[发明专利]一种锂离子电池快速充电控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种锂离子电池快速充电控制方法。

背景技术

连续充电和脉冲充电是锂离子电池(Li-ion)或镍氢(Ni-MH)电池等非水系二次电池的常用充电方法。在连续充电中，可进一步细分为恒定电流充电(CC)、恒定电压充电(CV)以及恒流恒压充电(CCCV)三种方式。在非水系二次电池的充电中，若充电电压过高，则电池性能明显劣化，甚至引发燃烧爆炸等事故，因此需要十分注意，充电电压不能超过给定门限电压。为了在充电速度和充电安全性之间达到一个折中平衡，连续充电一般使用恒流恒压充电。在恒流恒压充电的初期，进行恒定电流充电，二次电池的电压达到给定电压值后，以恒定电压继续充电，充电电流降低到给定值时即认为达到满量充电，结束充电。这种充电方法的优点在于，进行恒定电流充电时，通过增大充电电流能快速充电，缩短充电时间；而二次电池的电压达到给定电压值时，就切换到恒压充电，确保导致使得二次电池劣化的高压不施加到二次电池上。

电池的内部电动势或者开路电压是判断电池充电是否结束的理想参数，然而在实际充电过程中，上述两个参数不可测直接测量，只能使用电池端电压进行近似替换。一般情况下，由于电池内阻的存在，电池端电压小于电池开路电压。电池充电电流越大，电池端电压和开路电压差异越大。在恒流恒压充电方法中，恒流阶段当电池端电压达到给定值(例如锂离子电池设定为4.2V)时，电池开路电压实际并未达到给定值。但是为了安全保守起见，不得不采取限流措施，改为充电电流较小的恒压充电模式。恒压充电模式的引入，确保了电池充电的安全性，但是同时也影响了电池的充电速度。如图1所示，对锂离子电池使用1.5A的恒定电流进行充电，大约150分钟后即可充电85％。然后端电压达到给定值改用4.2V电压恒压充电。经过约1.5小时后，电池才渐至充满。充电15％，结果占用了50％的充电时间。由此可见，恒压充电阶段严重降低了电池的充电速度。尤其是，当电池老化或者端电压测量引线较长时，由电阻导致的压降更加严重，恒流充电阶段时间变短，恒压充电对电池充电速度的影响也更加显著。

针对传统恒流恒压充电方法的缺陷，公开号为CN101814640B的专利提出了一种多阶段恒流充电的改进方法，通过实时检测电池的极化阻抗大小，在电池极化阻抗出现拐点时逐步降低充电倍率，可以一定程度上提高充电速度。上述方法虽然避免了恒压充电过程，但是出现极化拐点后大幅度降低恒流充电电流，电池充电速度依然受限。此外，上述方法需要利用荷电状态与开路电压关系实时跟踪计算不同充电状态下的电池极化值，增加了充电控制的复杂度。

此外，一些学者提出利用电池内阻压降补偿来提高恒流恒压模式转换的判断门限电压，进而延长电池恒流充电时间。但是电池阻抗特性非常复杂，在不同的荷电状态以及外部环境温度下变化很大。如果仅仅使用一个固定的电池内阻估计值，则当环境改变时容易造成电池过充或者恒流充电阶段不充分。如果对电池阻抗进行全程在线实时跟踪计算，则往往需要专用复杂设备，不利于充电机的体积与成本控制。例如，公开号为US20080284444A1的专利提出了一种电池内阻的实时在线测量装置，包括电流工作模块、电压测量模块、模数转换模块、交流信号发生模块、计算处理模块、输入输出模块以及供电模块。上述装置往往体积大，成本高，很难与锂离子电池充电机进行优化融合。

因此，如何在不增加控制复杂度、不增加成本的基础上优化锂电池的充电方法，成为本领域的技术人员亟待解决的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种锂离子电池快速充电控制方法，用于解决现有技术中充电时间长、控制方法复杂、成本高等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种锂离子电池快速充电控制方法，所述锂离子电池快速充电控制方法至少包括以下步骤：

步骤一：判断电池端电压是否低于第一电压V₁，若电压低于所述第一电压V₁则对电池预充电，确保电池端电压不低于所述第一电压V₁；

步骤二：对电池进行第一恒流充电，当电压达到第二电压V₂时暂停充电，经过第一静置时间T₁后电压下降，计算所述第一静置时间T₁内电池端电压的下降值，记为第一压降ΔV₁；