二次电池的充电和放电方法技术

本发明专利技术涉及一种二次电池的多阶段恒压充电方法和二次电池的放电方法。本发明专利技术的充电和放电方法分别采用浅充电和浅放电的模式，并在充放电的初期和末期降低充放电电流，以降低并联单体电池之间或电池内部电流密度分布不均对电池性能的影响，从而改善电池性能。特别地，在本发明专利技术的二次电池的多阶段恒压充电方法中，通过对充电电流以及充电时间的判断并根据判断结果改变充电电压，从而实现了多阶段恒压充电。该充电方法在对总的充电时间影响不大的情况下，可有效改善并联单体电池之间或电池内部电流密度分布不均对电池性能造成的影响，提高单体电池或电池组的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及二次电池使用领域，尤其涉及一种。
技术介绍
随着电动自行车、电动摩托车、微型电动汽车、电动轿车、电动大巴、备用电源、储 能电站的发展，对总能量较高的电池组的需求也越来越大。由于使用单体大容量电池或低 电压的大容量电池组电流大、导线粗、能量效率低，因此电池组的电压不能做得太低；但从 绝缘、安全性和电子元器件耐压、电池一致性等角度考虑，电池组的电压不能做得太高，因 此电池组的容量也不可能太低，综合考虑后因此需要较高电压、较大容量的电池组。而较高 电压、较大容量的二次电池组的获得一般采用如下两种组合形式。组合形式一若干个小容量的单体电池并联成大容量的电池；若干个大容量的电 池串联成较高电压的大容量的电池组；组合形式二 直接采用若干个大容量的单体电池串联成较高电压的大容量的电池组。对于组合形式一的二次电池组来说，组成二次电池组的每个单体电池由于制造条 件和温度、充放电倍率、荷电态、使用历程等不同，电池的容量、内阻、充放电电压和自放电 率等性能彼此存在差异，随着充放电次数(循环次数)和使用时间的增加，单体电池之间的 一致性逐渐变差；对于组合形式二的二次电池组来说，由于大容量的单体电池内部不管是 由多个正、负极极片并联构成的，还是由单个正、负极极片构成，实际上最终还是相当于组 合形式一中的若干个小容量的单体电池并联，因此随着充放电次数(循环次数)和使用时 间的增加，电池内部极片和材料之间的一致性也在逐步变差。另外电池在充放电过程中是存在极化的，极化分为欧姆极化、电化学极化、浓差极 化三类，各自的响应速度也不一样。影响极化程度的因素很多，但一般情况下充放电电流密 度越大，极化也就越大。因此放电电流越大时，电池的放电电压越低；充电电流越大时，电池 的充电电压越高。图1为两只单体电池并联示意图。对于新的电池组来说，单体电池的容量在组 合之前要经过严格的筛选，每个单体电池的电压也基本上相同，而电池的内阻、连接电阻、 不同倍率下的充放电平台(严格上说应该是动态的充放电电压)等相对是不易控制的。 因此为了分析的方便，图1中做如下假设两只单体电池初始端电压一样，荷电态都为 100%;两只单体电池并联后以总电流为恒定100A(100% )的电流放电；两只单体电池各以 50A(50% )的放电电流，相同的放电终止电压下放电容量相同；由于内阻、连接电阻等一致 性方面原因，导致两只电池的放电平台相差较大，假设电池A的放电平台比电池B的放电平 台高0. 3V。则两只单体电池并联放电时放电电流百分比与放电时间进度的曲线一般如图2 所示。如图2所示，在放电初期，放电平台高的电池A的放电电流会大于放电平台低的电 池B的放电电流，即放电初期，电池A的放电电流会大于50A(50% )的平均放电电流，或称3为与容量成正比的电流，而电池B的放电电流会小于50A(50% )的平均放电电流；在放电 末期，电池A的放电电流会小于电池B的放电电流，即放电末期，电池A的放电电流会小于 平均放电电流，电池B的放电电流会大于平均放电电流。其原因在于，单体电池并联充放电过程中，正常情况下根据电工学原理，每只单体 电池的端电压是一样的，在放电初期，由于同样电流下电池A的放电电压比电池B的放电电 压高，只有电池A的放电电流相对大时，电池A的极化才能相对较大，电池A的放电电压才 能降低0. 