CN114361627A - 一种锂电池充放电方法及其装置和用途 - Google Patents

一种锂电池充放电方法及其装置和用途 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电动车充放电方法及其装置和用途，所述锂电池充放电方法通过检测锂电池的停用时间和锂电池电压，将其与预设阈值进行比较，并通过放电电路使得锂电池电压维持在安全电压以下，进而避免因锂电池高的电化学活性造成锂电池的损坏，同时，通过检测锂电池进入休眠状态的时间及锂电池休眠电压，将其与预先设定的阈值进行比较，通过充电电路对锂电池进行适时适量的充电，避免锂电池因自放电造成容量和性能的明显衰退，延长锂电池的使用寿命。

Description

一种锂电池充放电方法及其装置和用途
本申请是针对申请号为2020109298168，申请日为2020年9月7日，发明名称为一种锂电池充放电方法及其装置和用途的中国专利申请的分案申请。
技术领域
本发明属于锂电池领域，涉及一种锂电池充放电方法及其装置和用途。
背景技术
锂电池自上世界九十年代商业化后，目前在电动汽车、数码产品、电瓶车等各个行业得到了广泛的应用，电池内部在闲置状态会由于电化学反应导致性能下降，且如果长时间不使用电压会降低到临界值之下，电池容量和性能会发生明显的衰退，影响电池寿命，严重的甚至会发生漏电。
CN102148410A公开了一种电池充电方法，用以提升电池寿命；其所述电池充电方法主要在于随着电池剩余容量及闲置时间至少其中的一变动而调整适当的充电截止电压，而且，充电截止电压并非固定值，其会随着电池当前的状态有所改变，进而增加电池的充电效率；其虽然能根据电池闲置时间调整充电截止电压进而改善电池的充电效率，延长电池的寿命，但并未解决电池因长时间闲置引起的电池容量和性能的衰退的问题，且其对电池使用寿命的改善效果不足。
CN103402026A公开了一种移动终端闲置模式的处理方法及移动终端，具体包括：预先设置所述移动终端在长期闲置模式下电池电量的最佳存储范围值；开启所述移动终端的长期闲置模式，并且每隔一固定时间检测当前电池电量并获取所述电池电量，将获取的所述电池电量与预先设置保存的最佳存储范围值的上限和下限进行比较；当所述当前电池电量在所述最佳存储范围值内，则发出关机指令，使移动终端自动关机；当所述当前电池电量不在所述最佳存储范围值，则发出放电或充电指令以使电池电量达到最佳存储范围值内；目前已知的监测方法，往往只考虑电池的电量，而不关注电池电量与时间的相互匹配关系，而如果只监控电量，而忽略时间，会导致电池在不使用时频繁地充放电，影响电池和电器性能。
因此，开发一种可靠的、且能有效避免锂电池因长期闲置造成的电池容量及性能的衰退，延长电池使用寿命的锂电池的充放电方法仍具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂电池充放电方法及其装置和用途，所述锂电池充放电方法通过检测锂电池的停用时间和锂电池电压，将其与预设阈值进行比较，并通过放电电路使得锂电池电压维持在安全电压以下，进而避免因锂电池高的电化学活性造成锂电池的损坏，同时，通过检测锂电池进入休眠状态的时间及锂电池休眠电压，将其与预先设定的阈值进行比较，通过充电电路对锂电池进行适时适量的充电，避免锂电池因自放电造成容量和性能的明显衰退，延长锂电池的使用寿命。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种锂电池充放电方法，所述方法包括设置锂电池的停用时间阈值t1、停用预设电压V1、休眠时间阈值t4、休眠第一电压阈值V2及休眠第二电压阈值V3，且V2小于V3；
所述方法包括以下步骤：
（1）检测锂电池停用时间t2；
（2）当t2大于等于t1时，检测锂电池电压V＇；
（3）当V＇大于V1，开启放电电路，对锂电池进行放电，放电至V＇小于等于V1时，断开放电电路，锂电池进入休眠状态；
（4）检测锂电池进入休眠状态时间t3；
（5）当t3大于等于t4，检测锂电池休眠电压V4；
（6）当V4小于V2，开启充电电路，对锂电池进行充电，当V4等于V3，断开充电电路。
步骤（3）中若检测锂电池电压V＇小于等于V1，则不进行放电操作，锂电池进入休眠状态，至检测锂电池休眠电压V4小于V2，则进行充电操作。
