一种电芯充电控制方法、电池全生命周期充电方法和系统技术方案

一种电芯充电控制方法、电池全生命周期充电方法和系统，属于电池管理领域。电芯充电方法包括利用充电脉冲对电芯充电；充电脉冲的脉冲幅度为充电电压，脉冲宽度不大于tc1，脉冲间隙不小于tr1；tc1为充电时电芯处在过充电压，但尚未形成不可逆损坏的最长时间；tr1为电芯经过tc1充电后，从过充状态恢复到正常态的时间。方法还包括在脉冲间隙间设置放电脉冲，脉冲间隙不小于trx1且不大于tr1；放电脉冲的脉冲幅度为放电电压，脉冲宽度不大于tcp1；trx为脉冲间隙具有放电脉冲时，电芯经过tc1充电后，从过充状态恢复到正常态的时间；tcp1为放电时电芯处在不会对电极产生畸变的电压下放电的时间。本发明专利技术在降低对电芯自身一致性要求下，实现低成本、平衡性好的快速充电。

A cell charging control method, battery life cycle charging method and system

The invention relates to a cell charging control method, a battery life cycle charging method and a system, belonging to the field of battery management. The charging method of the cell includes charging the cell by using the charging pulse; the pulse amplitude of the charging pulse is the charging voltage, the pulse width is not greater than Tc1, and the pulse gap is not less than Tr1; Tc1 is the longest time when the cell is in overcharge voltage but has not formed irreversible damage; Tr1 is the time when the cell recovers from overcharge state to normal after charging by Tc1. The method also includes setting the discharge pulse between the pulse gaps, the pulse gap is not less than Trx1 and not greater than Tr1; the pulse amplitude of the discharge pulse is the discharge voltage, and the pulse width is not greater than TCP1; TRX is the time when the cell recovers from overcharge state to normal state after charging by Tc1 when the pulse gap has discharge pulse; TCP1 is the voltage at which the core will not distort the electrode during discharge Discharge time. The invention can realize fast charging with low cost and good balance under the condition of reducing the requirement of cell self consistency.

