CN111293378A - 一种提高锂离子电池循环寿命的充电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种提高锂离子电池循环寿命的充电方法，包括：当锂离子电池为第1到第n个循环充电次数时，调整充电截止电流为I0，并控制充电SOC达到对应的容量S0;当锂离子电池为第n+1到第n1个循环充电次数时，调整充电截止电流为I0+X1，并控制充电SOC达到对应的容量S1;当锂离子电池为第n1+1到第n2个循环充电次数时，调整充电截止电流为I0+X1+X2，并控制充电SOC达到对应的容量S2；依次类推，逐步增加充电截止电流，控制充电SOC达到对应的容量S，通过分阶段增加循环充电过程中的充电截止电流，控制锂离子电池的充电SOC。来达到延长循环性能的目的，提高锂离子电池的使用寿命。

Description

一种提高锂离子电池循环寿命的充电方法
技术领域
本发明涉及电池充电技术领域，特别涉及一种提高锂离子电池循环寿命的充电方法。
背景技术
电池使用寿命是手机用户的核心体验,因此，提高锂离子电池循环寿命对提升用户体验具有重大意义，由于，锂离子电池充电方案对锂离子电池循环寿命有重要影响，因此，选择合适的充电方案可以有效提高锂离子电池循环寿命,其中，充电方案中影响锂离子电池循环寿命的主要因素有三个：充电电流、充电电压和充电截止电流。
目前，采用恒定的充电电压和截止电流对锂离子电池进行充电，在电池使用过程中不做调整，保持原始的充电策略，但是，由于充电电压和截止电流保持不变，锂离子电池在使用过程中容量衰减持续加快，使用寿命变短；
而且，还存在采用降电压的充电方案对锂离子电池进行充电，在电池使用过程中保持充电截止电流不变逐步降低充电电压，通过降低电压的方式减缓电池容量的衰减速度，提高电池使用寿命，但是该充电方案对充电电压控制精度要求较高，会由于充电电压控制精度不足导致不能发挥该充电方案效果。
因此，本发明提出一种新的充电方案，来提高锂离子电池的循环寿命。
发明内容
本发明提供一种提高锂离子电池循环寿命的充电方法，通过调整循环过程充电截止电流控制充电SOC来达到延长循环性能的目的，提高锂离子电池的使用寿命。
本发明提供一种提高锂离子电池循环寿命的充电方法，包括：
分阶段增加循环充电过程中的充电截止电流；
根据所述充电截止电流，控制所述锂离子电池的充电SOC。
在一种可能实现的方式中，
分阶段增加循环充电过程中的充电截止电流的步骤包括：
当所述锂离子电池为第1到第n个循环充电次数时，调整充电截止电流为I0，并控制充电SOC达到对应的容量S0;
当所述锂离子电池为第n+1到第n1个循环充电次数时，调整充电截止电流为I0+X1，并控制充电SOC达到对应的容量S1，其中，X1表示第n+1到第n1个循环充电次数所增加的截止电流；
当所述锂离子电池为第n1+1到第n2个循环充电次数时，调整充电截止电流为I0+X1+X2，并控制充电SOC达到对应的容量S2，依次类推，逐步增加充电截止电流，控制充电SOC达到对应的容量S，其中，X2表示第n1+1到第n2个循环充电次数所增加的截止电流；
其中，所述容量S0小于容量S1，所述容量S1小于容量S2。
在一种可能实现的方式中，还包括：
当通过调整循环后段的充电SOC达到在循环次数为n+m时，对应的充电容量高于采用充电截止电流I0的充电容量，其中，m为n1、n2、...、np，p为正整数。
在一种可能实现的方式中，
循环充电次数的调整范围为1~400，且所述循环充电次数为正整数。
在一种可能实现的方式中，
分阶段增加的充电截止电流的调整范围为1~2000mA。
在一种可能实现的方式中，还包括：
对所述锂离子电池进行循环充电过程中，预估所述锂离子电池的使用寿命，其步骤包括：
当所述锂离子电池为第1到第n个循环充电次数时，配置接收第一轮循环的n个第一测试数据；
当所述锂离子电池为第n+1到第n1个循环充电次数时，配置接收第二轮循环的n1-n个第二测试数据；
