TWI699027B - 鋰電池快速充電方法 - Google Patents

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Abstract

本發明為單節鋰電池或單節多並聯的鋰電池，提高充電電壓達到加大充電流，透過電池溫度監控及電池電壓監控施以間歇性充電縮短充飽時間。
電池溫度需控制在0度C~35度C才開始充電，充電進行中電池溫度上升超過10度C應暫停充電並調降充電電壓電流再行充電，電池溫度超過55度C應停止充電待電池溫度下降至40度C方能再行充電，充電進行中須配合強制製冷對電池散熱。
以電池充電截止電壓的兩倍電壓，對電池充電，依電池容量施以10倍電流充電(3.7V-1ah)鋰電池以最高8.4V-10A以內對電池充電，鋰電池在電壓2.8V時開始充電，充電1分鐘暫停5秒，充電暫停時監測電池電壓，電池電壓4.0V以下每充電1分鐘暫停5秒，電池電壓達4.0V縮短充電時間每30秒暫停5秒，電池電壓達4.1V縮短充電時間每10秒暫停5秒，電池電壓達4.2V停止充電，充電完成。

Description

鋰電池快速充電方法
本發明關於一種單體或單節多並聯的鋰電池以電池充電截止電壓的最大兩倍電壓，依電池容量施以最大10倍電流的間歇性充電，充電暫停時監測電池電壓，充電進行中須配合強制製冷對電池散熱，監測電池充電中的溫度變化。對電池進行提高充電電壓加大充電電流的快速充電。
3.7V鋰電池充電截止電壓4.2V，由於是持續性充電要能感測充電達4.2V截止，通常是以充電截止電壓4.2V做定電壓4.2V充電，充電電流為電池容量的0.5~1倍的電流，電池電壓會越接近充電電壓充電電流越下降。如以市面上常見的18650型號的圓柱體3.7V-2.6ah鋰電池施以傳統定電壓，1倍的電流持續充電須1~1.5小時才能由鋰電池放電截止2.8V(電池沒電狀態)電充至充電截止電壓4.2V(電池充飽狀態)。
典型鋰電池充電為防止過充，以充電截止電壓4.2V做持續性充電無法提高電壓來增加充電電流加快充電效率。
單節4.2V定電壓充電方式應用在多串聯電池組(如電動車)是以串聯數的總和電壓(如13串電池組是以4.2乘以13串，54.6V的總和電壓)做串聯充電，易因電池組的各串電池狀況不同造成各串的充電效果不同而產生整個電池組中有的單串已充飽有的單串未充飽，降低電池組的整體蓄電效能。
有鑑於現有鋰電池依充電截止電壓做定電壓持續充電達截止電壓的充電方式無法以提高電壓加大電流充電加快充電效能，本發明的目的以提高充電電壓加大電流進行間歇性充電，充電一段時間暫停5秒來監測電池已達到的電壓，依電池已達到的電壓做為是否調整再行充電電壓及充電時間，電池電壓4.0V以下每充電1分鐘暫停5秒，電池電壓達4.0V縮短充電時間每30秒暫停5秒，電池電壓達4.1V縮短充電時間每10秒暫停5秒，及監測充電過程的電池溫度變化配合製冷設備施以電池散熱。
為實現前述目的，本發明的快速充電方法包含：一溫度感測製冷散熱裝置，電池溫度需控制在0度C~35度C才開始充電、充電進行中電池溫度上升超過10度C應暫停充電並調降充電電壓電流再行充電，電池溫度超過55度C應停止充電待電池溫度下降至40度C方能再行充電，充電進行中須配合強制製冷對電池散熱。
一計時控制裝置，進行間歇性充電，充電一段時間暫停5秒來監測電池已達到的電壓，依電池已達到的電壓做為是否調整再行充電電壓及充電時間。
一電壓感測控制裝置，充電暫停時監測電池電壓，電池電壓4.0V以下每充電1分鐘暫停5秒，電池電壓達4.0V縮短充電時間每30秒暫停5秒，電池電壓達4.1V縮短充電時間每10秒暫停5秒，電池電壓達4.2V停止充電。
一可調電壓可調限流直流電源供應器，該電源供應器需大於被充電電池充飽電壓的兩倍電壓，依電池容量最大10倍電流的總瓦數。
圖1：以本發明充電完成後，以1A消耗負載做放電測試，驗證鋰電池充電完成的電池蓄電容量曲線圖。
本發明利用下述裝置共同實現充電方法，該些裝置包含有：一溫度感測製冷散熱裝置，電池溫度需控制在0度C~35度C才開始充電、充電進行中電池溫度上升超過10度C應暫停充電並調降充電電壓電流再行充電，電池溫度超過55度C應停止充電待電池溫度下降至40度C方能再行充電，充電進行中須配合強制製冷對電池散熱；一計時控制裝置，進行間歇性充電，充電一段時間暫停5秒來監測電池已達到的電壓，依電池已達到的電壓做為是否調整再行充電電壓及充電時間；一電壓感測控制裝置，充電暫停時監測電池電壓，電池電壓4.0V以下每充電1分鐘暫停5秒，電池電壓達4.0V縮短充電時間每30秒暫停5秒，電池電壓達4.1V縮短充電時間每10秒暫停5秒，電池電壓達4.2V停止充電；一可調電壓可調限流直流電源供應器，該電源供應器需大於被充電電池充飽電壓的兩倍電壓，依電池容量最大10倍電流的總瓦數；以3.7V-10ah鋰電池為例，其充飽電壓4.2V的兩倍電壓8.4V，10ah的10倍充電電流為100A，則該直流電源供應器要有大於8.4V-100A的輸出功率。
以18650型號之圓柱體鋰電池、電壓3.7V容量2.6ah(充電截止電壓4.2V、放電截止電壓2.8V)，實施本發明的快速充電方式。鋰電池電壓2.8V、電池溫度26度C開始充電，啟動製冷散熱對電池做強制散熱、以直流電壓8V電流26A做充電1分鐘、暫停充電5秒監測電池電壓與電池溫度此時電池電壓達3.5V電池溫度30度C，繼續以直流電壓8V電流26A做充電1分鐘、暫停充電5秒 監測電池電壓與電池溫度此時電池電壓達3.6V電池溫度32度C，繼續以直流電壓8V電流26A做充電1分鐘、暫停充電5秒監測電池電壓與電池溫度此時電池電壓達3.8V電池溫度35度C，繼續以直流電壓8V電流26A做充電1分鐘、暫停充電5秒監測電池電壓與電池溫度此時電池電壓達4.0V電池溫度38度C(電池電壓達4.0V縮短充電時間每30秒暫停5秒)，繼續以直流電壓8V電流26A做充電30秒、暫停充電5秒監測電池電壓與電池溫度此時電池電壓達4.0V電池溫度39度C，繼續以直流電壓8V電流26A做充電30秒、暫停充電5秒監測電池電壓與電池溫度此時電池電壓達4.1V電池溫度39度C(電池電壓達4.1V縮短充電時間每10秒暫停5秒)，繼續以直流電壓8V電流26A做充電10秒、暫停充電5秒監測電池電壓與電池溫度此時電池電壓達4.1V電池溫度39度C，繼續以直流電壓8V電流26A做充電10秒、暫停充電5秒監測電池電壓與電池溫度此時電池電壓達4.1V電池溫度39度C，繼續以直流電壓8V電流26A做充電10秒、暫停充電5秒監測電池電壓與電池溫度此時電池電壓達4.1V電池溫度39度C，繼續以直流電壓8V電流26A做充電10秒、暫停充電5秒監測電池電壓與電池溫度此時電池電壓達4.2V電池溫度38度C(電池電壓達4.2V停止充電)，充電過程進行充電時間為5分40秒、暫停時間為50秒、總耗時6分30秒，充電完成。
本發明的鋰電池快速充電方法是依充電電池容量增大充電電流，充電時間不會因電池容量增大而增長充電時間，充電時間可縮短至5~6分鐘完成。
本發明可應用於多串聯電池組(如電動車電池組)，將電池組脫離串聯狀態以個別獨立同時充電或並聯充電，充電時間可縮短至5~6分鐘完成。
續上述本發明之鋰電池快速充電方法、充電完成，以1A消耗負載做放電測試驗證鋰電池充電完成的電池蓄電容量、請參考圖1所示。

