CN103414223A

CN103414223A - 电池的充电控制方法

Info

Publication number: CN103414223A
Application number: CN2013103168635A
Authority: CN
Inventors: 彭士贤; ***; 卢兰光; 李建秋; 韩雪冰; 张抗抗
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Beijing Key Power Technology Co ltd
Priority date: 2013-07-25
Filing date: 2013-07-25
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2033-07-25
Also published as: CN103414223B

Abstract

本发明提出一种电池的充电控制方法，包括以下步骤：对电池进行分析，以得到电池在不同荷电状态下的正负极电位的变化曲线；根据该正负极电位的变化曲线确定电池在不同荷电状态及不同温度下的最大充电倍率，并根据最大充电倍率生成最大充电倍率与电池的荷电状态及温度的关系图；根据该关系图、当前温度和电池当前的荷电状态确定电池允许的当前最大充电倍率，并根据当前最大倍率对电池进行充电。本发明的实施例能够根据电池当前的荷电状态及当前温度，主动控制电池的充电倍率，使得充电倍率始终处在最大值，从而实现最快速的充电，且不会对电池的寿命造成太大影响。

Description

电池的充电控制方法

技术领域

本发明涉及电池管理技术领域，特别涉及一种电池的充电控制方法。

背景技术

目前已经出现了很多充电电池的充电方法和充电装置，技术发展较为成熟。但是，锂离子电池的充电方式主要是恒流-恒压充电模式，这种充电方法的恒压持续时间比较长，很难实现快速充电的目的。然而，随着人们日常生活电子用品越来越多地采用锂离子电池作为供能装置，尤其是电动汽车的发展对锂离子电池的更高需求，可充电锂离子电池的快速充电方法成为一个研究热点，各种研究成果也层出不穷。CN200610034990.6、CN200810029444、CN200810198973.5等公开的是分别采用不同方法对阻抗压降进行补偿的恒流充电方法，从而实现对电池快速充电的目的。不过，采用这类方法进行快速充电时，充电电流较大时，需要大幅度提高电池恒流充电截止电压，因而可能导致因电压偏高使电池内部发生副反应，从而影响电池的使用寿命；而如果恒流充电截止电压不够高，电池则难以充满电。CN201110079451.5则提出了一种恒压充电的快速充电方法，电流的变化其实是被动的。根据实验结果，这种方法存在很大不足，尤其是对于锂离子电池，如果充电电压过高，虽然充电电压未超过电池允许的最高电压，但是随电池荷电状态（SOC）增大时，正或负电极的电位可能已经超过与电解液产生强烈副反应的电位，而导致电池寿命受到影响；而如果充电电压较低，则又难以达到快速充电的目的。

另外，充电倍率是电池充电快慢最直接的参数，充电倍率越大表示充电越快，因此，理想情况下，充电倍率越大越好。但是，由于电池内部电化学反应机理的限制，当充电倍率足够大时，电池内部会发生副反应，从而影响电池的使用寿命。而且，根据实验结果可知，在不同的SOC状态下，电池能够承受的最大充电倍率是不同的：随着SOC的增加，电池能够承受的最大充电倍率会越来越低。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种电池的充电控制方法，该方法能够根据电池当前的荷电状态及当前温度，主动控制电池的充电倍率，使得充电倍率始终处在最大值，从而实现最快速的充电，且不会对电池的寿命造成太大影响。

为了实现上述目的，本发明的实施例提出了一种电池的充电控制方法，包括以下步骤：对电池进行分析，以得到所述电池在不同荷电状态下的正负极电位的变化曲线；根据所述正负极电位的变化曲线确定所述电池在不同荷电状态及不同温度下的最大充电倍率，并根据所述最大充电倍率生成所述最大充电倍率与电池的荷电状态及温度的关系图；根据所述关系图、当前温度和所述电池当前的荷电状态确定所述电池允许的当前最大充电倍率，并根据所述当前最大充电倍率对所述电池进行充电。

根据本发明实施例的电池的充电控制方法，在不同的电池荷电状态及不同温度下，通过主动的控制，不断调节充电倍率，使得电池充电倍率始终维持在最大充电倍率下，从而可实现最大限度地提高电池充电速率，且不会对电池的寿命造成太大影响。

另外，根据本发明上述实施例的电池的充电控制方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的实施例中，通过三电极电池实验获得所述电池的正负极电位曲线

在本发明的实施例中，所述电池为镍镉电池、镍氢电池、铅酸电池或锂电池。

在本发明的实施例中，所述根据所述正负极电位的变化曲线确定所述电池在不同荷电状态及不同温度下的最大充电倍率，并根据所述最大充电倍率生成所述最大充电倍率与电池的荷电状态及温度的关系图，进一步包括：根据所述正负电极电位的变化曲线获取正极的电位阈值和/或负极的电位阈值；根据所述正极的电位阈值和/或负极的电位阈值得到不同荷电状态及不同温度下的最大充电倍率；根据所述不同荷电状态及不同温度下的最大充电倍率及对应的荷电状态及温度进行描点建模，以生成所述最大充电倍率与电池的荷电状态及温度的关系图。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的电池的充电控制方法的流程图；

图2为根据本发明一个实施例的电池的充电控制方法的电池的正负极电位的变化曲线示意图；以及

图3为根据本发明一个实施例的电池的充电控制方法的最大充电倍率与电池的荷电状态及温度的关系图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图详细描述根据本发明实施例的电池的充电控制方法。

