整充电策略做准备；

步骤S102：如果检测到的电池的类型是石墨烯改性电池，则采用第一充电模式对所述石墨烯改性电池进行充电，其中，所述第一充电模式为：根据最大安全功率对所述石墨烯改性电池进行充电，在充电的过程中实时监测电池状态数据，并根据所述电池状态数据调整充电的电压和/或电流，直至充电完成。

为了保证使用最大的安全功率对电池进行充电，充电器可以对电池温度等相关信息进行监视，一旦电池温度或变化率超过合理的安全范围，充电器则降低充电电压或/和电流,使电池温度下降至安全的范围内。

在步骤S101对电池的检测中可以包含对电池型号的检测，获得电池型号后可连接服务器或在本地的记录里查找相关型号的最大安全功率，如果本地的历史记录中有相关型号的充电记录，则可以结合记录判断电池在充电的当下可接受的最大安全充电功率。

在对电池的类型进行检测时，可以使用对电池的内阻进行检测，获取内阻数值，再通过内阻阻值与预设阻值范围对比的方法来判断电池是否为石墨烯改性电池。

在本申请的一些实施例中，还可以在对电池的类型进行检测之前，对电池与充电器的连接状态进行检测，确定连接状态是否正常。即在充电之前对充电器和电池之间的线路连接是否安全稳定，充电器和电池之间的连接包括两个方面，一方面是充电器与电池之间的通讯连接是否正常，此为保证充电器能准确获取电池信息和在充电过程中监控充电过程，并记录相关数据。另一方面确定输电线路的连接是否正常。

在对电池与充电器的连接状态进行检测中，为确定充电线路的连接是否正常，优选的检测方法为：对连接电池后的充电回路的线阻进行检测，获取线阻数值；再将获取线阻数值第一预设范围进行对比进行判断，此处的第一预设范围为线阻的阻值范围。比如，将第一预设范围设定为区间[a,b]，在充电池与电池未连接时，线阻阻值较大，此时的线阻阻值x大于第一预设范围的区间，即x>b。在充电器与电池虚接时，线阻数值并不稳定，此时线阻数值在第一预设范围的区间内,即a≤x≤b。在充电器与电池连接良好时，线阻阻值很小，此时的线阻阻值小于第一预设范围的区间，即x<a。

在本申请提供的方法中，实时监测充电过程中的电池状态数据，并根据所述电池状态数据调整充电的电压和/或电流，包括：

为防止当前的充电功率超出最大安全功率，充电器实时监测充电过程中的电池状态数据，并根据所述电池状态数据做出判断，优选的通过电池温度数据来判断充电高功率是否超出最大安全功率，若温度较高或增幅较快，则降低充电的电流。

在一些实施例中，根据电池状态数据中的电池温度判断是否超出最大安全功率的方法，优选的方案为：设定温度阈值，假设电池温度在50度以下为安全阈值正常范围，电池温度大于50度小于60度为调温阈值，电池温度等于或超过60度为危险阈值。电池温度随时间变化率即温度变化率阈值为M(℃/t)。在充电过程中，当电池温度达到温度阈值中的调温阈值时，则判断当前功率已经超出了电池的最大安全充电功率，充电器将自动降低50％的充电电流，待电池温度低于40℃后再将充电电流恢复正常；当温度达到温度阈值中的危险阈值时，则判断超出了电池的最大安全充电功率，充电器自动切断充电电路并进行告警提示。当温度随时间的变化率大于或等于温度变化率阈值时，则判断超出了电池的最大安全充电功率，充电器持续降低充电电压或电流至温度随时间的变化率小于温度变化率阈值且保持电池温度在温度阈值以下。所以，在对电池充电时，若检测到当前的电池温度满足达到温度阈值或电池温度的变化率超过温度变化率阈值时，则确定当前的充电功率超出最大安全功率，否则，确定当前的充电功率未超出最大安全功率。

在本申请提供的方法中，实时监测充电过程中的电池状态数据，并根据所述电池状态数据调整充电的电压和/或电流，还包括：

通过对电池的数据和状态进行检测、判断，以求在充电过程中持续使用电池能接受的最大充电功率快速充电，当电池在充电过程中出现异常情况时能及时做出调整，保证电池的安全。比如：以三元锂电芯单体为例，将第二预设范围定为：电压下限为2.5-2.7V，上限为4.2-4.3V，当检测到单体电芯电压不在正常范围时，则为异常情况，停止充电并进行告警提示。当电流超过最大充电电流，则自动切断充电电路并进行告警提示。

