WO2020135481A1 - 一种电池充电方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种电池充电方法，该方法先获取电池参数，所述电池参数包括电池的电极参数，再根据所述电池参数输入常微分方程所表示的电池模型，获取所述电池n次循环下的安全充电边界值，其中所述参数还包括电池的结构参数、制造工艺参数、电学参数、电解液参数、隔膜参数以及热物性参数中的一个或多个，所述安全充电边界值是包括不同荷电状态SOC和不同温度下所述电池不发生析锂的最大充电电流，所述n大于等于2小于等于N，N为所述电池的循环寿命，所述n次循环是指0至N次循环中选取的n次循环；最后根据所述电池的当前循环次数、当前温度、当前的SOC以及所述安全充电边界值，获得所述电池的当前循环次数以及当前的SOC下的最大安全充电电流值。
Description
本申请涉及电池管理领域，尤其涉及一种电池充电方法和装置。
当前锂离子电池因其能量密度高，循环寿命长，自放电率低等优点成为目前各种移动设备或终端的主要储能元件，同时也作为电动汽车的主要驱动电源。然而，锂离子电池的充电速度较慢，一次充电需要耗费多达数个小时的时间，随着消费者对于电池续航能力的迫切要求，锂离子电池的能量密度不断提高，伴随而来的充电时间也在不断增加，这给手机等移动终端以及电动汽车的使用带来了严重的不便。鉴于此，当前的移动终端或设备的锂离子电池的快充性能已成为这些移动终端或设备的用户的需求点，同时也是产品制造商的重要关注点之一。
目前，常见的锂离子电池广泛使用恒流恒压(CC-CV)充电方法。首先，使用恒定的电流(CC)对电池进行充电，当电池电压达到充电截止电压时，使用恒压充电(CV)，充电电流逐渐减小，当电池充电电流减小到某一值时，充电结束。实现锂离子电池的快速充电，究其根本在于增大充电电流，然而电池在充电时的发热量与充电电流近似成平方关系，造成电池快充时大量发热，推广难度大。同时，温度越高，副反应越多，锂离子电池的循环寿命和安全性越差。随着锂离子电池充电电流的增大，同时会增加电池的极化，造成负极表面出现析锂，对电池的性能和寿命造成影响，也容易因为短路问题引发安全隐患。因此，移动终端以及设备的制造追求快速充电而不断加大充电电流的同时，应当考虑过大电流充电对电池的性能、寿命以及安全等带来的影响。
发明内容
本申请实施例提供了一种电池充电方法和终端，用于在兼顾电池的发热、寿命和安全的前提下，建立电池安全充电边界，并在安全充电边界内获取最大充电电流。
本发明实施例一方面提供一种电池充电方法，该方法先获取电池参数，所述电池参数包括电池的电极参数，再根据所述电池参数输入常微分方程所表示的电池模型，获取所述电池n次循环下的安全充电边界值，其中所述参数还包括电池的结构参数、制造工艺参数、电学参数、电解液参数、隔膜参数以及热物性参数中的一个或多个，所述安全充电边界值是包括不同荷电状态SOC和不同温度下所述电池不发生析锂的最大充电电流，所述n大于等于2小于等于N，N为所述电池的循环寿命，所述n次循环是指0至N次循环中选取的n次循环；最后根据所述电池的当前循环次数、当前温度、当前的SOC以及所述安全充电边界值，获得所述电池的当前循环次数以及当前的SOC下的最大安全充电电流值，所述最大安全充电电流值是指所述电池的当前循环次数以及当前的SOC下不发生析锂的最大充电电流值。
本发明实施例实时监测电池的当前温度、荷电状态SOC及循环次数等状态参数，根据上述状态参数从安全充电边界数据表中提取相应的边界电流，根据该安全边界电流值选 择适当的充电制度进行充电，可解决电池快充与电池老化及安全之间的矛盾关系，在确保电池安全的前提下，延缓电池老化，提升快充速度。
此外，上述所有的电池参数可以都作为所述锂离子电池模型的输入，以更全面的考虑电池的状态，而获得更为准确的安全边界以及安全充电电流。
