TWI643376B - Battery charging method - Google Patents

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Abstract

本發明係提供一種電池充電方法，係以五階段充電法對電池進行充電，以達到縮短充電時間、確實充滿最大電量、降低充電過程中電池溫升、延長電池使用壽命等目標。

Description

電池充電方法
本發明係與電池充電技術有關，特別係指一種用於電動車輛鋰電池快速安全充電之電池充電方法。
鋰電池為現今電動車輛、綠能再生系統、可攜式電子設備等領域常選用的蓄能、動力電池，一般而言充放電次數與方式攸關電池的壽限長短，但消費市場通常要求充電時間越短越好，因此常使用大電流快速充電，然而過快與過強電流的充電方式會嚴重損耗電池本身壽命，也會增加長期的電池購置成本，故如何在充電速度與電池壽命間取得平衡，為電池電力應用領域的必要課題。
一般常使用在鋰電池充電的方法包括下列數種：(1)定電壓充電法(CV)：此充電法顧名思義就是當電池從開始充電至結束充電皆提供固定電壓對電池充電，當此充電法剛開始對電池充電時，充電電壓大於電池內端電壓，因此電池內會產生高電流，故而引起電池內溫度驟升；隨著電池電量提升，電池內端電壓會趨近充電器所給的定電壓，此時雖電池內部電流降低，充電時間增加，故此方法所需充電時間最長。(2)定電流充電法(CC)：定電流充電法是從充電到結 束充電都是採固定電流方式充電，用大的定電流去對電池進行充電，雖然會大幅縮短充電時間，但被充電的電池會產生較高的溫度，導致電池壽命降低；若用較小的定電流對電池充電，相對溫度低，但充電時間卻會拉長。(3)涓流充電法：涓流充電法是以兩階段方式充電，剛開始充電時採大電流方式對電池進行充電，到了後期則改小電流方式充電，此方法可保護電池並延長電池壽命，但難以判斷電池是否充飽，充電所需時間也較長。(4)脈衝式充電法：又稱Pulse充電法，先以定電流對電池進行充電，中間再休息一段時間後再繼續以定電流充電，此方法可以增加電池的充電效率，因中途提供了休息時間，故而提供了電池承受最大電流，且縮短充電時間，但充電設備所需購置與設計成本較高。
為解決先前技術之缺點，本發明係提供一種電池充電方法，係以五階段充電法對電池進行充電，以達到縮短充電時間、確實充滿最大電量、降低充電過程中電池溫升、延長電池使用壽命等目標。
本發明係為一種電池充電方法，係用於具有電池管理系統(BMS)之電池，該電池充電方法之步驟係包括：(a)讀取該電池之電量(SOC)與溫度，定義一電池初始溫度；(b)若該電池之電量高於80%、以0.15C之電流對該電池進行充電，C係為該電池之放電電流，若該電池電量低於80%、進入 步驟(c)；(c)當該電池當前電量低於80%時，以五階段充電法對該電池進行充電；(d)在步驟(b)與步驟(c)過程中，當該電池的溫度相較於相較於該電池初始溫度上升達5℃時，停止充電動作、並等待一休息時間，當該電池的溫度恢復到該電池初始溫度時，返回步驟(b)；(e)當該電池電量達到100%時，即完成充電。
本發明之一實施例中，該電池係為鋰電池。
本發明之一實施例中，該休息時間係為1分鐘。
本發明之一實施例中，該五階段充電法之步驟係包括：(1)以0.9C之電流對該電池充電，直到該電池電壓達到3.65V以上，停止充電動作1分鐘；(2)以0.825C之電流對該電池充電，直到該電池電壓達到3.65V以上，停止充電動作1分鐘；(3)以0.65C之電流對該電池充電，直到該電池電壓達到3.65V以上，停止充電動作1分鐘；(4)以0.525C之電流對該電池充電，直到該電池電壓達到3.65V以上，停止充電動作1分鐘；(5)以0.425C之電流對該電池充電，直到該電池電壓達到3.65V以上，即完成該五階段充電法之步驟。
本發明之一實施例中，C係為該電池之放電電流或充電電流；例如該電池容量為50Ah時，充電電流/放電電流1C為50A。
以上之概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為了能進一步說明本發明達到預定目的所採取的方式、手段及 功效。而有關本發明的其他目的及優點，將在後續的說明及圖示中加以闡述。
A1~A5‧‧‧電池充電方法步驟
B1~B5‧‧‧五階段充電法步驟
圖1係為本發明之電池充電方法結構示意圖。
圖2係為本發明之電池充電方法分解爆炸圖。
圖3係為本發明之電池充電方法實施例與現有技術之定電流充電法之充電試驗溫度-時間曲線圖。
以下係藉由特定的具體實例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點與功效。
圖1係為本發明之電池充電方法實施例步驟流程圖，該電池充電方法之步驟係包括：(a)讀取該電池之電量(SOC)與溫度，定義一電池初始溫度A1；(b)若該電池之電量高於80%、以0.15C之電流對該電池進行充電，C係為該電池之放電電流，若該電池電量低於80%、進入步驟(c)A2；(c)當該電池當前電量低於80%時，以五階段充電法對該電池進行充電A3；(d)在步驟(b)與步驟(c)過程中，當該電池的溫度相較於相較於該電池初始溫度上升達5℃時，停止充電動作、並等待一休息時間，當該電池的溫度恢復到該電池初始溫度時，返回步驟(b)A4；(e)當該電池電量達到100%時，即完成充電A5。
於本發明之電池充電方法實施例中，若量測到的電池電量(SOC,State Of Charge)高於80%時，此時選用較小電流(0.15C)來對該電池充電，以避免充電的電流過強導致電池內部溫度急速升高而加速電池壽命損耗。若量測到的電池電量(SOC)低於80%時，代表該電池電量較低，若繼續用小電流充電、會導致整個充電時間拉長，一般技術通常使用較大電流(例如以該電池的充電電流1C)進行定電流(CC)充電，雖然可縮短充電時間，卻會造成電池內部溫度急速升高、降低電池壽命。為解決現有技術之缺陷，本發明使用五階段充電法對該電量低於80%之電池進行充電，可降低電池溫升以保障電池壽命，又不會過度拉長充電時間造成使用者不便。
圖2係為本發明之五階段充電法實施例步驟流程圖，該五階段充電法之步驟係包括：(1)以0.9C之電流對該電池充電，直到該電池電壓達到3.65V以上，停止充電動作1分鐘B1；(2)以0.825C之電流對該電池充電，直到該電池電壓達到3.65V以上，停止充電動作1分鐘B2；(3)以0.65C之電流對該電池充電，直到該電池電壓達到3.65V以上，停止充電動作1分鐘B3；(4)以0.525C之電流對該電池充電，直到該電池電壓達到3.65V以上，停止充電動作1分鐘B4；(5)以0.425C之電流對該電池充電，直到該電池電壓達到3.65V以上，即完成該五階段充電法之步驟B5。
本發明之五階段充電法係以逐漸遞減充電電流 的方式對該電池進行充電，並在每一階段之間休息一小段時間(依上述實施例所揭露，即休息1分鐘)，以讓電池內部的化學特性恢復穩態。一般而言，影響電池壽命的因子包含充電電流、環境溫度、電池內阻及電池溫度等因素，由於電池內阻為固定、不可控制因子，環境溫度則設定為固定溫度、難以作改變，故本發明之五階段充電法以改變充電電流大小與監控電池溫度上升狀況作為控制因子。本發明之五階段充電法係以0.9C、0.825C、0.65C、0.525C、0.425C之遞減充電電流對電量低於80%之電池進行充電，同時監控充電過程中電池溫度上升情況，無論是在電池電量高於80%或低於80%下的充電過程中，只要該電池的溫度相較於相較於該電池初始溫度上升達5℃，本發明即立刻停止充電、等待電池內部的化學特性恢復穩態後，重新偵側該電池當前電量係高於或低於80%，再選擇對應的充電方法策略進行充電。相較於一般使用的定電流(大電流)充電法或涓流(小電流)充電法，本發明可兼顧縮短充電時間與維護電池壽命的需求。
本發明之電池充電方法實施例與現有技術之定電流充電法之充電試驗溫度-時間曲線圖如圖3所示，橫軸為充電時間(Time，單位為秒)、縱軸為電池溫度(Temperature，單位為℃)，設定充電電池之電容量為100Ah，設定電壓為460V，電池初始溫度為24℃。CC(定電流)充電法之輸出電流為1C、即100A，CC充電法之曲線以(■)表示；本發明實施例之充電 電流參數策略設定為：五階段充電參數分別為90A(0.9C)、82.5A(0.825C)、65A(0.65C)、52.5A(0.525C)、42.5A(0.425C)，電量高於80%後則以15A(0.15C)作為充電電流，本發明實施例之曲線以(★)表示。如圖所示，可以看出本發明之電池充電方法於充電過程中，電池溫度不會超過30℃，而CC(定電流)充電法雖然充電速度稍快，但電池溫度高達36℃，對電池壽命較為不利，由此可知本發明之電池充電方法確實可避免充電過程中電池溫度過高之情況，且相較於定電流充電法、本發明之電池充電方法僅需稍多(少於半小時)的充電時間，即可達到延長電池壽命與符合使用者充電需求之功效。
藉此，本發明係提供一種電池充電方法，係以五階段充電法對電池進行充電，以達到縮短充電時間、充滿最大電量、降低充電過程中電池溫升、延長電池使用壽命等目標。本發明之電池充電方法主要應用於鋰電池，然亦可應用於其他種類之電池裝置；本發明可滿足電動載具、再生能源系統、可攜式電子裝置之充電需求，具有廣泛的應用彈性。
上述之實施例僅為例示性說明本發明之特點及其功效，而非用於限制本發明之實質技術內容的範圍。任何熟習此技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與變化。因此，本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