Claims (5)

  1. 鋰電池快速充電方法，係用於對單節鋰電池或單體多並聯之鋰電池進行充電，該鋰電池快速充電方法包含：一溫度感測製冷散熱控制，電池溫度需控制在0度C~35度C才開始充電、充電進行中電池溫度上升超過10度C應暫停充電並調降充電電壓電流再行充電，電池溫度超過55度C應停止充電待電池溫度下降至40度C方能再行充電，充電進行中須配合強制製冷對電池散熱；一計時控制，進行間歇性充電，充電一段時間暫停5秒來監測電池已達到的電壓，依電池已達到的電壓做為是否調整再行充電電壓及充電時間；一電壓感測控制，充電暫停時監測電池電壓，電池電壓4.0V以下每充電1分鐘暫停5秒，電池電壓達4.0V縮短充電時間每30秒暫停5秒，電池電壓達4.1V縮短充電時間每10秒暫停5秒，電池電壓達4.2V停止充電。
  2. 如請求項1所述之鋰電池快速充電方法，該鋰電池快速充電方法使用一可調電壓可調限流直流電源供應器，該可調電壓可調限流直流電源供應器具備大於被充電電池之充飽電壓的兩倍電壓，以及大於被充電電池之電池容量10倍電流的充電電流。
  3. 如請求項2所述之鋰電池快速充電方法，須依被充電的鋰電池充飽電壓、電池容量、做改變充電電壓及電流。
  4. 如請求項3所述之鋰電池快速充電方法，該鋰電池快速充電方法是依充電電池容量增大充電電流，充電時間不會因電池容量增大而增長充電時間，充電時間可縮短至5~6分鐘完成。
  5. 如請求項4所述之鋰電池快速充電方法，應用於多串聯電池組，將電池組脫離串聯狀態以個別獨立同時充電或並聯充電，充電時間可縮短至5~6分鐘完成。
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