本发明实施例一方面的一种可能的实现方式中，将所述n次循环中的k次循环的每一次循环的所述电池参数输入常微分方程表示的锂离子电池模型，获得所述电池在所述k次循环中每一次循环的安全边界值，所述电池在所述n次循环中每次循环的安全边界值构成安全边界表，所述k大于等于2小于等于n；根据所述电池在所述k次循环中的安全边界值构建函数式，根据所述函数式获得所述电池在所述n次循环中的除所述k次循环外的其它每一次循环的安全边界值，从而获得所述安全边界表。这样不需要将每一次的电池循环的数据或参数输入到所述锂电池模型中来获得每一次循环下各电池温度时的最大安全充电电流值，而是通过部分的循环次数下的结果去获得所有循环次数下的结果，可以大大节约获取所有安全充电边界值的步骤以及工作量，有效简化该实施方式的操作流程。
例如，可以通过根据所述电池在所述k次循环中的安全边界值，通过插值法获得所述电池线性衰减函数I
sat(X，SOC，T)＝a·X+b，再根据所述电池的线性衰减函数获得所述电池在所述n次循环中的除所述k次循环外的其它每一次循环的安全边界值，其中系数a和b通过所述插值法算出，所述X为所述电池循环次数，所述I
sat为不发生析锂的最大充电电流值，所述T为所述电池的温度。
本发明实施例的另一方面提供一种终端，包括电池、充电电路以及电池管理单元，所述电池管理单元用于控制所述充电电路对所述电池进行充电，所述电池管理单元包括状态获取模块、数据处理模块和存储模块。
所述数据存储模块用于存储所述电池参数以及所述安全充电边界值组成的安全充电边界表。
所述状态获取模块用于获取所诉电池的电池参数、所述电池的当前循环次数、所述电池的循环寿命以及所述电池的荷电状态SOC，所述参数还包括电池的结构参数、制造工艺参数、电学参数、电解液参数、隔膜参数以及热物性参数中的一个或多个。
所述数据处理模块用于根据所述电池参数，获取所述电池n次循环下的安全充电边界值，所述安全充电边界值包括各不同SOC和不同温度下所述电池不发生析锂的最大充电电流，所述n大于等于02小于等于N，N为所述电池的循环寿命，所述n次循环是指0至N次循环中选取的n次循环，再根据所述电池的当前循环次数、当前温度、当前的SOC以及所述安全充电边界值获得所述电池的当前循环次数以及当前的SOC下的最大安全充电电流，所述最大安全充电电流值是指所述电池的当前循环次数以及当前的SOC下不发生析锂的最大充电电流值。
所述状态获取模块进一步可以包括荷电状态计算模块、老化状态计算模块以及状态监测模块，其中所述状态检测模块用于检测所述电池及终端设备的电池电压、电池充放电电流、设备温度参数信号，并可以将检测结果存放于所述存储模块，以供数据处理模块读取；所述荷电状态计算模块用于通过SOC计算芯片估算当前电池的SOC，并将结果存放于所述存储模块，以供数据处理模块读取；所述老化状态确认模块用于获取电池当前的循环数， 并将结果存放于所述数据存储模块，以供所述数据处理模块读取。
图1是本发明实施例的应用场景图。
图2是本发明实施例中安全充电边界的示意图。
图3是本发明一实施例中的电池充电方法流程图。
图4是本发明实施例中的当电池衰减模式为非线性衰减时，计算所述电池各循环次数下的安全充电边界值的操作示意图。
图5是本发明实施例中终端的电池管理单元的一结构示意图。
图6是本发明实施例中终端的电池管理单元的另一结构示意图。
本申请实施例提供了一种电池充电方法和装置，用于根据精确度更高的电池模型估计电池荷电状态，提高了电池荷电状态的估计值的准确性。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例进行描述。
本发明实施例中的电池充电方法主要适用于各种具有充电电池的电子产品，尤其适用于一些便携设备，如手机、平板电脑、笔记本电脑、各种穿戴设备等终端产品。对于此类需要进行充电的终端就需要电池管理单元，以控制电池的充放电，同时能够防止因为过压、过流、过充等情况，否则会因此电池中的电芯损坏，甚至导致电芯爆炸等严重后果。
为了便于描述，以下将所有具有充电电池的电子产品称为终端。
如图1所示，本发明实施例中使用所述电池充电方法的终端包括通过线缆连接充电器的连接器、电池管理单元(Charger)、电池以及负载，其中所述电池包括保护板和电芯，所述负载可以是该终端内的任何用电组件，如显示器、通信模块、处理器、存储器、传感器以及扬声器等等用电组件。
