CN103427124A - 电池组充电方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池组充电方法，包括三个充电步骤，在步骤1中，充电电流由零按照特点数学函数增加至设定值Im。步骤2和步骤3分别为传统的恒流充电和恒压充电，采用本发明的充电方法，可以减少电池组在充电时的偏流现象，延长电池组的使用寿命。

Description

电池组充电方法

[技术领域]

本发明涉及一种电池组的充电方法，特别是并联电池组的充电方法。

[背景技术]

随着石油资源的日益减少和环境的污染日渐严重,保护环境,节能减排成了目前世界上的潮流和趋势。在这个背景下，近年来，以电池为主要动力源或者部分动力源的电动车辆（主要包括混合动力车，插电式混合动力车，纯电动车）逐渐出现并日益增多，电动车辆的碳排放量要小于传统内燃机汽车，纯电动车的碳排放甚至为零，并且具有能量转换效率高的特点，这使得人们将电动汽车视为未来替代内燃机车的一个重要选择。

目前，电动汽车的动力源主要为锂离子电池组（或称电池包），一个锂离子电池组一般由多个锂离子电池单体采用并联或者串联构成，这些锂离子电池单体可以是18650型/26650型/32130/或者其它各种类型。依据车辆类型（混合动力车，插电式混合动力车，纯电动车）的不同，电池包内电池单体的数量也不同，一般而言，家用电动车辆内的电池单体数目范围在几十～几百之间，而较大型的车辆（比如电动公交车）内的电池单体甚至可以达到几万个之多。

在电动车辆的使用过程中，充电是一个亟待解决的问题，一方面，出于使用方便的要求，对于电动车充电时间的要求是尽可能的短；这样就要求对于电动车辆进些高倍率充电（往往可以达到5C甚至更高）；另一方面，对于车辆内众多电池单体而言，高倍率充电下，其容量和循环寿命会减小，特别是在充电初期就直接进些高倍率充电，对于电池单体的脉冲电流冲击较大，会损伤电池单体的内部化学结构，使得电池单体的寿命更加减少。另外，即使在充电倍率较低的情况下（例如2C，1C),在充电期间电池包内的并联的电池单体间的偏流也是一个较为严重的问题，所谓偏流，指的是电池单体在相同倍率充电条件下，流过的电流强度之间具有一定的差别，流过某个电池单体的电流强度和预设充电电流之间会有一个差值，这个差值除以预设充电电流强度一般称之为偏流率。依据不同的电池型号和充电倍率，在充电期间电池单体间的偏流率一般在15％～30％甚至更多。偏流（尤其是偏流率较大的时候）会导致电池单体流过的电流强度不均，电池发热不均，进而导致电池包内部的局部“热点”出现，甚至出现热失控，着火的事故。

[发明内容]

本发明的目的即是针对上述问题，提供一种电池组的充电方法，采用这种方法进行充电，可以有效控制偏流，提高电池单体和电池包的使用寿命。

为了达到上述目的，本发明的充电方法包括：

一种电池组充电方法，其特征在于：它包括如下步骤：

（11）：变电流充电阶段，在此阶段电池组的充电电流大小由0逐步增加到设定值Im；

（12）：恒电流充电阶段，在此阶段电池组的充电电流为设定值Im，直至达到电池组的充电限制电压；

(13)：恒压充电阶段，在此阶段电池组的电压为充电限制电压，电流随时间逐渐减小，直至达到恒压充电截止电流或将电池充满。

作为优选的实施方式，在所述的（11）阶段内，电流－时间曲线符合函数： $I\left(t\right)=B\×\frac{1}{R}\×e^C\×t^{\frac{S}{A\×V}}$ ，其中：

B，S为依据不同电池类型而定的常数；

C为电池组的充电倍率；

R为构成电池组的电芯单体的内阻偏差模；

A为构成电池组的电芯单体的容量偏差模；

V为构成电池组的电芯单体的额定电压偏差模。

作为优选的实施方式，所述的B的取值范围为0.1～0.5，所述的S的取值范围为5～20。

上述的内阻偏差模指的是：对于某一特定类型的电池单体，其对应于型号有一个经验的，给定的标准内阻值，（例如，对于某公司18650型磷酸铁锂电池，其内阻标准值为4mΩ），对于某一由N个电池单体所构成的电池组而言，内阻偏差模为：其所有电池单体的内阻与标准内阻值的差的绝对值再取算术平均，将所得值再乘以1000即得到内阻偏差模，用数学公式表达即为：

$R=1000\×\frac{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}|R_n-\stackrel{\‾}{R}|}{N}$