在本申请提供的方法中，使用最大安全功率对所述石墨烯改性电池进行充电可以是以下过程：

充电开始后，进入缓冲阶段，控制电池的电压上升、电流不改变；进入缓冲阶段时，需要记录电压、电流和温度，电压上升、电流不改变、温度无明显改变；

当电池单个电芯的电压达到第一切换电压时，进入恒流阶段，控制电池的电压继续上升、电流不改变；

当电池单个电芯的电压上升至第二切换电压时，进入均衡阶段，控制电池的各个电芯的充电状态一致。

恒流阶段起始电压，电压根据电池种类有区别，以石墨烯改性三元锂电池为例：

进入恒流阶段的单电芯起始电压为3.0V，电池组进入恒流充电阶段的起始电压由电池的串数决定，如果是13串(也就是48V额定电压)，那么恒流阶段的起始电压为39V。这个阶段电压快速增长，电流恒定，温度会逐步稳定上升。

当电芯电压达到4.2V时，进入均衡阶段，确保电芯状态尽可能一致。

在本申请的一些实施例中，在所述缓冲阶段、恒流阶段和均衡阶段，自动调整充电策略，选择最大安全功率以及对应的电压电流曲线控制充电的电压和/或电流，其中，充电策略为根据不同的电池类型、型号及电池所处状态，调整充电的电压和/或电流，其目的是保持最大的安全充电功率进行充电，用以判断充电策略的各项参数通过两种方法获得，一种为保存在本地的历史充电数据，另一种为在网络服务器中获得的充电数据，包括电池类型、电池型号、对应的最大安全充电功率等。其中所述网络服务器是充电器进行信息挖掘、下载、上传数据的目标节点，其作用在于使同样具有本方法功能的充电设备进行数据共享，其组织样态并不是本申请的技术特征。本申请所涉及的充电器还可以具有机器学习的能力，可与网络中的后台服务器连接，可通过后台服务器与其他各已连接后台服务器的充电器相联，每台充电器都在充电完成后将充电的过程数据保存在本地并上传至后台服务器，从而形成了对每台充电器的数据共享。单个充电器在网上获得相关电池的充电数据后与本地的充电数据进行分析，在总结网上获得相关电池的共性特征与本地的充电数据的特点后得出最优充电策略，根据此充电策略调整优化第一充电模式。

本申请一些实施例所提供的方法，还可以对非石墨烯改性电池进行充电，该方法的流程图如图2所示，可以包括以下的步骤：

S101：对电池的类型进行检测；

S102:若所述电池的类型是石墨烯改性电池，采用第一充电模式对所述石墨烯改性电池进行充电；

S202:若电池类型是为非石墨烯改性电池，采用第二充电模式对所述非石墨烯改性电池进行充电直至充电完成。

其中，所述第二充电模式主要是针对非石墨烯改性电池的充电模式，其方案可以为：通过恒流模式将电池单个电芯的电压充至第三切换电压，切换至恒压模式对电池进行充电，直至充电完成。比如，若检测出待充电电池并非石墨烯改性电池，则使用恒流模式将单电芯从较低电压水平充至4.2V，然后切换至恒压模式充电，直至充满。

图3示出了采用本申请一些实施例提供的充电方法对电池进行充电时的流程示意图，其中，包括：

步骤S301，将电池连接充电器。

步骤S302，在连接充电器后，充电器开始进行接触检测，即对充电器与电池之间数据传输线路和输电线路的连接进行检测，保证数据线路接触良好、数据传输通畅，保证输电线路连接良好。

步骤S303，接触检测确认连接正常后开始进行电池类型的检测，判断电池是否为石墨烯改性电池，可选的也可以对电池进行其他信息的读取，可以在综合信息后判断该电池可接受的最大安全充电功率。

步骤S304，当检测判断为石墨烯改性电池时，采用第一充电模式进行充电。充电过程中，开启实时监控，对充电过程中电池的状态变化进行记录，并根据电池状态的变化调整电压和/或电流，以保证持续使用该电池能接受的最大安全充电功率进行充电至充电完成。