【技术实现步骤摘要】
一种电芯充电控制方法、电池全生命周期充电方法和系统
本专利技术涉及电池管理
，尤其涉及一种电芯充电控制方法、电池全生命周期充电方法和系统。
技术介绍
电化学储能是目前分布式储能主流技术，是大比例使用可再生能源的保障之一，也是电动汽车的核心技术。安全、经济、环保的电池系统，是电化学储能的核心。电池产品具有鲜明的生命特征，健康安全的使用电池系统需对其做好全生命周期的控制管理。充电控制技术是健康安全使用电池系统的关键之一。不合理的充电方法会大幅缩短电池寿命，严重地甚至会引起安全隐患。最近频发的锂电池电动汽车自燃及储能电站爆燃事故，部分原因是电池不当充电造成。对于铅酸电池而言，不科学的充电方式可直接导致电池硫化或鼓包，从而严重缩短电池使用寿命。对于大电池系统而言，一般有多个电芯串并联而成。尽管成组时新电芯一致性可以保证，但随着电池的老化，一致性会变差，这样充电过程中有些电芯不可避免的发生过充，从而引起电池系统失效。为此，有效延缓或控制电池系统失效的充电方法具有重大意义。传统的电池充电控制技术重点侧重于根据经验预设充电方法，与电池本身的实时状态关系不密切。随着电动系统的广泛适用，快速充电也将是电池系统必备的性能之一。在充电技术中，电池（包括单电芯电池和多电芯电池）在经历充电时间过充后，由过充状态历经弛豫时间恢复至正常状态。为了有效消除因充电脉冲而导致对电池的损伤，弛豫时间越长越好，然此举会影响充电速度。如果脉冲间隙小于弛豫时间，即弛豫时间为了满足充电速度而缩短，每次脉冲过后电池有可能没有完全从过充状态恢复至正常状态，则长期过充效应累积会影响电池寿命。由此可见，如何平衡好充电速度，及电池的健康性能，如何平衡好放电速度、负载要求，及电池的健康性能是电池系统充电过程必将面对的问题。为此，有必要提出一种适合各种电化学电池充电智能控制方法及实施途经，使得电池充电和电池管理充分匹配优化，保证每个电芯均工作在健康运行区域，延长电池使用寿命。专利技术专利申请CN201410221990.1公开了电池管理系统和驱动该电池管理系统的方法，该方法具体包括：主BMS使用电池状态信息控制包括在电池组中的电池单元，以执行电池单元均衡操作；主BMS可以将电池单元均衡信号输出到各个从BMS。然后，从BMS可以使用被动电池单元均衡方法执行电池单元均衡操作，该方法通过均衡电阻(即，电阻)放出具有相对较高充电状态(SOC)的电池单元的电力。从BMS还可以使用主动电池单元均衡方法执行电池单元均衡操作，该方法将具有相对较高SOC的电池单元的电力供应给处于相对较低SOC的电池单元。该申请可通过将较高SOC的电池单元的电力供应给较低SOC电池单元的方式，来实现充放电的协调。然而，此方法仅通过BMS管理实现，并未从电池自身进行充放电优化。如果电池依据现有的充放电方法使用时，则存在前述提到的过充、过放等问题，电池长期使用下不可逆畸变累积，最终导致电池失效。即使利用BMS进行能量管理，也仅仅在短暂时间内进行管理，一旦电池失效，BMS能量管理也无法实现。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的问题，提出了一种电芯充电方法、电池全生命周期充电方法和系统。本专利技术是通过以下技术方案得以实现的：一种电芯充电控制方法，包括：利用充电脉冲对电芯充电；充电脉冲的脉冲幅度为充电电压，充电脉冲的脉冲宽度不大于第一充电时间，充电脉冲的脉冲间隙不小于第一弛豫时间；其中，所述第一充电时间为充电时电芯处在过充电压，但尚未形成不可逆损坏的最长时间；所述第一弛豫时间为电芯经过第一充电时间充电后，从过充状态恢复到正常态的时间；或者，充电脉冲的脉冲幅度为充电电流，充电脉冲的脉冲宽度不大于第二充电时间，充电脉冲的脉冲间隙不小于第二弛豫时间；其中，所述第二充电时间为充电时电芯处在过充电流，但尚未形成不可逆损坏的最长时间；所述第二弛豫时间为电芯经过第二充电时间充电后，从过充状态恢复到正常态的时间。本专利技术提出一种在安全范围内的过充充电的方法，以实现高效、安全、快速充电。作为优选，方法还包括：所述充电脉冲的脉冲间隙间设置放电脉冲；当充电脉冲的脉冲幅度为充电电压时，充电脉冲的脉冲间隙不小于第一阈值弛豫时间且不大于第一弛豫时间；第一阈值弛豫时间等于第一前弛豫时间、第一放电恢复时间和第一后弛豫时间之和；放电脉冲的脉冲幅度为放电电压，放电脉冲的脉冲宽度不大于第一放电恢复时间；其中，所述第一阈值弛豫时间为充电脉冲的脉冲间隙具有放电脉冲时，电芯经过第一充电时间充电后，从过充状态恢复到正常态的时间；所述第一前弛豫时间为充电脉冲变化为放电脉冲的过渡时间；所述第一放电恢复时间为放电时电芯处在不会对电极产生畸变的电压下放电的时间；所述第一后弛豫时间为放电脉冲变化为充电脉冲的过渡时间；或者，当充电脉冲的脉冲幅度为充电电流时，充电脉冲的脉冲宽度不大于第二充电时间，充电脉冲的脉冲间隙不小于第二阈值弛豫时间且不大于第二弛豫时间；第二阈值弛豫时间等于第二前弛豫时间、第二放电恢复时间和第二后弛豫时间之和；放电脉冲的脉冲幅度为放电电流，放电脉冲的脉冲宽度不大于第二放电恢复时间；其中，所述第二阈值弛豫时间为充电脉冲的脉冲间隙具有放电脉冲时，电芯经过第二充电时间充电后，从过充状态恢复到正常态的时间；所述第二前弛豫时间为充电脉冲变化为放电脉冲的过渡时间；所述第二放电恢复时间为放电时电芯处在不会对电极产生畸变的电流下放电的时间；所述第二后弛豫时间为放电脉冲变化为充电脉冲的过渡时间。本专利技术在采用连续充电脉冲充电时，存在第一阈值弛豫时间过长，不利于快速充电的问题，继而通过在连续充电脉冲之间辅之放电脉冲的方式，加快电芯恢复速度，以提高充电效率。作为优选，所述正常态为未对电极产生畸变的充电状态，或不充电状态。作为优选，所述第一充电时间随环境温度、充电电压、荷电状态SOC和电池健康状态SOH变化。作为优选，所述第一充电时间与过充电压呈反比关系。作为优选，所述第二充电时间随环境温度、充电电流、荷电状态SOC和电池健康状态SOH变化。作为优选，所述第二充电时间与过充电流呈反比关系。本专利技术还提供一种电池全生命周期充电方法，包括：监测在当前时刻的充电脉冲下充电的电池实时数据；根据电池的实时数据、第一充电时间与第一弛豫时间的变化信息，以及第二充电时间与第二弛豫时间的变化信息计算下一时刻的充电脉冲，使得电池在健康状态下具有处于最高可承受的充电电压或充电电流的最长时间；采用计算后的充电脉冲对电池充电，在电池充满电之前一直循环上述过程；其中，所述电池的实时数据包括电池的电压、电流、温度数据；所述充电脉冲的脉冲幅度为充电电压，充电脉冲的脉冲宽度不大于第一充电时间，充电脉冲的脉冲间隙不小于第一弛豫时间；所述第一充电时间为充电时电芯处在过充电压，但尚未形成不可逆损坏的最长时间；所述第一充电时间随环境温度、充电电流、荷电状态SOC和电池健康状态SOH变化；所述第一弛豫时间为电芯经过第一充电时间充电后，从过充本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电芯充电控制方法，其特征在于，包括：利用充电脉冲对电芯充电；/n充电脉冲的脉冲幅度为充电电压，充电脉冲的脉冲宽度不大于第一充电时间，充电脉冲的脉冲间隙不小于第一弛豫时间；/n其中，所述第一充电时间为充电时电芯处在过充电压，但尚未形成不可逆损坏的最长时间；所述第一弛豫时间为电芯经过第一充电时间充电后，从过充状态恢复到正常态的时间；/n或者，充电脉冲的脉冲幅度为充电电流，充电脉冲的脉冲宽度不大于第二充电时间，充电脉冲的脉冲间隙不小于第二弛豫时间；/n其中，所述第二充电时间为充电时电芯处在过充电流，但尚未形成不可逆损坏的最长时间；所述第二弛豫时间为电芯经过第二充电时间充电后，从过充状态恢复到正常态的时间。/n