其中，R为内阻偏差模，R_n为每个电池单体的实测内阻，

为该型号电池单体的标准内阻值。

类似地，容量偏差模的定义为：

$A=1000\×\frac{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}|A_n-\stackrel{\‾}{A}|}{N}$

其中，A为容量偏差模，A_n为每个电池单体在满电状态下的实测放电容量，

为该型号电池单体的标准容量值。

额定电压偏差模的定义为:

$V=100\×\frac{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}|V_n-\stackrel{\‾}{V}|}{N}$

其中，V为额定电压偏差模，V_n为每个电池单体在满电状态下的电压值，

为该型号电池单体的标准额定电压值。

另外，对于B和S，依据不同的电极材料和不同的电池单体形状，其具有不同的值，目前而言，对于B的取值范围，约在0.1～0.5之间；对于S的取值范围，约在5～15之间。

由于在充电初始阶段进行小电流充电并逐步增大，使得在充电初期阶段加到电池单体上的电流脉冲较小并缓步增加到最大充电电流，有利于减少电池组单体之间的分流，使得电池单体和电池组的寿命延长。

[附图说明]

图1为实施例1中变电流充电阶段的I（t)曲线；

图2为实施例2中变电流充电阶段的I（t)曲线；

图3为实施例3中变电流充电阶段的I（t)曲线；

图4为实施例4中变电流充电阶段的I（t)曲线；

图5为实施例5中变电流充电阶段的I（t)曲线；

图6为实施例6中变电流充电阶段的I（t)曲线；

图7为实施例7中变电流充电阶段的I（t)曲线；

图8为实施例8中变电流充电阶段的I（t)曲线；

图1为实施例1中变电流充电阶段的I（t)曲线。

[具体实施方式]：

实施例1：

对于一并联电池组，由10个18650型钛酸锂电池构成，所述的钛酸锂电池正极为钴酸锂材料，负极为钛酸锂材料，额定容量为1Ah，额定内阻为5mΩ，额定电压为2.4V。

对于该并联电池组进行1C充电，分别采用传统方式（即直接以1C进行充电）和按照

的方式将每个电池单体的充电电流增加到1C（1安培）后再进行恒流充电。两种方式各进行1000次充放电循环，对比结果如表1所示意：

其中:电池单体间最大偏流率指的是（其它实施例中同）：

在1000次充电过程中，每100次顺序中，任意取1次充电过程，例如：在1～100次充放电过程中，取第30次的充电过程，100～200次充放电过程中，取第57次充电过程。那么，1000次充放电过程中，共取得10次充电过程。

在每次充电过程中，找出其中偏流最大的电池单体的偏离额定充电值的数量的绝对值。再将这10个最大偏流的绝对值取算术平均，即得到最大偏流量。

将最大偏流量除以额定充电电流，即得到最大偏流率。

在本实施例中，B=0.1，S=5， R=1 ，A=3 ，V=2

附图1给出了本实施例在变电流充电阶段的电流强-时间曲线，可以看出，变电流充电阶段约持续40秒左右。

表     1

实施例2：

对于一并联电池组，由10个26650型钛酸锂电池构成，所述的钛酸锂电池正极为钴酸锂材料，负极为钛酸锂材料，额定容量为2.5Ah，额定内阻为6mΩ，额定电压为2.4V。

对于该并联电池组进行2C充电，分别采用传统方式（即直接以2C进行充电）和按照

的方式将充电电流增加到2C（5安培）后再进行恒流充电。两种方式各进行1000次充放电循环，对比结果如表2所示意：

在本实施例中，B=0.1，S=20， R=2 ，A=6 ，V=2

附图2给出了本实施例在变电流充电阶段的电流强-时间曲线，可以看出，变电流充电阶段约持续50秒左右。

表     2

实施例3

对于一并联电池组，由20个18650型磷酸铁锂电池构成，所述的磷酸铁电池正极为磷酸铁锂材料，负极为石墨材料，额定容量为1Ah，额定内阻为3mΩ，额定电压为3.4V。

对于该并联电池组进行3C充电，分别采用传统方式（即直接以3C进行充电）和按照

的方式将充电电流增加到3C（3安培）后再进行恒流充电。两种方式各进行1000次充放电循环，对比结果如表3所示意：

在本实施例中，B=0.5，S=5， R=2 ，A=3 ，V=2

附图3给出了本实施例在变电流充电阶段的电流强-时间曲线，可以看出，变电流充电阶段约持续550秒左右。

表     3

实施例4：

 对于一并联电池组，由20个26650型磷酸铁锂电池构成，所述的磷酸铁电池正极为磷酸铁锂材料，负极为石墨材料，额定容量为3Ah，额定内阻为12mΩ，额定电压为3.4V。

