CN113728528A - 充电方法、电子装置以及存储介质 - Google Patents

Abstract

一种电池的充电方法，包括：以第一充电电流I₁对所述电池恒流充电至第一电压U₁，并以所述第一电压U₁对所述电池恒压充电至第一充电截止电流I′₁(S1)；以所述第一充电电流I₁对所述电池恒流充电至第二电压U₂，其中，U₂为所述电池的充电限制电压，U₂＞U₁(S2)；及以第二充电电流I₂对所述电池恒流充电至第三电压U₃，并以所述第三电压U₃对所述电池恒压充电至第二充电截止电流I′₂，其中，U₃＞U₂，I₂＜I₁，且I′₁≤I′₂(S3)。一种电子装置和介质，可以缩短电池在高电压下的时间，改善电池在循环充放电过程中的容量衰减。

Description

充电方法、电子装置以及存储介质

技术领域

本申请涉及电池技术领域，尤其涉及一种充电方法、电子装置以及存储介质。

背景技术

在锂离子电池体系内，内部材料(如阴阳极材料与电解液)是其重要组成部分。在电池循环充放电过程中，所述内部材料会因发生化学或电化学反应而消耗，进而影响电池的容量和倍率等性能。电池充电过程中的高电压和高电压持续的时间均会影响电池的化学或电化学反应。现有的充电方法如多步充电、极限快充等均会对电池性能有一定的改善，但是改善程度有限。如多步充电的方法，虽然可以缩短电池处于高电压的时间。但是电池的充电倍率会持续减小，不管是电池的整体充电时间还是处于高电压下的时间并没有明显的缩短，对于电池性能的改善效果不显著。又如极限快充的方法，可以显著减少充电时间，但是因为没有分步充电，该方法在高电压下的时间仍然相对较长，对于整体性能的改善效果也不显著。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种电池的充电方法、电子装置以及存储介质，可以满足电池满充的要求。

本申请一实施方式提供了一种电池的充电方法。所述方法包括：以第一充电电流I₁对所述电池恒流充电至第一电压U₁，并以所述第一电压U₁对所述电池恒压充电至第一充电截止电流I′₁；以所述第一充电电流I₁对所述电池恒流充电至第二电压U₂；及以第二充电电流I₂对所述电池恒流充电至第三电压U₃，并以所述第三电压U₃对所述电池恒压充电至第二充电截止电流I′₂。U₂为所述电池的充电限制电压，U₂＞U₁，U₃＞U₂，I₂＜I₁，且I′₁≤I′₂。

根据本申请的一些实施方式，所述方法还包括确定所述第一电压U₁。所述确定所述第一电压U₁的步骤包括：确定所述电池中阴极材料的相变电位V_c；获取所述电池在所述相变电位下的荷电状态，进而确定对应的阳极电位V_a；及基于所述相变电位V_c和所述阳极电位V_a得到所述电池的电压U_cv，其中，U_cv＝V_c-V_a，U₁＝U_cv。

根据本申请的一些实施方式，所述方法还包括确定所述第一充电电流I₁。所述确定所述第一充电电流I₁的步骤包括：在所述电池放电至满放状态后，在预设温度下使用第一预设电流对所述电池充电至满充状态；使用第二预设电流对所述电池进行放电至满放状态；循环执行使用所述第一预设电流对所述电池充电至满充状态和使用所述第二预设电流对所述电池进行放电至满放状态预设次数后，确定所述电池的阳极极片是否出现析锂；及若所述电池的阳极极片出现析锂，确定所述第一预设电流为所述电池在所述预设温度下的第一充电电流I₁。

根据本申请的一些实施方式，所述确定所述第一充电电流I₁的步骤还包括：若所述电池的阳极极片没有出现析锂，调整所述第一预设电流；在所述预设温度下使用调整后的第一预设电流对所述电池充电至满充状态；使用第二预设电流对所述电池进行放电至满放状态；循环执行使用所述调整后的第一预设电流对所述电池充电至满充状态和使用所述第二预设电流对所述电池进行放电至满放状态预设次数后，确定所述电池的阳极极片是否出现析锂；及若所述电池的阳极极片出现析锂，确定所述调整后的第一预设电流为所述电池在所述预设温度下的第一充电电流I₁。