在采用第一充电模式进行充电的过程中，可以采用大数据机器学习进行充电辅助，即通过大数据挖掘，历史数据分析，自动调整充电策略，选择充电功率及电压电流曲线。从历史充电状态数据中学习知识，学习能力强，可以使得充电过程电压变化平稳、充电时间短。

其中，进行充电辅助的过程可以实现如图4所示的自适应控制过程，该自适应控制过程中，可以在充电开始后监控充电的电流和电压，从而获得电流随时间的变化率di/dt和电压随时间的变化率du/dt，这两个数值可以对应两个权重系数K1和K2。而根据K1和K2的值并结合大数据学习可以得到一个最优权重系数K3，由此可以通过权重系数对电池充电时的输出功率进行控制，完成整个充电过程。

步骤S305，当在类型监测中电池被判断为非石墨烯改性电池时，则使用第二充电模式对电池进行充电至充电完成。在充电过程中，充电器也会对其进行监控，其作用可以是为保证充电过程的安全，防止因电池自身的问题产生过热、起火，也可在发生此类问题后通过查阅相关充电数据来判断发生问题的原因等。

步骤S306,充电完成后，拔出充电器。

特别地，本申请实施例中的方法和/或实施例可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在该计算机程序被处理单元执行时，执行本申请的方法中限定的上述功能。

附图中的流程图或框图示出了按照本申请各种实施例的设备、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的针对硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

需要注意的是，本申请可在软件和/或软件与硬件的组合体中被实施，例如，可采用专用集成电路(ASIC)、通用目的计算机或任何其他类似硬件设备来实现。在一些实施例中，本申请的软件程序可以通过处理器执行以实现上文步骤或功能。同样地，本申请的软件程序(包括相关的数据结构)可以被存储到计算机可读记录介质中，例如，RAM存储器，磁或光驱动器或软磁盘及类似设备。另外，本申请的一些步骤或功能可采用硬件来实现，例如，作为与处理器配合从而执行各个步骤或功能的电路。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一、第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (6)

1.一种适用于石墨烯改性电池的充电方法，其特征在于，该方法包括：

对电池的类型进行检测；

若所述电池的类型是石墨烯改性电池，采用第一充电模式对所述石墨烯改性电池进行充电，其中，所述第一充电模式为：根据最大安全功率对所述石墨烯改性电池进行充电；

充电开始后，进入缓冲阶段，控制电池的电压上升、电流不改变；

当电池单个电芯的电压达到第一切换电压时，进入恒流阶段，控制电池的电压继续上升、电流不改变；

当电池单个电芯的电压上升至第二切换电压时，进入均衡阶段，控制电池的各个电芯的充电状态一致；

实时监测充电过程中的电池状态数据，并根据所述电池状态数据中的电压和/或电流，判断所述电压和/或电流是否处于第二预设范围内；

若未处于第二预设范围内，则根据监测到的所述电池状态数据中的电压和/或电流，调整充电的电压和/或电流；

判断当前的电池温度是否达到温度阈值，以及电池温度的变化率是否超过温度变化率阈值；

若当前的电池温度达到温度阈值或电池温度的变化率超过温度变化率阈值，则确定当前的充电功率超出最大安全功率；否则，确定当前的充电功率未超出最大安全功率；

若超出最大安全功率，则降低充电的电流。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，对电池的类型进行检测，包括：

对电池的内阻进行检测，获取内阻数值；

根据所述内阻数值确定所述电池是否为石墨烯改性电池。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，在对电池的类型进行检测之前，还包括：

对电池与充电器的连接状态进行检测，确定连接状态正常。

4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，对电池与充电器的连接状态进行检测，确定连接状态正常，包括:

对连接电池后的充电回路的线阻进行检测，获取线阻数值；

若所述线阻数值在第一预设范围内，则确定连接状态正常。

5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，在所述缓冲阶段、恒流阶段和均衡阶段，自动调整充电策略，选择最大安全功率以及对应的电压电流曲线控制充电的电压和/或电流，其中，所述充电策略基于历史充电状态数据通过机器学习的方式获得。

6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，该方法还包括：

若所述电池的类型为非石墨烯改性电池，则采用第二充电模式对所述非石墨烯改性电池进行充电，其中，所述第二充电模式为；

通过恒流模式将电池单个电芯的电压充至第三切换电压；

切换至恒压模式对电池进行充电，直至充电完成。