CN115832474A - 电池充电方法及电池、电能设备 - Google Patents

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CN115832474A CN202111435377.6A CN202111435377A CN115832474A CN 115832474 A CN115832474 A CN 115832474A CN 202111435377 A CN202111435377 A CN 202111435377A CN 115832474 A CN115832474 A CN 115832474A
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charging rate
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吴译晨
刘真威
杨丽美
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Abstract

本申请公开了一种电池充电方法、电池及电能设备。所述充电方法包括：在电池充电过程中，确定所述电池的充电状态SOC达到第一SOC范围的情况下，在所述第一SOC范围的最小边界值至第一设定SOC的范围，调整所述电池的充电倍率从第一充电倍率下降至第二充电倍率，在所述第一设定SOC至所述第一SOC范围的最大边界值的范围，调整所述电池的充电倍率从所述第二充电倍率回升至所述第一充电倍率或第三充电倍率。本申请在第一SOC范围中的临近第一设定SOC时，以较低的充电倍率对电池进行充电，降低电池的膨胀力，从而提升了电池的使用寿命。

Description

电池充电方法及电池、电能设备
技术领域
本申请涉及电池充电领域，具体涉及一种电池充电方法及电池、电能设备。
背景技术
电池在充放电的使用过程中，电芯会发生鼓胀而影响电池安全性能。此外随着电池的充放电循环，电解液被不断消耗，影响电池的寿命。特别是在电池充电过程中，当充电状态达到一定值时，电池电芯的膨胀力较大，导致电池极板弯曲而造成电池使用寿命降低。
发明内容
鉴于上述问题，本申请提供一种电池充电方法及电池、电能设备，能够缓解电池充电过程中的膨胀导致的电池安全问题和影响电池寿命的问题。
第一方面，本申请提供了电池充电方法，包括：
在电池充电过程中，确定所述电池的充电状态SOC达到第一SOC范围的情况下，在所述第一SOC范围的最小边界值至第一设定SOC的范围，调整所述电池的充电倍率从第一充电倍率下降至第二充电倍率，在所述第一设定SOC至所述第一SOC范围的最大边界值的范围，调整所述电池的充电倍率从所述第二充电倍率回升至所述第一充电倍率或第三充电倍率。
本申请实施例的技术方案中，在对电池进行充电时，考虑到电芯的循环膨胀力，在对电池充电时，根据电池的膨胀力对应的SOC来确定第一SOC范围，在该第一SOC范围内调整电池的充电倍率先下降，以在电池的SOC临近第一设定SOC时，以较低的充电倍率对电池进行充电，降低电池的膨胀力，从而提升了电池的使用寿命。
在一些实施例中，所述调整所述电池的充电倍率从所述第二充电倍率回升至所述第一充电倍率或第三充电倍率，包括：
在所述电池的SOC达到所述第一设定SOC至所述第二SOC的范围的情况下，维持所述电池的充电倍率保持为所述第二充电倍率；在所述电池的SOC达到所述第二SOC至所述第一SOC范围的最大边界值的范围的情况下，调整所述电池的充电倍率从所述第二充电倍率回升至所述第一充电倍率。
本申请实施例在将电池的充电倍率降低到第二充电倍率后，维持该第二充电倍率持续一段时间，使电池的膨胀力保持在较低的状态，进一步提升电池的使用寿命。
在一些实施例中，所述调整所述电池的充电倍率从所述第二充电倍率回升至所述第一充电倍率或第三充电倍率，包括：
在所述电池的SOC达到所述第一设定SOC至所述第一SOC范围的最大边界值的范围的情况下，调整所述电池的充电倍率从所述第二充电倍率回升至所述第一充电倍率。
本申请实施例通过在电池的SOC临近第一设定SOC时，以较低的充电倍率对电池进行充电，降低电池的膨胀力，而当在电池的SOC超过第一设定SOC时，再提升电池的充电倍率，以在第一设定SOC附近使电池的膨胀力较低，且在后续的SOC阶段，提升电池的充电效率。
在一些实施例中，所述调整所述电池的充电倍率从所述第二充电倍率回升至所述第一充电倍率或第三充电倍率，包括：