根据本申请的一些实施方式，U₂＜U₃≤U₂+500mV。

根据本申请的一些实施方式，0.5I₁＜I₂＜I₁。

根据本申请的一些实施方式，0.1C＜I′₁＜0.6C，其中，C为充放电倍率。

根据本申请的一些实施方式，0.1C＜I′₂＜0.6C。

根据本申请的一些实施方式，所述方法还包括设定第一电压U₁、第二电压U₂、第三电压U₃、第一充电电流I₁、第二充电电流I₂、第一充电截止电流I′₁、及第二充电截止电流I′₂值。

本申请一实施方式提供一种电子装置，所述电子装置包括：电池和处理器，所述处理器用于执行如上所述的充电方法对所述电池进行充电。

本申请一实施方式提供一种存储介质，其上存储有至少一条计算机指令，所述指令由处理器加载并用于执行如上所述的充电方法。

本申请的实施方式通过在电池电压达到第一电压之前，先利用恒流加恒压的充电方法尽量充入更多的电量，并在后续充电过程中利用大倍率恒流加过充的充电方法。不仅可以保证电池的快速充电，还可以缩短电池在高电压下的时间，改善电池在循环充放电过程中的容量衰减。

附图说明

图1是根据本申请一实施方式的电子装置的示意图。

图2是根据本申请一实施方式的充电方法的流程图。

图3是根据本申请一实施方式的充电过程中电流随时间变化的示意图。

图4是根据本申请一实施方式的充电过程中电压随时间变化的示意图。

图5是分别采用传统方法和本申请的充电方法对电池进行充放电的电池容量衰减对比示意图。

图6是根据本申请一实施方式的充电系统的功能模块图。

主要元件符号说明

电子装置 1

充电系统 10

存储器 11

处理器 12

电池 13

第一充电模块 101

第二充电模块 102

第三充电模块 103

具体实施方式

下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。

请参阅图1，图1为本申请一实施例的电子装置的示意图。参阅图1所示，充电系统10运行于电子装置1中。所述电子装置1包括，但不仅限于，存储器11、至少一个处理器12及电池13，所述存储器11、至少一个处理器12及电池13之间可以通过总线连接，也可以直接连接。

在一个实施例中，所述电池13为可充电电池，用于给所述电子装置1提供电能。例如，所述电池13可以是锂离子电池、锂聚合物电池及磷酸铁锂电池等。所述电池13包括至少一个电池单元(battery cell)，其可适用于可循环再充电的方式。所述电池13通过电源管理系统与所述处理器12逻辑相连，从而通过所述电源管理系统实现充电、放电、以及功耗管理等功能。

需要说明的是，图1仅为举例说明电子装置1。在其他实施方式中，电子装置1也可以包括更多或者更少的元件，或者具有不同的元件配置。所述电子装置1可以为电动摩托、电动单车、电动汽车、手机、平板电脑、个人数字助理、个人电脑，或者任何其他适合的可充电式设备。

尽管未示出，所述电子装置1还可以包括无线保真(Wireless Fidelity，Wi-Fi)单元、蓝牙单元、扬声器等其他组件，在此不再一一赘述。

请参阅图2，图2为根据本申请一实施方式的电池的充电方法的流程图。根据不同的需求，所述流程图中步骤的顺序可以改变，某些步骤可以省略。本申请从电池材料在充电过程中的稳定性出发，提出一种充电方法，可以缩短电池在高电压下的时间，改善电池在循环充放电过程中的容量衰减和极化增长。具体地，所述充电方法可以包括以下步骤：

步骤S1：以第一充电电流I₁对所述电池恒流充电至第一电压U₁，并以所述第一电压U₁对所述电池恒压充电至第一充电截止电流I′₁。

在本实施方式中，先通过恒流恒压的充电方法，使得电池的电压在达到稳定电压(即第一电压U₁)前，尽量充入更多的电量。进而缩短电池的电压在大于所述稳定电压后的充电时间。

在本实施方式中，所述方法还包括确定所述第一充电电流I₁。具体地，所述确定所述第一充电电流I₁的步骤包括：在所述电池放电至满放状态后，在预设温度下使用第一预设电流(如1C)对所述电池充电至满充状态；使用第二预设电流(如0.2C)对所述电池进行放电至满放状态；循环执行使用所述第一预设电流对所述电池充电至满充状态和使用所述第二预设电流对所述电池进行放电至满放状态预设次数(如5次)后，确定所述电池的阳极极片是否出现析锂；及若所述电池的阳极极片出现析锂，确定所述第一预设电流为所述电池在所述预设温度下的第一充电电流I₁。若所述电池的阳极极片没有出现析锂，调整所述第一预设电流(如调整后的第一预设电流为1.1C)；在所述预设温度下使用调整后的第一预设电流对所述电池充电至满充状态；使用第二预设电流对所述电池进行放电至满放状态；循环执行使用所述调整后的第一预设电流对所述电池充电至满充状态和使用所述第二预设电流对所述电池进行放电至满放状态预设次数(如5次)后，确定所述电池的阳极极片是否出现析锂；及若所述电池的阳极极片出现析锂，确定所述调整后的第一预设电流(即随着充电电流的增大，刚开始发生析锂的电流)为所述电池在所述预设温度下的第一充电电流I₁。

