專利名稱：一種用于鋰離子動(dòng)力蓄電池的充電方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蓄電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是動(dòng)力鋰離子蓄電池的充電技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)際原油價(jià)格飛漲，各種新型能源的研究成為公眾關(guān)注的焦點(diǎn)。電能作為動(dòng) 力能源已經(jīng)在各種車輛上得到廣泛應(yīng)用。鋰電池以具有較高的能量質(zhì)量比和能量體積比， 無(wú)記憶效應(yīng)，可重復(fù)充電次數(shù)多，使用壽命較長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)成為動(dòng)力電能的首選。然而在現(xiàn)有的 條件下，制作出來(lái)的電池一致性不佳，進(jìn)而影響到電池的使用性能和整體壽命，因此應(yīng)用在 動(dòng)力電池領(lǐng)域存在一定障礙?，F(xiàn)在所采用的鋰離子電池組的充電過(guò)程分兩個(gè)階段恒流快充階段和恒壓電流遞 減階段。這種充電方式對(duì)于單體電池來(lái)說(shuō)還可以，但是用于電池組充電的話，則在恒壓階段 當(dāng)電池一致性不是特別好的時(shí)候，就容易出現(xiàn)單體電池之間電壓有高有低，就是通常所說(shuō) 的“恒壓階段電壓分叉”的現(xiàn)象。作為一種新型動(dòng)力技術(shù)，鋰電池在使用中必須串聯(lián)才能達(dá)到使用電壓的需求，電 池組中單體性能的參差不齊并不完全源于電池生產(chǎn)技術(shù)問(wèn)題，即使每只單體電池出廠時(shí)電 壓、內(nèi)阻完全一致，使用一段時(shí)間以后，也會(huì)產(chǎn)生差異，這使得解決動(dòng)力電池組充電技術(shù)問(wèn) 題成為迫切需要解決的技術(shù)問(wèn)題。在采用鎘鎳、氫鎳電池的衛(wèi)星電源系統(tǒng)中，基本上都采用恒流充電方式，當(dāng)達(dá)到 V-T曲線、電子電量、壓力、第三電極等控制方式的控制點(diǎn)時(shí)停止充電，完成一個(gè)充電過(guò)程。 鋰離子電池不適合采用這些充電控制方式，因?yàn)檫@些充電方式不能保證鋰離子電池的充電 終壓始終限定在規(guī)定的范圍內(nèi)，即使充電終壓有保證，往往是到達(dá)充電終壓后立即停止充 電，而鋰離子電池在到達(dá)充電終壓后仍然需要補(bǔ)充30%左右的電量。從鋰離子電池多年發(fā) 展來(lái)看，恒流-恒壓充電控制是最普遍、最適合采用的充電控制方式。在此方式下，充電器 首先對(duì)鋰離子電池進(jìn)行恒定電流充電，這時(shí)電池電壓逐漸抬高，當(dāng)電池電壓達(dá)到設(shè)定值時(shí) 進(jìn)行恒定電壓充電，這時(shí)充電電流近似指數(shù)規(guī)律減小，所以這種充電方式也稱為TAPER型 充電控制。對(duì)單節(jié)鋰離子電池的充電要求(GB/T18287-2000)首先是恒流充電，即電流一定， 而電池電壓隨著充電過(guò)程逐步升高，當(dāng)電池端電壓達(dá)到4. 2V(4. IV)，改恒流充電為恒壓充 電，即電壓一定，電流根據(jù)電芯的飽和程度，隨著充電過(guò)程的繼續(xù)逐步減少，當(dāng)減少到IOmA 時(shí)，認(rèn)為充電終止。在動(dòng)力電池組中由于各單體電池之間存在不一致性，連續(xù)的充放電循環(huán)導(dǎo)致的差 異，將是某些單體電池的容量加速衰減，串聯(lián)電池組的容量是由單體電池的最小容量決定 的，因此這些差異將使電池組的使用壽命縮短，造成這種不平衡的主要原因有電池制作過(guò) 程中，由于工藝等原因，同批次電池的容量、內(nèi)阻等存在差異；電池自放電率的不同，經(jīng)長(zhǎng)時(shí) 間積累，造成電池容量的差異；電池使用過(guò)程中，使用環(huán)境如溫度、電路板的差異，導(dǎo)致電池 容量的不平衡。