在所述电池的SOC达到所述第一设定SOC至第三SOC的范围的情况下，调整所述电池的充电倍率从所述第二充电倍率回升至第三充电倍率；在所述电池的SOC达到所述第三SOC至第四SOC的范围的情况下，调整所述电池的充电倍率从所述第三充电倍率下降至所述第二充电倍率；在所述电池的SOC达到所述第四SOC至所述第一SOC范围的最大边界值的范围的情况下，调整所述电池的充电倍率从所述第四充电倍率上升至所述第一充电倍率。
本申请实施例在电池的SOC临近第一设定SOC时，以较低的充电倍率对电池进行充电，以降低电池的膨胀力，而当电池的SOC超过第一设定SOC时，再提升电池的充电倍率，以提升电池的充电效率，而当充电倍率达到一定值后，再次降低电池的充电倍率，如降低到第二充电倍率后，将充电倍率提升到先前的第一充电倍率，从而在保证电池的充电效率的同时，又提升了电池的使用寿命。
在一些实施例中，所述调整所述电池的充电倍率从所述第二充电倍率回升至所述第一充电倍率或第三充电倍率，包括：
在所述电池的SOC达到所述第一设定SOC至所述第一SOC范围的最大边界值的范围的情况下，调整所述电池的充电倍率从所述第二充电倍率回升至所述第三充电倍率；其中，所述第三充电倍率大于所述第一充电倍率。其中，在所述电池的SOC从零至所述第一SOC范围的最小边界值的范围的情况下，以从第五充电倍率下降至所述第一充电倍率的充电策略对所述电池进行充电。在所述电池的SOC达到所述第一SOC范围的最大边界值至第五SOC的范围的情况下，调整所述电池的充电倍率从所述第三充电倍率上升至第六充电倍率，再从所述第六充电倍率下降至所述第一充电倍率。
本申请实施例为了保证电池的充电效率，从开始充电至第一SOC范围的最小值，以较高的充电倍率对电池进行充电，而当电池的SOC位于第一SOC范围内，调整所述电池的充电倍率从第一充电倍率下降至第二充电倍率，使充电倍率快速降低到最低值，使电池不至受到较大膨胀力，随后在电池的SOC大于第一设定SOC后，快速提升电池的充电倍率至第三充电倍率，在电池的SOC超出第一SOC范围的最大边界值的情况下，以大于第一充电倍率的充电方式对电池充电，可以较大地提升电池的充电效率。
在一些实施例中，所述第一设定SOC位于24.5至25.5％的范围内，并依据环境温度而变动。
本申请实施例中，所述第一设定SOC需要根据电池的类型、温度等确定，为了保证电池的使用寿命，在第一设定SOC附近，大大降低充电电流，使电池的膨胀极力大大降低，提升电池的使用寿命。
在一些实施例中，所述第一设定SOC包括：24.7％、或24.8％、或24.9％、或25％、或25.1％、或25.2％/或25.3％。
本申请实施例中，根据电池的类型、温度等来确定第一设定SOC，以在对电池进行充电时，在第一设定SOC附近，降低电池的充电倍率，提升电池的使用寿命。
在一些实施例中，所述第一SOC范围包括：20％～40％。
本申请实施例中，根据电池特性、电池的使用环境温度等，确定第一SOC范围，以在此区间降低电池的充电电流，提升电池的使用寿命。
第二方面，本申请提供了一种电池，包括电池电芯，所述电池电芯按所述的电池充电方法进行充电而具有相应的电能。
第三方面，本申请提供了一种电能设备，包括设备本体和电源，所述电源使用所述的电池。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。
附图说明
通过阅读对下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在全部附图中，用相同的附图标号表示相同的部件。在附图中：
图1为本申请一些实施例提供的车辆的结构示意图；
图2为本申请一些实施例的充电阶段及充电电流示意图；
图3为本申请一些实施例的电池充电策略的示意图1；
图4为本申请一些实施例的电池充电策略的示意图2；
图5为本申请一些实施例的充电阶段及充电电流示意图；
图6为本申请一些实施例的电池充电策略的示意图1；
图7为本申请一些实施例的电池充电策略的示意图2；
图8为本申请一些实施例的电池充电策略的示意图3；
图9为本申请一些实施例的电池充电策略的示意图4；
图10为本申请一些实施例的最低充电倍率与温度之间关系示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
在本申请实施例的描述中，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。
在本申请实施例的描述中，术语“多个”指的是两个以上(包括两个)，同理，“多组”指的是两组以上(包括两组)，“多片”指的是两片以上(包括两片)。
