修正彌補(bǔ)電壓的鋰離子電池非恒壓充電方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電池充電方法技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及鋰離子電池和聚合物鋰離子電池 的非恒壓充電方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 中國(guó)專利CN101388477B公開了一種快速充電方法，是增加充電限制電壓彌補(bǔ)電池 內(nèi)部壓降的鋰離子電池充電方法，鋰離子電池或聚合物鋰離子電池在充電時(shí)，當(dāng)充電至電 壓達(dá)到充電限制電壓則停止充電，在電池兩極之間的電池充電限制電壓設(shè)為U = 2U〇-Us，Us 是恒流充電到Uo后電池電壓回落的穩(wěn)定電壓，Uo是標(biāo)準(zhǔn)充電截止電壓，Uo為行業(yè)所普遍接 受的小倍率恒流-恒壓充電方式所使用的標(biāo)準(zhǔn)充電截止電壓，穩(wěn)定電壓Us的選取是從電池 停止恒流充電開始擱置時(shí)進(jìn)行計(jì)時(shí)，電池從某個(gè)時(shí)間段開始，電池在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)開路電 壓壓降小于某一數(shù)值，電池的電壓已達(dá)到穩(wěn)定，取此時(shí)間段的第一個(gè)時(shí)間點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電壓 為電池的穩(wěn)定電壓Us。
[0003] 該方法應(yīng)用于磷酸鐵鋰電池時(shí)，Uo為行業(yè)所普遍接受的小倍率恒流-恒壓充電方 式所使用的標(biāo)準(zhǔn)充電截止電壓3.60V，充電到電池充電限制電壓U = 2U〇-Us，未能將電池完 全充飽，充飽程度只達(dá)到88%左右，未能充分發(fā)揮電池的效能。磷酸鐵鋰電池行業(yè)所普遍接 受的小倍率恒流-恒壓充電方式所使用的標(biāo)準(zhǔn)充電截止電壓Uo還有3.50V、3.65V、3.7V，充 電到電池充電限制電壓U = 2U〇-Us，均未能將電池完全充飽，未能充分發(fā)揮電池的效能。
[0004] 該方法應(yīng)用于鈷酸鋰電池時(shí)，Uo為行業(yè)所普遍接受的小倍率恒流-恒壓充電方式 所使用的標(biāo)準(zhǔn)充電截止電壓4.20V，充電到電池充電限制電壓U = 2U〇-Us，未能將電池完全 充飽，充飽程度只達(dá)到97 %左右，未能完全發(fā)揮電池的效能。
[0005] 為了充分發(fā)揮電池的效能，需要對(duì)電池充電限制電壓進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于為了充分發(fā)揮電池的效能，提供一種修正彌補(bǔ)電壓的鋰離子電 池非恒壓充電方法。
[0007] 定義
[0008] 理想充電：采用恒流恒壓充電方法對(duì)鋰離子電池充電，斷開充電電路后，鋰離子電 池的開路穩(wěn)定電壓達(dá)到恒壓充電電壓。理論上采用恒流恒壓充電方法對(duì)鋰離子電池充電， 恒壓充電至無(wú)限小的電流時(shí)，斷開充電電路后，鋰離子電池的開路穩(wěn)定電壓可以達(dá)到恒壓 充電電壓。實(shí)踐上采用恒流恒壓充電方法對(duì)鋰離子電池充電，恒壓充電至鋰離子電池的自 耗電流時(shí)，鋰離子電池充電電流與自耗電流處于動(dòng)態(tài)均衡狀態(tài)，斷開充電電路后，鋰離子電 池的開路穩(wěn)定電壓可以非常接近恒壓充電電壓。標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定電壓:采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的或供應(yīng)商 約定的電流恒流充電到Uo再恒壓充電到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的或供應(yīng)商約定的截止電流，停止充電； 從電池停止恒流恒壓充電開始擱置時(shí)進(jìn)行計(jì)時(shí)，電池從某個(gè)時(shí)間段開始，電池在某個(gè)時(shí)間 段內(nèi)開路電壓壓降小于某一數(shù)值，電池的電壓已達(dá)到穩(wěn)定，取此時(shí)間段的第一個(gè)時(shí)間點(diǎn)所 對(duì)應(yīng)的電壓為電池的標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定電壓Us ο。
[0009] 鋰離子自由度:是鋰離子在正極中自由活動(dòng)的程度。鋰離子電池在充電過(guò)程中，鋰 離子從正極脫嵌，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)，嵌入到負(fù)極中。鋰離子在正極晶格中是自由分布的，各自找 到自己的合適位置，在脫嵌過(guò)程中，路途近的、自由度大的鋰離子先脫嵌，路途遠(yuǎn)的、自由度 小的鋰離子后脫嵌，受到正極嚴(yán)格束搏的鋰離子自由度很低，難以脫嵌，或者需要更大的充 電能量才能使自由度很低的鋰離子脫嵌。
[0010] 原理