Claims (3)

  1. 一種電池充電方法，係用於具有電池管理系統(BMS)之電池，該電池充電方法之步驟係包括：(a)讀取該電池之電量(SOC)與溫度，定義一電池初始溫度；(b)若該電池之電量高於80%、以0.15C之電流對該電池進行充電，C係為該電池之放電電流，若該電池電量低於80%、進入步驟(c)；(c)當該電池當前電量低於80%時，以五階段充電法對該電池進行充電；(d)在步驟(b)與步驟(c)過程中，當該電池的溫度相較於該電池初始溫度上升達5℃時，停止充電動作、並等待一休息時間，當該電池的溫度恢復到該電池初始溫度時，返回步驟(b)；(e)當該電池電量達到100%時，即完成充電；其中該五階段充電法之步驟係包括：(1)以0.9C之電流對該電池充電，直到該電池電壓達到3.65V以上，停止充電動作1分鐘；(2)以0.825C之電流對該電池充電，直到該電池電壓達到3.65V以上，停止充電動作1分鐘；(3)以0.65C之電流對該電池充電，直到該電池電壓達到3.65V以上，停止充電動作1分鐘； (4)以0.525C之電流對該電池充電，直到該電池電壓達到3.65V以上，停止充電動作1分鐘；(5)以0.425C之電流對該電池充電，直到該電池電壓達到3.65V以上，即完成該五階段充電法之步驟。
  2. 如請求項1所述之電池充電方法，其中該電池係為鋰電池。
  3. 如請求項1所述之電池充電方法，其中該休息時間係為1分鐘。
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