在本申请实施例的描述中，技术术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”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申请实施例和简化描述，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申请实施例的限制。
在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。
目前，从市场形势的发展来看，动力电池的应用越加广泛。动力电池不仅被应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源***，而且还被广泛应用于电动自行车、电动摩托车、电动汽车等电动交通工具，以及军事装备和航空航天等多个领域。随着动力电池应用领域的不断扩大，其市场的需求量也在不断地扩增。
本发明人注意到，以锂电池充电方法为例，其充电策略包括有降阶恒流恒压充电策略，其包括多个充电阶段，每个充电阶段中电流均恒流；相邻的两个充电阶段中，前个充电阶段中的恒流大于下个充电阶段中的恒流；前个充电阶段的结束节点与下个充电阶段的起始节点间电压保持不变，电流递减；每个充电阶段中，结束节点的电压高于起始节点的电压。相邻两个充电阶段中，前一个充电阶段结束节点与下一个充电阶段起始节点间具有过渡阶段，过渡阶段能够令电池继续充电，以令电池更快充满，从而提高锂电池的充电速度。但是上述电池的充电方法，并未考虑电池处于某SOC或其附近区域时，电池电芯的膨胀力较大，此时应当适当降低电池的充电倍率，降低电池的膨胀力，但目前的充电方法多是考虑充电效率及充电时长，并未考虑电池的膨胀力情况，以及电池的使用寿命等。
为了缓解电池在充电阶段的膨胀力的问题，申请人研究发现，可以在对电池进行充电时，在某SOC或其附近区域，应当降低充电倍率以降低电池的膨胀力，此时电池膨胀力过大，并不利于电池的高充电倍率充电。因此，应当在某些SOC区间，降低电池的充电倍率，而提升电池的使用寿命，且可以通过在其他SOC区间提升电池的充电倍率。
本申请实施例公开的电池充电方法可以对锂电池、磷酸铁锂电池等进行充电，不仅能保证电池的使用寿命，且能保证电池的充电效率。利用本申请实施例充电方法的电池可以用于车辆、船舶或飞行器等用电装置中。
本申请实施例提供一种使用充电方法的电池作为电源的用电装置，用电装置可以为但不限于手机、平板、笔记本电脑、电动玩具、电动工具、电瓶车、电动汽车、轮船、航天器等等。其中，电动玩具可以包括固定式或移动式的电动玩具，例如，游戏机、电动汽车玩具、电动轮船玩具和电动飞机玩具等等，航天器可以包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等。
请参照图1，图1为本申请一些实施例提供的车辆100的结构示意图。车辆100可以为燃油汽车、燃气汽车或新能源汽车，新能源汽车可以是纯电动汽车、混合动力汽车或增程式汽车等。车辆100的内部设置有电池10，电池10可以设置在车辆100的底部或头部或尾部。电池10可以用于车辆100的供电，例如，电池10可以作为车辆100的操作电源。车辆100还可以包括控制器110和马达120，控制器110用来控制电池10为马达120供电，例如，用于车辆100的启动、导航和行驶时的工作用电需求。
在本申请一些实施例中，电池10不仅可以作为车辆100的操作电源，还可以作为车辆100的驱动电源，代替或部分地代替燃油或天然气为车辆100提供驱动动力。
为了满足不同的使用电力需求，电池10可以包括多个电池单体210，电池单体210是指组成电池模块或电池包的最小单元。多个电池单体210可经由电极端子而被串联和/或并联在一起以应用于各种应用场合。本申请中所提到的电池包括电池模块或电池包。其中，多个电池单体210之间可以串联或并联或混联，混联是指串联和并联的混合。电池10也可以称为电池包。本申请的实施例中多个电池单体210可以直接组成电池包，也可以先组成电池模块20，电池模块20再组成电池包。
图2示出了本申请一实施例的电池10的结构示意图。图2中，电池10可以包括多个电池模块20和箱体30，多个电池模块20容纳于箱体30内部。箱体30用于容纳电池单体210或电池模块20，以避免液体或其他异物影响电池单体210的充电或放电。箱体30可以是单独的长方体或者圆柱体或球体等简单立体结构，也可以是由长方体或者圆柱体或球体等简单立体结构组合而成的复杂立体结构，本申请实施例对此并不限定。箱体30的材质可以是如铝合金、铁合金等合金材料，也可以是如聚碳酸酯、聚异氰脲酸酯泡沫塑料等高分子材料，或者是如玻璃纤维加环氧树脂的复合材料，本申请实施例对此也并不限定。