為了縮小單體電池在恒壓階段電壓之間的差異，現(xiàn)在通用的做法是在保護(hù)板上加 上均衡模塊與單體電池并聯(lián)對(duì)超過(guò)設(shè)定電壓的電池進(jìn)行分流從而減小電壓上升速度，從而
縮小差異。目前對(duì)于鋰電池組進(jìn)行均衡管理的方案主要有兩種，能耗型和回饋型。能耗型是指給各個(gè)單體電池提供并聯(lián)支路，將電壓過(guò)高的單體電池通過(guò)分流轉(zhuǎn)移電能達(dá)到均衡的目 的?；仞佇褪侵竿ㄟ^(guò)能量轉(zhuǎn)換器將單體之間的偏差能量饋送回電池組或電池組中的某些單 體。理論上，當(dāng)忽略轉(zhuǎn)換效率時(shí)，回饋不消耗能量，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)均衡。但由于回饋型設(shè)計(jì)控 制方法復(fù)雜，制造成本高，因此很難實(shí)現(xiàn)商業(yè)化?，F(xiàn)在大多都采用能耗型的均衡管理方式。然而，現(xiàn)有的均衡模塊的均衡電流只有0. 01C-0. 02C(基本只有0. 01C)，而充電電 流至少是0. 2C，所以0. 2C充電電流卻只有0. OlC的均衡，顯然在這種充電機(jī)制下這種均衡 的效果很有限，基本不明顯。對(duì)動(dòng)力鋰電池組來(lái)說(shuō)，任何小電流均衡或大電流只做充電均衡而放電不均衡，皆無(wú)實(shí)際使用意義。若大電流且充放電都均衡，使電池組充電每節(jié)電池皆充滿而又無(wú)過(guò)充，放 電每節(jié)電池都放完而又無(wú)過(guò)放，才能達(dá)到提高續(xù)行距離，延長(zhǎng)循環(huán)使用壽命的目的。不過(guò)， 因?yàn)槟壳霸趧?dòng)力鋰電池組中采用的均衡基本上是能耗型的均衡方式，即均衡電流均以電阻 發(fā)熱的形式散出。所以均衡電流不能過(guò)大，否則將會(huì)產(chǎn)生較大的熱量不能及時(shí)散出，從而影 響電池的循環(huán)性能及其安全性能。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)尚未見有能用的大電流充放電雙向均衡的產(chǎn)
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ΡΠ ο在設(shè)計(jì)電池組均衡模塊時(shí)，應(yīng)避免出現(xiàn)充電均衡時(shí)被均衡電池處在放電狀態(tài)，而 放電均衡時(shí)被均衡電池處在充電狀態(tài)。否則被均衡的單節(jié)電池，相當(dāng)于循環(huán)使用一次。一 般來(lái)說(shuō)需放電均衡的單節(jié)電池往往每個(gè)循環(huán)皆需均衡，而且一個(gè)循環(huán)放電工作中又可能還 要多次均衡，故而若是均衡方式、均衡電流選用不得當(dāng)，則會(huì)極大地影響到電池組的循環(huán)性 能及其使用壽命。由于各個(gè)單體荷電狀態(tài)的不一致及自身性能的不一致，導(dǎo)致在相同的電流下其能 維持的電壓不一樣，有的在這個(gè)電流能維持住，有的不能維持住，則有的上升有的下降，有 的保持不變。但是即使所有的都能維持住，但只有一個(gè)是維持不住的，那么由于總的電壓是 一定的，在一個(gè)電壓下降的同時(shí)，其它電壓必然會(huì)有整體的或是單個(gè)的上升，這樣同樣也會(huì) 出現(xiàn)差異加劇的現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了解決動(dòng)力鋰電池組使用中的一致性問(wèn)題而提出的一種用于鋰 離子動(dòng)力蓄電池的充電方法。本發(fā)明提出了 一種多階段恒流充電的實(shí)現(xiàn)方案。本發(fā)明技術(shù)方案是充電的環(huán)境條件為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、溫度25 士 5°C和濕度 ^ 85% RH，其特點(diǎn)是在不同的限制電壓階段下采用不同的恒流充電。本發(fā)明是在采取多階段恒流的方式，即在不同的限制電壓下采取不同的充電電 流，最后的結(jié)果是均衡只在小電流充電的階段的時(shí)候才起作用，雖然均衡模塊的均衡電流 沒(méi)有改變，但是其充電電流減小了，則其均衡的效果就明顯了，做到了充電不會(huì)發(fā)生過(guò)充而 又都充滿的結(jié)果，從而達(dá)到了均衡的作用；同時(shí)減小了電流均衡作用的電壓范圍，盡可能的避免了單體電芯不必要的循環(huán)損失。本發(fā)明在充分考慮工業(yè)成本控制和穩(wěn)定性要求的基礎(chǔ) 上，采用多階段恒流充電方式對(duì)動(dòng)力鋰電池組進(jìn)行充電，改善了電池組充電的不平衡性，提 高了工作性能。


