一种快速充电方法、电池模块、电池包及电源装置与流程

1.本发明涉及电池充电技术领域，尤其涉及一种快速充电方法、电池模块、电池包及电源装置。


背景技术：

2.锂离子电池是一种二次电池，即可充电的电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电的过程中，li 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，li 从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。
3.作为一种绿色清洁的可持续能源，锂离子电池被大规模用于电动汽车上，但锂离子电池的续航能力差和充电时间长是影响电动汽车续航能力的两大重要因素。现有技术中，锂离子电池的充电方式主要有以下三种：大倍率恒流充电，恒流恒压充电以及阶梯充电方法。其中，大倍率恒流充电方式会导致电池的寿命大幅度降低；恒流恒压充电方式的充电时间长，导致充电效率低下；而阶梯充电方式虽然可以有效缩短充电时间，且对电池的寿命影响稍微小一些，但仍然存在对电池寿命性能的影响。
4.因此，急需找到一种合理高效的充电方式，能够在不影响电池寿命性能的同时达到快速充电的效果。
5.以上信息作为背景信息给出只是为了辅助理解本公开，并没有确定或者承认任意上述内容是否可用作相对于本公开的现有技术。


技术实现要素：

6.本发明提供一种快速充电方法、电池模块、电池包及电源装置，以解决现有技术中因充电带来的电池寿命低和充电时间长的问题。
7.为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：
8.第一方面，本发明提供一种快速充电方法，所述方法包括：
9.根据电池当前时刻的soc值确定所述soc值对应的最大充电倍率，并从第一预设对应表中确定对应的充电修正系数；其中，所述第一预设对应表中预存有所述soc值与所述充电修正系数的对应关系，每个所述充电修正系数均小于1，且所述soc值越小对应的所述充电修正系数越小；
10.根据所述充电修正系数对所述最大充电倍率进行修正，以得到目标充电倍率；
11.根据所述目标充电倍率对所述电池进行快速充电。
12.进一步地，所述快速充电方法中，所述根据电池当前时刻的soc值确定所述soc值对应的最大充电倍率，并从第一预设对应表中确定所述soc值对应的充电修正系数的步骤包括：
13.根据电池当前时刻的soc值，从第二预设对应表中确定所述soc值对应的最大充电倍率，并从第一预设对应表中确定所述soc值对应的充电修正系数；
14.或，
15.根据电池当前时刻的soc值，通过三电极检测法确定所述soc值对应的最大充电倍率，并从第一预设对应表中确定所述soc值对应的充电修正系数。
16.进一步地，所述快速充电方法中，所述从第一预设对应表中确定所述soc值对应的充电修正系数的步骤包括：
17.从第一预设对应表中确定所述soc值所在的soc区间；
18.将所述soc区间对应的充电修正系数确定为所述soc值对应的充电修正系数。
19.进一步地，所述快速充电方法中，所述根据所述充电修正系数对所述最大充电倍率进行修正，以得到目标充电倍率的步骤为：
20.根据所述充电修正系数，按照以下公式对所述最大充电倍率进行修正，以得到目标充电倍率：
21.目标充电倍率＝充电修正系数*最大充电倍率。
22.进一步地，所述快速充电方法中，所述第一预设对应表中预存的所述soc值的范围为0-100％，划分的soc区间为4个；
23.第1个soc区间为0-10％，对应的充电修正系数的取值范围为0.65-0.7；
24.第2个soc区间为10％-20％，对应的充电修正系数的取值范围为0.7-0.8；
25.第3个soc区间为20％-30％，对应的充电修正系数的取值范围为0.8-0.9；
26.第4个soc区间为30％-100％，对应的充电修正系数的取值范围为大于0.9且小于1。
27.进一步地，所述快速充电方法中，所述第二预设对应表中预存的所述soc值的范围为0-90％，划分的soc区间为3-7个；
28.每个所述soc区间对应一个最大充电倍率。
29.进一步地，所述快速充电方法中，在所述根据电池当前时刻的soc值确定所述soc值对应的最大充电倍率，并从第一预设对应表中确定所述soc值对应的充电修正系数的步骤之前，所述方法还包括：