在所述终端充电时电流流向如下：充电器→线缆→连接器→电池管理单元→电源保护装置→电芯；放电时电流流向如下：电芯→保护板→负载。所述电池管理单元主要用于在充电的时候，根据电池的健康状态SOH、电池的容量SOC以及电池温度等因素实时控制充电电流以及电压的大小，以实现电池的快速、安全充电。
随着电池能量密度以及容量的稳步上升，在充电速度不变的情况下充电时间会不断的变长，为终端用户的使用带来一定的不便。因此，为了保持用户的便捷性和良好充电体验，未来终端必将不断的提升充电速度。然而充电速度不断提升，就意味着充电电流的不断加大，又会引发电池发热过大引发安全问题以及老化速度加快引发电池损耗问题。本发明实施例主要用于解决为加快充电速度不断加大的充电电流和电池安全以及老化的平衡问题。
因此，本发明实施例的核心就是如何在确保安全以及不加快老化的情况下，获得最大的充电电流，从而在保证安全和不损害电池的情况下获得最快的充电速度。
提升电池的能量密度和快充能力是目前消除电池“续航焦虑”的两个主要手段，然 而伴随着电池快充所带来的析锂和发热问题，限制了电池快充的广泛应用，这主要是由于析锂和发热会进一步的带来如下的一些技术问题。如图2所示，析锂会进一步引发可穿梭的活性Li减少，造成电池容量衰减；析出的Li与电解液反应，形成厚的固态电解液界面(Solid-Electrolyte Interphase，SEI)膜，使电解液量不断减少，电池内阻增加，加速电池老化；当析锂恶劣至一定程度时，会穿透隔膜，造成正负极短路，严重时甚至引发电池热失控，而热失控会导致电池温度升高，高温下电池内副反应变多、变快，致使电池衰减加速，影响用户体验。
因此，获取电池在整个生命周期中的最大安全电流即安全充电边界，如何在确保电池安全的绝对前提下，在电池的整个生命周期中，实时的调节控制电池的充电过程，兼顾电池快充与老化，以最优电流进行充电成为本发明实施例要解决的关键问题。所述最大安全电流的安全边界通过安全充电边界值来表示，所述安全充电边界值是包括各荷电状态SOC和不同温度下所述电池不发生析锂的最大充电电流。
如图3所示，本发明一实施例中的电池充电方法，主要包括以下步骤101、102以及103：
步骤101、获取电池参数，所述电池参数包括电池的电极参数、结构参数、制造工艺参数、电学参数、电解液参数、隔膜参数以及热物性参数等反应电池物理或材料特性的参数。
在本发明的一些实施例中，并不是所有类型的所述电池参数都需要。步骤101中获取的电池参数可以包括一种主要的电池参数和其它一个或多个多辅助电池参数。例如，在接下来使用这些参数的模型计算中，使用的主要是材料特性参数，而材料特性参数中的所述电极参数的不同对于模型计算结果的影响比较大。所以，所述电池参数可包括电极参数，同时所述电池参数还包括电池的结构参数、制造工艺参数、电学参数、电解液参数、隔膜参数以及热物性参数中的一个或多个。
所述电池的电极参数包括电池电极的活化能、扩散系数以及首次效率中的一个或多个，其中所述活化能是通过对称电池电化学阻抗谱分析来获得；所述扩散系数是通过恒电流间歇滴定(GITT)方式来获得；所述首次效率通过纽扣电池测试获得。
所述电池的结构参数包括电池的尺寸、涂覆的面积和卷绕的方式等所述电池电芯物理结构上的参数中的一个或多个，其中所述结构参数可通过电芯拆解，然后进行测量获得。
所述电池的制造参数包括电池的涂覆、重量、密度以及各成分比例等参数中的一个或多个，其中所述制造参数主要通过极片拆解以及逆向分析等方式获得。
所述电学参数包括电池的容量或电压等，主要通过电化学测试的方式获得。
所述电解液参数主要包括电解液配方或电导率，其中所述电解液配方主要通过气象色谱-质谱法(GC-MS)测定；所述电导率通过电导率仪或者电化学阻抗谱(EIS)测定。
所述电池的隔膜参数包括孔隙率、电导率以及所述隔膜的电阻率和电解液的电阻率之间的比值(MacMullin N)中的一个或多个，其中所述孔隙率通过压汞法测量；所述电导率通过模型电池EIS测定；所述MacMullin N通过EIS测定。
所述热物性参数包括所述电池的导热系数、比热容以及热传导系数中的一个或多个，其中所述热传导系数可以通过导热系数仪(Hot-Disk)来测量；所述比热容通过加速绝热 量仪(ARC)来测量；所述热传导系数通过恒流充放电测量方式来获得。