本发明所述锂电池充放电方法中，设置停用时间阈值及停用预设电压，当电池超过停用时间阈值时，检测锂电池电压，当检测到的锂电池电压大于停用预设电压，则开启放电电路进行放电至锂电池电压小于等于停用预设电压，之后锂电池进入休眠状态；通过上述停用时间阈值和停用预设电压的设置能避免锂电池由于高的电化学活性引起的电池损坏，通过放电电路使得锂电池电压释放到安全电压以下。
本发明中锂电池停用时间阈值的设置可以根据实际所应用的领域进行调整，比如对于手机等3C产品，停用时间阈值可以设置为5-10天，而如果是电动汽车等产品，停用时间阈值为7-30天甚至更长；所述停用时间阈值可根据该产品的日常使用频率进行测算，也可根据所使用的电池体系的性能进行预估；本发明所述方法停用时间阈值和停用预设电压的设置，通过放电电路释放电压到安全电压以下，解决了锂电池高的电化学活性可能引起的锂电池损坏的问题。
本发明上述放电过程一方面使得锂电池的电压处于安全电压，避免锂电池高的电化学活性可能引起的锂电池损坏，锂电池的最佳存储容量可以根据实际的应用场景或实际的电器进行设定。
另外，当锂电池放电结束后，锂电池电压处于安全电压，锂电池进入休眠状态，由于锂电池的自放电现象，电池内部化学反应同样会使得锂电池容量变小，例如锂电池每月会损失2-3%的放电量；如果任由自放电现象，电池长期不使用会导致锂电池电压过低，影响电池寿命；本发明所述锂电池充放电方法中，设置休眠时间阈值，当锂电池进入休眠时间的时长大于等于休眠时间阈值时，检测锂电池休眠电压，当休眠电压小于休眠第一电压阈值时，则控制充电电路闭合与锂电池形成通路，对锂电池进行充电；当检测到锂电池休眠电压等于休眠第二电压阈值时，停止充电；进而实现处于休眠状态的锂电池休眠电压维持在休眠第一电压阈值和休眠第二电压阈值之间，避免锂电池容量和性能衰退，延长锂电池使用寿命。
本发明所述充放电方法适用于锂电池闲置状态，其中，停用时间指的是锂电池停止使用的时间。
优选地，所述停用预设电压V1为锂电池标称电压的70%-90%，例如75%、80%或85%等。
本发明中停用预设电压在上述范围内，其有利于避免锂电池的性能衰退，同时避免电池损坏。
优选地，步骤（3）中放电电路与锂电池连接的方式包括旁路耦合。
优选地，所述放电电路的放电器件包括灯珠、电阻及信号发射器中的至少一种，优选为灯珠和/或信号发射器。
本发明中，当锂电池停用时间大于等于预设的停用时间阈值时，检测锂电池电压，当检测到的锂电池电压大于停用预设电压时，与锂电池通过旁路耦合的放电电路闭合形成通路，通过放电器件进行放电；本发明优选放电器件采用灯珠和/或信号发射器；在放电过程中，用户可观察或接受到信号，了解锂电池的使用状态；当检测到锂电池电压小于等于停用预设电压时，切断放电电路，停止放电；对于大功率电器，可以使用对应的具有较大功率的放电器件进行放电，任何已知的不违背本发明构思的放电方法均能用于本发明中。
优选地，所述锂电池停用时间t2、锂电池电压V＇、锂电池进入休眠状态时间t3及锂电池休眠电压V4均通过电池管理系统进行检测。
优选地，所述电池管理系统用于检测锂电池停用时间t2、锂电池电压V＇、锂电池进入休眠状态时间t3及锂电池休眠电压V4。
优选地，所述电池管理系统用于控制放电电路和充电电路的闭合或断开。
本发明中当电池管理系统检测到锂电池电压V＇大于V1时，即控制放电电路闭合，锂电池通过放电电路进行放电；当电池管理系统检测到锂电池电压V＇小于等于V1时，即控制放电电路断开，锂电池进入休眠状态。
优选地，所述放电电路采用涓流放电。
本发明所述放电电路采用涓流放电，其尽可能使锂电池在一个较长时间内完成自放电过程，避免对用户“长期不使用”的误判。
较长时间内完成涓流放电过程对电池的性能保持是有利的，与过放电不同，在电池电压处于一个较高的电压值时，缓慢匀速的放电使得电池内部保持活性，有利于保持电池性能。优选地，所述涓流放电的电流为10mA~100mA或者0.001-0.01C，例如20 mA、30 mA、40 mA、50 mA、60 mA、70 mA、80 mA或90 mA等，优选为50mA~60mA，具体的放电电流可以根据实际使用的产品和应用体系、环境决定。