当所述锂离子电池为第n1+1到第n2个循环充电次数时，配置接收第三轮循环的n2-n1个第三测试数据，依次类推，逐步配置接收第p+1轮循环的np-np-1个第p+1测试数据；
根据获取的所有测试数据以及每轮循环的循环因子，预估所述锂离子电池的使用寿命。
在一种可能实现的方式中，
预估所述锂离子电池的使用寿命的过程中，还包括：
建立所述锂离子电池的待优化寿命预估模型；
基于所有测试数据，确定所述锂离子电池在p+1轮中每轮每次循环充电的电池寿命递减率；
基于电池温度检测模型，检测所述锂离子电池每轮每次循环充电的温度变化率；
基于所述电池寿命递减率和温度变化率进行最小二乘法拟合，获得所述锂离子电池的优化参数；
根据所述优化参数，对所述待优化寿命预估模型进行优化，获得最终寿命预估模型。
在一种可能实现的方式中，所述每轮每次循环充电的电池寿命递减率与所述温度变化率一一对应。
在一种可能实现的方式中，
检测所述锂离子电池每轮每次循环充电的温度变化率之后，还包括：
基于温度机制，选取每轮每次循环超出预设温度范围所对应的所有温度变化率，并基于异常数据库，调取导致所述温度变化率出现异常的异常参数；
根据所述异常参数和预先确定的所述锂离子电池的内阻，对相关循环轮数的充电截止电流进行微调整；
按照微调整后的充电截止电流，控制充电SOC。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例中一种提高锂离子电池循环寿命的充电方法的流程图；
图2为本发明实施例中分阶段增加循环充电过程中的充电截止电流的流程图；
图3为本发明实施例中预估所述锂离子电池的使用寿命的流程图；
图4为本发明实施例中优化预估寿命模型的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
目前，采用恒定的充电电压和截止电流对锂离子电池进行充电，在电池使用过程中不做调整，保持原始的充电策略，但是，由于充电电压和截止电流保持不变，锂离子电池在使用过程中容量衰减持续加快，使用寿命变短；
而且，还存在采用降电压的充电方案对锂离子电池进行充电，在电池使用过程中保持充电截止电流不变逐步降低充电电压，通过降低电压的方式减缓电池容量的衰减速度，提高电池使用寿命，但是该充电方案对充电电压控制精度要求较高，会由于充电电压控制精度不足导致不能发挥该充电方案效果。
因此，本发明提出一种新的充电方案，来提高锂离子电池的循环寿命，具体如下：
实施例一：
本发明提供一种提高锂离子电池循环寿命的充电方法，如图1所示，包括：
步骤1：分阶段增加循环充电过程中的充电截止电流；
步骤2：根据所述充电截止电流，控制所述锂离子电池的充电SOC。
其中，优选地，如图2所示，分阶段增加循环充电过程中的充电截止电流的步骤包括：
步骤11：当所述锂离子电池为第1到第n个循环充电次数时，调整充电截止电流为I0，并控制充电SOC达到对应的容量S0;
步骤12：当所述锂离子电池为第n+1到第n1个循环充电次数时，调整充电截止电流为I0+X1，并控制充电SOC达到对应的容量S1，其中，X1表示第n+1到第n1个循环充电次数所增加的截止电流；
步骤13：当所述锂离子电池为第n1+1到第n2个循环充电次数时，调整充电截止电流为I0+X1+X2，并控制充电SOC达到对应的容量S2；
步骤14：依次类推，逐步增加充电截止电流，控制充电SOC达到对应的容量S，其中，X2表示第n1+1到第n2个循环充电次数所增加的截止电流；
其中，所述容量S0小于容量S1，所述容量S1小于容量S2。
其中，优选地，当通过调整循环后段的充电SOC达到在循环次数为n+m时，对应的充电容量高于采用充电截止电流I0的充电容量，其中，m为n1、n2、...、np，p为正整数。
其中，优选地，循环充电次数的调整范围为1~400，且所述循环充电次数为正整数。
分阶段增加的充电截止电流的调整范围为1~2000mA。
该技术方案的工作原理是：分阶段增加循环充电过程中的充电截止电流，并随着循环数的增加，逐步增加截止电流控制充电SOC，并且在调整过程中，可以对循环数进行调整，且可以对逐步增加的充电截止电流进行调整。
