一种锂离子电池充电优化方法技术

本发明专利技术提出了一种锂离子电池充电优化方法，属于锂离子电池技术领域。该充电优化方法包括以下步骤，首先使用第一阶段充电倍率对锂离子电池进行恒流充电，当电压达到锂离子电池充电截止电压时，使用第二阶段充电倍率对锂离子电池进行恒流充电，以此类推，直至第四阶段恒流充电，当电压达到锂离子电池充电截止电压时采用短时恒压充电，恒压充电时间达到预定时间时停止充电。本发明专利技术提出的充电优化方法可减少充电时间、降低容量损失、延长电池使用寿命，且电路容易实现。

An optimization method for lithium ion battery charging

The invention provides a charging optimization method for lithium ion batteries, which belongs to the technical field of lithium ion batteries. The charging optimization method includes the following steps. First, the lithium ion battery is recharged by the first stage charge multiplying rate. When the voltage reaches the cut-off voltage of the lithium ion battery charging, the lithium ion battery is recharged by the second stage charge multiplying rate, and so on, until the fourth stage constant current charge, when the voltage is charged. When the lithium ion battery charging cut-off voltage is reached, it is charged by short time constant voltage, and when the constant voltage charging time reaches a predetermined time, it stops charging. The charging optimization method proposed by the invention can reduce charging time, reduce capacity loss and prolong battery service life, and the circuit is easy to realize.

