一种锂离子电池长寿命充电方法技术

一种锂离子电池长寿命充电方法，涉及锂离子电池充电领域。本发明专利技术是为了解决现有对锂离子电池的充电方式，都会导致锂离子电池的内部温度升高，造成锂离子电池寿命低的问题。充电时实时采集电池端电压，将端电压与电池设置的充电上限比较，如果端电压达到上限充电电压，则停止为锂离电池充电，如果端电压小于上限充电电压，以恒流方式继续对锂离子电池进行充电，充电过程中，实时获得锂离子电池的内部温度，判断锂离子电池的内部温度是否达到预设的上限温度，若锂离子电池的内部温度达到预设的上限温度，停止对锂离子电池充电，使锂离子电池搁置，直到锂离子电池的内部温度达到预设的下限温度时，采用恒流继续对锂离子电池充电。它用于对电池充电。

A long life charging method of lithium ion battery

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池长寿命充电方法
本专利技术涉及锂离子电池长寿命充电方法，属于锂离子电池充电领域。
技术介绍
锂离子电池快速充电技术被越来越多人关注，但快速充电策略很少考虑到其对电池容量是否有损伤。目前传统的锂离子电池充电方式主要追求的是充电速度。采用大电流充电虽然可以缩短电池充电时间，但是大电流充电会对锂离子电池容量与正负极材料带来损害。脉冲充电方式、多倍率电流充电虽然也能够在一定程度上减少充电时间实现较快速充电，但是这些传统的充电方式都没有将锂离子电池在充电过程的寿命损伤考虑在内，导致电池的内部温度升高存在一定安全隐患，因此，在锂离子电池充电过程中兼顾对电池寿命的影响意义重大。研究表明，当电池温度高于一定温度时，电池容量在循环过程中的衰减越快，因此，在充电时控制电池的内部温度可以抑制副反应并延长电池的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有对锂离子电池的充电方式，都会导致锂离子电池的内部温度升高，造成锂离子电池寿命低的问题。现提供一种锂离子电池长寿命充电方法。一种锂离子电池长寿命充电方法，所述方法为：采用恒流对锂离子电池充电，采用电池测量系统实时测量锂离子电池的端电压；将所述端电压与设定的上限充电电压比较，如果端电压达到上限充电电压，则停止为锂离电池充电，如果端电压小于上限充电电压，以恒流方式继续对锂离子电池进行充电，在此充电过程中，根据锂离子电池建立的热耦合模型，实时获得锂离子电池的内部温度，判断锂离子电池的内部温度是否达到预设的上限温度，若锂离子电池的内部温度小于预设的上限温度，继续为电池充电，若锂离子电池的内部温度达到预设的上限温度，停止对锂离子电池充电，使锂离子电池搁置，直到锂离子电池的内部温度达到预设的下限温度时，采用恒流继续对锂离子电池充电，从而实现对锂离子电池的充电。本专利技术的有益效果为：本申请在充电时实时采集电池端电压，将端电压与电池设置的充电上限比较，充电的时候一定不能超过这个充电上限，如果超了叫做过充，会引发寿命和安全问题。因此，本申请采用端电压与充电上限比较的方式，能够保证电池寿命和安全。如果没有过充，再继续以电池内部温度变量为依据形成闭环控制充电，抑制充电过程对电池容量衰减的影响，延长电池使用寿命。研究表明，锂离子电池充电阶段比放电阶段更容易引起电池内部副反应的发生而使电池性能退化。因此，考虑在充电过程中将电池的内部温度控制在合理的范围内，从而使电池内部副反应速率得到抑制，延长电池的使用寿命。热耦合模型具有精确估计锂离子电池内部温度的能力，根据该模型可以将电池内部温度控制在合理范围内。附图说明图1为具体实施方式一所述的一种锂离子电池长寿命充电方法的流程图；图2为不同充电电流倍率下电池产热曲线图，附图标记1为充电电流为0.2C下的电池产热曲线，附图标记2为充电电流为0.5C下的电池产热曲线，附图标记3为充电电流为1C下的电池产热曲线，附图标记4为充电电流为1.5C下的电池产热曲线；图3为端电压的变化曲线图；图4为锂离子电池的发热和散热功率曲线图；图5为电池内外部温度变化曲线图；图6为实现一种锂离子电池长寿命充电方法而搭建的充电实验平台；图7为由图6中的DSP控制器实测出的电池表面温度曲线：图8为由图6中的可编程直流源实测出的电压和电流曲线；图9为仿真中的流程图；图10为采用本申请的充电方法和采用传统充电方法分别对锂离子电池充电得到的容量衰减曲线对比图。具体实施方式具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种锂离子电池长寿命充电方法，一种锂离子电池长寿命充电方法，其特征在于，所述方法为：采用恒流对锂离子电池充电，采用电池测量系统实时测量锂离子电池的端电压；将所述端电压与设定的上限充电电压比较，如果端电压达到上限充电电压，则停止为锂离电池充电，如果端电压小于上限充电电压，以恒流方式继续对锂离子电池进行充电，在此充电过程中，根据锂离子电池建立的热耦合模型，实时获得锂离子电池的内部温度，判断锂离子电池的内部温度是否达到预设的上限温度，若锂离子电池的内部温度小于预设的上限温度，继续为电池充电，若锂离子电池的内部温度达到预设的上限温度，停止对锂离子电池充电，使锂离子电池搁置，直到锂离子电池的内部温度达到预设的下限温度时，采用恒流继续对锂离子电池充电，从而实现对锂离子电池的充电。本实施方式中，由在充电过程中锂离子电池的特点，本申请提出的针对锂离子电池的快速健康充电方案如图1所示。充电中控制电池内部温度抑制较高温度对电池寿命的影响。为验证该充电策略的可行性设计了如下的实验验证方案：电池首先用1.5C电流充电；然后，当预测的锂离子电池的内部升高到29℃时，停止充电搁置电池；如果电池的内部温度降低到28.8℃，则充电电流再次设定为1.5C给电池充电。虽然该充电模式比采用恒流1.5C电流的充电方法会花费更多的时间，但是该充电策略考虑到了电池平均内部温度，通过控制内部温度在一定范围内从而抑制充电过程对电池寿命影响。验证实验中将温度下限设定28.8℃，尽管较低的温度限制可以更好地延缓电池性能退化，但较低的温度限制将需要更多的时间来等待温度下降，会使得充电时间过长。该充电策略充电考虑了充电速度和电池的使用寿命。本案例使用的是美国A123公司的型号为ANR26650的锂离子电池，通过仿真及实验验证锂离子电池常温充电策略的可行性，表1为该电池的规格参数。表1ANR26650电池参数具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种锂离子电池长寿命充电方法作进一步说明，本实施方式中，步骤三中，根据锂离子电池建立的热耦合模型，实时获得锂离子电池的内部温度的具体过程为：步骤一、对锂离子电池建立热耦合模型；步骤二、对锂离子电池施加不同激励工况，获取热耦合模型中电池的机理参数；步骤三、根据电池的机理参数，获取热耦合模型中的锂离子电池的内部温度。本实施方式中，本申请可以采用新威BTS-5V3A电池测试系统采集电池端电压、电流、表壳温度，并对锂离子电池施加不同激励工况，解耦锂离子电池内部的不同物理化学过程，辨识得到模型相关机理参数。得到机理参数的过程为：首先将电池置于恒温箱内25℃的环境下，通过测量小倍率0.02C放电电压曲线，估计电池基本工作过程四个参数Qn、Qp、y0以及yofs；欧姆内阻由内阻测试仪测量得到，测试内阻时选取电池在SOC为50％时测量。然后依次估计反应极化参数和λ；固相扩散时间常数液相扩散比例系数Pcon，液相扩散系数τe；最后就是辨识与热阻模型相关参数Pcon以及h。参数辨识结果如表2所示。表2ANR26650电池模型参数辨识结果具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种锂离子电池长寿命充电方法作进一步说明，本实施方式中，获取热耦合模型中的锂离子电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池长寿命充电方法，其特征在于，所述方法为：/n采用恒流对锂离子电池充电，采用电池测量系统实时测量锂离子电池的端电压；/n将所述端电压与设定的上限充电电压比较，如果端电压达到上限充电电压，则停止为锂离电池充电，如果端电压小于上限充电电压，以恒流方式继续对锂离子电池进行充电，在此充电过程中，根据锂离子电池建立的热耦合模型，实时获得锂离子电池的内部温度，/n判断锂离子电池的内部温度是否达到预设的上限温度，若锂离子电池的内部温度小于预设的上限温度，继续为电池充电，若锂离子电池的内部温度达到预设的上限温度，停止对锂离子电池充电，使锂离子电池搁置，直到锂离子电池的内部温度达到预设的下限温度时，采用恒流继续对锂离子电池充电，从而实现对锂离子电池的充电。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池长寿命充电方法，其特征在于，所述方法为：
采用恒流对锂离子电池充电，采用电池测量系统实时测量锂离子电池的端电压；
将所述端电压与设定的上限充电电压比较，如果端电压达到上限充电电压，则停止为锂离电池充电，如果端电压小于上限充电电压，以恒流方式继续对锂离子电池进行充电，在此充电过程中，根据锂离子电池建立的热耦合模型，实时获得锂离子电池的内部温度，
判断锂离子电池的内部温度是否达到预设的上限温度，若锂离子电池的内部温度小于预设的上限温度，继续为电池充电，若锂离子电池的内部温度达到预设的上限温度，停止对锂离子电池充电，使锂离子电池搁置，直到锂离子电池的内部温度达到预设的下限温度时，采用恒流继续对锂离子电池充电，从而实现对锂离子电池的充电。


