CN116365073A - 一种锂电池的阶梯充电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂电池的阶梯充电方法，包括如下步骤：对电池模组进行恒流快速充电；判断电池模组内最高单体电压是否大于电芯的容量电压拐点且电池模组内最大压差是否大于预设压差，若是则进入恒压均衡充电过程，若否则进入阶梯充电过程。本发明在通过充电状态调整充电电压和电流来保证充电速度的前提下延长充电末期的持续时间，可以在不影响客户正常使用的情况下尽可能的延长有效均衡时间，以实现比较好的均衡效果，尽可能的保证电池模组电芯的一致性。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种锂电池的阶梯充电方法。
背景技术
随着石油和煤炭等传统能源日益紧缺以及人们的环境保护意识的增强，锂电池作为绿色安全环保的新能源，已经广泛的应用于我们的生活和工作中，比如动力、储能、后备电源等领域，包括观光车、巡逻车和叉车等小动力应用场景。
相对于镍氢电池的常规电池,锂电池具有工作电压高、能量密度大、自放电率低、无记忆效应等显著优点。但是，锂电池也有单体电芯一致性差、不耐过充、不耐过放等缺点。锂电池充电的时候需要设置充电上限电压，当最高单体电压或总压上升到上限阈值时，电池控制系统会进行限功率并进行保护；同样，放电的时候也需要设置放电下限电压，当最低电压或总压下降到电压下限阈值时，电池控制系统也会进行报警和功率限制，并进行保护。
对锂电池，当前使用的充电控制策略主要有恒流恒压充电、阶梯充电等。恒流恒压充电是先以一个恒定的电流给电池模组充电，充电电流不变，充电电压缓慢升高，最终升高到充电截止电压，之后以恒定的截止电压给电池充电，充电电压维持不变，充电电流会随着充电缓慢降低，等到充电电流降低到设定的截止电流时充电停止。阶梯充电是在恒流恒压充电的基础上进行优化，在充电后期设置多个降流电压点，分段进行多次降流充电。
上述充电控制策略都是以固定的充电电流和充电电压的方式，在锂电池的电池模组一致性比较好的时候基本上能够保证系统安全稳定的进行充电，但是当电池模组随着循环次数的增加而导致一致性比较差的时候，就无法实现好的充电效果，电池模组往往会因为电芯电压不均衡很快就单体过压保护了。
锂动力电池模组的一致性是指由同一规格型号的锂动力电池电芯组成锂动力电池模组后，其电压、荷电量、容量、衰退率、内阻及其随时间变化率、寿命、温度影响、自放电率及其随时间变化率的一致性。同一类型、规格的锂动力电池模组内的各单体电芯在电压、内阻、容量等方面的参数值存在差别，在构成锂动力电池模组后使用时，性能指标往往达不到锂动力电池电芯的原有水平。
锂电池的电池模组主要依赖保护板上的被动均衡电路在充电的时候进行电阻放电来实现将电压高的电放掉，以实现电池容量一致的目的。但是，由于电芯剩余容量与电芯电压并不完全一致，并且保护板电压采集也是有误差的，所以，为了保证均衡的正确性只在充电末期电芯压差比较大的时候进行被动均衡。由于现有充电控制策略充电末期时间短，导致均衡时间短，效果不理想，不能有效的解决模组电芯容量不一致的问题。
发明内容
本发明提出一种锂电池的阶梯充电方法以解决上述技术问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种锂电池的阶梯充电方法，包括如下步骤：
步骤1，以充电请求电压V＝Vmax、充电请求电流I＝Imax对电池模组进行恒流快速充电，其中Vmax为最大请求充电电压，Imax为最大请求充电电流；
步骤2，判断电池模组内最高单体电压是否大于电芯的容量电压拐点Vg且电池模组内最大压差是否大于预设压差Vdiff，若是则进入恒压均衡充电过程，充电请求电压V＝Vchg，Vchg为充电机的充电输出电压值，若否则进入阶梯充电过程；
步骤3，阶梯充电过程中，预设有第一降流电压Vdp1<第二降流电压Vdp2<第三降流电压Vdp3，当电池模组电压V0≥Vdp1时，充电请求电流
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当电池模组电压V0≥Vdp3时，充电请求电流I＝Imin，Imin为最小充电请求电流；
步骤4，若充电停止则退出充电，不停止则返回步骤2。
作为优选，所述步骤2中，恒压均衡充电过程中还包括如下步骤：
步骤21，判断电池模组内最大压差是否大于预设压差Vdiff的1/2，若是则充电请求电压V提高1V；
步骤22，判断充电请求电压V是否大于最大请求充电电压Vmax，若是则充电请求电压V＝Vmax。
作为优选，所述第一降流电压Vdp1、第二降流电压Vdp2、第三降流电压Vdp3分别设置为3500mV、3550mV、3600mV。
作为优选，所述步骤1至4的充电过程中接收到不允许充电的故障告警时，充电请求电压V＝0、充电请求电流I＝0，停止充电。
作为优选，所述不允许充电的故障告警包括以下的一种或多种：电芯电压过高、电芯温度过高、电芯故障、BMS板故障。
与现有技术相比较，本发明在通过充电状态调整充电电压和电流来保证充电速度的前提下延长充电末期的持续时间，可以在不影响客户正常使用的情况下尽可能的延长有效均衡时间，以实现比较好的均衡效果，尽可能的保证电池模组电芯的一致性。
附图说明
图1为本发明一种锂电池的阶梯充电方法的流程图；
图2为本发明一种锂电池的阶梯充电方法中恒压均衡充电过程的流程图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