30.建立soc值和充电修正系数的对应关系，并建立预设对应表。
31.第二方面，本发明提供一种电池模块，包括电池本体和与所述电池本体连接的电池管理单元，所述电池管理单元采用如上述第一方面所述的快速充电方法对所述电池本体进行充放电。
32.第三方面，本发明提供一种电池包，包括如上述第二方面所述的电池模块。
33.第四方面，本发明提供一种电源装置，包括如上述第二方面所述的电池模块或如上述第三方面所述的电池包。
34.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
35.本发明实施例提供的一种快速充电方法、电池模块、电池包及电源装置，通过先确定与电池当前时刻的soc值对应的最大充电倍率，并从第一预设对应表中确定与电池当前时刻的soc值对应的充电修正系数，再根据确定的充电修正系数对最大充电倍率进行修正，以使得最终用于对电池进行快速充电的目标充电倍率是当前时刻的soc值最适合的充电倍率，不仅能够尽可能地降低对电池的循环寿命的影响，而且还能实现快速充电，具有广阔的市场应用前景。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
37.图1是本发明实施例一提供的一种快速充电方法的流程示意图；
38.图2是本发明实施例一提供的不同充电流程循环的实验结果示意图。
具体实施方式
39.为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
40.在本发明的描述中，需要理解的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。当一个组件被认为是“设置在”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中设置的组件。
41.此外，术语“长”“短”“内”“外”等指示方位或位置关系为基于附图所展示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有此特定的方位、以特定的方位构造进行操作，以此不能理解为本发明的限制。
42.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
43.实施例一
44.有鉴于上述现有的电池充电技术存在的缺陷，本技术人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以希望创设能够解决现有技术中缺陷的技术，使得电池充电技术更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
45.请参考图1，图1为本发明实施例一提供的一种快速充电方法的流程示意图，该方法适用于对锂离子电池进行充电的场景，该方法可以由软件和/或硬件实现，具体包括如下步骤：
46.s101、根据电池当前时刻的soc值确定所述soc值对应的最大充电倍率，并从第一预设对应表中确定对应的充电修正系数；其中，所述第一预设对应表中预存有所述soc值与所述充电修正系数的对应关系，每个所述充电修正系数均小于1，且所述soc值越小对应的所述充电修正系数越小。
47.需要说明的是，soc(state of charge)值即荷电状态值，为电池的剩余容量与电池的标称容量的比值，用来反应电池的剩余容量。
48.电池当前时刻的soc值的可采用安时积分法或开路电压法计算。其中，安时积分法是指采用采集到的电池的电流值对时间积分得到该电池的soc值；开路电压法是利用电池的开路电压(open circuit voltage，ocv)值得到单体电池的soc值。当然也还可以是其它方式，本实施例在此不一一列举。
49.所述第一预设对应表能够指示soc值和充电修正系数之间的关系。
50.现有技术是直接采用不同soc值下对应的最大充电倍率对电池进行阶梯充电，而且soc值越低，对应的最大充电倍率越大，以此来保证充电时间最短，但需要注意的是，一般情况下，在低soc值下，电芯的dcr(直流内阻)较大，此时若采用大倍率充电，则必将导致温升很快，这对电芯的寿命是有影响的。另外，在低soc值下，尤其是0％soc值，石墨颗粒中锂含量很低，层间距很小，此时若直接采用大倍率充电，以强行快速嵌入锂离子，则层间距会迅速变大，继而可能会导致石墨层结构破坏，后期循环寿命快速衰减。不过随着soc值的升高，嵌锂量增多，电芯dcr减小，石墨层间距变大，此时大倍率充电对温升及石墨结构的影响相对较小。因此，综合上述考虑，本实施例在现有的不同soc值对应不同的最大充电倍率的基础上，引入了充电修正系数对每个soc值对应的最大充电倍率进行修正，以确定出每个soc值最适合的充电倍率。具体的，每个所述充电修正系数均小于1，且所述soc值越小对应的所述充电修正系数越小，可实现既能缩短充电时间，又能避免低soc值下的充电倍率过大。
