[發明專利]一種電動車汽車鋰離子電池的快充裝置和方法

在審

• 申請號: 201710173757.4
• 申請日: 2017-03-22
• 公開（公告）號: CN107069120A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 韓智;楊春雷;何濤;張江忠
• 申請（專利權）人: 廣州小鵬汽車科技有限公司
• 主分類號: H01M10/42
• 分類號: H01M10/42;H01M10/44;H02J7/00
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司44205
• 代理人: 胡輝

技術領域

本發明涉及蓄電池領域，尤其是一種電動車汽車鋰離子電池的快充裝置和方法。

背景技術

鋰離子電池廣泛應用于各種消費類電子產品，是目前最為常見的電池類型之一。鑒于它能量密度高、自放電率小、可反復充放電等特性，也被選作用于車輛、航天等交通運輸領域的動力電池。

鋰離子電池是可以反復充放電的。而傳統的充電方式通常分為2個階段：恒流充電階段（即CC），和恒壓充電階段（即CV）。而在電動汽車的應用案例中，第1階段也可使用恒功率充電（即CP）。

CC階段：提供恒定的電流進行充電，直到任意單體電壓達到第1階段充電截止閥值。

CV階段： 按單體截止電壓的閥值進行恒壓充電，直到電流衰減低于設定閥值，如 C/20、C/10、C/5或其它。

基于不同的應用領域，完整的充電時間大概要1~5個小時不等，恒流階段充電流一般設定在固定的倍率，例如0.5C~2C不等，完整的充電流程會在CV階段電流值小于C/10時停止。而在某些應用定義的快速充電，則只會進行第1階段恒流充電，此時電池電量大概在70%。

對于消費類電子產品而言，鋰離子電池會充到單體電壓4.2±0.05V左右。在汽車、工業和軍事應用中，常使用相對較低的截止電壓以延長電池的壽命。在電池電壓大于4.3V或溫度高于90℃時，保護電路會切斷電路。

眾所周知的，鋰離子電池的充電裝置通常都是CC和CV充電。參照圖3，鋰離子電池在剛開始充電的時候，都是以恒流進行；在恒壓階段，充電電壓會設置為最大值，即電芯供應商推薦的電芯安全電壓上限，例如典型的4.2V。圖3、5和6中的橫軸均表示時間。

充電電流是一個設計的參數，參考電芯容量、充電時長、需求和成本。當電池的單體電壓上升至閥值，充電電流便會下降到初始電流值之下。特別的，當電芯電壓Vb達到充電電壓Vc的時候，充電電流會依據公式緩慢減少：I=(Vc-Vb)/Rs，這里I為充電電流，Vc為充電電壓，Vb為電芯開環電壓，Rs為充電回路的電阻（包含接觸點電阻和電池內阻）。因此，在充電流程的最后一部分，一般在最后的1/3左右，電池是在以一個逐漸降低的電流在充電，這也意味這電池需要用更多的時間達到完全充滿。

閉路電壓代表著電池電壓加上環路內電池內阻（包括電池端子和電芯內阻）引起的壓降，用開路電壓減去閉路電壓，則通過電池內阻和電路元件的壓降可以確定。

很多電池充電裝置在恒流階段利用這個壓降去驅動電池充電電壓，以增加對電池電芯的安時輸入；通過在恒流階段增加向電池輸入的安時數，電池的充電速度將被大大加快。

當前的一些措施，包括鋰離子充電器回路，都會對電池回路中的電壓升進行補償，從而提高充電電流，減少鋰離子電池充電時間。補償回路可以基于設計初始電壓降，來自回路中的多種電阻元件，通過補償這個電壓降在恒流充電階段維持一個預設的充電電流。但由于多種電阻元件的阻值會因許多不同的因素（包括電池接插件接頭的氧化等）而不斷變化。因此，經過一段時間使用后，電池的充電時間會延長，所以如何進一步減少鋰離子電池的充電時間，并減少快充對電池壽命帶來的負面影響，是目前迫切的需求。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明的目的是：提供一種用于電動車汽車鋰離子電池的快速充電和利于延長電池使用壽命的裝置。

為了解決上述技術問題，本發明的另一目的是：提供一種用于電動車汽車鋰離子電池的快速充電和利于延長電池使用壽命的方法。

本發明所采用的技術方案是：一種電動車汽車鋰離子電池的快充裝置，包括有

數據采集模塊，用于采集裝置電池的電壓和電流數據；

充電管理模塊，用于根據數據采集模塊采集的數據計算充電過程中的控制參數，并根據控制參數控制電流電壓可調充電電路對電池進行充電；

電流電壓可調充電電路，用于根據控制參數調整充電電流和充電電壓。

進一步，所述數據采集模塊還用于采集電池的溫度數據。

本發明所采用的另一技術方案是：一種電動車汽車鋰離子電池的快充方法，包括有以下步驟：

A、充電過程中采集電池數據，包括有充電電壓和電流，并根據上述數據計算電池電壓；

B、在初始充電階段中，對電池進行恒流充電或者恒功率充電，直至充電電壓達到初始充電階段的電壓截止閾值；

C、在中間充電階段中，包括至少一個恒流充電階段、至少一個恒功率充電階段或者至少一個恒壓充電階段；

D、在結束充電階段中，對電池進行恒壓充電，直至充電電流達到結束充電階段的電流截止閾值。