【技术特征摘要】
20200109 CN 20201001990631.一种电芯充电控制方法，其特征在于，包括：利用充电脉冲对电芯充电；
充电脉冲的脉冲幅度为充电电压，充电脉冲的脉冲宽度不大于第一充电时间，充电脉冲的脉冲间隙不小于第一弛豫时间；
其中，所述第一充电时间为充电时电芯处在过充电压，但尚未形成不可逆损坏的最长时间；所述第一弛豫时间为电芯经过第一充电时间充电后，从过充状态恢复到正常态的时间；
或者，充电脉冲的脉冲幅度为充电电流，充电脉冲的脉冲宽度不大于第二充电时间，充电脉冲的脉冲间隙不小于第二弛豫时间；
其中，所述第二充电时间为充电时电芯处在过充电流，但尚未形成不可逆损坏的最长时间；所述第二弛豫时间为电芯经过第二充电时间充电后，从过充状态恢复到正常态的时间。


2.根据权利要求1所述的一种电芯充电控制方法，其特征在于，还包括：所述充电脉冲的脉冲间隙间设置放电脉冲；
当充电脉冲的脉冲幅度为充电电压时，充电脉冲的脉冲间隙不小于第一阈值弛豫时间且不大于第一弛豫时间；第一阈值弛豫时间等于第一前弛豫时间、第一放电恢复时间和第一后弛豫时间之和；放电脉冲的脉冲幅度为放电电压，放电脉冲的脉冲宽度不大于第一放电恢复时间；
其中，所述第一阈值弛豫时间为充电脉冲的脉冲间隙具有放电脉冲时，电芯经过第一充电时间充电后，从过充状态恢复到正常态的时间；所述第一前弛豫时间为充电脉冲变化为放电脉冲的过渡时间；所述第一放电恢复时间为放电时电芯处在不会对电极产生畸变的电压下放电的时间；所述第一后弛豫时间为放电脉冲变化为充电脉冲的过渡时间；
或者，当充电脉冲的脉冲幅度为充电电流时，充电脉冲的脉冲宽度不大于第二充电时间，充电脉冲的脉冲间隙不小于第二阈值弛豫时间且不大于第二弛豫时间；第二阈值弛豫时间等于第二前弛豫时间、第二放电恢复时间和第二后弛豫时间之和；放电脉冲的脉冲幅度为放电电流，放电脉冲的脉冲宽度不大于第二放电恢复时间；
其中，所述第二阈值弛豫时间为充电脉冲的脉冲间隙具有放电脉冲时，电芯经过第二充电时间充电后，从过充状态恢复到正常态的时间；所述第二前弛豫时间为充电脉冲变化为放电脉冲的过渡时间；所述第二放电恢复时间为放电时电芯处在不会对电极产生畸变的电流下放电的时间；所述第二后弛豫时间为放电脉冲变化为充电脉冲的过渡时间。