需要说明的是，还可以确定不同温度下的所述第一充电电流。具体地，调节所述预设温度，通过上述确定所述第一充电电流I₁的方法进行相同充电流程及析锂状态分析，可以得到不同温度下所述电池的第一充电电流。

在本实施方式中，所述方法还包括确定所述第一电压U₁。具体地，所述确定所述第一电压U₁的步骤包括：确定所述电池中阴极材料的相变电位V_c；获取所述电池在所述相变电位下的荷电状态，进而确定对应的阳极电位V_a；及基于所述相变电位V_c和所述阳极电位V_a得到所述电池的电压U_cv，其中，U_cv＝V_c-V_a，U₁＝U_cv。

在本实施方式中，所述第一充电截止电流的大小与电池的充电时间和充电容量相关。具体地，为了使电池的电压在达到稳定电压前，尽量充入更多的电量，缩短电池的充电时间，需要限制所述第一充电截止电流I′₁的大小。若所述第一充电截止电流太小，需要更长的时间才能使所述电池的电压达到所述稳定电压，并且充入所述电池中的电量过少；若所述第一充电截止电流太大，无法实现在所述电池的电压达到所述稳定电压尽量充入更多电量的目的。因此，在本申请中，0.1C＜I′₁＜0.6C，其中，C为充放电倍率。

需要说明的是，所述充放电倍率是指在规定时间内充电至额定容量或者放出其额定容量时所需要的电流值，它在数值上等于充放电电流/电池额定容量。例如，当额定容量为10Ah电池以2A放电时，其放电倍率为0.2C；以20A放电时，则其放电倍率为2C。在本实施方式中，所述满放状态为所述电池放电后，所述电池中的电量为0。在其他实施方式中，所述满放状态可以为所述电池放电至预设电量。

步骤S2：以所述第一充电电流I₁对所述电池恒流充电至第二电压U₂，其中，U₂为所述电池的充电限制电压，U₂＞U₁。

在本实施方式中，在电池通过恒流恒压充电到第一电压U1，需要继续对所述电池充电至所述电池的充电限制电压(即第二电压U₂)，U₂＞U₁。如此，可以利用大倍率恒流充电加过充的方法，减少所述电池处于高电压下的时间。

步骤S3：以第二充电电流I₂对所述电池恒流充电至第三电压U₃，并以所述第三电压U₃对所述电池恒压充电至第二充电截止电流I′₂，其中，U₃＞U₂，I₂＜I₁。

在本实施方式中，在对所述电池充电至充电限制电压后，还需要将所述电池充电至满充状态。通过采用拓宽充电限制电压的方法，使得电池充电至满充状态。即将所述电池的充电限制电压第二电压U₂拓宽至第三电压U₃，即U₃＞U₂。但所述第三电压不得高于所述电池的电芯体系中电解液的分解电位，因此，U₂＜U₃≤U₂+500mV。所述U₃≤U₂+500mV可以满足所述电池不会出现析锂现象。需要说明的是，所述第三电压U₃为电池在满充状态下的电压，并且在一较佳实施方式中满足U₂＜U₃≤U₂+100mV。

在本申请中，在对所述电池充电至第二电压U₂后，通过降电流的充电方法，使得电池的电压达到第三电压U₃。因此，所述第二充电电流I₂小于所述第一充电电流I₁。进一步优选U₂＜U₃≤U₂+100mV。

在本实施方式中，所述第二充电电流I₂为所述电池过充的恒流充电电流。需要综合考虑所述第二充电电流I₂及过充电压，保证采用所述第二充电电流I₂进行过压充电时，所述电池的阳极不发生析锂，阴极不发生过脱锂。因此，所述第二充电电流的大小需要满足0.5I₁＜I₂＜I₁。