2.根据权利要求1所述一种锂离子电池长寿命充电方法，其特征在于，根据锂离子电池建立的热耦合模型，实时获得锂离子电池的内部温度的具体过程为：
步骤一、对锂离子电池建立热耦合模型；
步骤二、对锂离子电池施加不同激励工况，获取热耦合模型中电池的机理参数；
步骤三、根据电池的机理参数，获取热耦合模型中的锂离子电池的内部温度。


3.根据权利要求1所述一种锂离子电池长寿命充电方法，其特征在于，获取热耦合模型中的锂离子电池的内部温度为：
根据公式：
yavg(t)＝y0+It/QP公式1，
获得正极活性颗粒内部平均嵌锂浓度分数yavg，
式中，y0为正电极初始嵌锂浓度分数，I为负载电流，t为时间，Qp为正极活性材料容量；
根据公式：
xavg(t)＝[1-yofs(t)-yavg(t)]QP/Qn公式2，
获得负极活性颗粒内部平均嵌锂浓度分数xavg，
式中，yofs为正负极配比偏移，Qn为负极活性材料容量，
将公式2带入公式3：
xs...

【专利技术属性】
技术研发人员：武国良，祖光鑫，田伟，徐冰亮，吕超，宋彦孔，
申请(专利权)人：国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院，国家电网有限公司，哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23