51.在本实施例中，所述步骤s101可进一步细化为包括如下步骤：
52.根据电池当前时刻的soc值，从第二预设对应表中确定所述soc值对应的最大充电倍率，并从第一预设对应表中确定所述soc值对应的充电修正系数；
53.或，
54.根据电池当前时刻的soc值，通过三电极检测法确定所述soc值对应的最大充电倍率，并从第一预设对应表中确定所述soc值对应的充电修正系数。
55.需要说明的是，所述第二预设对应表能够指示soc值和最大充电倍率之间的关系。所述第二预设对应表也是通过三电极检测法确定的，其建立的目的是为了便于实际应用时不用每次都即时通过三电极检测法确定电池当前时刻的soc值，而是可从所述第二预设对应表中直接匹配，以提高充电效率。
56.通过三电极检测法确定所述soc值对应的最大充电倍率的具体做法是：采用不同的倍率分别将三电极电芯充电至不同的soc值，同时监控阳极电位，在保证电芯电压小于上限电压v上限的前提下，当采用倍率cn充电至电芯带电量为socn时，阳极电位达到或接近0mv，即认为cn为socn下的最大充电倍率。依次可得到soc1、soc2、soc3
……
socn下对应的最大充电倍率c1、c2、c3
……
cn，soc1《soc2《soc3《
……
《socn≤100％。
57.在本实施例中，所述从第一预设对应表中确定所述soc值对应的充电修正系数的步骤可进一步细化为包括如下步骤：
58.从第一预设对应表中确定所述soc值所在的soc区间；
59.将所述soc区间对应的充电修正系数确定为所述soc值对应的充电修正系数。
60.需要说明的是，在所述第一预设对应表中，0-100％的soc值只划分了几个区间，而且由于主要是低soc值下采用大倍率充电会存在温升很快的问题，因而划分的区间中大部分只是为了划分0-30％的soc值下分别需要对应的充电修正系数。soc区间的划分可保证每个soc值都能匹配到对应的充电修正系数。
61.示例性地，所述第一预设对应表中预存的所述soc值的范围为0-100％，划分的soc区间为4个；其中，
62.第1个soc区间为0-10％，对应的充电修正系数的取值范围为0.65-0.7；
63.第2个soc区间为10％-20％，对应的充电修正系数的取值范围为0.7-0.8；
64.第3个soc区间为20％-30％，对应的充电修正系数的取值范围为0.8-0.9；
65.第4个soc区间为30％-100％，对应的充电修正系数的取值范围为大于0.9且小于1。
66.需要说明的是，虽然在上述内容中，每个soc区间对应的充电修正系数是一个范围，但实际应用时，可将这些范围具体化为对应范围中的某一个值。
67.在本实施例中，所述从第二预设对应表中确定所述soc值对应的最大充电倍率的步骤可进一步细化为包括如下步骤：
68.从第二预设对应表中确定所述soc值所在的soc区间；
69.将所述soc区间对应的最大充电倍率确定为所述soc值对应的最大充电倍率。
70.需要说明的是，与充电修正系数同理，为了保证每个soc值都能匹配到对应的最大充电倍率，以及考虑到soc值划分越多，则充电切换越频繁，充电流程也会越复杂，因此本实施例提及的所述第二预设对应表中记录的是soc区间，然后每个soc区间对应有一个最大充电倍率，通过确定soc值所在的soc区间便能迅速确定其对应的最大充电倍率。
71.由于在实际使用中，一般主要关注的是0-90％soc值时的充电时间，0-90％soc值比较合理的区间划分是3-7个soc区间，以进行阶段充电，这样既能缩短充电时间，也不至于因设定的充电倍率太多而充电流程太复杂。
72.示例性地，所述第二预设对应表中划分的soc区间为7个；
73.第1个soc区间为0-10％，对应的最大充电倍率为6.31c；
74.第2个soc区间为10％-20％，对应的最大充电倍率为5.29c；
75.第3个soc区间为20％-30％，对应的最大充电倍率为4.44c；