另外需要说明的是，确定所述电池的阳极是否发生析锂的方法和确定所述电池的阴极不过脱锂的方法都是现有技术，在此不再赘述。

在本实施方式中，所述第二充电截止电流I′₂主要受充电容量的影响，利用恒压截止电流保证充电容量，同时可以控制充电时间。所述第二充电截止电流的大小满足0.1C＜I′₂＜0.6C，且I′₁≤I′₂。

在本申请中，通过使用第一充电电流I₁对所述电池恒流充电至第一电压U₁，以所述第一电压U₁对所述电池恒压充电至第一充电截止电流I′₁；以所述第一充电电流I₁对所述电池恒流充电至第二电压U₂；以第二充电电流I₂对所述电池恒流充电至第三电压U₃，并以所述第三电压U₃对所述电池恒压充电至第二充电截止电流I′₂。其中，在整个充电过程中，电流随时间变化的示意图如图3所示，电压随时间变化的示意图如图4所示。另外，在所述电池的电压达到第一电压前的恒流恒压充电可以采用一步恒流恒压充电，也可以是多步恒流恒压充电。若是多步充电的话，则充电电压逐步提升，充电电流逐渐减少，参考现有的多步充电方法。

在本申请中，所述充电方法还包括设定所述第一电压U₁、第二电压U₂、第三电压U₃、第一充电电流I₁、第二充电电流I₂、第一充电截止电流I′₁及第二充电截止电流I′₂值。

本申请实施例提供的充电方法可以大幅降低电池在高电压下所处的时间，可显著抑制电极材料的副反应过程，对于循环过程中的电池性能的改善具有重大的意义。

为了使本申请的发明目的、技术方案和技术效果更加清晰，以下结合附图和实施例，对本申请进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中给出的实施例只是为了解释本申请，并非为了限定本申请，本申请并不局限于说明书中给出的实施例。

对比例1

采用传统的充电方法(如恒流恒压充电方法)对所述电池进行充电。其中，所述电池在充电过程中的环境温度以45℃为例。

1)使用1.5C的充电电流对所述电池进行恒流充电至4.4V；

2)以恒定的充电电压4.4V对电池恒压充电至截止电流0.05C；

3)将电池静置5min；

4)使用0.5C的放电电流对所述电池进行恒流放电至放电截止电压3.0V；

5)将电池静置5min；

6)循环上述步骤1)至步骤5)500次，即对所述电池进行500次循环充放电。

实施例1：

采用本申请提供的电池的充电方法对所述电池进行充电。其中，所述电池在充电过程中的环境温度以45℃为例。

1)使用1.5C的充电电流对所述电池进行恒流充电至4.1V；

2)以恒定的充电电压4.1V对电池恒压充电至截止电流0.2C；

3)使用1.5C的充电电流对所述电池进行恒流充电至4.4V；

4)使用1C的充电电流对所述电池进行恒流充电至4.5V；

5)以恒定的充电电压4.5V对电池恒压充电至截止电流0.4C；

6)将电池静置5min；

7)使用0.5C的放电电流对所述电池进行恒流放电至放电截止电压3.0V；

8)将电池静置5min；

9)循环上述步骤1)至步骤8)500次，即对所述电池进行500次循环充放电。

参阅图5可知，采用传统的充电方法对所述电池进行充放电时，所述电池的容量随着循环次数的增加而衰减得更多，而采用本申请提供的充电方法对所述电池进行充放电时，所述电池的容量随着循环次数的增加而衰减得少。由此可知，本申请提供的充电方法可以改善电池在循环充放电过程中的容量衰减。

请参阅图6，在本实施方式中，所述充电系统10可以被分割成一个或多个模块，所述一个或多个模块可存储在所述处理器12中，并由所述处理器12执行本申请实施例的充电方法。所述一个或多个模块可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，所述指令段用于描述所述充电系统10在所述电子装置1中的执行过程。例如，所述充电系统10可以被分割成图6中的第一充电模块101、第二充电模块102和第三充电模块103。

所述第一充电模块101用于以第一充电电流I₁对所述电池恒流充电至第一电压U₁，并以所述第一电压U₁对所述电池恒压充电至第一充电截止电流I′₁；所述第二充电模块102用于以所述第一充电电流I₁对所述电池恒流充电至第二电压U₂，其中，U₂为所述电池的充电限制电压，U₂＞U₁；及所述第三充电模块103用于以第二充电电流I₂对所述电池恒流充电至第三电压U₃，并以所述第三电压U₃对所述电池恒压充电至第二充电截止电流I′₂，其中，U₃＞U₂，I₂＜I₁，且I′₁≤I′₂。

