專利名稱：一種用于鋰離子動力蓄電池的充電方法
技術領域：
本發(fā)明涉及蓄電池技術領域，特別是動力鋰離子蓄電池的充電技術領域。
背景技術：
隨著國際原油價格飛漲，各種新型能源的研究成為公眾關注的焦點。電能作為動 力能源已經在各種車輛上得到廣泛應用。鋰電池以具有較高的能量質量比和能量體積比， 無記憶效應，可重復充電次數多，使用壽命較長等優(yōu)點成為動力電能的首選。然而在現(xiàn)有的 條件下，制作出來的電池一致性不佳，進而影響到電池的使用性能和整體壽命，因此應用在 動力電池領域存在一定障礙?，F(xiàn)在所采用的鋰離子電池組的充電過程分兩個階段恒流快充階段和恒壓電流遞 減階段。這種充電方式對于單體電池來說還可以，但是用于電池組充電的話，則在恒壓階段 當電池一致性不是特別好的時候，就容易出現(xiàn)單體電池之間電壓有高有低，就是通常所說 的“恒壓階段電壓分叉”的現(xiàn)象。作為一種新型動力技術，鋰電池在使用中必須串聯(lián)才能達到使用電壓的需求，電 池組中單體性能的參差不齊并不完全源于電池生產技術問題，即使每只單體電池出廠時電 壓、內阻完全一致，使用一段時間以后，也會產生差異，這使得解決動力電池組充電技術問 題成為迫切需要解決的技術問題。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，當達到 V-T曲線、電子電量、壓力、第三電極等控制方式的控制點時停止充電，完成一個充電過程。 鋰離子電池不適合采用這些充電控制方式，因為這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，即使充電終壓有保證，往往是到達充電終壓后立即停止充 電，而鋰離子電池在到達充電終壓后仍然需要補充30%左右的電量。從鋰離子電池多年發(fā) 展來看，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 首先對鋰離子電池進行恒定電流充電，這時電池電壓逐漸抬高，當電池電壓達到設定值時 進行恒定電壓充電，這時充電電流近似指數規(guī)律減小，所以這種充電方式也稱為TAPER型 充電控制。對單節(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程逐步升高，當電池端電壓達到4. 2V(4. IV)，改恒流充電為恒壓充 電，即電壓一定，電流根據電芯的飽和程度，隨著充電過程的繼續(xù)逐步減少，當減少到IOmA 時，認為充電終止。在動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 程中，由于工藝等原因，同批次電池的容量、內阻等存在差異；電池自放電率的不同，經長時 間積累，造成電池容量的差異；電池使用過程中，使用環(huán)境如溫度、電路板的差異，導致電池 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板上加 上均衡模塊與單體電池并聯(lián)對超過設定電壓的電池進行分流從而減小電壓上升速度，從而
縮小差異。目前對于鋰電池組進行均衡管理的方案主要有兩種，能耗型和回饋型。能耗型是指給各個單體電池提供并聯(lián)支路，將電壓過高的單體電池通過分流轉移電能達到均衡的目 的?；仞佇褪侵竿ㄟ^能量轉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，當忽略轉換效率時，回饋不消耗能量，可實現(xiàn)動態(tài)均衡。但由于回饋型設計控 制方法復雜，制造成本高，因此很難實現(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，顯然在這種充電機制下這種均衡 的效果很有限，基本不明顯。對動力鋰電池組來說，任何小電流均衡或大電流只做充電均衡而放電不均衡，皆無實際使用意義。若大電流且充放電都均衡，使電池組充電每節(jié)電池皆充滿而又無過充，放 電每節(jié)電池都放完而又無過放，才能達到提高續(xù)行距離，延長循環(huán)使用壽命的目的。不過， 因為目前在動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大，否則將會產生較大的熱量不能及時散出，從而影 響電池的循環(huán)性能及其安全性能。國內外現(xiàn)尚未見有能用的大電流充放電雙向均衡的產
P
ΡΠ ο在設計電池組均衡模塊時，應避免出現(xiàn)充電均衡時被均衡電池處在放電狀態(tài)，而 放電均衡時被均衡電池處在充電狀態(tài)。否則被均衡的單節(jié)電池，相當于循環(huán)使用一次。一 般來說需放電均衡的單節(jié)電池往往每個循環(huán)皆需均衡，而且一個循環(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，則會極大地影響到電池組的循環(huán)性 能及其使用壽命。由于各個單體荷電狀態(tài)的不一致及自身性能的不一致，導致在相同的電流下其能 維持的電壓不一樣，有的在這個電流能維持住，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，但只有一個是維持不住的，那么由于總的電壓是 一定的，在一個電壓下降的同時，其它電壓必然會有整體的或是單個的上升，這樣同樣也會 出現(xiàn)差異加劇的現(xiàn)象。
發(fā)明內容
本發(fā)明目的是為了解決動力鋰電池組使用中的一致性問題而提出的一種用于鋰 離子動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現(xiàn)方案。本發(fā)明技術方案是充電的環(huán)境條件為1個標準大氣壓、溫度25 士 5°C和濕度 ^ 85% RH，其特點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，最后的結果是均衡只在小電流充電的階段的時候才起作用，雖然均衡模塊的均衡電流 沒有改變，但是其充電電流減小了，則其均衡的效果就明顯了，做到了充電不會發(fā)生過充而 又都充滿的結果，從而達到了均衡的作用；同時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 上，采用多階段恒流充電方式對動力鋰電池組進行充電，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。
具體實施例方式以36V/10Ah磷酸鐵鋰動力鋰離子電池充電為例。1、傳統(tǒng)的充電方式在1個標準大氣壓下，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個標準大氣壓下，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小階梯來近似逼近，取其近似值作為充電電流，那每個小階梯實際上 就是一個恒流階段。如達到41V前，用0. 3C ；在42V前，用0. IC ；在43. 8V前，用0. 05C ；在 43. 8V，用0. OlC......直至充電結束。結論1、本發(fā)明電技術的優(yōu)勢在于完全沒有恒壓階段，從而避免了恒壓充電過程中由于 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驗表明，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)使用壽命基本達到電池組的理論最長壽 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，同時大幅降低了 用電設備的故障率，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。
權利要求
一種用于鋰離子動力蓄電池的充電方法，充電的環(huán)境條件是1個標準大氣壓、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
一種用于鋰離子動力蓄電池的充電方法，本發(fā)明涉及動力鋰離子蓄電池的充電技術領域，充電的環(huán)境條件是1個標準大氣壓、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)明充電不會發(fā)生過充而又都充滿的結果，從而達到了均衡的作用；同時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H01M10/44GK101800344SQ20101014233
公開日2010年8月11日 申請日期2010年3月25日 優(yōu)先權日2010年3月25日
發(fā)明者代云飛, 周壽斌, 孫慶, 沙樹勇, 王曉玲 申請人:江蘇華富控股集團有限公司