在一些实施例中，箱体30可以包括第一部分301和第二部分302，第一部分301与第二部分302相互盖合，第一部分301和第二部分302共同限定出用于容纳电池单体210的空间。第二部分302可以为一端开口的空心结构，第一部分301可以为板状结构，第一部分301盖合于第二部分302的开口侧，以使第一部分301与第二部分302共同限定出容纳电池单体210的空间；第一部分301和第二部分302也可以是均为一侧开口的空心结构，第一部分301的开口侧盖合于第二部分302的开口侧。
图3示出了本申请一实施例的电池模块20的结构示意图。图3中，电池模块20可以包括多个电池单体210，多个电池单体210可以先串联或并联或混联组成电池模块20，多个电池模块20再串联或并联或混联组成电池10。本申请中，电池单体210可以包括锂离子电池、钠离子电池或镁离子电池等，本申请实施例对此并不限定。电池单体210可呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状等，本申请实施例对此也不限定。电池单体210一般按封装的方式分成三种：柱形电池单体210、方体方形电池单体210和软包电池单体210，本申请实施例对此也不限定。但为描述简洁，下述实施例均以方体方形电池单体210为例进行说明。
图4为本申请一些实施例提供的电池单体210的分解结构示意图。电池单体210是指组成电池的最小单元。如图4，电池单体210包括有端盖211、壳体212和电芯组件213。
端盖211是指盖合于壳体212的开口处以将电池单体210的内部环境隔绝于外部环境的部件。不限地，端盖211的形状可以与壳体212的形状相适应以配合壳体212。可选地，端盖211可以由具有一定硬度和强度的材质(如铝合金)制成，这样，端盖211在受挤压碰撞时就不易发生形变，使电池单体210能够具备更高的结构强度，安全性能也可以有所提高。端盖211上可以设置有如电极端子211a等的功能性部件。电极端子211a可以用于与电芯组件213电连接，以用于输出或输入电池单体210的电能。在一些实施例中，端盖211上还可以设置有用于在电池单体210的内部压力或温度达到阈值时泄放内部压力的泄压机构。端盖211的材质也可以是多种的，比如，铜、铁、铝、不锈钢、铝合金、塑胶等，本申请实施例对此不作特殊限制。在一些实施例中，在端盖211的内侧还可以设置有绝缘件，绝缘件可以用于隔离壳体212内的电连接部件与端盖211，以降低短路的风险。示例性的，绝缘件可以是塑料、橡胶等。
壳体212是用于配合端盖211以形成电池单体210的内部环境的组件，其中，形成的内部环境可以用于容纳电芯组件213、电解液(在图中未示出)以及其他部件。壳体212和端盖211可以是独立的部件，可以于壳体212上设置开口，通过在开口处使端盖211盖合开口以形成电池单体210的内部环境。不限地，也可以使端盖211和壳体212一体化，具体地，端盖211和壳体212可以在其他部件入壳前先形成一个共同的连接面，当需要封装壳体212的内部时，再使端盖211盖合壳体212。壳体212可以是多种形状和多种尺寸的，例如长方体形、圆柱体形、六棱柱形等。具体地，壳体212的形状可以根据电芯组件213的具体形状和尺寸大小来确定。壳体212的材质可以是多种，比如，铜、铁、铝、不锈钢、铝合金、塑胶等，本申请实施例对此不作特殊限制。
电芯组件213是电池单体210中发生电化学反应的部件。壳体212内可以包含一个或更多个电芯组件213。电芯组件213主要由正极片和负极片卷绕或层叠放置形成，并且通常在正极片与负极片之间设有隔膜。正极片和负极片具有活性物质的部分构成电芯组件的主体部，正极片和负极片不具有活性物质的部分各自构成极耳(在图中未示出)。正极极耳和负极极耳可以共同位于主体部的一端或是分别位于主体部的两端。在电池的充放电过程中，正极活性物质和负极活性物质与电解液发生反应，极耳连接电极端子以形成电流回路。
请参照图5，图5为充电阶段及充电电流示意图，目前常见的阶梯充电策略包括：降阶恒流恒压充电策略，所述降阶恒流恒压充电策略包括多个充电阶段，每一个充电阶段中的充电电流均为恒流；每相邻的两个充电阶段中，前一个充电阶段中的恒流大于下一个充电阶段中恒流；在前一个充电阶段的结束节点与其下一个充电阶段的起始节点之间，充电电压保持不变，充电电流递减；每一个充电阶段中，结束节点的电压高于起始节点的电压。
