鋰離子動(dòng)力電池優(yōu)化充電方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋰離子動(dòng)力電池充電技術(shù)領(lǐng)域，具體地指一種鋰離子動(dòng)力電池優(yōu)化充 電方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池充電機(jī)主要有四種充電方式，即恒流式充電，恒壓式充 電，兩段式或三段式充電以及脈沖式充電。根據(jù)蓄電池最佳充電曲線可知，隨著充電過(guò)程的 進(jìn)行，蓄電池可接受的理想的充電電流應(yīng)該是逐漸變小的，因此采用恒定的電流充電，在充 電后期，對(duì)蓄電池來(lái)說(shuō)，充電電流就會(huì)過(guò)大，導(dǎo)致蓄電池過(guò)充。恒壓式充電方法充電開(kāi)始時(shí) 電流過(guò)大，過(guò)大的充電電流會(huì)使蓄電池在充電初期充電階段容易發(fā)生極化反應(yīng)，到充電后 期，對(duì)蓄電池來(lái)說(shuō)充電電流又過(guò)小，過(guò)小的充電電流則容易使充電后期造成蓄電池充電不 足。兩段式或三段式充電方法是將恒流充電和恒壓充電相結(jié)合，充電過(guò)程中能有效的控制 蓄電池的析氣反應(yīng)，減小能量的損失，但在充電過(guò)程中，需要進(jìn)行模式切換，因此控制系統(tǒng) 相對(duì)復(fù)雜，同時(shí)也存在恒流恒壓充電方法中包含的缺點(diǎn)。脈沖式充電方法在消除或減小極 化方面效果比較明顯，但是其能量轉(zhuǎn)換效率相對(duì)較低?？傊捎蒙鲜龀潆姺绞匠潆姇r(shí)，電 池在充電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，導(dǎo)致充電時(shí)間長(zhǎng)、充電效率低。為達(dá)到快速充電的目的， 一般采取加大充電電流的措施，從而又會(huì)導(dǎo)致在充電過(guò)程電池內(nèi)阻升高、電池溫度上升過(guò) 快的問(wèn)題，容易導(dǎo)致電池永久性損壞。由此可見(jiàn)，充電技術(shù)是關(guān)系鋰離子動(dòng)力電池在純電動(dòng) 汽車上推廣應(yīng)用的核心技術(shù)，關(guān)系到電池使用的安全性和經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的就是要提供一種鋰離子動(dòng)力電池優(yōu)化充電方法，該方法在快速，高 效的對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行充電的同時(shí)，還不會(huì)損害動(dòng)力電池和影響電池的使用壽命。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)此目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的一種鋰離子動(dòng)力電池優(yōu)化充電方法，其特征在于， 它包括如下步驟：
[0005] 步驟1:分別采用多種電流對(duì)鋰離子電池進(jìn)行恒流充電實(shí)驗(yàn)，為使實(shí)驗(yàn)具有統(tǒng)一 性，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，應(yīng)保證鋰離子電池的荷電狀態(tài)為零，當(dāng)鋰離子電池端電壓到達(dá)單體電池最 大電壓時(shí)停止充電，記錄此時(shí)充入鋰離子電池的電量，選取充入電量最多的充電電流作為 第一充電階段的充電電流值；
[0006] 步驟2:根據(jù)步驟1確定的第一充電階段的充電電流值對(duì)鋰離子電池進(jìn)行恒流充 電，當(dāng)鋰離子電池的端電壓到達(dá)單體電池最大電壓時(shí)停止充電；