76.第4个soc区间为30％-50％，对应的最大充电倍率为3.49c；
77.第5个soc区间为50％-70％，对应的最大充电倍率为2.81c；
78.第6个soc区间为70％-80％，对应的最大充电倍率为2.33c；
79.第7个soc区间为80％-90％，对应的最大充电倍率为1.98c。
80.s102、根据所述充电修正系数对所述最大充电倍率进行修正，以得到目标充电倍率。
81.需要说明的是，由于soc值越小对应的充电修正系数越小，则soc值越小时，修正得到的目标充电倍率与原本的最大充电倍率的差值就越大。
82.在本实施例中，所述步骤s102可进一步细化为包括如下步骤：
83.根据所述充电修正系数，按照以下公式对所述最大充电倍率进行修正，以得到目标充电倍率：
84.目标充电倍率＝充电修正系数*最大充电倍率。
85.可以看到，对最大充电倍率进行修正其实就是令最大充电倍率乘以对应的充电修正系数，从而计算得到当前时刻的soc值最适合的充电倍率，即目标充电倍率。
86.s103、根据所述目标充电倍率对所述电池进行快速充电。
87.在本实施例中，在步骤s101之前，所述方法还包括：
88.建立soc值和充电修正系数的对应关系，建立第一预设对应表。
89.需要说明的是，预设对应表中的数据可以由技术人员根据经验和实际应用场景，
或者是经过实验后进行设定并记录。
90.为了验证本实施例提供方案的可行性，本实施例进行了如下的对比实验：
91.实验对象为一种正极为ncm三元材料，负极为人造石墨的方形铝壳电池，电池的容量为104ah，电压区间2.8-4.3v。
92.通过三电极测得0-90％不同soc值对应的最大充电倍率如表1所示；分别采用两种充电修正系数(即充电修正系数
①
和充电修正系数
②
)及修正后得到的两种目标充电倍率(即目标充电倍率
①
和目标充电倍率
②
)如表2所示。充电修正系数
①
作为对照组，其不在本实施例提及的充电修正系数的限定范围内，充电修正系数
②
则符合本实施例对充电修正系数的限定范围；根据表1、表2制定了4种充电流程如表3所示，流程
①
是采用表1中的最大倍率阶梯充电，流程
②
中0-80％soc值则采用恒流直充，流程
③
是根据充电修正系数
①
得到的，流程
④
是根据充电修正系数
②
得到的，流程
①‑
流程
③
均为对照组，流程
④
为实验组；四种流程0-80％soc值对应的充电时间与平均充电倍率如表4所示，修正后得到的流程
②‑
流程
④
的平均充电倍率均为3.2c，比流程
①
小0.3c。
93.分别采用这四种流程将电池充电至90％soc值，接着采用1c恒流恒压充电至4.3v，0.05c截止，然后1c放电至2.8v进行循环。
94.表1：最大充电倍率
[0095][0096]
表2：充电修正系数及修正后的目标充电倍率
[0097][0098]
表3：充电流程
[0099][0100][0101]
表4：充电时间与平均充电倍率
[0102][0103]
实验结果如图2所示，从图2可以看到，流程
①
循环后期衰减加快，主要是由于0-20％soc值充电倍率太大导致；流程
②
循环跳水，主要是由于50％-80％soc值的充电倍率大于表1中测得的最大充电倍率，循环析锂；流程
③
与流程
④
经修正后，循环有较大改善，其中流程
④
按本实施例提供的方法进行修正的，循环更优。
[0104]
本发明实施例提供的一种快速充电方法，通过先确定与电池当前时刻的soc值对应的最大充电倍率，并从第一预设对应表中确定与电池当前时刻的soc值对应的充电修正系数，再根据确定的充电修正系数对最大充电倍率进行修正，以使得最终用于对电池进行快速充电的目标充电倍率是当前时刻的soc值最适合的充电倍率，不仅能够尽可能地降低对电池的循环寿命的影响，而且还能实现快速充电，具有广阔的市场应用前景。
[0105]
实施例二
[0106]
本发明实施例提供一种电池模块，包括电池本体和与所述电池本体连接的电池管理单元，所述电池管理单元采用如上述实施例一所述的快速充电方法对所述电池本体进行充放电。
[0107]
本发明实施例提供的一种电池模块，通过先确定与电池当前时刻的soc值对应的最大充电倍率，并从第一预设对应表中确定与电池当前时刻的soc值对应的充电修正系数，再根据确定的充电修正系数对最大充电倍率进行修正，以使得最终用于对电池进行快速充电的目标充电倍率是当前时刻的soc值最适合的充电倍率，不仅能够尽可能地降低对电池的循环寿命的影响，而且还能实现快速充电，具有广阔的市场应用前景。