本申请实施例针对电池电芯，利用其体系特性，提出一种新的充电策略，可以有效发挥电芯循环性能，提高电芯循环工况寿命。具体地，在锂电池的膨胀力极大区，适当进行降电流处理。以此降低电芯在循环过程的极化累积，高效发挥电芯循环性能，提高电芯的循环寿命。本申请实施例在电池的0-80％SOC区间中，确定需要降低充电倍率的具体SOC，在所确定的SOC，降低其充电倍率。
本申请实施例中，充电倍率是电池充电快慢的一种量度指标，是指电池在规定的时间内充电至其额定容量时所需要的电流值，它在数值上等于电池额定容量的倍数，即充电电流/电池额定容量＝充电倍率。蓄电池放电后，用直流电按与放电电流相反的方向通过蓄电池，使它恢复工作能力，这个过程称为蓄电池充电。蓄电池充电时，电池正极与电源正极相联，电池负极与电源负极相联，充电电源电压必须高于电池的总电动势。充电方式有恒电流充电和恒电压充电两种。
恒流充电法是用调整充电装置输出电压或改变与蓄电池串联电阻的方法，保持充电电流强度不变的充电方法。控制方法简单，但由于电池的可接受电流能力是随着充电过程的进行而逐渐下降的，到充电后期，充电电流多用于电解水，产生气体，使出气过甚，因此，常选用阶段充电法。
充电电源的电压在全部充电时间里保持恒定的数值，随着蓄电池端电压的逐渐升高，电流逐渐减少。与恒流充电法相比，其充电过程更接近于最佳充电曲线。用恒定电压快速充电，由于充电初期蓄电池电动势较低，充电电流很大，随着充电的进行，电流将逐渐减少，因此，只需简易控制***。
根据本申请的一些实施例，在电池充电过程中，确定所述电池的充电状态SOC达到第一SOC范围的情况下，在所述第一SOC范围的最小边界值至第一设定SOC的范围，调整所述电池的充电倍率从第一充电倍率下降至第二充电倍率，在所述第一设定SOC至所述第一SOC范围的最大边界值的范围，调整所述电池的充电倍率从所述第二充电倍率回升至所述第一充电倍率或第三充电倍率。
本申请实施例的电池充电方法，采用与现有的蓄电池充电方式相类似的充电方法，即在电池充电初始阶段，以较大的充电倍率对电池进行充电，并在电池的SOC位于第一SOC范围内的情况下，随着SOC从低不断升高，调整所述电池的充电倍率先下降，再回升。本申请实施例中，根据电池体系电芯循环过程中，根据电池所处的环境中的温度，以及大量的实验，在电池的SOC处于25％附近时，发现电池的膨胀力达到极大值，在充电过程中，当充电SOC接近25％SOC时，使用较低的电流进行充电，降低由于膨胀极大值带来的极化窗口恶化，更高效率地利用电芯性能。即本申请实施例的充电策略趋势呈现明显凹区特征，即先下降电池的充电倍率，再提升充电电池的充电倍率，即在电池的SOC处于0-80％区间内，凹区出现在SOC区域为20％-40％的区间，充电倍率的极低值出现在25％SOC。
本申请实施例的技术方案中，在对电池进行充电时，考虑到电芯的循环膨胀力，在对电池充电时，根据电池的膨胀力对应的SOC来确定第一SOC范围，电池的充电状态SOC达到第一SOC范围的情况下，在所述第一SOC范围的最小边界值至第一设定SOC的范围，调整所述电池的充电倍率从第一充电倍率下降至第二充电倍率，在所述第一设定SOC至所述第一SOC范围的最大边界值的范围，调整所述电池的充电倍率从所述第二充电倍率回升至所述第一充电倍率或第三充电倍率，以在电池的SOC临近第一设定SOC如25％的情况下，以较低的充电倍率对电池进行充电，降低电池的膨胀力，从而提升了电池的使用寿命。当电池的SOC超过第一设定SOC时，尽快提升其充电倍率，以保证电池的充电效率。这里，第三充电倍率大于第一充电倍率。
以下通过具体示例，进一步阐明本申请实施例的技术方案的本质。
根据本申请的一些实施例，所述调整所述电池的充电倍率从所述第二充电倍率回升至所述第一充电倍率或第三充电倍率，包括：在所述电池的SOC达到所述第一设定SOC至所述第二SOC的范围的情况下，维持所述电池的充电倍率保持为所述第二充电倍率；在所述电池的SOC达到所述第二SOC至所述第一SOC范围的最大边界值的范围的情况下，调整所述电池的充电倍率从所述第二充电倍率回升至所述第一充电倍率。