步骤102、根据所述电池参数，获取所述电池n次循环下的安全充电边界值，所述安全充电边界值是包括各荷电状态SOC和不同温度下所述电池不发生析锂的最大充电电流，所述n大于等于2小于等于N，N为所述电池的循环寿命，所述n次循环是指0至N次循环中选取的n次循环。
在所述步骤102中，先选取常微分方程所表示电池内部正负极及电解液的电化学和热学动态过程的热-电化学耦合的电池模型，以负极析锂作为限制条件的情况下，获取新鲜电池的饱和极限充电电流与不同温度和SOC的关系，所述新鲜电池是指首次循环电池，也就是代表电池健康状态(SOH)的循环次数为首次，也就是循环次数N＝1次。所述常微分方程为John-Newman模型为例的以一系列的常微分方程表示的锂离子电池模型。此类模型包含了更多的模型输入参数，这些参数反映了电池中不同组分的物理及化学属性，因此可以更加真实准确的反映电池内部的电化学反应，质量传递，电荷传递以及热量传递等过程，因此计算出的安全充电边界值更加精确。在本发明的一些实施例中，上述所有的电池参数可以都作为所述锂离子电池模型的输入，以更全面的考虑电池的状态，而获得更为准确的安全边界以及安全充电电流。
所述安全充电边界值是以负极析锂作为边界条件，采用的判定条件是锂离子电池负极活性物质颗粒表面的固相电位与液相电位的差值等于析锂反应的电位时达到所述安全边界，其中所述差值等于或大于的时候都不会发生析锂，所述SOC及T的选取可以根据硬件中SOC估算和温度检测的精度灵活调整。
例如，通过软件进行模拟仿真，基于以下计算流程，可以获取容量为3.24Ah的软包锂离子电池在不同SOC和温度下的安全充电边界，如表1所示。
步骤1：设置电池SOC初始值为0，环境温度为T；
步骤2：设置充电电流初始值I
set＝0.5C，所述C代表电池容量，在此示例中C＝3.24Ah；
步骤3：在当前SOC下，以所设置电流I
set充电，并维持一定的时间，其中充电时间以t(单位：h)＝0.025/I
set(单位：C)来计算；
步骤4：判断当前SOC及充电电流下，负极活性物质颗粒表面的固相电位与液相电位的差值等于析锂反应的电位，若是，则记录当前温度，SOC及充电电流作为当前状态下的充电边界I
sat(SOC，T)，并且使SOC增加0.25，然后进行下一步；若否，则使I
set增加0.25C，再重复步骤4；
步骤5：判断当前SOC是否大于97.5％，若是，则结束本计算流程；若否，则回到步骤2；
步骤6：判断当前SOC是否大于97.5％，若是，则结束本计算流程；若否，则回到步骤3。
通过上次步骤的多次循环获得下表1.1中的3.24Ah新鲜电池在不同温度及SOC下的安全充电边界值数据表，其中第一栏是代表电量的SOC，第一列是温度值，其它格中代表是横向对应的SOC和纵向对应的温度下的最大安全充电电流。
表1.1
然后，基于上述获取新鲜电池在不同温度及SOC下的安全充电边界值的步骤，改变电池的循环次数获取每次循环的安全充电边界值。
可以依次增加电池的循环次数，获取每一次循环下的安全边界值，也可以过得N次循环中的K次或n次，然后根据这K次或n次的结果构建函数，例如，通过插值法、最小二乘法、卡尔曼滤波法等方式构建线性或非线性函数，从而获得整个电池生命周期内的安全充电边界数据表。也就是将所述n次循环中的k次循环的每一次循环的所述电池参数输入常微分方程表示的锂离子电池模型，获得所述电池在所述k次循环中每一次循环的安全边界值，所述电池在所述n次循环中每次循环的安全边界值构成安全边界表，所述k大于1小于n；根据所述电池在所述k次循环中的安全边界值构建函数式，根据所述函数式获得所述电池在所述n次循环中的除所述k次循环外的其它每一次循环的安全边界值，从而获得所述安全边界表。如下表1.2为所有循环的安全充电边界表。所述安全充电边界表主要通过所述电池所在的终端的数据处理模块来进行数据处理后获得，然后所述安全充电边界表被存储在所述终端的存储模块中。
表1.2
例如，假设该3.24Ah软包电池循环600次后，电池完全老化(即健康状态SOH＝0)，则通过前述流程，可计算600次中部分次数的循环情况，如计算SOH＝0、0.25、0.5、0.75时的安全充电边界，其中SOH＝1-N/600，N为当前电池的循环次数。