[0108]
实施例三
[0109]
本发明实施例提供一种电池包，包括如上述实施例二所述的电池模块。
[0110]
需要说明的是，所述电池包括还应包括箱体、汇流排等必要组成设计，该些组成设
计的具体作用是保证电池包的各功能正常工作，鉴于该些组成设计在现有技术中已多有实现，也不是本方案设计的重点，在此不做深入的阐述。
[0111]
本发明实施例提供的一种电池包，通过先确定与电池当前时刻的soc值对应的最大充电倍率，并从第一预设对应表中确定与电池当前时刻的soc值对应的充电修正系数，再根据确定的充电修正系数对最大充电倍率进行修正，以使得最终用于对电池进行快速充电的目标充电倍率是当前时刻的soc值最适合的充电倍率，不仅能够尽可能地降低对电池的循环寿命的影响，而且还能实现快速充电，具有广阔的市场应用前景。
[0112]
实施例四
[0113]
本发明实施例提供一种电源装置，包括如上述实施例二所述的电池模块或如上述实施例三所述的电池包。
[0114]
本实施例中的所述电源装置可以但不限于应用于电子装置、电动车辆或电力储存系统等电子设备中。其中，电子装置例如可为使用电源装置作为驱动电源的各种电脑、手机、显示屏等设备。电动车辆例如可为利用电源装置作为驱动电源的电动汽车、电动三轮车、电动自行车等。电力储存系统例如可以为利用电源装置作为电力储存源的电力储存系统。
[0115]
在这些电子设备中，电源装置可与用电元件电连接，以为用电元件提供电能。由于本技术提供的电源装置的快速充电能力较为优异，这样有利于电子设备用于户外储能、短时备电以及移动储能等应用场景中，从而使电子设备的应用场景更加广泛。
[0116]
本发明实施例提供的一种电源装置，通过先确定与电池当前时刻的soc值对应的最大充电倍率，并从第一预设对应表中确定与电池当前时刻的soc值对应的充电修正系数，再根据确定的充电修正系数对最大充电倍率进行修正，以使得最终用于对电池进行快速充电的目标充电倍率是当前时刻的soc值最适合的充电倍率，不仅能够尽可能地降低对电池的循环寿命的影响，而且还能实现快速充电，具有广阔的市场应用前景。
[0117]
综上所述，在阅读本详细公开内容之后，本领域技术人员可以明白，前述详细公开内容可以仅以示例的方式呈现，并且可以不是限制性的。尽管这里没有明确说明，本领域技术人员可以理解本技术意图囊括对实施例的各种合理改变，改进和修改。这些改变，改进和修改旨在由本技术提出，并且在本技术的示例性实施例的精神和范围内。
[0118]
此外，本技术中的某些术语已被用于描述本技术的实施例。例如，“一个实施例”，“实施例”和/或“一些实施例”意味着结合该实施例描述的特定特征，结构或特性可以包括在本技术的至少一个实施例中。因此，可以强调并且应当理解，在本说明书的各个部分中对“实施例”或“一个实施例”或“替代实施例”的两个或更多个引用不一定都指代相同的实施例。此外，特定特征，结构或特性可以在本技术的一个或多个实施例中适当地组合。
[0119]
应当理解，在本技术的实施例的前述描述中，为了帮助理解一个特征，出于简化本技术的目的，本技术将各种特征组合在单个实施例、附图或其描述中。然而，这并不是说这些特征的组合是必须的，本领域技术人员在阅读本技术的时候完全有可能将其中一部分特征提取出来作为单独的实施例来理解。也就是说，本技术中的实施例也可以理解为多个次级实施例的整合。而每个次级实施例的内容在于少于单个前述公开实施例的所有特征的时候也是成立的。
[0120]
本文引用的每个专利，专利申请，专利申请的出版物和其他材料，例如文章，书籍，
说明书，出版物，文件，物品等，可以通过引用结合于此。用于所有目的的全部内容，除了与其相关的任何起诉文件历史，可能与本文件不一致或相冲突的任何相同的，或者任何可能对权利要求的最宽范围具有限制性影响的任何相同的起诉文件历史。现在或以后与本文件相关联。举例来说，如果在与任何所包含的材料相关联的术语的描述、定义和/或使用与本文档相关的术语、描述、定义和/或之间存在任何不一致或冲突时，使用本文件中的术语为准。
[0121]
最后，应理解，本文公开的申请的实施方案是对本技术的实施方案的原理的说明。其他修改后的实施例也在本技术的范围内。因此，本技术披露的实施例仅仅作为示例而非限制。本领域技术人员可以根据本技术中的实施例采取替代配置来实现本技术中的申请。因此，本技术的实施例不限于申请中被精确地描述过的实施例。