一种高容量锂离子电池后备态管理方法

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一种高容量锂离子电池后备态管理方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及到电池的充电管理方法，尤其涉及到一种锂离子电池后备态管理方法。\n背景技术\n[0002] 在市场上现有的锂离子电池管理系统中，在后备态使用时，电池都是以CC/CV模式进行充电，并将电池完全充满。由于锂离子电池长期处于高荷电状态，即使电池未发生过充放电循环，电池的寿命衰减也会很快，常温下使用寿命只有两年，高温环境使用时寿命更是大大缩短，典型的如笔记本电脑的电池。随着电子产品的普及性应用，每年有大量的锂电池开始废弃，对报废锂电池的回收和处理技术并没有非常成熟，因此对环境的潜在破坏很大。若能延长移动电源系统使用寿命，不仅对环境保护有重大意义，同时也降低了用户开支。锂电池使用寿命延长还节约了不可再生资源的消耗，其间接社会意义重大。尽管每块移动电源系统每天消耗的电能不大，但其保有量巨大，如果新增移动电源系统每块节能\n30％～40％，则每年节能效益超过3亿元。\n[0003] 在公开号为CN 1905309A的专利文献中公开了一种锂电池充电控制方法和控制系统，以解决现有充电控制方法影响锂电池使用寿命的问题。\n[0004] 其具体技术方案为：一种锂电池充电控制方法，包括如下步骤：\n[0005] A1、检测锂电池容量，当锂电池容量等于或小于第一下限值时开始对锂电池进行充电并执行步骤A2；\n[0006] A2、实时检测充电过程中的锂电池容量，当锂电池容量等于或大于第一上限值时停止充电并返回步骤A1。\n[0007] 所述步骤A1中，检测锂电池容量的方法为实时检测和/或每间隔设定的第一等待时间检测一次。\n[0008] 所述第一上限值为锂电池满充电容量的30％～60％；\n[0009] 所述第一下限值为锂电池标称容量的5％～10％；\n[0010] 所述第一等待时间为24～48小时。\n[0011] 一种锂电池充电控制方法，包括如下步骤：\n[0012] B1、接收充电模式选择指令，并判所述指令为执行第一充电模式还是执行第二充电模式，若为第一充电模式则继续步骤B2；否则转入步骤B4；\n[0013] B2、检测锂电池容量，当锂电池容量等于或小于第一下限值时开始对锂电池进行充电并执行步骤B3；\n[0014] B3、实时检测充电过程中的锂电池容量，当锂电池容量等于或大于第一上限值时停止充电并返回步骤B2；\n[0015] B4、检测锂电池容量，当锂电池容量等于或小于第二门限值时开始对锂电池进行充电并执行步骤B5；\n[0016] B5、实时检测充电过程中的锂电池容量，当锂电池容量等于满充电容量时停止充电并返回步骤B4。\n[0017] 该发明提供一种根据最佳容量和最低下限值控制充电的方法，将锂电池的较长期存储最高容量保持在最佳的满充电容量的40％～50％，以减少锂电池的自损耗并延长锂电池的使用寿命，同时，根据设定的最低锂电池标称容量5％～10％启动充电。\n[0018] 上述发明中存在的不足之处在于：一、电池都是以传统的CC/CV模式进行充电，在充电时易产生电池极化效应，依旧导致电池寿命缩短，不能从根本上解决因电池极化效应而导致的电池寿命缩短问题；二、也正因为前一项所述原因，这种充电方案是将锂电池的较长期存储最高容量保持在最佳的满充电容量的40％～50％，不能满足实际中高荷电容量的需求。\n发明内容\n[0019] 本发明目的在于克服上述现有技术中的不足之处而提供一种锂离子电池后备态管理方法。在多节串并联电池组中，对后备态使用的电池组，采用以下方式管理，以有效延长电池的使用寿命：\n[0020] 本发明是通过如下方式实现的：本发明主要包括有电池组及控制管理部分，其中电池组为3节锂离子电池串联组成。