图1为根据本发明一个实施例的电池的充电控制方法的流程图。如图1所示，根据本发明一个实施例的电池的充电控制方法，包括以下步骤：

步骤S101，对电池进行分析，以得到电池在不同荷电状态下的正负极电位的变化曲线。具体而言，在本发明的一个实施例中，通过三电极电池实验获得电池的正负极电位曲线。其中，电池可以为但不限于：镍镉电池、镍氢电池、铅酸电池或锂电池，在本发明一个优选实施例中，使用三电极锂电池实验获取电池的正负极电位曲线。

步骤S102，根据正负极电位的变化曲线确定电池在不同荷电状态及不同温度下的最大充电倍率，并根据最大充电倍率生成最大充电倍率与电池的荷电状态及温度的关系图。

具体而言，首先，根据正负电极电位的变化曲线获取正极的电位阈值和/或负极的电位阈值，并根据该正极的电位阈值和/或负极的电位阈值得到不同荷电状态及不同温度下的最大充电倍率，最后根据该不同荷电状态及不同温度下的最大充电倍率及其对应的荷电状态及温度进行描点建模，以生成最大充电倍率与电池的荷电状态及温度的关系图。其中，当电池正极的电位大于正极的电位阈值和/或电池负极的电位小于负极的电位阈值时，则此时电池内部发生明显的副反应。换言之，即在电池正常充电时，正负极电位应该在一定的范围内变化，而如果正极或负极电位变化曲线超出了各自的最大值（正极的电位阈值）或最小值（负极的电位阈值），即表明电池发生了明显的副反应。因此，根据电位变化曲线确定不同充电倍率下开始发生副反应时对应的SOC（即电池的荷电状态），即表示该SOC下所能采取的最大充电倍率就是实验充电倍率，最后，根据最大充电倍率与SOC的实验结果进行描点并绘制最大充电倍率与电池的荷电状态及温度的关系图。

步骤S103，根据该最大充电倍率与电池的荷电状态及温度的关系图、当前温度和电池当前的荷电状态确定电池允许的当前最大充电倍率，并根据该当前最大充电倍率对电池进行充电。例如：可通过测量获取当前温度，并检测出电池当前的荷电状态，则可通过该最大充电倍率与电池的荷电状态及温度的关系图，查找出在当前温度下，当前荷电状态对应的最大充电倍率，并将电池的充电倍率调节至此时得到的最大充电倍率，从而提高电池的充电速率。

作为具体的示例，以下结合图2和图3描述根据本发明实施例的电池的充电控制方法。

如图2所示，假设此时为25℃，以1小时倍率电流（1C）对三电极锂电池进行充电，得到如图2所示的正负极电位变化曲线。由图2中曲线可以看出，在充电时，当SOC大于A点对应的SOC时，电池正极的电位超过了其允许最高电位4.2V（即正电极的电位阈值），也即根据正极电位曲线得到1C充电倍率的充电范围应该在A点SOC以下；在B点SOC下，负极电位低于了其允许最低电位0V（即负电极的电位阈值），即根据负极电位曲线得到1C充电倍率的充电范围应该在B点SOC以下。由于A点SOC小于B点SOC，因此，1C充电倍率的充电范围必须在A点SOC以下，换言之，25℃时，在A点SOC下，最大充电倍率是1C。同理，上述方法可以获得其他不同温度及不同SOC下的最大充电倍率，在此不作赘述。

进一步地，如图3所示，分别将上述方法中得到的最大充电倍率与SOC和温度的实验点描绘在坐标图上，通过建模即可得到最大充电倍率与SOC（荷电状态）及温度的关系图。如图3所示是25℃下，最大充电倍率随着SOC的变化而变化的示意曲线。

根据图3所示曲线，可得到25℃下各SOC状态所对应的最大充电倍率，从而可实现主动控制，不断改变充电倍率，即可使得充电倍率始终维持在最大充电倍率下，从而可实现最大限度地提高充电速率而不会对电池寿命造成明显伤害。

另外，从图3可知，在不同的荷电状态下，电池能够承受的最大充电倍率是不同的，且随着荷电状态的增加，电池能够承受的最大充电倍率会越来越低。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims

1.一种电池的充电控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

对电池进行分析，以得到所述电池在不同荷电状态下的正负极电位的变化曲线；

根据所述正负极电位的变化曲线确定所述电池在不同荷电状态及不同温度下的最大充电倍率，并根据所述最大充电倍率生成所述最大充电倍率与电池的荷电状态及温度的关系图；

根据所述关系图、当前温度和所述电池当前的荷电状态确定所述电池允许的当前最大充电倍率，并根据所述当前最大充电倍率对所述电池进行充电。

2.如权利要求1所述的电池的充电控制方法，其特征在于，通过三电极电池实验获得所述电池的正负极电位曲线。

3.如权利要求1所述的电池的充电控制方法，其特征在于，所述电池为镍镉电池、镍氢电池、铅酸电池或锂电池。

4.如权利要求1所述的电池的充电控制方法，其特征在于，所述根据所述正负极电位的变化曲线确定所述电池在不同荷电状态及不同温度下的最大充电倍率，并根据所述最大充电倍率生成所述最大充电倍率与电池的荷电状态及温度的关系图，进一步包括：

根据所述正负电极电位的变化曲线获取正极的电位阈值和/或负极的电位阈值；

根据所述正极的电位阈值和/或负极的电位阈值得到不同荷电状态及不同温度下的最大充电倍率；

根据所述不同荷电状态及不同温度下的最大充电倍率及对应的荷电状态及温度进行描点建模，以生成所述最大充电倍率与电池的荷电状态及温度的关系图。