休眠时间t4指的是锂电池的深度放电导致锂电池产生性能的不可逆影响所对应的时间，也即电池放电到内部发生不可逆化学反应的时间；在选取阈值t4时，可以考虑将电压为V1到电池自放电至内部发生不可逆反应的时间，作为一种实施方式，也可以为85%V1的电压到电池自放电至内部发生不可逆反应的时间。
优选地，所述充电电路采用涓流充电；优选为脉冲电流。
优选地，所述涓流充电的电流小于主充电程序充电电流的1%，例如0.3%、0.5%或0.8%等。
优选地，所述充电电路设置有电源，所述电源通过增压电路连接所述锂电池。
第二方面，本发明提供了如第一方面所述的锂电池充放电方法使用的充放电控制装置，所述充放电控制装置包括电池管理系统、充电电路和放电电路；所述电池管理系统用于检测锂电池停用时间t2、锂电池电压V＇、锂电池进入休眠状态时间t3及锂电池休眠电压V4；所述电池管理系统用于控制充电电路和放电电路的闭合和断开。
本发明所述电池管理系统具有检测、判断和控制功能，其能检测锂电池停用时间t2、锂电池电压V＇、锂电池进入休眠状态时间t3及锂电池休眠电压V4；同时，电池管理系统内可预先设置锂电池的停用时间阈值t1、停用预设电压V1、休眠时间阈值t4、休眠第一电压阈值V2及休眠第二电压阈值V3，且V2小于V3；当锂电池处于停止使用状态，当检测到锂电池停用时间大于等于停用时间阈值时，电池管理系统检测锂电池电压，并对检测到的电池电压值与停用预设电压进行比较判断，当检测到的锂电池电压大于停用预设电压时，电池管理系统控制放电电路闭合，对锂电池进行放电；之后当检测到锂电池电压小于等于停用预设电压时，电池管理系统控制放电电路断开，停止放电，锂电池进入休眠状态；电池管理系统检测锂电池进入休眠时间大于等于休眠时间阈值时，电池管理系统检测锂电池休眠电压，当锂电池休眠电压小于休眠第一电压阈值时，电池管理系统控制充电电路开启，对锂电池进行充电，当检测到锂电池电压等于休眠第二电压阈值时，电池管理系统切断充电电路，使得锂电池电压维持在稳定范围内，避免锂电池容量和性能的衰退，延长锂电池使用寿命。
优选地，所述锂电池包括电池组。
优选地，所述电池组的个数大于等于2个，例如3个、4个、5个或6个等。
优选地，每组电池组各自独立的连接电池管理系统、充电电路和放电电路。
本发明所述充放电控制装置可针对多个电池组，每个电池组独立的连接到电池管理系统、充电电路、放电电路；当某一个电池组的电压达到阈值时，电池管理系统单独对该电池组进行充电或放电操作，而不影响其他电池组。
第三方面，本发明提供了如第一方面所述的锂电池充放电方法的用途，所述方法应用于包含锂电池的器具和/或载具中。
优选地，所述方法应用于电动汽车、无人机、电瓶车或3C产品中。
特别优选地，所述方法应用于电动汽车的充放电中，由于充电桩的存在，所述方法所对应的控制程序可以内置于充电桩中，使得充电桩可以对汽车电池进行实时的充放电控制，更为有利于汽车电池性能的保持；其中，所述放电装置可以内置于充电桩中，也可以置于充电桩之外。
本发明所述充放电方法尤其适用于电动汽车或其他居家电器中，以电动汽车为例，当用户长时间在外，电动汽车处于闲置过程中时，电池管理系统与充电桩控制器电连接，根据电池电压的测试结果，当电池电压小于休眠第一电压阈值时，电池管理系统控制充电桩对锂电池进行涓流充电，进而延长电动汽车中锂电池的使用寿命。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明所述锂电池充放电方法通过检测锂电池停用时间、锂电池电压，将其与预先设置的停用时间阈值及停用预设电压进行比较，并通过放电电路对锂电池进行放电，使得锂电池电压降低至安全电压以下，避免锂电池内部高的电化学活性引起的锂电池损坏，同时使得锂电池进入休眠状态，通过检测锂电池进入休眠状态时间及锂电池休眠电压，将其与预先设定的休眠时间阈值及休眠第一电压阈值进行比较，通过充电电路使得锂电池电压维持在设定的范围内，避免因锂电池自放电引起的电池容量和性能的明显衰退，延长锂电池的使用寿命。
附图说明
图1是本发明所述锂电池充放电方法的流程示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
本发明所述锂电池充放电方法的流程示意图如图1所示，由图1可以看出，所述充放电方法包括以下步骤：
设置锂电池的停用时间阈值t1、停用预设电压V1、休眠时间阈值t4、休眠第一电压阈值V2及休眠第二电压阈值V3，且V2小于V3；