3.根据权利要求1或2所述的一种电芯充电控制方法，其特征在于，所述正常态为未对电极产生畸变的充电状态，或不充电状态。


4.根据权利要求1或2所述的一种电芯充电控制方法，其特征在于，所述第一充电时间随环境温度、充电电压、荷电状态SOC和电池健康状态SOH变化。


5.根据权利要求1或2所述的一种电芯充电控制方法，其特征在于，所述第一充电时间与过充电压呈反比关系。


6.根据权利要求1或2所述的一种电芯充电控制方法，其特征在于，所述第二充电时间随环境温度、充电电流、荷电状态SOC和电池健康状态SOH变化。


7.根据权利要求1或2所述的一种电芯充电控制方法，其特征在于，所述第二充电时间与过充电流呈反比关系。


8.一种电池全生命周期充电方法，其特征在于，包括：
监测在当前时刻的充电脉冲下充电的电池实时数据；
根据电池的实时数据、第一充电时间与第一弛豫时间的变化信息，以及第二充电时间与第二弛豫时间的变化信息计算下一时刻的充电脉冲，使得电池在健康状态下具有处于最高可承受的充电电压或充电电流的最长时间；
采用计算后的充电脉冲对电池充电，在电池充满电之前一直循环上述过程；
其中，所述电池的实时数据包括电池的电压、电流、温度数据；
所述充电脉冲的脉冲幅度为充电电压，充电脉冲的脉冲宽度不大于第一充电时间，充电脉冲的脉冲间隙不小于第一弛豫时间；所述第一充电时间为充电时电芯处在过充电压，但尚未形成不可逆损坏的最长时间；所述第一充电时间随环境温度、充电电流、荷电状态SOC和电池健康状态SOH变化；所述第一弛豫时间为电芯经过第一充电时间充电后，从过充状态恢复到正常态的时间；
或者，所述充电脉冲的脉冲幅度为充电电流，充电脉冲的脉冲宽度不大于第二充电时间，充电脉冲的脉冲间隙不小于第二弛豫时间；所述第二充电时间为充电时电芯处在过充电流，但尚未形成不可逆损坏的最长时间；所述第二充电时间随环境温度、充电电压、荷电状态SOC和电池健康状态SOH变化；所述第二弛豫时间为电芯经过第二充电时间充电后，从过充状态恢复到正常态的时间。


9.根据权利要求8所述的一种电池全生命周期充电方法，其特征在于，还包括：在计算下一时刻的充电脉冲前，根据电池的实时数据，及第一充电时间、第一弛豫时间、第二充电时间、第二弛豫时间、第一放电恢复时间、第二放电恢复时间的变化信息，计算当前时刻与下一时刻充电脉冲之间的放电脉冲；
之后计算下一时刻的充电脉冲；
经第一前弛豫时间/第二前弛豫时间后，采用计算后的放电脉冲进行电池放电，经第一后弛豫时间/第二后弛豫时间后，采用计算后的充电脉冲对电池充电，在电池充满电之前一直循环上述过程；
当所述充电脉冲的脉冲幅度为充电电压时，充电脉冲的脉冲宽度不大于第一充电时间，充电脉冲的脉冲间隙不小于第一阈值弛豫时间且不大于第一弛豫时间；第一阈值弛豫时间等于第一前弛豫时间、第一放电恢复时间和第一后弛豫时间之和；放电脉冲的脉冲幅度为放电电压，放电脉冲的脉冲宽度不大于第一放电恢复时间；
所述第一阈值弛豫时间为充电脉冲的脉冲间隙具有放电脉冲时，电芯经过第一充电时间充电后，从过充状态恢复到正常态的时间；所述第一前弛豫时间为充电脉冲变化为放电脉冲的过渡时间；所述第一放电恢复时间为放电时电芯处在不会对电极产生畸变的电压下放电的时间；所述第一后弛豫时间为放电脉冲变化为充电脉冲的过渡时间；
或者，当所述充电脉冲的脉冲幅度为充电电流时，充电脉冲的脉冲宽度不大于第二充电时间，充电脉冲的脉冲间隙不小于第二阈值弛豫时间且不大于第二弛豫时间；第二阈值弛豫时间等于第二前弛豫时间、第二放电恢复时间和第二后弛豫时间之和；放电脉冲的脉冲幅度为放电电流，放电脉冲的脉冲宽度不大于第二放电恢复时间；
所述第二阈值弛豫时间为充电脉冲的脉冲间隙具有放电脉冲时，电芯经过第二充电时间充电后，从过充状态恢复到正常态的时间；所述第二前弛豫时间为充电脉冲变化为放电脉冲的过渡时间；所述第二放电恢复时间为放电时电芯处在不会对电极产生畸变的电流下放电的时间；所述第二后弛豫时间为放电脉冲变化为充电脉冲的过渡时间。