参照图6，图6为本申请一些实施例的电池充电策略的示意图1，在电池的SOC为0至80％的区间内，常规的充电策略为恒电流充电。而本申请实施例的充电策略，以电池的充电环境温度为25℃为例，本申请实施例的新充电策略相比于常规充电策略，在20～40％SOC区间内有明显的降电流趋势，在25％～35％区间为恒流充电，其充电倍率为原定的0.2～0.8之间，通过该策略可以有效利用电芯性能，延长电芯寿命。作为一种实现方式，充电倍率F(25％)＝F(30％)＝F(35％)＝0.42*F(20％)。即SOC为0至20％的区域，保持充电倍率与现有的充电策略的充电倍率相同，而在SOC为20％至25％的区域，使充电倍率降低到原充电倍率的0.42倍，即将原充电倍率下降到其0.42倍，并在在SOC为30％至35％的区域，维持电池的充电倍率为原充电倍率(SOC为20％)的0.42倍，在SOC为35％至40％的区域，提升电池的充电倍率为原有的充电倍率即SOC为20％的充电倍率。在SOC为40％至80％的区域，维持SOC为20％的充电倍率。在SOC为80％至100％的区域，使充电倍率下降，保持与现有的电池充电策略相同。
根据本申请的一些实施例，前述的第一充电倍率包括SOC为20％的充电倍率，第二充电倍率包括SOC为30％至35％的充电倍率，即20％的充电倍率的0.42倍。本申请实施例中，第二充电倍率也可以为SOC为20％的充电倍率的0.2倍至0.8倍的任何倍率，如0.28倍、0.35倍、0.45倍、0.56倍等，具体根据电池在充电过程中的膨胀力而确定，以降低电池充电过程中的膨胀力为宜。
根据本申请的一些实施例，所述调整所述电池的充电倍率从所述第二充电倍率回升至所述第一充电倍率或第三充电倍率，包括：在所述电池的SOC达到所述第一设定SOC至所述第一SOC范围的最大边界值的范围的情况下，调整所述电池的充电倍率从所述第二充电倍率回升至所述第一充电倍率。在SOC接近第一设定SOC时，使充电倍率降低到最低值，并在SOC超过第一设定SOC时，提升电池的充电倍率。即在充电SOC接近第一设定SOC时，为避免电池膨胀极大值带来的极化窗口恶化，使电池的充电倍率降低到最小值，在SOC超过第一设定SOC时，提升电池的充电倍率。
参照图7，图7为本申请一些实施例的电池充电策略的示意图2，以25℃为例，本申请实施例的新充电策略相比于常规充电策略，在0～40％SOC区间内有明显的降电流趋势，在25％～40％区间为阶梯充电(图7所示为递增阶梯)，其充电倍率为原定的0.2～0.8之间。其中，每个温度均有相应的最佳比例。本申请实施例通过该策略可以有效利用电芯性能，延长电芯寿命，充电策略如下：
F(25％)＝0.42*F(20％)＜F(30％)＜F(35％)＜F(40％)。
图7所示的充电策略，在电池的SOC为0至20％的区域，保持充电倍率与现有的充电策略的充电倍率相同，而在SOC为20％至25％的区域，使充电倍率降低到原充电倍率的0.42倍，即将原充电倍率下降到其0.42倍，并在SOC为25％至40％的区域，提升电池的充电倍率为原充电倍率。在SOC为40％至80％的区域，维持SOC为20％的充电倍率。在SOC为80％至100％的区域，使充电倍率下降，保持与现有的电池充电策略相同。
在SOC为25％至40％的区域，充电倍率方案如以下方式：
F(25％)＝0.42(20％对应的F)；
F(30％)＝0.6(20％对应的F)；
F(35％)＝0.7(20％对应的F)；
在SOC为25％至40％的区域，充电倍率方案如以下方式：
F(25％)＝0.42(20％对应的F)；
F(30％)＝0.5(20％对应的F)；
F(35％)＝0.6(20％对应的F)。
根据本申请的一些实施例第二充电倍率包括SOC为20％的充电倍率(SOC为0-20％的充电倍率)的0.42倍。也可以为SOC为20％的充电倍率的0.2倍至0.8倍的任何倍率，如0.28倍、0.35倍、0.45倍、0.56倍等，具体根据电池在充电过程中的膨胀力而确定，以降低电池充电过程中的膨胀力为宜。
根据本申请的一些实施例，所述调整所述电池的充电倍率从所述第二充电倍率回升至所述第一充电倍率或第三充电倍率，包括：在所述电池的SOC达到所述第一设定SOC至第三SOC的范围的情况下，调整所述电池的充电倍率从所述第二充电倍率回升至第三充电倍率；在所述电池的SOC达到所述第三SOC至第四SOC的范围的情况下，调整所述电池的充电倍率从所述第三充电倍率下降至所述第二充电倍率；在所述电池的SOC达到所述第四SOC至所述第一SOC范围的最大边界值的范围的情况下，调整所述电池的充电倍率从所述第四充电倍率上升至所述第一充电倍率，使电池的充电倍率呈现锯齿状。其中，第四充电倍率大于第二充电倍率。
参照图8，图8为本申请一些实施例的电池充电策略的示意图3，以25℃为例，本申请实施例的新充电策略相比于常规充电策略，在20～40％SOC区间内有明显的降电流趋势，在25％～40％区间为阶梯充电(图示为“类锯齿状”阶梯充电)，在SOC为25％时，充电倍率为原定的0.2～0.8之间(每个温度均有个最佳比例)，通过该策略可以有效利用电芯性能，延长电芯寿命。