例如，根据所述电池在所述k次循环中的安全边界值，通过插值法获得所述电池线性衰减函数Isat(X，SOC，T)＝a·X+b，其中系数a和b通过所述k次循环中的任何两次循环的安全边界值代入所述函数来计算得到，所述X为所述电池循环次数，再根据所述电池的线性衰减函数获得所述电池在所述n次循环中的除所述k次循环外的其它每一次循环的安全边界值。通常在正常使用环境和温度下，所述电池都属于线性衰减情况，只有在一些特殊环境下，如温度特别低或温度特别高的环境下，例如在零下10度以下或者50度以上，所述电池处于非线性的衰减情况。
此处为举的另一个例子，用来说明当电池的衰减模式为非线性衰减，当不通过模型计算每一次循环的安全充电边界时，如何通过利用模型建立电池外特征与内部关键参数的函数关系，再通过卡尔曼滤波法得到整个循环周期下的安全充电边界。如图4所示，当电池衰减模式为非线性衰减时，获得所有循环下的安全充电边界表包括以下步骤：
步骤1、通过函数模型建立电池在温度T1下，开路电压OCV及安全充电边界与关键模型参数的函数关系，即U(Ds，i)与I
sat(Ds，i)，其中U表示开路电压，Ds和i是输入模型中的参数。
步骤2、利用模型建立的函数关系，得出一个预测的当前SOC下的初始开路电压U，然后通过测试电池在温度T1下，得到不同循环次数下的不同SOC下的实际测量的开路电压Uxy，x标识不同循环次数，y用于标识不同的SOC,如第5次循环次数下的开路电压为U5y。
步骤3、当需要获取循环次数为k的，固定SOC下的电池的安全充电边界时，其方法如下：首先利用卡尔曼滤波法对比初始开路电压U和循环次数为k时的实测的开路电压V，不断的改变U(Ds，i)这一函数中的变量Ds和i，最终使得U和Uky的差值最小，从而获得当前循环次数k，当前SOC下的Ds和i，然后将该Ds和i带入建立的I
sat(Ds，i) 函数关系中，获得当前循环次数k，当前SOC下的安全充电边界I
sat。
步骤4、不断的改变SOC，重复步骤3从而最终获得温度T1，循环次数为k的整个SOC范围下的安全充电边界值。
步骤5、不断的改变循环次数k，重复步骤3和4，从而获的温度T1下，整个循环周期下，不同SOC的安全充电边界值。
步骤6、通过改变温度T1，重复步骤3，4和5，从而获得不同温度，不同循环次数以及不同SOC下的安全充电边界值，如表1.2。
步骤103、根据所述电池的当前循环次数、当前温度、当前的SOC以及所述安全充电边界值，获得所述电池的当前循环次数以及当前的SOC的最大安全充电电流值，所述最大安全充电电流值是指所述电池的当前循环次数以及当前的SOC下不发生析锂的最大充电电流值。
根据所述电池的当前循环次数以及安全边界值，获得所述电池的当前循环次数下所述电池的不同SOC以及不同温度下适用的最大充电电流，并确定所述电池的快速充电策略，所述快速充电策略包括在当前充电周期内各个时间段对应的SOC以及适用的最大充电电流。
在本发明的另一个实施例中，首先，通过所述电池管理单元内的状态获取模块获取当前电池荷电状态SOC值以及当前电池SOH相关的老化程度即已循环次数，所述状态获取模块通过温度传感器等获取温度等代表电池的状态参数，并从所述终端的存储模块中读取电池相关的其它状态参数。
接着基于当前获取的电池的状态参数，从所述终端的存储模块中读取充电安全边界表中的相应条件下的安全充电边界数据。
所述数据处理模块根据读取的充电安全边界数据，根据其中安全充电的边界电流值选择适当的充电制度，并向充电装置发出命令，依据该充电制度对电池进行充电，其中根据边界电流选择充电制度的方法包括但不限于1)直接按照该边界电流进行充电，或2)以小于该边界电流一定差值或按照该边界电流的一定比例的电流进行充电，或3)根据硬件控制精度，利用数学算法无限逼近该边界电流进行充电。
本申请的一些实施例中可以通过构建充电目标函数，以当前状态下的安全充电边界作为电流筛选条件，通过优化目标函数制定充电制度，具体原理为：