该实施例中充电SOC(state of charge，荷电状态)表示充电荷电状态。
该技术方案的有益效果是：
1、可以有效减缓锂离子电池循环过程中的容量衰减，提升锂离子电池的循环寿命；
2、可以在不增加电池制造成本的前提下有效提高锂离子电池的使用寿命。
实施例二：
在实施例一的基础上，本发明提供一种提高锂离子电池循环寿命的充电方法，如图3所示，还包括：对所述锂离子电池进行循环充电过程中，预估所述锂离子电池的使用寿命，其步骤包括：
步骤31：当所述锂离子电池为第1到第n个循环充电次数时，配置接收第一轮循环的n个第一测试数据；
步骤32：当所述锂离子电池为第n+1到第n1个循环充电次数时，配置接收第二轮循环的n1-n个第二测试数据；
步骤33：当所述锂离子电池为第n1+1到第n2个循环充电次数时，配置接收第三轮循环的n2-n1个第三测试数据，依次类推，逐步配置接收第p+1轮循环的np-np-1个第p+1测试数据；
步骤34：根据获取的所有测试数据以及每轮循环的循环因子，预估所述锂离子电池的使用寿命。
该实施例中，测试数据是可以包括电池剩余容量、电池剩余容量变化率、电池充电效率、电池温度等参数在内的；
其中，电池剩余容量变化率的计算公式如下：
Figure 83976DEST_PATH_IMAGE001
；
该实施例中，每轮循环的循环因子，可以是按照每轮循环的循环总因子，或者是每轮循环中每次循环的循环单因子；
其中，循环单因子，可以是每轮循环中的每次循环中的当前循环时间与上一循环时间值之比，对应的循环总因子，可以是循环单因子之和与该轮循环的循环次数之比。
该技术方案的有益效果是：通过配置接收每轮每次循环对应的测试数据，和每轮循环的循环因子，并与预估电池的使用寿命，为后续对充电截止电流进行微调整提供基础。
实施例三：
在上述实施例二的基础上，本发明提供一种提高锂离子电池循环寿命的充电方法，预估所述锂离子电池的使用寿命的过程中，如图4所示，还包括：
步骤41：建立所述锂离子电池的待优化寿命预估模型；
步骤42：基于所有测试数据，确定所述锂离子电池在p+1轮中每轮每次循环充电的电池寿命递减率；
步骤43：基于电池温度检测模型，检测所述锂离子电池每轮每次循环充电的温度变化率；
步骤44：基于所述电池寿命递减率和温度变化率进行最小二乘法拟合，获得所述锂离子电池的优化参数；
步骤45：根据所述优化参数，对所述待优化寿命预估模型进行优化，获得最终寿命预估模型。
其中，优选地，所述每轮每次循环充电的电池寿命递减率与所述温度变化率一一对应。
该技术方案的工作原理是：通过确定一一对应的每轮每次循环充电的电池寿命递减率和温度变化率，并基于最小二乘拟合，便于获取优化参数对待优化寿命预估模型进行优化，其中，优化参数，例如是对充电截止电流进行微调整优化的参数，如：当锂离子电池为第n+1到第n1个循环充电次数时，调整充电截止电流为I0+X1，并控制充电SOC达到S1，此时在原先调整的基础上，根据拟合结果，对其充电截止电流进行为微调整，如调整后的充电截止电流为：；
其中，为对充电截止电流的微调整量。
该实施例中，电池寿命递减率是基于相邻循环次数中电池剩余使用寿命进行确定的，温度变化率是基于相邻循环次数中电池温度进行确定的，且通过对每轮每次循环次数都进行确定，可以对其进行精细化计算预测。
该技术方案的有益效果是：通过建立并优化寿命预估模型，可以提高对预估锂离子电池寿命的精准性。
实施例四：
在实施例二的基础上，本发明提供一种提高锂离子电池循环寿命的充电方法，检测所述锂离子电池每轮每次循环充电的温度变化率之后，还包括：
基于温度机制，选取每轮每次循环超出预设温度范围所对应的所有温度变化率，并基于异常数据库，调取导致所述温度变化率出现异常的异常参数；
根据所述异常参数和预先确定的所述锂离子电池的内阻，对相关循环轮数的充电截止电流进行微调整；
按照微调整后的充电截止电流，控制充电SOC。
该实施例中，在对电池进行充电的过程中，电池温度也是衡量电池寿命的一个重要指标，因此，选取超范围的温度对应的温度变化率，来对电池的充电截至电流进行调整，可以提高其电池的使用寿命。