根据本申请的一些实施例，在电池的SOC为0至20％的区域，保持充电倍率与现有的充电策略的充电倍率相同，而在SOC为20％至25％的区域，使充电倍率降低到原充电倍率的0.42倍，即将原充电倍率下降到其0.42倍，并在SOC为25％至30％的区域，提升电池的充电倍率为原充电倍率的0.6倍，这里，0.6倍的原充电倍率，即为第四充电倍率。该第四充电倍率也可以是原充电倍率的0.65倍，0.5倍等，只要大于第二充电倍率即可。在30％至35％的区域，使电池的充电倍率由原充电倍率的0.6倍再次下降到原充电倍率的0.42倍，在35％至40％的区域，使电池的充电倍率由原充电倍率的0.42倍提升到原先充电策略的充电倍率。在SOC为40％至80％的区域，维持SOC为20％的充电倍率。在SOC为80％至100％的区域，使充电倍率下降，保持与现有的电池充电策略相同。
根据本申请的一些实施例，对于最低充电倍率，根据环境温度而确定可以为SOC为20％的充电倍率的倍数的关系如下表1所示：
温度(℃) 倍数关系
20 0.33
25 0.42
30 0.5
35 0.59
40 0.7
45 0.8
表1
根据本申请的一些实施例，所述调整所述电池的充电倍率从所述第二充电倍率回升至所述第一充电倍率或第三充电倍率，包括：
在所述电池的SOC达到所述第一设定SOC至所述第一SOC范围的最大边界值的范围的情况下，调整所述电池的充电倍率从所述第二充电倍率回升至所述第三充电倍率；其中，所述第三充电倍率大于所述第一充电倍率。其中，在所述电池的SOC从零至所述第一SOC范围的最小边界值的范围的情况下，以从第五充电倍率下降至所述第一充电倍率的充电策略对所述电池进行充电。在所述电池的SOC达到所述第一SOC范围的最大边界值至第五SOC的范围的情况下，调整所述电池的充电倍率从所述第三充电倍率上升至第六充电倍率，再从所述第六充电倍率下降至所述第一充电倍率。
参照图9，图9为本申请一些实施例的电池充电策略的示意图4，以25℃为例，在电池的SOC为0～20％的区间，与原有的电池充电策略相比，直接提高充电倍率为原充电倍率的1.4倍等，或至少要大于原充电倍率(在析锂窗口内)，即可以直接调整电池的充电的初始充电倍率为原电池充电策略时的充电倍率的1.4倍，这里，原充电倍率的1.4倍的充电倍率即为第五充电倍率，该第五充电倍率的取值根据情况而设定，也可以是原充电倍率的1.3倍等。在SOC为0～20％的区间，逐渐降低电池的充电倍率为原电池充电策略的充电倍率，在SOC为20～25％的阶段，采用图7所示的案例2，使充电倍率降低到原充电倍率的0.42倍，即将原充电倍率下降到其0.42倍，并在SOC为25％至40％的区域，提升电池的充电倍率为原充电倍率。具体地，在25％至40％的区域，使电池的充电倍率由原充电倍率的0.42倍提升到原先充电策略的充电倍率的1.1倍，在40％至50％的区域，使电池的充电倍率由原充电倍率的1.1倍提升到原充电策略的充电倍率的1.2倍。在SOC为50％至70％的区域，使电池的充电倍率由原充电倍率的1.2倍下降到原先充电策略的充电倍率。在SOC为70％至80％的区域，使电池的充电倍率维持原先充电策略的充电倍率；在SOC为80％至100％的区域，使充电倍率下降，保持与现有的电池充电策略相同。本示例使得电池的整体充电时长基本与电池的原充电策略相同的前提下，改善了电芯的循环使用寿命。
根据本申请的一些实施例，前述的第一设定SOC位于24.5至25.5％的范围内，并依据环境温度而变动。第一设定SOC可以包括：24.7％、或24.8％、或24.9％、或25％、或25.1％、或25.2％或25.3％。
参照图10，图10为本申请一些实施例的最低充电倍率与温度之间关系示意图，前述实施例所设置的最低充电倍率与电池所处环境温度之间的对应关系大致为线性关系，如下表2所示：
Figure BDA0003381590410000161
表2
各温度下的充电倍率如表2所示，如环境温度为20℃，则SOC为25％时的充电倍率为原充电倍率的0.33倍；同样地，环境温度为25℃，则SOC为25％时的充电倍率为原充电倍率的0.42倍；环境温度为30℃，则SOC为25％时的充电倍率为原充电倍率的0.5倍；环境温度为35℃，则SOC为25％时的充电倍率为原充电倍率的0.59倍；环境温度为40℃，则SOC为25％时的充电倍率为原充电倍率的0.7倍；环境温度为45℃，则SOC为25％时的充电倍率为原充电倍率的0.8倍。