[0007] 步驟3:采用正負(fù)脈沖結(jié)合的方式給鋰離子電池繼續(xù)進(jìn)行第二充電階段充電，將第 二個(gè)充電階段分成兩個(gè)分充電階段，兩個(gè)分充電階段采用幅度逐級(jí)遞減的正脈沖對(duì)鋰離子 電池充電，且相鄰的兩個(gè)正脈沖之間加負(fù)脈沖，相鄰的正脈沖和負(fù)脈沖之間具有時(shí)間間歇， 第一分充電階段與第二分充電階段之間的跳轉(zhuǎn)條件為當(dāng)鋰離子電池的端電壓到達(dá)單體電 池最大電壓時(shí)，轉(zhuǎn)入第二個(gè)分充電階段，在第二分充電階段充電過(guò)程中當(dāng)鋰離子電池的端 電壓到達(dá)單體電池最大電壓時(shí)，即完成鋰離子動(dòng)力電池優(yōu)化充電。
[0008] 本發(fā)明的有益效果為：
[0009] 與現(xiàn)有技術(shù)是相比，本發(fā)明采用基于間歇一正負(fù)脈沖充電的優(yōu)化充電方法，在保 證電池壽命的前提下，最大程度地減小極化因素對(duì)充電的影響，顯著提高了充電速度和充 電效率。同時(shí)，鋰離子動(dòng)力電池屬于新一代電池技術(shù)，本發(fā)明采用實(shí)驗(yàn)方法確定初始充電電 流、正脈沖幅值、負(fù)脈沖幅值和間歇時(shí)間等關(guān)鍵參數(shù)，以相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)作為理論支撐，避免 了現(xiàn)有充電技術(shù)常常忽視電池類型差異，照搬鉛酸電池最優(yōu)充電曲線參數(shù)，沒(méi)有最大限度 的發(fā)揮鋰離子電池的電流接受優(yōu)勢(shì)。
【具體實(shí)施方式】
[0010]以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明：
[0011] 本充電方法的優(yōu)化充電策略是:在充電的初期要給鋰離子電池施加一個(gè)相對(duì)較大 的充電電流(充電初期電流不宜過(guò)大或過(guò)?。顾诔潆姵跗诙虝r(shí)間內(nèi)能充入大量電量， 而又避免電池過(guò)充和溫升過(guò)快，同時(shí)需要確保隨著充電過(guò)程的進(jìn)行，充電的電流逐漸變小， 同時(shí)對(duì)鋰離子電池的極化狀況進(jìn)行評(píng)估，適時(shí)采取去極化的措施，且去極化措施應(yīng)該伴隨 整個(gè)充電過(guò)程。
[0012] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案具體包括如下步驟：
[0013] 步驟1:分別采用多種電流對(duì)鋰離子電池進(jìn)行恒流充電實(shí)驗(yàn)，為使實(shí)驗(yàn)具有統(tǒng)一 性，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，應(yīng)保證鋰離子電池的荷電狀態(tài)為零，當(dāng)鋰離子電池端電壓到達(dá)單體電池最 大電壓時(shí)停止充電，記錄此時(shí)充入鋰離子電池的電量，選取充入電量最多的充電電流作為 第一充電階段的充電電流值；
[0014] 步驟2:根據(jù)步驟1確定的第一充電階段的充電電流值對(duì)鋰離子電池進(jìn)行恒流充 電，當(dāng)鋰離子電池的端電壓到達(dá)單體電池最大電壓時(shí)停止充電；
[0015] 步驟3:采用正負(fù)脈沖結(jié)合的方式給鋰離子電池繼續(xù)進(jìn)行第二充電階段充電，因?yàn)?鋰離子電池可接受充電的能力是逐步下降的，于是將第二個(gè)充電階段分成兩個(gè)分充電階 段，兩個(gè)分充電階段采用幅度逐級(jí)遞減的正脈沖對(duì)鋰離子電池充電，且相鄰的兩個(gè)正脈沖 之間加負(fù)脈沖，相鄰的正脈沖和負(fù)脈沖之間具有時(shí)間間歇，第一分充電階段與第二分充電 階段之間的跳轉(zhuǎn)條件為當(dāng)鋰離子電池的端電壓到達(dá)單體電池最大電壓時(shí)，轉(zhuǎn)入第二個(gè)分充 電階段，在第二分充電階段充電過(guò)程中當(dāng)鋰離子電池的端電壓到達(dá)單體電池最大電壓時(shí)， 即完成鋰離子動(dòng)力電池優(yōu)化充電。
