[发明专利]一种基于预防析锂的锂离子电池快速充电方法

说明书

本发明涉及一种基于预防析锂的锂离子电池快速充电方法。针对目前锂电池快速充电效率低，充电中易产生安全事故的问题，本发明基于电化学模型的商业软件，判断出不同温度、不同充电电流、不同荷电状态、不同健康状态下电池的负极电位，通过三电极电池所实测负极电位与电化学模型所仿真出的负极电位进行比较对模型进行标定，标定好的模型进行参数化扫描即可得不产生析锂现象的最大电流谱图，最后使用合理的充电策略通过对最大电流谱图进行插值查表的方式即可对电池进行充电；同时，本发明考虑电池全生命周期，即健康状态从0～1下的充电策略，更有利于该策略的实际应用，能够更大程度上发挥电池的潜力。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种基于预防析锂的锂离子电池快速充电方法。

背景技术

由于动力电池技术的不断进步，电动汽车的发展也越来越迅速。随着一些新型材料及工艺的使用，电池能量密度也在不断的攀升，预计2020年，使用高镍三元正极和硅系列负极的动力电池能量密度将达到300Wh/kg。然而，能量密度提升的同时，对电池的安全提出了巨大的挑战，特别是电池的充电安全，近年来事故频发，这不但影响新能源汽车的快速发展，同时还对社会造成了巨大的经济损失。引起充电安全的因素有很多，包括不正规的操作、BMS失效等等，但这些因素归根结底都是由于电池单体过充或析锂所导致的。电池的过充将引起正极材料的晶格塌陷，进一步引起电池产气及电解液和隔膜等的分解。电池的析锂是造成电池容量的衰减的主要原因，同时析锂导致负极表面的锂枝晶持续生长，刺破隔膜，造成内部短路，沉积在负极表面的金属锂以及电池内部的“死锂”与电解液反应，释放大量热量使电池的温度升高，当温度持续升高，电解液分解产生的气体使电池内部压力不断上升，最终引起电池放气和金属锂融化，空气中的水和氧气与金属锂发生剧烈的反应，导致燃烧甚至爆炸。

此外，目前大部分纯电动汽车的外接快速充电时间都停留在30～45分钟，受传统内燃机补充燃料3～5分钟高效率的影响，人们对电动汽车电池的充电时间要求也越来越高。实际上电池充电的制约因素较多，比如较大的充电电流会对电池产生较大的极化，较宽的充放电深度会对电池寿命产生巨大的影响，较低的温度下充电会造成电池析锂，较高的温度下快速充电会导致电池温度过热等等。迫切于人们对快速充电的需要，近些年来也陆续出现了一些快速充电的方法，包括(1)恒流充电法，是用恒定不变的电流对电池充电，这种方法布局简便，方便操作，容易控制，但充电效率较低；(2)恒压充电法，是用恒定不变的电压对电池充电，这种方法同样操作简便，但充电电压值不易选取，过高电压会使充电初期电流大而损伤电池，影响电池寿命；(3)阶段式充电法，该方法是基于恒流充电法和恒压充电法的基础上改进合并的，故此对于充电所要求的快速性无法得到很好地满足；(4)脉冲充电方法，是在充电时采取一组脉冲形式的电流对电池进行充电，通过调节充电电流脉冲的幅值以及脉冲时长来控制整个充电过程，在脉冲充电中，电流脉冲幅值一般选取较大值，这样保证了在充电时可以使较多的电量被电池接受，而在脉冲的空闲时间段内，电池处于短时间的停充状态，此时可以消除极化现象，从而提高电池的充电效率。

检索发现，与本发明相似中国专利201610650109.9和201610987473.4虽同样采用基于预防析锂的电化学模型原理进行充电方法制定，但这两个专利整体流程繁琐复杂，且与本发明步骤完全不同。上述专利实际应用时多为模型在线预测，难度较大且精度较差，本专利则采用离线仿真确认电池充电边界相关参数，更利于实际应用。此外，这两个专利也并未考虑电池全生命周期下的充电策略，实际应用考虑欠缺。

可见，一个有效的充电方法不但需要解决充电时间和电池寿命问题，同时更应该解决安全问题，因此本发明将基于电池安全考虑，提出了一种基于电化学模型的可预防析锂的快速充电方法。

发明内容