首先，建立以充电时间和负极SEI膜的增长速率为对象的目标函数，其中，充电电流越大，充电时间越短，但同时SEI膜的增长速率也会加快，即加速电池的老化，缩减电池寿命，因此需要找到最优的充电电流，兼顾快充和电池寿命；
接着，利用相关的硬件和软件获得当前电池的温度，循环次数和SOC，从而根据这些电池状态参数获得当前状态下的充电安全边界，该充电安全边界是在保障安全的前提下，最大的充电电流值；
然后，利用动态规划算法，从获取的充电安全边界中按照一定的原则，如依次递减从最大电流值依次递减，并带入目标函数中，看是否满足目标函数值最小，如果满足，则代表以当前电流充电，可以同时满足充电速度快且负极SEI膜的增长速度慢的兼容效果。例如，先建立以充电时间和负极SEI膜的增长速率为对象的目标函数f(t
cha·δ
SEI)，其中t
cha 代表当前循环次数下，当前温度和SOC下，不同充电电流将电池充至下一个SOC阶段所需的充电时间，δ
SEI代表当前循环次数下，当前温度和SOC下，不同充电电流下负极SEI膜的增长速率，采用动态规划算法对目标函数进行优化，使目标函数在充电安全边界内最小化来制定充电制度：
充电电流I取值为使min[t
cha(I)·δ
SEI(I)]获得最小值的的电流值，且满足0<I<I
sat，原因是当充电电流增大时，充电时间t
cha就会减小，但负极SEI膜的增长速率δ
SEI就会增大，因此充电时间和生长速率与电流的关系是正好相反的，因此最佳的条件就二者的乘积最小，此时的充电电流既保证了充电速度，又保证了电池寿命，是一个最优的充电制度。
其方法为：
步骤1：确认电池当前状态下的最大充电安全边界；
步骤2：令0<I
J<I
sat(SOC),其中，I
sat(SOC)为当前老化状态，温度和SOC下的最大安全充电电流值，J＝1，2,…N，为目标函数优化次数。
步骤3：判断公式□f(I
J)＝min[t
cha(I
J)·δ
SEI(I
J)]是否成立，也就是充电电流值I能否使该函数获得最小值，其中，t
cha(I
J)为当前电池状态下第J个充电电流下的充电时间，δ
SEI(I
J)为当前电池状态下第J个充电电流下的负极SEI膜的生长速率，如果结果为是，则使J增加1，并返回步骤2，否则执行步骤4。
步骤4：判断SOC是否为1，是则完成优化，否则返回步骤1。
如图5所示，所述终端的电池管理单元包括状态获取模块、数据处理模块以及数据存储模块，其中
所述状态获取模块用于获取所诉电池的电池参数、所述电池的当前循环次数、所述电池的循环寿命以及所述电池的荷电状态SOC，所述电池参数包括电池的电极参数、结构参数、制造工艺参数、电学参数、电解液参数、隔膜参数以及热物性参数中的一个或多个；
所述数据处理模块用于根据所述电池参数，获取所述电池n次循环下的安全充电边界值，所述安全充电边界值包括各SOC和不同温度下所述电池不发生析锂的最大充电电流，所述n大于等于0小于等于N，N为所述电池的循环寿命，所述n次循环是指0至N次循环中选取的n次循环，再根据所述电池的当前循环次数、当前温度、当前的SOC以及所述安全充电边界值获得所述电池的当前循环次数以及当前的SOC的最大安全充电电流，所述最大安全充电电流值是指所述电池的当前循环次数以及当前的SOC下不发生析锂的最大充电电流值。
所述数据存储模块用于存储所述电池参数以及所述安全充电边界值组成的安全充电边界表。可以理解的是，所述安全充电边界表只是所述电池温度、循环次数(SOH)、电池容量(SOC)以及最大安全充电电流等安全充电边界值的一种承载方式，但是并不限于表的承载形式，可以是其它数据帧、字节、消息、数据流以及数据包等等各种信息承载方式。
如图6所述状态获取模块进一步可以包括荷电状态计算模块、老化状态计算模块以及状态监测模块，其中所述状态检测模块用于检测所述电池及终端设备的电池电压、电池充放电电流、设备温度参数信号，并可以将检测结果存放于所述存储模块，以供数据处理模 块读取；所述荷电状态计算模块用于通过SOC计算芯片估算当前电池的SOC，并将结果存放于所述存储模块，以供数据处理模块读取；所述老化状态确认模块用于获取电池当前的循环数，并将结果存放于所述数据存储模块，以供所述数据处理模块读取。