根据本申请的一些实施例，本申请还记载了一种电池，包括电池电芯，所述电池电芯按所述的电池充电方法进行充电而具有相应的电能。
根据本申请的一些实施例，本申请还记载了一种电能设备，包括设备本体和电源，所述电源使用所述的电池。
本申请实施例的电能设备可以是前述任一应用电池的设备或***。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (12)

1.一种电池充电方法，其特征在于，所述方法包括：
在电池充电过程中，确定所述电池的充电状态SOC达到第一SOC范围的情况下，在所述第一SOC范围的最小边界值至第一设定SOC的范围，调整所述电池的充电倍率从第一充电倍率下降至第二充电倍率，在所述第一设定SOC至所述第一SOC范围的最大边界值的范围，调整所述电池的充电倍率从所述第二充电倍率回升至所述第一充电倍率或第三充电倍率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调整所述电池的充电倍率从所述第二充电倍率回升至所述第一充电倍率或第三充电倍率，包括：
在所述电池的SOC达到所述第一设定SOC至所述第二SOC的范围的情况下，维持所述电池的充电倍率保持为所述第二充电倍率；在所述电池的SOC达到所述第二SOC至所述第一SOC范围的最大边界值的范围的情况下，调整所述电池的充电倍率从所述第二充电倍率回升至所述第一充电倍率。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调整所述电池的充电倍率从所述第二充电倍率回升至所述第一充电倍率或第三充电倍率，包括：
在所述电池的SOC达到所述第一设定SOC至所述第一SOC范围的最大边界值的范围的情况下，调整所述电池的充电倍率从所述第二充电倍率回升至所述第一充电倍率。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调整所述电池的充电倍率从所述第二充电倍率回升至所述第一充电倍率或第三充电倍率，包括：
在所述电池的SOC达到所述第一设定SOC至第三SOC的范围的情况下，调整所述电池的充电倍率从所述第二充电倍率回升至第三充电倍率；在所述电池的SOC达到所述第三SOC至第四SOC的范围的情况下，调整所述电池的充电倍率从所述第三充电倍率下降至所述第二充电倍率；在所述电池的SOC达到所述第四SOC至所述第一SOC范围的最大边界值的范围的情况下，调整所述电池的充电倍率从所述第四充电倍率上升至所述第一充电倍率。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调整所述电池的充电倍率从所述第二充电倍率回升至所述第一充电倍率或第三充电倍率，包括：
在所述电池的SOC达到所述第一设定SOC至所述第一SOC范围的最大边界值的范围的情况下，调整所述电池的充电倍率从所述第二充电倍率回升至所述第三充电倍率；其中，所述第三充电倍率大于所述第一充电倍率。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述电池的SOC从零至所述第一SOC范围的最小边界值的范围的情况下，以从第五充电倍率下降至所述第一充电倍率的充电策略对所述电池进行充电。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述电池的SOC达到所述第一SOC范围的最大边界值至第五SOC的范围的情况下，调整所述电池的充电倍率从所述第三充电倍率上升至第六充电倍率，再从所述第六充电倍率下降至所述第一充电倍率。
8.根据权利要求1至7任一项所述的方法，其特征在于，所述第一设定SOC位于24.5至25.5％的范围内，并依据环境温度而变动。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一设定SOC包括：24.7％、或24.8％、或24.9％、或25％、或25.1％、或25.2％/或25.3％。
10.根据权利要求1至9任一项所述的方法，其特征在于，所述第一SOC范围包括：20％～40％。
11.一种电池，其特征在于，包括电池电芯，所述电池电芯按权利要求1～10中任一项所述的电池充电方法进行充电而具有相应的电能。
12.一种电能设备，其特征在于，包括设备本体和电源，所述电源使用权利要求11所述的电池。
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