CN106712165A - 用于锂电池的充电方法和充电电路 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种用于锂电池的充电方法和充电电路，涉及锂电池技术领域，能够在保证不损害电芯性能的前提下，提高充电速度。该方法包括：根据锂电池电压‑充电电流V‑C特性曲线，预设电池电压与充电电流的对应关系；检测锂电池的电池电压；在所述锂电池的电池电压达到电池电压满充值之前，根据所述锂电池的电池电压以及所述对应关系，调节锂电池的充电电流，使所述锂电池的充电电流与所述锂电池的电池电压满足所述对应关系。

Description

用于锂电池的充电方法和充电电路

【技术领域】

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种用于锂电池的充电方法和充电电路。

【背景技术】

目前，对于锂电池最常见的充电方法是先恒流(CC,Constant Current)充电，再恒压(CV,Constant Voltage)充电，或者是大倍率快速充电模式，然而不管是何种充电模式，都要求所输入的充电电流及充电电压小于电池所能承受的最大充电电流及最大充电电压，这也就从根本上限制了电池的充电效率无法发挥到极致。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

现有技术中的充电方式较为固定，在保证不损害电芯性能的前提下，充电速度较慢。

【发明内容】

有鉴于此，本发明实施例提供了一种用于锂电池的充电方法和充电电路，能够在保证不损害电芯性能的前提下，提高充电速度。

一方面，提供一种用于锂电池的充电方法，包括：

根据锂电池电压-充电电流V-C特性曲线，预设电池电压与充电电流的对应关系；

检测锂电池的电池电压；

在所述锂电池的电池电压达到电池电压满充值之前，根据所述锂电池的电池电压以及所述对应关系，调节锂电池的充电电流，使所述锂电池的充电电流与所述锂电池的电池电压满足所述对应关系。

具体地，上述方法还包括：

当所述锂电池的电池电压达到电池电压满充值，且所述锂电池的充电电流达到充电电流满充值时，停止充电。

具体地，上述锂电池为锂离子二次电池、锂金属二次电池、锂硫二次电池或锂空气二次电池。

具体地，所述锂电池为锂离子二次电池；

所述锂离子二次电池为钴酸锂体系锂离子二次电池、锰酸锂体系锂离子二次电池、镍钴锰酸锂体系锂离子二次电池或磷酸铁锂体系锂离子二次电池等。

具体地，所述锂离子二次电池为钴酸锂体系的锂离子二次电池；

所述电压满充值为4.35V。

具体地，所述电流满充值为0.05C。

另一方面，提供一种充电电路，包括：

充电电流变换电路，其输入端连接于充电器连接端，其输出端连接于电池连接端，所述充电电流变换电路用于输出锂电池的充电电流并提供至所述电池连接端；

充电控制单元，连接于所述充电电流变换电路的控制端和所述电池连接端，所述充电控制单元用于检测锂电池的电池电压，并且根据所述锂电池的电池电压以及根据锂电池电压-充电电流V-C特性曲线预设的电池电压与充电电流的对应关系，通过所述充电电流变换电路调节所述锂电池的充电电流，使所述锂电池的充电电流与所述锂电池的电池电压满足所述对应关系。

具体地，所述充电电流变换电路为降压式变换电路，用于通过电压的调节改变电流；

所述充电器连接端包括充电器连接端正极和充电器连接端负极，所述充电器连接端正极连接于所述降压式变换电路的输入端；

所述电池连接端包括电池连接端正极和电池连接端负极，所述电池连接端正极连接于所述降压式变换电路的输出端，所述电池连接端负极连接于所述充电器连接端负极；

所述充电控制单元包括输入电压检测端、电池电压检测端正极、电池电压检测端负极，所述输入电压检测端连接于所述降压式变换电路的输入端，所述电池电压检测端正极和所述电池电压检测端负极分别连接于所述电池连接端正极和所述电池连接端负极。