所述数据处理模块用于将所述n次循环中的k次循环的每一次循环的所述电池参数输入常微分方程表示的锂离子电池模型，获得所述电池在所述k次循环中每一次循环的安全边界值，所述n次循环中每次循环的安全边界值构成安全边界表，所述k大于1小于n；以及根据所述电池在所述k次循环中的安全边界值构建函数式，根据所述函数式获得所述电池在所述n次循环中的除所述k次循环外的其它每一次循环的安全边界值，从而获得所述安全边界表。
所述数据处理模块用于根据所述电池在所述k次循环中的安全边界值，通过插值法获得所述电池线性衰减函数I
sat(X，SOC，T)＝a·X+b的系数a和b，所述X为所述电池循环次数，再根据所述电池的线性衰减函数获得所述电池在所述n次循环中的除所述k次循环外的其它每一次循环的安全边界值。
所述数据处理模块用于将所述n次循环中的每一次循环的所述电池参数输入常微分方程表示的锂离子电池模型，获得所述电池在所述n次循环中每一次循环的安全边界值，以获得所述安全边界值，所述电池在所述n次循环中每次循环的安全边界值。
所述获取电池参数包括获取所述结构参数、工艺参数、电学参数、电解参数以及热物性参数中的一个或多个电池参数；
所述数据处理模块用于根据所述电池参数，获取所述电池N次循环中每一次循环的安全充电边界表，其中所述N等于n。
所述数据处理模块用于根据所述电池的当前循环次数以及安全边界表确定所述电池的各SOC以及温度下适用的最大充电电流，再根据所述电池的当前SOC以及所述电池的各SOC以及温度下适用的最大充电电流，确定所述电池的快速充电策略，所述快速充电策略包括在当前充电周期内各个时间段对应的SOC以及适用的最大充电电流值。
由此可见，本发明实施例实时监测电池的当前温度、荷电状态SOC及循环次数等状态参数，根据上述状态参数从安全充电边界数据表中提取相应的边界电流，根据该安全边界电流值选择适当的充电制度进行充电，可解决电池快充与电池老化及安全之间的矛盾关系，在确保电池安全的前提下，延缓电池老化，提升快充速度。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
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，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (12)
- 一种电池充电方法，其特征在于，包括：获取电池参数，所述电池参数包括电池的电极参数，所述参数还包括电池的结构参数、制造工艺参数、电学参数、电解液参数、隔膜参数以及热物性参数中的一个或多个；根据所述电池参数，获取所述电池n次循环下的安全充电边界值，所述安全充电边界值是包括不同荷电状态SOC和不同温度下所述电池不发生析锂的最大充电电流，所述n大于等于2小于等于N，N为所述电池的循环寿命，所述n次循环是指0至N次循环中选取的n次循环；根据所述电池的当前循环次数、当前温度、当前的SOC以及所述安全充电边界值，获得所述电池的当前循环次数以及当前的SOC下的最大安全充电电流值，所述最大安全充电电流值是指所述电池的当前循环次数以及当前的SOC下不发生析锂的最大充电电流值。
- 根据权利要求1所述的电池充电方法，其特征在于，根据所述电池参数，获取所述电池在n次循环的安全充电边界值包括：将所述n次循环中的k次循环的每一次循环的所述电池参数输入常微分方程表示的锂离子电池模型，获得所述电池在所述k次循环中每一次循环的安全边界值，所述k大于等于2小于等于n；根据所述电池在所述k次循环中的安全边界值构建函数式，根据所述函数式获得所述电池在所述n次循环中的除所述k次循环外的其它每一次循环的安全边界值。
- 根据权利要求2所述的电池充电方法，其特征在于，所述根据所述电池在所述k次循环中的安全边界值构建函数式，根据所述函数式获得所述电池在所述n次循环中的除所述k次循环外的其它每一次循环的安全边界值包括：根据所述电池在所述k次循环中的安全边界值，通过插值法获得所述电池线性衰减函数I sat(X，SOC，T)＝a·X+b，再根据所述电池的线性衰减函数获得所述电池在所述n次循环中的除所述k次循环外的其它每一次循环的安全边界值，其中系数a和b通过所述插值法算出，所述X为所述电池循环次数，所述I sat为不发生析锂的最大充电电流值，所述T为所述电池的温度。