10.根据权利要求8或9所述的一种电池全生命周期充电方法，其特征在于，所述电池在健康状态下具有处于最高可承受的充电电压或充电电流的最长时间充电的选择原则为：
若充电电流控制在安全范围内，且第二充电时间不小于第一充电时间时，对电芯进行不超过第一充电时间的充电；
若充电电压控制在安全范围内，且第一充电时间不小于第二充电时间时，对电芯进行不超过第二充电时间的充电。


11.根据权利要求9所述的一种电池全生命周期充电方法，其特征在于，所述计算当前时刻与下一时刻充电脉冲之间的放电脉冲，之后计算下一时刻的充电脉冲的步骤包括：
根据电池的实时数据，对照每个电芯的第一充电时间、第一弛豫时间随充电电压、温度、SOC、SOH变化的第一充电曲线、以及每个电芯的第一放电恢复时间随电芯的放电电压、温度、SOC、SOH、DOD变化的第一放电曲线，当满足电芯于第一充电时间和第一阈值弛豫时间内的充电电量-电芯于第一放电恢复时间内的放电电量≥电芯于第一弛豫时间内的充电电量时，确定每个电芯当前时刻与下一时刻充电脉冲之间的第一放电脉冲；根据电池的实时数据，对照每个电芯的第二充电时间、第二弛豫时间随充电电流、温度、SOC、SOH变化的第二充电曲线、以及每个电芯的第二放电恢复时间随电芯的放电电流、温度、SOC、SOH、DOD变化的第二放电曲线，当满足电芯于第二充电时间和第二阈值弛豫时间内的充电电量-电芯于第二放电恢复时间内的放电电量≥电芯于第二弛豫时间内的充电电量时，确定每个电芯当前时刻与下一时刻充电脉冲之间的第二放电脉冲；在所有电芯的第一放电脉冲中的第一放电恢复时间和第二放电脉冲中第二放电恢复时间中，选择出一个最小的放电恢复时间作为放电脉冲的脉冲宽度，并根据最小的放电恢复时间确定放电电压或放电电流作为放电脉冲的脉冲幅度；
根据电池的实时数据，依据每个电芯的第一充电时间、第一弛豫时间随充电电压、温度、SOC、SOH变化的第一充电曲线确定每个电芯下一时刻的第一充电脉冲；根据电池的实时数据，依据每个电芯的第二充电时间、第二弛豫时间随充电电流、温度、SOC、SOH变化的第二充电曲线确定每个电芯下一时刻的第二充电脉冲；在所有电芯的第一充电脉冲中的第一充电时间和第二充电脉冲中的第二充电时间中，选择出一个最小的充电时间作为充电脉冲的脉冲宽度，并根据最小的充电时间确定充电电压或充电电流作为充电脉冲的脉冲幅度。


12.根据权利要求8或9所述的一种电池全生命周期充电方法，其特征在于，所述电池全生命周期充电方法适用于由多个电芯串联构成的电池，或由多个电芯并联构成的电池，或由多个电芯串并联构成的电池。


13.根据权利要求9所述的一种电池全生命周期充电方法，其特征在于，当电池包括串联电芯时，所述计算当前时刻与下一时刻充电脉冲之间的放电脉冲，之后计算下一时刻的充电脉冲的步骤包括：
在串联电芯中的所有电芯均未充满电时：
根据电池的实时数据，对照每个电芯的第一充电时间、第一弛豫时间随充电电压、温度、SOC、SOH变化的第一充电曲线、以及每个电芯的第一放电恢复时间随电芯的放电电压、温度、SOC、SOH、DOD变化的第一放电曲线，当满足电芯于第一充电时间和第一阈值弛豫时间内的充电电量-电芯于第一放电恢复时间内的放电电量≥电芯于第一弛豫时间内的充电电量时，确定每个电芯当前时刻与下一时刻充电脉冲之间的第一放电脉冲；根据电池的实时数据，对照每个电芯的第二充电时间、第二弛豫时间随充电电流、温度、SOC、SOH变化的第二充电曲线、以及每个电芯的第二放电恢复时间随电芯的放电电流、温度、SOC、SOH、DOD变化的第二放电曲线，当满足电芯于第二充电时间和第二阈值弛豫时间内的充电电量...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴建斌，陈驰，
申请(专利权)人：长兴太湖能谷科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33