具体地，上述充电电路还包括：

串联于所述降压式变换电路的输出端与所述电池连接端正极之间的反馈电阻；

所述充电控制单元还包括反馈端，所述反馈端连接于所述降压式变换电路的输出端，所述反馈端用于检测所述降压式变换电路的输出电压，所述充电控制单元还用于对所述锂电池的充电电流进行反馈调节。

具体地，所述充电器连接端负极接地。

本发明提供的用于锂电池的充电方法和充电电路，利用锂电池本身的V-C特性曲线中电池电压和充电电流的对应关系，检测锂电池的充电电压，并调整锂电池的充电电流，使锂电池的电池电压和充电电流满足上述对应关系，从而在保证不损害电芯性能的前提下，提高充电速度。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例中一种充电方法的流程图；

图2是本发明实施例中一种充电电路的结构框图；

图3是本发明实施例中另一种充电电路的结构示意图。

【具体实施方式】

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

如图1所示，本发明实施例提供一种用于锂电池的充电方法，包括：

步骤101、根据锂电池电压-充电电流V-C特性曲线，预设电池电压与充电电流的对应关系；

在该步骤中，V-C特性曲线是锂电池本身的一种特性表现，在V-C特性曲线中，一个坐标为电池电压值，另一个坐标为充电电流值，锂电池的充电过程中，电池电压与充电电流具有对应的关系，每个电池电压都具有相对应的充电电流，其体现的是锂电池在充电过程中，电池电压所对应的最大充电电流值。若使用超过该值的电流进行充电，则可能会损害锂电池的电芯性能，若使用较低的电流进行充电，则充电速度会下降，因此最大充电电流值也是在确保电芯性能的前提下，能够最快速充电的电流值。

步骤102、检测锂电池的电池电压；

具体地，该检测可以为实时检测，在锂电池的充电过程中，电池电压会不断变化。

步骤103、在上述锂电池的电池电压达到电池电压满充值之前，根据锂电池的电池电压以及上述对应关系，调节锂电池的充电电流，使锂电池的充电电流与锂电池的电池电压满足上述对应关系。

在该步骤中，锂电池的电池电压达到电池电压满充值之前，充电电流是可控制的，此阶段下，根据V-C特性曲线选择在确保电芯性能的前提下，选择能够最快速充电的电流值进行充电；当锂电池的电池电压达到电池电压满充值后，根据锂电池的特性，继续充电会使充电电流不断减小，当充电电流减小至达到满充电流值时，即说明该锂电池完成充电，此阶段为恒压充电阶段，充电电流不可控。

需要说明的是，上述对应关系可以根据需要进行设置，例如，在V-C特性曲线中，电池电压的最小值为3V、最大值为4.2V，若每隔0.1V设置一个电池电压与充电电流的对应关系，则一共有12对电池电压值与相对应的充电电流值；若每隔0.01V设置一个电池电压与充电电流的对应关系，则一共有120对电池电压值与相对应的充电电流值。对应关系中的间隔越小，则充电电流的调节越精确，但是调节难度越大。在对充电电流的调节过程中，需要尽量降低其偏差，将充电电流值的偏差控制在±0.1A之内。

本实施例中的用于锂电池的充电方法，利用锂电池本身的V-C特性曲线中电池电压和充电电流的对应关系，检测锂电池的充电电压，并调整锂电池的充电电流，使锂电池的电池电压和充电电流满足上述对应关系，从而在保证不损害电芯性能的前提下，提高充电速度。

具体地，为了保证充电完成时能够及时停止充电，上述用于锂电池的充电方法还包括：

当锂电池的电池电压达到电池电压满充值，且锂电池的充电电流达到充电电流满充值时，停止充电。电池电压满充值是指锂电池充满电时所对应的电池电压，充电电流满充值是指电池充满电时所对应的充电电流，在该步骤中，只有当两个条件均满足时，才能判断电池已充满电，此时停止充电，以防止继续充电对电芯的损害。