- 根据权利要求1所述的电池充电方法，其特征在于，根据所述电池参数，获取所述电池在n次循环的安全充电边界值包括：将所述n次循环中的每一次循环的所述电池参数输入常微分方程表示的锂离子电池模型，获得所述电池在所述n次循环中每一次循环的安全边界值，以获得所述安全边界值。
- 根据权利要求1至4任一项所述的电池充电方法，其特征在于，所述获取电池参数包括获取所述电极参数、结构参数、制造工艺参数、电学参数、电解液参数、隔膜参数以及热物性参数中的全部电池参数；根据所述全部电池参数，获取所述电池N次循环中每一次循环的安全充电边界值，其中所述N等于n。
- 根据权利要求1至4任一项所述的电池充电方法，其特征在于，还包括：根据所述电池的当前循环次数以及安全边界值，获得所述电池的当前循环次数下所述电池的不同SOC以及不同温度下适用的最大充电电流，并确定所述电池的快速充电策略，所述快速充电策略包括在当前充电周期内各个时间段对应的SOC以及适用的最大充电电流。
- 一种终端，包括电池、充电电路以及电池管理单元，所述电池管理单元用于控制所述充电电路对所述电池进行充电，其特征在于，所述电池管理单元包括：状态获取模块，用于获取所诉电池的电池参数、所述电池的当前循环次数、所述电池的循环寿命以及所述电池的荷电状态SOC，所述参数还包括电池的结构参数、制造工艺参数、电学参数、电解液参数、隔膜参数以及热物性参数中的一个或多个；数据处理模块，用于根据所述电池参数，获取所述电池n次循环下的安全充电边界值，所述安全充电边界值包括不同SOC和不同温度下所述电池不发生析锂的最大充电电流，所述n大于等于2小于等于N，N为所述电池的循环寿命，所述n次循环是指0至N次循环中选取的n次循环，再根据所述电池的当前循环次数、当前温度、当前的SOC以及所述安全充电边界值获得所述电池的当前循环次数以及当前的SOC下的最大安全充电电流，所述最大安全充电电流值是指所述电池的当前循环次数以及当前的SOC下不发生析锂的最大充电电流值。
- 根据权利要求7所述的充电终端，其特征在于，所述数据处理模块用于将所述n次循环中的k次循环的每一次循环的所述电池参数输入常微分方程表示的锂离子电池模型，获得所述电池在所述k次循环中每一次循环的安全边界值，所述k大于等于2小于等于n；以及根据所述电池在所述k次循环中的安全边界值构建函数式，根据所述函数式获得所述电池在所述n次循环中的除所述k次循环外的其它每一次循环的安全边界值。
- 根据权利要求8所述的终端，其特征在于，所述数据处理模块用于根据所述电池在所述k次循环中的安全边界值，通过插值法获得所述电池线性衰减函数I sat(X，SOC，T)＝a·X+b，再根据所述电池的线性衰减函数获得所述电池在所述n次循环中的除所述k次循环外的其它每一次循环的安全边界值，其中系数a和b通过所述插值法算出，所述X为所述电池循环次数，所述I sat为不发生析锂的最大充电电流值，所述T为所述电池的温度。
- 根据权利要求7所述的终端，其特征在于，所述数据处理模块用于将所述n次循环中的每一次循环的所述电池参数输入常微分方程表示的锂离子电池模型，获得所述电池在所述n次循环中每一次循环的安全边界值，以获得所述安全边界值，所述电池在所述n 次循环中每次循环的安全边界值。
- 根据权利要求7至10任一项所述的终端，其特征在于，所述获取电池参数包括获取所述电极参数、结构参数、制造工艺参数、电学参数、电解液参数、隔膜参数以及热物性参数中的全部电池参数；所述数据处理模块用于根据所述全部电池参数，获取所述电池N次循环中每一次循环的安全充电边界表，其中所述N等于n。
- 根据权利要求7至10任一项所述的终端，其特征在于，所述数据处理模块用于根据所述电池的当前循环次数以及安全边界值，获得所述电池的当前循环次数下所述电池的不同SOC以及不同温度下适用的最大充电电流，并确定所述电池的快速充电策略，所述快速充电策略包括在当前充电周期内各个时间段对应的SOC以及适用的最大充电电流。
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