3V左右，这样才能保证放电初期电池A和电池B的端电压一致。因此放电初期， 放电平台高的电池A的放电电流必然会大于平均电流，理论上分析，极端情况下电池A的放 电电流都有可能接近100%。随着放电的进行，由于开始时电池A的放电电流大，其放出的 容量比电池B的多得越来越多，电池A的荷电态也就相对电池B越来越低，荷电态对应的电 压也就越来越低，为了保证电池A的端电压和电池B的端电压一致，电池A的放电电流也就 是极化电压就越来越小，而电池B的放电电流也就越来越大，理论上分析，极端情况下放电 末期电池B的放电电流也有可能接近100%。由于电池内部的发热(极化电阻的发热)为 I2Rt (积分)，而电流越大，极化电阻也就越大，根据简单的数学计算就可以得出电流分布不 均必然会导致电池内部发热增大，电池放电的平均电压降低，电池输出能量降低等问题，比 如10Ah的电池要求2h内放完电的话，以5A恒流放电2h其输出的能量是最高的。同理，对初始端电压一样，荷电态都为0 %，在平均充电电流和同样的充电截止电 压等相同充电条件下充电容量相同，但是由于内阻、连接电阻等一致性方面原因，导致电池 的充电平台(充电时的动态电压)相差较大的两只单体电池并联充电时会出现充电平台高 的电池充电电流开始会小于平均电流，但随后其充电电流会越来越大，甚至会出现大于平 均电流的现象。因此不管是组合形式一还是组合形式二，均会由于并联电池或并联极片之间充放 电平台、内阻、容量、使用次数等的不一致导致电流密度分布的不一致，这又将进一步导致 电池或极片之间使用条件的不一致，从而最终导致电池或极片有时电流密度大、发热、放电 平台变低、充电平台变高、内阻增大、电池材料结构受到破坏、循环性能变差等情况出现。由 于循环末期并联电池或极片之间的一致性离散性加大，电流密度分布也就越不一致，因此 在循环末期，电池性能的衰减是加剧的甚至还易产生安全问题。可见并联电池之间电流密度分布的不一致性主要是由并联电池的数量、电流大 小、充放电范围、电池不同电流下充放电特性、并联电池之间充放电平台差等决定。因此并 联电池数量越多或并联极片数量越多也就是电池容量越大以及充放电电流越大，充放电时 并联单体电池之间或单体电池内部电流密度差异就可能越大。这是大容量单体电池或小容 量电池并联成大容量电池的性能远不如类似工艺条件制得的小容量电池的性能，特别是在 循环的末期差距更加明显的一个重要原因；也是大容量单体电池或大容量电池有时在小倍 率电流下循环性能好，但相对于类似工艺条件制得的小容量电池，大倍率电流循环性能不 好的一个重要原因。因此对于大容量电池不建议采用快速大电流充电和大电流放电。另外 可知，高功率大容量电池组对电池的一致性要求更高，对设备、材料等的要求也更高。进一 步分析还会得出在充放电过程中如果中途将电池停止充放电(静置)，电池之间或内部会 产生荷电态平衡，从而使电池充放电容量增加，性能得到改善等一系列的结论。上述分析对是采用大容量单体电池还是小容量单体电池、圆柱电池还是方形电4池、卷绕工艺还是叠片工艺等单体电池设计，电池制造过程中那些设备最为重要，电池组合 前的筛选，高功率大容量电池组使用注意事项，圆柱电池组合使用时存在的问题，热分析和 热管理的注意事项，不同放电平台的材料的物理混合使用，新旧电池混合使用，不同容量电 池的并联使用，电池管理系统的开发等都有一定的指导作用。即使二次电池组在使用上采用电池管理系统对二次电池组中每一只单体电池进 行过充电和过放电保护，一般就是满充电和满放电控制，也就是电池管理系统对每只单体 电池电压控制的范围基本上是电池荷电态为100%和荷电态为0%时的电压范围。而二次 电池配套的充电器的充电限制电压即最高输出电压，也基本上是电池100%充满电时所需 的电压。由于二次电池组在应用时很多情况下是与电机控制器配合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林道勇，
申请(专利权)人：林道勇，山东润峰集团新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11