圖1為傳統(tǒng)方法的充電曲線。
具體實(shí)施例方式以36V/10Ah磷酸鐵鋰動(dòng)力鋰離子電池充電為例。1、傳統(tǒng)的充電方式在1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，環(huán)境溫25士5°C、環(huán)境濕度彡85% RH條件下，0. 33C恒流充 電至電池組充電限制電壓43. 8V (單體電芯限制電壓3. 65V)后恒壓充電至充電截止電流 0.01C，充電結(jié)束，其充電曲線為圖1所示。2、采用本發(fā)明多階段恒流的方式在1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，環(huán)境溫25士5°C、環(huán)境濕度彡85% RH條件下，在不同的電壓 下采取不同的充電電流。由于恒壓階段電流是逐漸減小的，用微積分的形式將恒壓階段平 滑的曲線分割成多個(gè)小階梯來(lái)近似逼近，取其近似值作為充電電流，那每個(gè)小階梯實(shí)際上 就是一個(gè)恒流階段。如達(dá)到41V前，用0. 3C ；在42V前，用0. IC ；在43. 8V前，用0. 05C ；在 43. 8V，用0. OlC......直至充電結(jié)束。結(jié)論1、本發(fā)明電技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于完全沒(méi)有恒壓階段，從而避免了恒壓充電過(guò)程中由于 單體電芯的不一致性而出現(xiàn)的電壓差異。2、多次鋰電池組充放電實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明充電方法能有效改善電池組充電的一致 性，提高電池組工作性能。 3、采用本發(fā)明充電方法可使電池組循環(huán)使用壽命基本達(dá)到電池組的理論最長(zhǎng)壽 命，即電池組中循環(huán)性能最差單體的壽命，則電池的使用成本將大幅下降，同時(shí)大幅降低了 用電設(shè)備的故障率，與傳統(tǒng)的恒流-恒壓充電方式相比，具有十分明顯的優(yōu)越性。
權(quán)利要求
一種用于鋰離子動(dòng)力蓄電池的充電方法，充電的環(huán)境條件是1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、溫度25±5℃和濕度≤85％RH，其特征在于在不同的限制電壓階段下采用不同的恒流充電。
全文摘要
一種用于鋰離子動(dòng)力蓄電池的充電方法，本發(fā)明涉及動(dòng)力鋰離子蓄電池的充電技術(shù)領(lǐng)域，充電的環(huán)境條件是1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、溫度25±5℃和濕度≤85％RH，在不同的限制電壓階段下采用不同的恒流充電。本發(fā)明充電不會(huì)發(fā)生過(guò)充而又都充滿的結(jié)果，從而達(dá)到了均衡的作用；同時(shí)減小了電流均衡作用的電壓范圍，盡可能的避免了單體電芯不必要的循環(huán)損失，改善了電池組充電的不平衡性，提高了工作性能。
文檔編號(hào)H01M10/44GK101800344SQ20101014233
公開日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2010年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月25日
發(fā)明者代云飛, 周壽斌, 孫慶, 沙樹勇, 王曉玲 申請(qǐng)人:江蘇華富控股集團(tuán)有限公司