对于该并联电池组进行2C充电，分别采用传统方式（即直接以2C进行充电）和按照

的方式将充电电流增加到2C（6安培）后再进行恒流充电。两种方式各进行1000次充放电循环，对比结果如表4所示意：

在本实施例中，B=0.5，S=20， R=4，A=4 ，V=4

附图4给出了本实施例在变电流充电阶段的电流强-时间曲线，可以看出，变电流充电阶段约持续120秒左右。

表     4

实施例5：

对于一并联电池组，由10个方形钛酸锂电池构成，所述的钛酸锂电池正极为锰酸锂材料，负极为钛酸锂材料，额定容量为5Ah，额定内阻为8mΩ，额定电压为2.2V。

对于该并联电池组进行4C充电，分别采用传统方式（即直接以4C进行充电）和按照

的方式将充电电流增加到4C（8.8安培）后再进行恒流充电。两种方式各进行1000次充放电循环，对比结果如表5所示意：

在本实施例中，B=0.1，S=15， R=2，A=3 ，V=3

附图5给出了本实施例在变电流充电阶段的电流强-时间曲线，可以看出，变电流充电阶段约持续250秒左右。

表     5

实施例6：

对于一并联电池组，由10个方形磷酸铁锂电池构成，所述的钛酸锂电池正极为磷酸铁锂材料，负极为石墨材料，额定容量为5Ah，额定内阻为6mΩ，额定电压为3.4V。

对于该并联电池组进行5C充电，分别采用传统方式（即直接以5C进行充电）和按照

的方式将充电电流增加到5C（17安培）后再进行恒流充电。两种方式各进行1000次充放电循环，对比结果如表6所示意：

在本实施例中，B=0.5，S=12， R=1，A=3，V=3

附图6给出了本实施例在变电流充电阶段的电流强-时间曲线，可以看出，变电流充电阶段约持续600秒左右。

表     6

实施例7：

对于一并联电池组，由10个方形钛酸锂电池构成，所述的钛酸锂电池正极为锰酸锂材料，负极为钛酸锂材料，额定容量为10Ah，额定内阻为12mΩ，额定电压为2.2V。

对于该并联电池组进行2C充电，分别采用传统方式（即直接以2C进行充电）和按照

的方式将充电电流增加到2C（20安培）后再进行恒流充电。两种方式各进行1000次充放电循环，对比结果如表7所示意：

在本实施例中，B=0.2，S=20， R=3，A=3 ，V=4

附图7给出了本实施例在变电流充电阶段的电流强-时间曲线，可以看出，变电流充电阶段约持续110秒左右。

表     7

实施例8：

对于一并联电池组，由10个方形磷酸铁锂电池构成，所述的钛酸锂电池正极为磷酸铁锂材料，负极为石墨材料，额定容量为10Ah，额定内阻为8mΩ，额定电压为3.4V。

对于该并联电池组进行3C充电，分别采用传统方式（即直接以3C进行充电）和按照的方式将充电电流增加到3C（30安培）后再进行恒流充电。两种方式各进行1000次充放电循环，对比结果如表8所示意：

在本实施例中，B=0.3，S=20， R=3，A=3，V=4

附图8给出了本实施例在变电流充电阶段的电流强-时间曲线，可以看出，变电流充电阶段约持续180秒左右。

表     8

本发明的保护范围并不仅限于实施例，凡在本发明精神下所做的变化和改动，均应落在本发明保护范围之内。

Claims (3)

1.一种电池组充电方法，其特征在于：它包括如下步骤：

（11）：变电流充电阶段，在此阶段电池组的充电电流大小由0逐步增加到设定值Im；

（12）：恒电流充电阶段，在此阶段电池组的充电电流为设定值Im，直至达到电池组的充电限制电压；

(13)：恒压充电阶段，在此阶段电池组的电压为充电限制电压，电流随时间逐渐减小，直至达到恒压充电截止电流或将电池充满。

2.如权利要求1所述的电池组充电方法，其特征在于：在所述的（11）阶段内，电流－时间曲线符合函数： $I\left(t\right)=B\×\frac{1}{R}\×e^{-C}\×t^{\frac{S}{A\×V}}$ ，其中：

B，S为依据不同电池类型而定的常数；

C为电池组的充电倍率；

R为构成电池组的电芯单体的内阻偏差模；

A为构成电池组的电芯单体的容量偏差模；

V为构成电池组的电芯单体的额定电压偏差模。

3.如权利要求2所述的电池组充电方法，其特征在于：所述的B的取值范围为0.1～0.5，所述的S的取值范围为5～20。

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