[0011] CN101388477B的充電方法充電到U = 2U〇-Us = Uo+(U〇-Us)即停，彌補(bǔ)了電池內(nèi)部 壓降(Uo-Us)，該壓降(Uo-Us)是恒流I充電到Uo后開路擱置產(chǎn)生的；只彌補(bǔ)了對(duì)應(yīng)電流I的 歐姆壓降、濃差極化壓降、電化學(xué)極化壓降和其他阻抗壓降，未有考慮恒流I充電到Uo并沒(méi) 有充飽，未有考慮鋰離子自由度很低的部分鋰離子的脫嵌，所彌補(bǔ)的壓降不足以將電池充 到100%飽和，不能達(dá)到理想充電狀態(tài);CN101388477B的充電方法沒(méi)有考慮設(shè)備誤差與測(cè)量 誤差的影響。100 %飽和是采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的或供應(yīng)商約定的電流恒流充電到Uo再恒壓充電 到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的或供應(yīng)商約定的截止電流，停止充電，采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的或供應(yīng)商約定的電流 恒流放電到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的或供應(yīng)商約定的放電截止電壓，所放出的容量為100%，其放電前所 處的充電狀態(tài)就是100%飽和。在U = 2U〇-Us = Uo+(U〇-Us)的基礎(chǔ)上增加(Uo-Uso)，用電流I 充電到U = U〇+(U〇-US) + (U〇-US〇) = 3U〇-Us-US〇,考慮了鋰離子自由度很低的部分鋰離子的 脫嵌，才能將電池充到更接近100%飽和，減少了設(shè)備誤差與測(cè)量誤差的影響，更接近理想 充電狀態(tài)。
[0012]本發(fā)明解決上述問(wèn)題的方案如下：
[0013] 使用標(biāo)準(zhǔn)的恒流恒壓充電方法，將電池充飽，開路擱置，發(fā)現(xiàn)磷酸鐵鋰電池的標(biāo)準(zhǔn) 穩(wěn)定電壓跟標(biāo)準(zhǔn)充電截止電壓相差較大，鈷酸鋰電池的標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定電壓跟標(biāo)準(zhǔn)充電截止電壓 相差較小，這跟磷酸鐵鋰電池充飽程度低、鈷酸鋰電池充飽程度高直接相關(guān)。
[0014] 為了充分發(fā)揮電池的效能，使電池每次充飽，需要在原有U = Uo+(Uo_Us)的基礎(chǔ)上 增加(Uo-Uso)修正值，修正彌補(bǔ)電壓為：
[0015] U = Uo+(U〇-Us) + (Uo_Uso) =3U〇-Us_Uso
[0016] 據(jù)此給磷酸鐵鋰電池和鈷酸鋰電池充電，通過(guò)修正彌補(bǔ)電壓，能夠?qū)㈦姵爻涞酶?接近100 %飽和。
[0017] 按照同樣的方法，對(duì)三元鋰離子電池、錳酸鋰電池、鈦酸鋰電池進(jìn)行了驗(yàn)證，具有 相同的效果。
[0018] 修正彌補(bǔ)電壓的鋰離子電池非恒壓充電方法，電池在充電時(shí)，當(dāng)充電至電壓達(dá)到 電池充電限制電壓則停止充電，其特征是在電池兩極之間的電池充電限制電壓設(shè)為U = 3U〇-Us-Uso〇
[0019] Uso是恒流恒壓充電到Uo后電池電壓回落的標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定電壓，其值的選取采用如下 方式:從電池停止恒流恒壓充電開始擱置時(shí)進(jìn)行計(jì)時(shí)，電池從某個(gè)時(shí)間段開始，電池在某個(gè) 時(shí)間段內(nèi)開路電壓壓降小于某一數(shù)值，電池的電壓已達(dá)到穩(wěn)定，取此時(shí)間段的第一個(gè)時(shí)間 點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電壓為電池的標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定電壓Uso。
[0020] 具體地，采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的或供應(yīng)商約定的電流恒流充電到Uo再恒壓充電到標(biāo)準(zhǔn)規(guī) 定的或供應(yīng)商約定的截止電流，停止充電；從電池停止恒流恒壓充電開始擱置時(shí)進(jìn)行計(jì)時(shí)， 電池從某個(gè)時(shí)間段開始，電池在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)開路電壓壓降小于某一數(shù)值，電池的電壓已 達(dá)到穩(wěn)定，取此時(shí)間段的第一個(gè)時(shí)間點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電壓為電池的標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定電壓Uso。
[0021] Us是恒流充電到Uo后電池電壓回落的穩(wěn)定電壓，其值的選取采用如下方式:從電 池停止恒流充電開始擱置時(shí)進(jìn)行計(jì)時(shí)，電池從某個(gè)時(shí)間段開始，電池在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)開路 電壓壓降小于某一數(shù)值，電池的電壓已達(dá)到穩(wěn)定，取此時(shí)間段的第一個(gè)時(shí)間點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電 壓為電池的穩(wěn)定電壓Us。
[0022] Uo是標(biāo)準(zhǔn)充電截止電壓，Uo為行業(yè)所普遍接受的小倍率恒流-恒壓充電方式所使 用的充電截止電壓。
[0023] 作為一種改進(jìn)方案，本發(fā)明的修正彌補(bǔ)電壓的鋰離子電池非恒壓充電方法，電池 可以電流恒流方式充至U = 3U〇-Us_Uso，即停止充電。
[0024] 作為另一種改進(jìn)方案，本發(fā)明的修正彌補(bǔ)電壓的鋰離子電池非恒壓充電方法，電 池可以電流分段恒流方式充至U = 3U〇-Us-Us〇,即停止充電，Us是用停止充電前的末段電流 測(cè)量確定的。
[0025] 作為另一種改進(jìn)方案，本發(fā)明的修正彌補(bǔ)電壓的鋰離子電池非恒壓充電方法，電 池可以電流非恒流方式充至U = 3U〇-Us-Us〇,即停止充電，Us是用停止充電前的末端電流測(cè) 量確定的。
[0026]作為一種Uso的測(cè)量方式，修正彌補(bǔ)電壓的鋰離子電池非恒壓充電方法，電池停止 恒流恒壓充電開始擱置時(shí)進(jìn)行計(jì)時(shí)，每5分鐘作為一個(gè)時(shí)間段，當(dāng)電池從某個(gè)時(shí)間段開始， 電池在5分鐘的時(shí)間段內(nèi)開路電壓壓降小于2mV后