[0016] 上述技術(shù)方案的步驟3中，正脈沖幅度遞減系數(shù)采用如下試驗(yàn)方法確定:正脈沖幅 度遞減系數(shù)為第二個(gè)分充電階段充電正脈沖幅值與第一個(gè)分充電階段充電正脈沖幅值的 比值，為了使實(shí)驗(yàn)具有統(tǒng)一性，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，保證鋰離子電池的荷電狀態(tài)為零，預(yù)先設(shè)定多 個(gè)正脈沖幅度參考遞減系數(shù)，分別采用每個(gè)正脈沖幅度參考遞減系數(shù)進(jìn)行充電實(shí)驗(yàn)，第一 分充電階段與第二分充電階段之間的跳轉(zhuǎn)條件為當(dāng)鋰離子電池的端電壓到達(dá)單體電池最 大電壓時(shí)，轉(zhuǎn)入第二分充電階段，第二分充電階段充電全部完成后，記錄每個(gè)正脈沖幅度參 考遞減系數(shù)進(jìn)行充電實(shí)驗(yàn)中充入鋰離子電池的電量，選取充入鋰離子電池電量最多的正脈 沖幅度參考遞減系數(shù)作為第二充電階段正脈沖幅度遞減系數(shù)。
[0017] 上述技術(shù)方案的步驟3中，每個(gè)相鄰的正脈沖和負(fù)脈沖之間的時(shí)間間歇相等，且該 時(shí)間間歇為ο. 5~1秒。該時(shí)間間歇優(yōu)選為0.8秒。在給鋰離子電池施加正脈沖結(jié)束后轉(zhuǎn)入負(fù) 脈沖時(shí)，間歇停充一段時(shí)間，能有效的去除充電過(guò)程中的極化效應(yīng)。間歇的時(shí)間長(zhǎng)，雖然能 更好的消除極化，可是違背了快速充電的原則，間歇的時(shí)間如果過(guò)短，則達(dá)不到消除極化的 目的，確定間歇的時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)充電過(guò)程有著重要影響。試驗(yàn)表明間歇時(shí)間大于1秒時(shí)，電池 壓降增大速率明顯變緩，間歇時(shí)間設(shè)置為〇. 5~1秒之間較為合適。本發(fā)明中將間歇時(shí)間定 為0.8秒。負(fù)脈沖能有效的去除充電過(guò)程中的消除極化效應(yīng)，但如果負(fù)脈沖的幅值太小，去 極化的效果不佳，如果負(fù)脈沖的幅值太大，鋰離子電池會(huì)被損壞。上述負(fù)脈沖幅值大小采用 如下實(shí)驗(yàn)方法來(lái)確定:為了使實(shí)驗(yàn)具有統(tǒng)一性，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，保證鋰離子電池的荷電狀態(tài)為 零，分別采用預(yù)設(shè)的多個(gè)不同放電電流對(duì)鋰離子電池進(jìn)行脈沖放電實(shí)驗(yàn)，分別測(cè)量脈沖放 電前后鋰離子電池端電壓壓降以及溫度的上升值，在溫度變化小于1°C的放電電流中，選擇 放電前后壓降最大的放電電流值的幅值作為負(fù)脈沖的幅值。
[0018] 上述技術(shù)方案中，所述預(yù)設(shè)的多個(gè)不同放電電流分別為〇. 8C、1C、1.2C和1.5C。
[0019] 上述技術(shù)方案中，所述單體電池最大電壓為4.2V。
[0020] 上述技術(shù)方案的步驟1中，對(duì)鋰離子電池進(jìn)行恒流充電實(shí)驗(yàn)的多種電流包括0.8C、 1.0(：、1.2(：和1.5(：的電流。
[0021] 上述技術(shù)方案的步驟3中，預(yù)先設(shè)定多個(gè)正脈沖幅度參考遞減系數(shù)包括0.3、0.4、 0.5和0.6〇
[0022] 上述技術(shù)方案中，所述第一分充電階