所述方法包括以下步骤：
（1）检测锂电池停用时间t2；
（2）当t2大于等于t1时，检测锂电池电压V＇；
（3）当V＇大于V1，开启放电电路，对锂电池进行放电，放电至V＇小于等于V1时，断开放电电路，锂电池进入休眠状态；
（4）检测锂电池进入休眠状态时间t3；
（5）当t3大于等于t4，检测锂电池休眠电压V4；
（6）当V4小于V2，开启充电电路，对锂电池进行充电，当V4等于V3，断开充电电路。
实施例1
一种电动汽车充放电方法，锂电池满充电压为350V，设置锂电池的停用时间阈值t1为25天、停用预设电压V1为330V、休眠时间阈值t4为1周、休眠第一电压阈值V2为290V，休眠第二电压阈值V3为310V；
所述充放电方法包括以下步骤：
（1）检测锂电池停用时间t2，记录t2；
（2）t2≥t1，检测锂电池电压V＇；
（3）V＇大于V1，开启放电电路，对锂电池进行涓流放电，放电电流为0.003C，放电至V＇=V1时，断开放电电路，锂电池进入休眠状态；
（4）检测锂电池的进入休眠状态时间t3，记录t3；
（5）t3≥t4，检测锂电池休眠电压V4；
（6）V4小于V2，开启充电电路，对锂电池进行涓流充电，充电电流为0.01C，当V4等于V3时，断开充电电路。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (9)

1.一种电动汽车充放电方法，其特征在于，所述方法包括设置锂电池的停用时间阈值t1、停用预设电压V1、休眠时间阈值t4、休眠第一电压阈值V2及休眠第二电压阈值V3，且V2小于V3；
所述方法包括以下步骤：
（1）检测锂电池停用时间t2；
（2）当t2大于等于t1时，检测锂电池电压V＇；
（3）当V＇大于V1，开启放电电路，对锂电池进行放电，放电至V＇小于等于V1时，断开放电电路，锂电池进入休眠状态；
（4）检测锂电池进入休眠状态时间t3；
（5）当t3大于等于t4，检测锂电池休眠电压V4；
（6）当V4小于V2，开启充电电路，对锂电池进行充电，当V4等于V3，断开充电电路。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述停用预设电压V1为锂电池标称电压的70%-90%。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤（3）中放电电路与锂电池连接的方式包括旁路耦合；
优选地，所述放电电路的放电器件包括灯珠、电阻及信号发射器中的至少一种，优选为灯珠和/或信号发射器。
4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述锂电池停用时间t2、锂电池电压V＇、锂电池进入休眠状态时间t3及锂电池休眠电压V4均通过电池管理系统进行检测。
5.如权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述放电电路采用涓流放电。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述涓流放电的电流为10mA~100mA，优选为50mA~60mA。
7.如权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述充电电路采用涓流充电；优选为脉冲电流；
优选地，所述涓流充电的电流小于主充电程序充电电流的1%。
8.如权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，所述充电电路设置有电源，所述电源通过增压电路连接所述锂电池。
9.如权利要求1-8任一项所述的方法使用的充放电控制装置，其特征在于，所述充放电控制装置包括电池管理系统、充电电路和放电电路；所述电池管理系统用于检测锂电池停用时间t2、锂电池电压V＇、锂电池进入休眠状态时间t3及锂电池休眠电压V4；所述电池管理系统用于控制充电电路和放电电路的闭合和断开；
优选地，所述锂电池包括电池组；
优选地，所述电池组的个数大于等于2个；
优选地，每组电池组各自独立的连接电池管理系统、充电电路和放电电路。
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