通过所述充电系统10可以缩短电池在高电压下的时间，改善电池在循环充放电过程中的容量衰减和极化增长。具体内容可以参见上述电池的充电方法的实施例，在此不再详述。

在一实施方式中，所述处理器12可以是中央处理单元(Central ProcessingUnit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者所述处理器12也可以是其它任何常规的处理器等。

所述充电系统10中的模块如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，所述计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、等。

可以理解的是，以上所描述的模块划分，为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在相同处理单元中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在相同单元中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能模块的形式实现。

所述一个或多个模块还可存储在存储器中，并由所述处理器12执行。所述存储器11可以是电子装置1的内部存储器，即内置于所述电子装置1的存储器。在其他实施例中，所述存储器11也可以是电子装置1的外部存储器，即外接于所述电子装置1的存储器。

在一些实施例中，所述存储器11用于存储程序代码和各种数据，例如，存储安装在所述电子装置1中的充电系统10的程序代码，并在电子装置1的运行过程中实现高速、自动地完成程序或数据的存取。

所述存储器11可以包括随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘、智能存储卡(Smart Media Card，SMC)、安全数字(Secure Digital，SD)卡、闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。

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，均应将本申请上述的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。

Claims (10)

1.一种电池的充电方法，其特征在于，所述方法包括：

以第一充电电流I₁对所述电池恒流充电至第一电压U₁，并以所述第一电压U₁对所述电池恒压充电至第一充电截止电流I′₁；

以所述第一充电电流I₁对所述电池恒流充电至第二电压U₂，其中，U₂为所述电池的充电限制电压，U₂＞U₁；及

以第二充电电流I₂对所述电池恒流充电至第三电压U₃，并以所述第三电压U₃对所述电池恒压充电至第二充电截止电流I′₂，其中，U₃＞U₂，I₂＜I₁，且I′₁≤I′₂。

2.如权利要求1所述的充电方法，其特征在于，所述方法还包括确定所述第一电压U₁，所述确定所述第一电压U₁的步骤包括：

确定所述电池中阴极材料的相变电位V_c；

获取所述电池在所述相变电位下的荷电状态，进而确定对应的阳极电位V_a；及

基于所述相变电位V_c和所述阳极电位V_a得到所述电池的电压U_cv，其中，U_cv＝V_c-V_a，U₁＝U_cv。

3.如权利要求1所述的电池的充电方法，其特征在于，所述方法还包括确定所述第一充电电流I₁，所述确定所述第一充电电流I₁的步骤包括：

在所述电池放电至满放状态后，在预设温度下使用第一预设电流对所述电池充电至满充状态；

使用第二预设电流对所述电池进行放电至满放状态；

循环执行使用所述第一预设电流对所述电池充电至满充状态和使用所述第二预设电流对所述电池进行放电至满放状态预设次数后，确定所述电池的阳极极片是否出现析锂；及

若所述电池的阳极极片出现析锂，确定所述第一预设电流为所述电池在所述预设温度下的第一充电电流I₁。

4.如权利要求3所述的充电方法，其特征在于，所述确定所述第一充电电流I₁的步骤还包括：

若所述电池的阳极极片没有出现析锂，调整所述第一预设电流；

在所述预设温度下使用调整后的第一预设电流对所述电池充电至满充状态；

使用第二预设电流对所述电池进行放电至满放状态；

循环执行使用所述调整后的第一预设电流对所述电池充电至满充状态和使用所述第二预设电流对所述电池进行放电至满放状态预设次数后，确定所述电池的阳极极片是否出现析锂；及

若所述电池的阳极极片出现析锂，确定所述调整后的第一预设电流为所述电池在所述预设温度下的第一充电电流I₁。

5.如权利要求1所述的充电方法，其特征在于，U₂＜U₃≤U₂+500mV。

6.如权利要求1所述的充电方法，其特征在于，0.5I₁＜I₂＜I₁。

7.如权利要求1所述的充电方法，其特征在于，0.1C＜I′₁＜0.6C，其中，C为充放电倍率。

8.如权利要求7所述的充电方法，其特征在于，0.1C＜I′₂＜0.6C。

9.一种电子装置，其特征在于，所述电子装置包括：

电池；以及

处理器，用于执行如权利要求1至8中任意一项所述的充电方法对所述电池进行充电。

10.一种存储介质，其上存储有至少一条计算机指令，其特征在于，所述指令由处理器加载并用于执行如权利要求1至8中任意一项所述的充电方法。

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