[發(fā)明專(zhuān)利]一種鋰離子電池快速充電方法與裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210425679.X
• 申請(qǐng)日: 2012-10-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103794828A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜翀;何亮明
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海中科智能控制技術(shù)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M10/44
• 分類(lèi)號(hào): H01M10/44;H02J7/00
• 代理公司: 隆天國(guó)際知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 72003
• 代理人: 張龍哺;馮志云

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種可充電的二次鋰離子電池的充電裝置及其充電方法，尤其涉及能快速充電、抑制電池老化的鋰離子電池充電裝置及其充電方法。

背景技術(shù)

作為鋰離子電池或Ni-MH電池等非水系二次電池的充電方法，一般使用連續(xù)充電和脈沖充電。在連續(xù)充電中，可進(jìn)一步細(xì)分為恒定電流充電、恒定電壓充電以及恒流-恒壓充電三種方式。在非水系二次電池的充電中，若充電電壓過(guò)高，則電池性能明顯劣化，甚至引發(fā)燃燒爆炸等事故。因此需要十分注意，使得充電電壓不超過(guò)給定電壓。

為了在充電速度和充電安全性之間達(dá)到一個(gè)折中平衡，連續(xù)充電一般使用恒流-恒壓充電。在充電初期，進(jìn)行恒定電流充電，二次電池的電壓達(dá)到給定電壓值后，以恒定電壓繼續(xù)充電，充電電流降低到給定值時(shí)即認(rèn)為達(dá)到滿(mǎn)量充電，結(jié)束充電。這種充電方法的優(yōu)點(diǎn)在于，進(jìn)行恒定電流充電時(shí)，通過(guò)增大充電電流能快速充電，縮短充電時(shí)間；而二次電池的電壓達(dá)到給定電壓值時(shí)，就切換到恒壓充電，確保導(dǎo)致使得二次電池劣化的高壓不施加到二次電池上。

電池的內(nèi)部電動(dòng)勢(shì)或者開(kāi)路電壓是判斷電池充電是否滿(mǎn)充的理想?yún)?shù)，然而在實(shí)際充電過(guò)程中，上述兩個(gè)參數(shù)不可測(cè)，只能使用電池端電壓進(jìn)行近似分析。一般情況下，由于電池內(nèi)阻的存在，電池端電壓小于電池開(kāi)路電壓。電池充電電流越大，電池端電壓和開(kāi)路電壓差異越大。在恒流-恒壓充電方法中，恒流階段當(dāng)電池端電壓達(dá)到給定值(例如鋰離子電池設(shè)定為4.2伏)時(shí)，電池開(kāi)路電壓實(shí)際并未達(dá)到給定值。但是為了安全保守起見(jiàn)，不得不采取限流措施，改為充電電流較小的恒壓充電模式。

由以上分析可知，恒壓充電模式的引入，確保了電池充電的安全性，但是同時(shí)也影響了電池的充電速度。如圖1，實(shí)驗(yàn)中對(duì)鋰離子電池使用1.5A的恒定電流進(jìn)行充電，大約50分鐘后即可充電85％。然后端電壓達(dá)到給定值改用恒壓充電。經(jīng)過(guò)約1.5小時(shí)后，電池才漸至充滿(mǎn)。充電15％，結(jié)果占用了65％的充電時(shí)間。由此可見(jiàn)，恒壓充電階段嚴(yán)重降低了電池的充電速度。事實(shí)上，對(duì)于使用一段時(shí)間后的老化電池，由于電池內(nèi)阻的變大，恒流充電階段時(shí)間變短，恒壓充電對(duì)電池充電速度的影響更加顯著。

上述充電方法利用電池的端電壓作為電池充電模式切換與充電終止的控制參數(shù)，不利于電池的充電速度提升，例如專(zhuān)利98122261.7與01121097.4。為了克服上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種完全利用恒流充電的電池快速充電方法與裝置。充電過(guò)程中，實(shí)時(shí)測(cè)量電池的端電壓。當(dāng)端電壓達(dá)到給定值后，計(jì)算電壓變化率，搜尋電壓變化率曲線(xiàn)的拐點(diǎn)。電池接近充滿(mǎn)時(shí)，電壓變化率開(kāi)始逐漸變大，到達(dá)充滿(mǎn)時(shí)刻電壓變化率急劇減小。當(dāng)電壓變化率的拐點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)，即說(shuō)明電池充電已經(jīng)充滿(mǎn)，充電結(jié)束。通過(guò)電壓變化率拐點(diǎn)這一充電截止判斷方法，無(wú)需引入恒壓充電階段，在保證電池安全、可靠與高效充電的同時(shí)，極大加快了電池充電速度。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)鋰離子電池恒流-恒壓充電方法充電速度偏慢的缺陷，本發(fā)明提出一種完全恒流充電的鋰離子電池充電方法及其裝置。其利用電池端電壓變化率滿(mǎn)充時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)這個(gè)特征作為充電截止的判定方法，即確保了電池充電的安全可靠，又達(dá)到了快速充電的目的。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種鋰離子電池快速充電的裝置，包括：直流電流恒流源，與待充電的鋰離子電池相連接，直流電流恒流源提供恒定充電電流；可控開(kāi)關(guān)，與所述鋰離子電池以及所述直流電流恒流源串聯(lián)形成串聯(lián)電路，可控開(kāi)關(guān)接通或者切斷所述串聯(lián)電路；其特征在于，所述鋰離子電池快速充電的裝置還包括：控制模塊，所述控制模塊連接鋰離子電池和所述可控開(kāi)關(guān)，所述控制模塊檢測(cè)鋰離子電池的端電壓和端電壓變化率，測(cè)得的端電壓低于充電閾值，所述控制模塊控制所述可控開(kāi)關(guān)接通所述串聯(lián)電路對(duì)鋰離子電池充電；測(cè)得的端電壓高于充電閾值且測(cè)得端電壓變化率曲線(xiàn)出現(xiàn)明顯下降，控制模塊控制可控開(kāi)關(guān)切斷所述串聯(lián)電路停止對(duì)鋰離子電池充電。

優(yōu)選地，所述控制模塊包括一單片機(jī)，所述單片機(jī)與鋰離子電池并接，其中，所述單片機(jī)的第一端連接鋰離子電池正極的一端，其第二端連接鋰離子電池負(fù)極的一端，所述單片機(jī)檢測(cè)并記錄鋰離子電池的端電壓和端電壓變化率，根據(jù)不同時(shí)刻的端電壓變化率生成電壓變化率曲線(xiàn)，并對(duì)電壓變化率序列曲線(xiàn)進(jìn)行平滑濾波，消除電壓測(cè)量過(guò)程中產(chǎn)生的毛刺，判斷端電壓值與充電閾值的大小，端電壓值小于充電閾值則生成接通所述串聯(lián)電路的指令，根據(jù)端電壓變化率的曲線(xiàn)搜尋端電壓變化率曲線(xiàn)的拐點(diǎn)，端電壓變化率曲線(xiàn)出線(xiàn)拐點(diǎn)則生成切斷所述串聯(lián)電路的指令。