该实施例中，预设温度范围是预先设置好的，且一般按照充电器充电电压确定温度范围，例如：3.7v充电电压对应的手机电池温度一般在[20°，27°]之间，4.2v充电电压对应的手机电池温度一般在[20°，40°]之间，且超出的温度范围，一般是指超出的最大温度范围。
该实施例中，对应的异常参数，可以为后台多个应用程序运行参数。
该实施例中，确定的电池的内阻，可以是随着温度变化进行实时测量获得电阻R，如：
Figure 394872DEST_PATH_IMAGE002
;
其中，
Figure 790081DEST_PATH_IMAGE003
表示测量的当前电压值与上一电压值之间的电压差值；
Figure 135612DEST_PATH_IMAGE004
表示测量的当前电流值与上一电流值之间的电流差值；oi的取值范围为 1,2，...,g+1,且oi对应的次数随着温度的变化而变化；
例如：当温度变化g次，此时对应的oi为g+1。
该技术方案的有益效果是：通过确定与温度相关的异常参数，便于微调整充电截止电流，进一步间接提高锂电池的使用寿命。
实施例五：
在上述实施例一、二、三、四的基础上，本发明提供一种提高锂离子电池循环寿命的充电方法，还包括：
根据所述测试数据，计算所述锂离子电池的电池综合值L；
Figure 958074DEST_PATH_IMAGE005
其中，
Figure 225108DEST_PATH_IMAGE006
表示所述锂离子电池的容量衰退函数；
Figure 955166DEST_PATH_IMAGE007
表示基于先验分布函数的容 量衰退函数;
Figure 624045DEST_PATH_IMAGE008
表示基于后验分布函数的容量衰退函数，其中，
Figure 617409DEST_PATH_IMAGE009
; E1表示所述锂离子电池额定放电电量；E2表示所述锂离子电池额定充电电量；p表示充电的 循环轮数；m表示每轮中的循环次数；F1表示所述锂离子电池的实际有效放电电量；F2表示 所述锂离子电池的额定有效放电电量；
Figure 902897DEST_PATH_IMAGE010
表示所述锂离子电池的实际有效充电电量；
Figure 639909DEST_PATH_IMAGE011
表示所述锂离子电池的额定有效充电电量；
Figure 163294DEST_PATH_IMAGE012
表示所述锂离子电池有效放电过程中 的拟合因子；
Figure 124297DEST_PATH_IMAGE013
表示所述锂离子电池有效充电过程中的拟合因子；W表示所述锂离子电池 剩余能量；
当所述锂离子电池进行循环充电过程中，捕捉消耗所述锂离子电池的消耗配件，并记录每个配件在每轮循环中每次循环的电量消耗参数，并构建每个配件的电量消耗曲线D（T）以及每个配件的温度变化曲线Q(T)；
计算每个配件的配件寿命
Figure 365922DEST_PATH_IMAGE014
；
Figure 641046DEST_PATH_IMAGE015
；
Figure 815675DEST_PATH_IMAGE016
；
Figure 150841DEST_PATH_IMAGE017
;
其中，
Figure 410921DEST_PATH_IMAGE018
表示标准电量消耗曲线；
Figure 489736DEST_PATH_IMAGE019
表示标准温度变化曲线；
Figure 987713DEST_PATH_IMAGE020
表示影响每个 配件寿命的配件综合指标函数，且
Figure 290519DEST_PATH_IMAGE020
的取值范围为[0,1]。
计算所有配件的综合寿命Z；
Figure 241157DEST_PATH_IMAGE021
；
其中，
Figure 123662DEST_PATH_IMAGE022
表示第k个配件的配件权重值；
基于寿命数据库，当所述综合寿命相对应大于或等于所述电池综合值时，按照基于循环数的增加，逐步增加截止电流控制充电SOC；