本发明提供一种锂电池的阶梯充电方法，首先通过大量的实验测试找出电芯的容量电压拐点Vg，拐点前为恒流快速充电阶段，拐点后为充电末期阶梯充电阶段。在经过快速充电阶段后，电池模组的剩余容量基本能够达到95％以上，这个时候如果客户需要使用就可以直接使用，不需要为了剩余不到5％的容量而等待很长时间。但是，如果客户短时间内并不需要使用，小动力电池模组就可以继续进行阶梯充电。进入阶梯充电后，充电控制策略会根据最高体电压和总压等因素进行充电电流和充电电压的控制，延长充电末期的均衡时间，这样就能够更好的维护电池模组的一致性。
如图1所示，本发明的具体步骤如下：
步骤1，以充电请求电压V＝Vmax、充电请求电流I＝Imax对电池模组进行恒流快速充电，其中Vmax为最大请求充电电压，Imax为最大请求充电电流。
步骤2，判断电池模组内最高单体电压是否大于电芯的容量电压拐点Vg且电池模组内最大压差是否大于预设压差Vdiff，若是则进入恒压均衡充电过程，充电请求电压V＝Vchg，Vchg为充电机的充电输出电压值，若否则进入阶梯充电过程。
步骤3，阶梯充电过程中，预设有第一降流电压Vdp1<第二降流电压Vdp2<第三降流电压Vdp3，当电池模组电压V0≥Vdp1时，充电请求电流
当电池模组电压V0≥Vdp2时，充电请求电流/>
当电池模组电压V0≥Vdp3时，充电请求电流I＝Imin，Imin为最小充电请求电流。
步骤4，若充电停止则退出充电，不停止则返回步骤2。
充电过程中，一直进行对电池模组电压的采集，判定电池模组的一致性状态。电池模组的一致性状态很好时，充电控制流程会根据电池模组电压进行3次降电流，直到电池模组充满；而电池模组的一致性状态不太好时，充电控制流程会进行恒压均衡充电，减缓电压上升速度，延长充电时间。上述步骤中，预设压差Vdiff、第一降流电压Vdp1、第二降流电压Vdp2、第三降流电压Vdp3可根据测试不同项目使用电芯得到的充电曲线依据需要进行设定。具体的，所述第一降流电压Vdp1、第二降流电压Vdp2、第三降流电压Vdp3分别设置为3500mV、3550mV、3600mV。
如图2所示，步骤2中，恒压均衡充电过程中可以包括如下步骤：
步骤21，判断电池模组内最大压差是否大于预设压差Vdiff的1/2，若是则充电请求电压V提高1V；
步骤22，判断充电请求电压V是否大于最大请求充电电压Vmax，若是则充电请求电压V＝Vmax。
随着不断的使用，电池模组的一致性状态会越来越差，电池模组进入阶梯充电阶段后会一直判断电池组内的最大压差。如果最大压差值大于预设压差Vdiff，则电池模组进入恒压均衡充电流程，电池模组会先通过通信读取充电机的充电输出电压值Vchg作为充电请求电压，使得充电电压不会再升高，而充电电流会缓慢降低；当充电电流降低到一定程度时，电压高的电芯就会因为开均衡而被拉低，电压低的电芯因为没有开均衡电压会升高，从而使电池模组内的最大压差减小。当电池模组内的最大压差减小到预设压差Vdiff的1/2以下时，充电请求电压在原充电请求电压Vchg的基础上提高1V，直到充电请求电压达到最大充电请求电压Vmax后停止。
进一步的，所述步骤1至4的充电过程中接收到不允许充电的故障告警时，充电请求电压V＝0、充电请求电流I＝0，停止充电。这里，不允许充电的故障告警包括以下的一种或多种：电芯电压过高、电芯温度过高、电芯故障、BMS板故障等。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由本申请的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (5)
1.一种锂电池的阶梯充电方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，以充电请求电压V＝Vmax、充电请求电流I＝Imax对电池模组进行恒流快速充电，其中Vmax为最大请求充电电压，Imax为最大请求充电电流；
步骤2，判断电池模组内最高单体电压是否大于电芯的容量电压拐点Vg且电池模组内最大压差是否大于预设压差Vdiff，若是则进入恒压均衡充电过程，充电请求电压V＝Vchg，Vchg为充电机的充电输出电压值，若否则进入阶梯充电过程；
步骤3，阶梯充电过程中，预设有第一降流电压Vdp1<第二降流电压Vdp2<第三降流电压Vdp3，当电池模组电压V0≥Vdp1时，充电请求电流
当电池模组电压V0≥Vdp2时，充电请求电流/>
当电池模组电压V0≥Vdp3时，充电请求电流I＝Imin，Imin为最小充电请求电流；
步骤4，若充电停止则退出充电，不停止则返回步骤2。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池的阶梯充电方法，其特征在于，所述步骤2中，恒压均衡充电过程中还包括如下步骤：
步骤21，判断电池模组内最大压差是否大于预设压差Vdiff的1/2，若是则充电请求电压V提高1V；
步骤22，判断充电请求电压V是否大于最大请求充电电压Vmax，若是则充电请求电压V＝Vmax。
3.根据权利要求1所述的一种锂电池的阶梯充电方法，其特征在于，所述第一降流电压Vdp1、第二降流电压Vdp2、第三降流电压Vdp3分别设置为3500mV、3550mV、3600mV。
4.根据权利要求1所述的一种锂电池的阶梯充电方法，其特征在于，所述步骤1至4的充电过程中接收到不允许充电的故障告警时，充电请求电压V＝0、充电请求电流I＝0，停止充电。
5.根据权利要求4所述的一种锂电池的阶梯充电方法，其特征在于，所述不允许充电的故障告警包括以下的一种或多种：电芯电压过高、电芯温度过高、电芯故障、BMS板故障。
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