具体地，上述锂电池优选为锂离子二次电池、锂金属二次电池、锂硫二次电池或锂空气二次电池。

具体地，上述锂电池优选为锂离子二次电池；该锂离子二次电池优选为为钴酸锂体系锂离子二次电池、锰酸锂体系锂离子二次电池、镍钴锰酸锂体系锂离子二次电池或磷酸铁锂体系锂离子二次电池。

电压满充值取决于电池化学体系类型，具体地，上述锂离子二次电池优选为为钴酸锂体系的锂离子二次电池；此时电压满充值为4.35V，电流满充值为0.05C。

如图2所示，本发明实施例提供一种充电电路，包括：充电电流变换电路1，其输入端连接于充电器连接端2，其输出端连接于电池连接端3，电池连接端3用于连接电池，充电电流变换电路1用于输出锂电池的充电电流并提供至电池连接端3，即将充电器提供的电流进行转换后输出至电池，以供电池进行充电；充电控制单元4，连接于充电电流变换电路1的控制端和电池连接端3，充电控制单元4用于通过电池连接端3检测锂电池的电池电压，并且根据锂电池的电池电压以及根据锂电池电压-充电电流V-C特性曲线预设的电池电压与充电电流的对应关系，通过充电电流变换电路1调节锂电池的充电电流，使锂电池的充电电流与锂电池的电池电压满足上述对应关系，V-C特性曲线中电池电压与充电电流的对应关系预先存储在充电控制单元4中，充电控制单元4可以通过电池连接端3获取锂电池的电池电压，然后根据该电池电压在上述对应关系中找到相对应的充电电流，然后发送控制信号至充电电流变换电路1的控制端，控制充电电流变换电路1输出该充电电流。

具体地，该充电电路可以应用上述实施例中的充电方法，其具体过程和原理与上述实施例相同，在此不再赘述。

本实施例中的用于锂电池的充电电路，利用锂电池本身的V-C特性曲线中电池电压和充电电流的对应关系，检测锂电池的充电电压，并调整锂电池的充电电流，使锂电池的电池电压和充电电流满足上述对应关系，从而在保证不损害电芯性能的前提下，提高充电速度。

具体地，如图3所示，充电电流变换电路1可以为降压式变换电路Buck，用于通过电压的调节改变电流，可以理解的，充电电流变换电路1也可以为其他类型的变换电路，只要能够改变输出电流即可；充电器连接端2包括充电器连接端正极Charger+和充电器连接端负极Charger-，充电器连接端正极Charger+连接于降压式变换电路Buck的输入端；电池连接端3包括电池连接端正极Battery+和电池连接端负极Battery-，电池连接端正极Battery+连接于降压式变换电路Buck的输出端，电池连接端负极Battery-连接于充电器连接端负极Charger-；充电控制单元4包括输入电压检测端In、电池电压检测端正极Vbat、电池电压检测端负极Vss，输入电压检测端In连接于降压式变换电路Buck的输入端，电池电压检测端正极Vbat和电池电压检测端负极Vss分别连接于电池连接端正极Battery+和电池连接端负极Battery-。降压式变换电路Buck通过电压变换的方式来调节输出电流；充电控制单元4通过获取电池电压检测端正极Vbat和电池电压检测端负极Vss之间的电压差作为锂电池的电池电压；充电控制单元4通过获取输入电压检测端In的电压，即充电器的输入电压，对于降压式变换电路，可以根据其输入电压来对其进行更精确的控制，因此在获取输入电压后进行处理可知通过输出何种控制信号至降压式变换电路Buck可以使降压式变换电路Buck输出所需要的电压，即输出相对应的充电电流。

需要说明的是，上述降压式变换电路Buck的具体结构可以包括两个开关管和一个电感，充电控制单元4通过控制两个开关管的导通和截止来实现降压式变换电路Buck的输出电压的调节，亦即充电电流的调节，可以理解的，两个开关管和一个电感所构成的形式仅为举例，降压式变换电路Buck并不限于该结构，任何可以形成降压式变换电路的结构均可实现本实施例。