当所述综合寿命相对应小于所述电池综合值时，从电池数据库中，调取与综合寿命相关的充电方案，对所述锂离子电池进行充电。
该技术方案的有益效果是：通过将锂离子电池的电池综合值与配件的综合寿命进行比较，确定对锂离子电池的充电方案，尽可能的提高锂离子和与之配合使用的配件的使用寿命，其中，对于配件综合寿命的确定，首先是通过确定每个配件的配件寿命，其次是基于每个配件，确定所有配件的综合寿命，便于后续进行进一步比较。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种提高锂离子电池循环寿命的充电方法，其特征在于，包括：
分阶段增加循环充电过程中的充电截止电流；
根据所述充电截止电流，控制所述锂离子电池的充电SOC。
2.如权利要求1所述的充电方法，其特征在于，分阶段增加循环充电过程中的充电截止电流的步骤包括：
当所述锂离子电池为第1到第n个循环充电次数时，调整充电截止电流为I0，并控制充电SOC达到对应的容量S0;
当所述锂离子电池为第n+1到第n1个循环充电次数时，调整充电截止电流为I0+X1，并控制充电SOC达到对应的容量S1，其中，X1表示第n+1到第n1个循环充电次数所增加的截止电流；
当所述锂离子电池为第n1+1到第n2个循环充电次数时，调整充电截止电流为I0+X1+X2，并控制充电SOC达到对应的容量S2，依次类推，逐步增加充电截止电流，控制充电SOC达到对应的容量S，其中，X2表示第n1+1到第n2个循环充电次数所增加的截止电流；
其中，所述容量S0小于容量S1，所述容量S1小于容量S2。
3.如权利要求2所述的充电方法，其特征在于，还包括：
当通过调整循环后段的充电SOC达到在循环次数为n+m时，对应的充电容量高于采用充电截止电流I0的充电容量，其中，m为n1、n2、...、np，p为正整数。
4.如权利要求1所述的充电方法，其特征在于，
循环充电次数的调整范围为1~400，且所述循环充电次数为正整数。
5.如权利要求1所述的充电方法，其特征在于，
分阶段增加的充电截止电流的调整范围为1~2000mA。
6.如权利要求2所述的充电方法，其特征在于，还包括：对所述锂离子电池进行循环充电过程中，预估所述锂离子电池的使用寿命，其步骤包括：
当所述锂离子电池为第1到第n个循环充电次数时，配置接收第一轮循环的n个第一测试数据；
当所述锂离子电池为第n+1到第n1个循环充电次数时，配置接收第二轮循环的n1-n个第二测试数据；
当所述锂离子电池为第n1+1到第n2个循环充电次数时，配置接收第三轮循环的n2-n1个第三测试数据，依次类推，逐步配置接收第p+1轮循环的np-np-1个第p+1测试数据；
根据获取的所有测试数据以及每轮循环的循环因子，预估所述锂离子电池的使用寿命。
7.如权利要求6所述的充电方法，其特征在于，预估所述锂离子电池的使用寿命的过程中，还包括：
建立所述锂离子电池的待优化寿命预估模型；
基于所有测试数据，确定所述锂离子电池在p+1轮中每轮每次循环充电的电池寿命递减率；
基于电池温度检测模型，检测所述锂离子电池每轮每次循环充电的温度变化率；
基于所述电池寿命递减率和温度变化率进行最小二乘法拟合，获得所述锂离子电池的优化参数；
根据所述优化参数，对所述待优化寿命预估模型进行优化，获得最终寿命预估模型。
8.如权利要求7所述的充电方法，其特征在于，所述每轮每次循环充电的电池寿命递减率与所述温度变化率一一对应。
9.如权利要求7所述的充电方法，其特征在于，检测所述锂离子电池每轮每次循环充电的温度变化率之后，还包括：
基于温度机制，选取每轮每次循环超出预设温度范围所对应的所有温度变化率，并基于异常数据库，调取导致所述温度变化率出现异常的异常参数；
根据所述异常参数和预先确定的所述锂离子电池的内阻，对相关循环轮数的充电截止电流进行微调整；
按照微调整后的充电截止电流，控制充电SOC。
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