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池充电优化方法
本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种锂离子电池充电优化方法。
技术介绍
化石能源的使用加重了环境污染，同时化石能源将会消耗殆尽，再次形成非常困难。锂离子电池具有能量密度高，循环性能好，自放电效应小，污染少等优点。它作为水力、风力、太阳能发电等新能源的载体，可解决化石能源短缺和环境污染等问题。目前，锂离子电池已经在手机，电脑，电动车等多个领域中被应用。但是锂离子电池在使用过程中仍有许多问题需要解决，其中减少充电时间和延长使用寿命是两个重要的方面。通过改进现有充电方法是一个很好的解决方案。目前主要使用的充电方法是恒流恒压充电。传统的恒流恒压充电技术的步骤包括，首先使用恒流充电，当电池电压达到充电限制电压时采用限制电压进行恒压充电，该方法不仅增加了充电时间，而且减少了电池使用寿命。中国专利CN101232110A对已有的恒流恒压充电方法进行了改进，其特征是将恒流恒压充电后的浮充电改为搁置。但是恒压充电过程仍会花费大量的时间，若恒压充电电压过小则电池充不满，电压过大则使电池长期处于高电压状态，仍然不利于延长电池的使用寿命。中国专利CN102891340A提出了一种阶梯式充电方法，其特征是对电池进行恒流充电后搁置一段时间，对电池进行放电，搁置后再次充电，以此类推，直至电池恒流充电搁置后的电压降小于某一数值或者充电容量达到额定容量时停止充电。此充电方法的充电停止准则会导致电池无法充满。特别是在电池开始使用时，容量一般会大于额定容量，根据额定容量来判定充电停止有不妥之处。该充电方法充放电一直使用低倍率充电，并且在充电，搁置，放电，搁置之间循环，无疑会增加充电时间，提高充电倍率会导致寿命减少。充电倍率减少会延长电池使用寿命，但会增加充电时间，反之亦然，这也是减少充电时间和延长电池使用寿命的矛盾之处。现有技术大多只关注一个方面，即减少充电时间和延长使用寿命其中之一，如何同时达到两种目的仍是一个难题。此外，对现有充电方法的改进常常伴随着容量损失。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种可同时减少充电时间和延长电池使用寿命，并且尽可能的降低容量损失的充电方法。为了解决上述问题，达到本专利技术的目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种锂离子电池充电优化方法，包括以下步骤：使用预先确定的第一阶段充电倍率对锂离子电池恒流充电，当电压达到锂离子电池充电截止电压时，使用第二阶段充电倍率对电池恒流充电，直至电压达到锂离子电池的充电截止电压，再次更换为第三阶段充电倍率对电池恒流充电，充电至锂离子电池截止电压后，使用第四阶段充电倍率对电池恒流充电，电压达到锂离子电池充电截止电压时，使用该截止电压对电池进行短时恒压充电，恒压充电达到预定充电时间时停止充电。其中，后一阶段恒流充电倍率小于前一阶段恒流充电倍率。其中，第一阶段恒流充电倍率取值在被充电锂离子电池标准充电倍率与最大充电倍率之间，第四阶段恒流充电倍率取值在0.1C与0.3C之间，短时恒压充电时间在0min与5min之间。其中，第一阶段和第四阶段恒流充电倍率以及短时恒压充电时间根据等效电路模型和锂离子电池容量衰减机理试验确定。其中，根据等效电路模型，获得的电池充电时间(t)与第一阶段(C1)和第四阶段(C4)恒流充电倍率以及短时恒压充电时间(t’)数学表达式如下：其中，在充电之前确定充电时间表达式各参数的值，用来确定所需充电倍率和短时恒压充电时间。其中，根据锂离子电池容量衰减机理，第一阶段和第四阶段恒流充电倍率过高会减少电池使用寿命，恒压充电5min有延长电池寿命的作用。本专利技术原理在于：使用小倍率对电池进行恒流充电花费大量的时间，而增加充电倍率的同时也增加了极化内阻，它与电池的欧姆电阻一起导致电池实际电压没有达到电池限制电压，因此当电池总电压达到电池限制电压时，电池并没有被充满。恒流恒压充电方式可以解决这一问题，在恒压充电阶段，充电倍率不断减小，从而减小极化内阻，当充电倍率达到电池截止充电倍率时，极化内阻和欧姆电阻导致的容量损失可忽略不计。但恒流恒压充电的恒压充电阶段使电池长期处于高电压状态，减少了电池的使用寿命，并且充电时间仍不能被广泛接受。本专利技术采用四阶段恒流充电和一阶段短时恒压充电的充电方法，具体步骤如下：首先使用第一阶段充电倍率进行恒流充电，当电压达到电池截止电压时，采用第二阶段充电倍率进行恒流充电，以此类推直至第四阶段恒流充电，当电压达到电池截止电压时，使用电池截止电压进行短时恒压充电，当恒压充电时间达到预定时间时停止充电。小倍率恒流充电会降低电池的极化内阻，在高电压情况下使用小倍率充电也有利于延长电池使用寿命，因此后一阶段恒流充电倍率一直小于前一阶段恒流充电倍率，即第二阶段恒流充电倍率小于第一阶段恒流充电倍率，以此类推。为了减少电池充电时间，则第一阶段恒流充电倍率在锂离子电池最大充电倍率和标准充电倍率之间取值，综合减少极化内阻和充电时间的目的，第四阶段恒流充电倍率在0.1C和0.3C之间取值。为了尽可能小的降低电池容量损失，同时减少充电时间，恒压充电时间在0min和5min之间取值。有研究指出可以根据电池的等效电路模型计算充电时间，运用到多阶段恒流充电中，中间阶段的恒流充电倍率可以根据第一阶段和最后一阶段的充电倍率决定，从而达到减少充电时间的目的。本专利技术第二阶段(C2)和第三阶段(C3)恒流充电倍率可根据以下两个数学表达式确定。与已有研究不同的是，本专利技术使用等效电路如图1所示，其中Rb和C′b分别锂离子电池等效电阻和电容，V是电池截止电压。电池截止电压是电阻和电容电压之和，数学式如下：其中Vin为电池初始开路电压，I为锂离子电池1C充电电流，为某一定值，第一阶段恒流充电时Vin为OCV。则每一阶段恒流充电至截止电压所需时间数学式如下：假设第二、第三和第四阶段恒流充电结束后电阻为定值，Rb是荷电状态(SOC)的函数，第一阶段恒流充电时间(t1)是充电倍率(C1)的函数，SOC是充电倍率和充电时间的函数，数学式如下：Qn为额定容量，I为锂离子电池1C充电电流，为某一定值；综合以上各式，电池充电时间数学式如下：确定此数学式各参数数值，则可选用第一阶段和第四阶段恒流充电倍率以及短时恒压充电时间，以到达减少充电时间的目的。根据充电试验结果可得出如何选用第一阶段和第四阶段恒流充电倍率以及恒压充电时间来尽可能的降低容量损失。根据锂离子电池容量衰减机理进行试验，试验结果表明第一阶段和第四阶段恒流充电倍率过高会减少电池使用寿命，恒压充电5min有延长电池寿命的作用。则根据以上电池等效电路模型和容量衰减机理选用第一阶段和第四阶段充电倍率以及短时恒压充电时间即可同时达到减少充电时间和延长电池使用寿命的目的，并且尽可能的降低容量损失。针对现有技术不能有效的同时减少充电时间和延长电池使用寿命，并且存在容量损失的问题，本专利技术提出了一种锂离子电池充电优化方法，其主要有益效果如下：首先本专利技术提出采用四阶段恒流充电和一阶段短时恒压充电的充电方法，该方法是在传统的恒流恒压充电方法基础上进行改进，对充电器的电路要求不高，易于实现。其次本专利技术根据等效电路模型能够精确计算充电时间，从而可以正确选择第一阶段、第四阶段恒流充电倍率以及恒压充电时间，以达到减少充电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池充电优化方法，其特征在于，包括以下步骤：使用预先确定的第一阶段充电倍率对锂离子电池恒流充电，当电压达到锂离子电池充电截止电压时，使用第二阶段充电倍率对电池恒流充电，直至电压达到锂离子电池的充电截止电压，再次更换为第三阶段充电倍率对电池恒流充电，充电至锂离子电池截止电压后，使用第四阶段充电倍率对电池恒流充电，电压达到锂离子电池充电截止电压时，使用该截止电压对电池进行短时恒压充电，恒压充电达到预定充电时间时停止充电。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池充电优化方法，其特征在于，包括以下步骤：使用预先确定的第一阶段充电倍率对锂离子电池恒流充电，当电压达到锂离子电池充电截止电压时，使用第二阶段充电倍率对电池恒流充电，直至电压达到锂离子电池的充电截止电压，再次更换为第三阶段充电倍率对电池恒流充电，充电至锂离子电池截止电压后，使用第四阶段充电倍率对电池恒流充电，电压达到锂离子电池充电截止电压时，使用该截止电压对电池进行短时恒压充电，恒压充电达到预定充电时间时停止充电。2.根据权利要求1所述的锂离子电池充电优化方法，其特征在于，后一阶段恒流充电倍率小于前一阶段恒流充电倍率。3.根据权利要求1所述的锂离子电池充电优化方法，其特征在于，第一阶段恒流充电倍率取值在被充电锂离子电池标准充电倍率与最大充电倍率之间，第四阶段恒流充电倍率取值在0.1C与0.3C之间，短时恒压充电时间在0min与5min之间。4.根据权利要求2所述的锂离子电池充电优化...

【专利技术属性】
技术研发人员：王青松，刘家龙，罗志民，段强领，邵立勇，孙金华，刘彩秋，李国辉，曹克楠，王玉坤，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，天津力神电池股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34