为了使充电电流的调节更加精确，上述充电电路还包括：串联于降压式变换电路Buck的输出端与电池连接端正极Battery+之间的反馈电阻Rs；充电控制单元4还包括反馈端Vrs，反馈端Vrs连接于降压式变换电路Buck的输出端，反馈端Vrs用于检测降压式变换电路Buck的输出电压，充电控制单元4还用于对锂电池的充电电流进行反馈调节。根据反馈电阻Rs的电阻值和降压式变换电路Buck的输出电压，可以计算得到降压式变换电路Buck的实际输出电流，即充电电流，将该充电电流作为反馈值与需要调节的充电电流作比较，并进行反馈调节来进一步控制降压式变换电路Buck，从而使充电电流的调节更加精确，减小误差。

具体地，充电器连接端负极Charger-接地。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的***，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机装置(可以是个人计算机，服务器，或者网络装置等)或处理器(Processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种用于锂电池的充电方法，其特征在于，包括：

根据锂电池电压-充电电流V-C特性曲线，预设电池电压与充电电流的对应关系；

检测锂电池的电池电压；

在所述锂电池的电池电压达到电池电压满充值之前，根据所述锂电池的电池电压以及所述对应关系，调节锂电池的充电电流，使所述锂电池的充电电流与所述锂电池的电池电压满足所述对应关系。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

当所述锂电池的电池电压达到电池电压满充值，且所述锂电池的充电电流达到充电电流满充值时，停止充电。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

所述锂电池为锂离子二次电池、锂金属二次电池、锂硫二次电池或锂空气二次电池。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述锂电池为锂离子二次电池；

所述锂离子二次电池为钴酸锂体系锂离子二次电池、锰酸锂体系锂离子二次电池、镍钴锰酸锂体系锂离子二次电池或磷酸铁锂体系锂离子二次电池。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

所述锂离子二次电池为钴酸锂体系锂离子二次电池；

所述电压满充值为4.35V。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

所述电流满充值为0.05C。

7.一种充电电路，其特征在于，包括：

充电电流变换电路，其输入端连接于充电器连接端，其输出端连接于电池连接端，所述充电电流变换电路用于输出锂电池的充电电流并提供至所述电池连接端；

充电控制单元，连接于所述充电电流变换电路的控制端和所述电池连接端，所述充电控制单元用于检测锂电池的电池电压，并且根据所述锂电池的电池电压以及根据锂电池电压-充电电流V-C特性曲线预设的电池电压与充电电流的对应关系，通过所述充电电流变换电路调节所述锂电池的充电电流，使所述锂电池的充电电流与所述锂电池的电池电压满足所述对应关系。

8.根据权利要求7所述的充电电路，其特征在于，

所述充电电流变换电路为降压式变换电路，用于通过电压的调节改变电流；

所述充电器连接端包括充电器连接端正极和充电器连接端负极，所述充电器连接端正极连接于所述降压式变换电路的输入端；

所述电池连接端包括电池连接端正极和电池连接端负极，所述电池连接端正极连接于所述降压式变换电路的输出端，所述电池连接端负极连接于所述充电器连接端负极；

所述充电控制单元包括输入电压检测端、电池电压检测端正极、电池电压检测端负极，所述输入电压检测端连接于所述降压式变换电路的输入端，所述电池电压检测端正极和所述电池电压检测端负极分别连接于所述电池连接端正极和所述电池连接端负极。

9.根据权利要求8所述的充电电路，其特征在于，还包括：

串联于所述降压式变换电路的输出端与所述电池连接端正极之间的反馈电阻；

所述充电控制单元还包括反馈端，所述反馈端连接于所述降压式变换电路的输出端，所述反馈端用于检测所述降压式变换电路的输出电压，所述充电控制单元还用于对所述锂电池的充电电流进行反馈调节。

10.根据权利要求9所述的充电电路，其特征在于，

所述充电器连接端负极接地。