控制管理部分主要包括有单片机及充电部分，其中：单片机对电池组的各种状态进行监测，包括电压、电流、温度。单片机产生PWM控制信号，该信号可以控制充电电路的通断，进行脉冲宽度调制，从而控制充电电压和电流。\n[0021] 所述的充电部分其管理方法为：\n[0022] 1.当电芯的电压低于2.5V时，对电池组进行涓流充电，充电电流为0.1C。\n[0023] 2.在电芯的电压达到4.1V时，转为脉冲充电。脉冲的宽度为固定的1S，在脉冲过后，电池电压会缓慢下降，下降到4.1V时，又进行一个1S时长的脉冲充电，直到脉冲之间的间隔大于5S时，认为电池已经充满至95％容量，这时停止脉冲充电。\n[0024] 3.电池停充后，利用电池自身放电和电路中的微耗电，使电芯电压缓慢下降到\n4V，再恢复充电，直到电芯电压又充电到95％容量，如此循环。\n[0025] 本发明的优点在于：采用脉冲充电与后备态管理方式相结合，实现简单，可靠性高。可以有效延缓电池组高荷电状态下的寿命急剧衰减问题。从根本上解决现有技术的难题。减少废旧锂电池对生态环境的污染，从而保护了生态环境，并节约了锂电池生产中所利用的不可再生资源。\n附图说明\n[0026] 图1本发明脉冲电路结构示意图；\n[0027] 图2本发明管理方法图表示意图；\n[0028] 图3本发明电路结构示意图；\n具体实施方式\n[0029] 现结合附图详述本发明具体实施方式：本发明主要包括有电池组及控制管理部分，其中电池组为3节锂离子电池串联组成，控制管理部分主要由单片机及充电部分，其中：单片机对电池组的各种状态进行监测，包括电压、电流、温度等。单片机产生PWM控制信号，该信号可以控制充电电路的通断，进行脉冲宽度调制，从而控制充电电压和电流。\n[0030] 如图3中模块1所示，整个电池组为3节锂离子电池串联组成。\n[0031] 单片机(N2)对电池组的各种状态进行监测和采样，送交N2处理。送交的电池参数包括电池电压、电流、温度等。\n[0032] 电压采样共分为3部分采样，包括串联电池中的1，2和3节电池。通过把电池的电压采用不同的电阻分压比分压后，送给单片机N2的ADC(模数转换器)转换通道引脚，交N2进行运算，实现对电池的电压信号的检测。采样模块如图3中2，3，4部分电路所示。电池1的电压采样直接通过R23送给N2的第24脚，电池1和2的电压同过电阻R21和R22的分压降压后，送给N2的第23脚，电池1，2和3的总电压经过电阻R10和R11的分压后，送给N2的第22脚；\n[0033] 电流采样分为充电电流采样和放电电流采样，两种采样方式是不一样的。充电电流采样如模块5所示，通过充电电流在一个精密的小阻值大功率电阻R40上产生压降，再把取样电阻取样前后的压降进行采样，送给N2的第3脚和第7脚进行运算，从而取得适配器对电池的充电电流。\n[0034] 放电电流检测如模块8所示，通过检测放电电流在负极端的精密小阻值大功率取样电阻R5和R30所产生的电压，并通过N5运算放大器进行同相放大，送交N2的第21脚判断处理，从而获得电池的放电电流。\n[0035] 温度取样如模块9所示，通过一个NTC(负温度系数电阻)RT1的变化而获得，具体检测过程为通过定值电阻R37和随温度而阻值变化的NTC电阻RT1对给定电压的分压，送N2的第4脚进行AD处理，和设定的温度分压值比较，从而得出温度值，进行电池过温告警和保护。\n[0036] 电池的充电控制电路如模块6和7所示，当电池在电压大于4.1V，需要脉冲充电时，通过单片机的第13脚产生PWM控制信号，通过V5的集成电路驱动后级的V9和V11产生快速推挽驱动信号，驱动V2充电控制用MOS的占空比，进行脉冲宽度调制，从而控制充电电压和充电电流。\n[0037] 在电芯的电压达到4V1时，充电方式转为脉冲充电。脉冲的宽度为固定的1S，在脉冲过后，电池电压会缓慢下降，下降到4.1V时，又进行一个1S时长的脉冲充电，直到脉冲之间的间隔大于5S时，认为电池已经充满至95％容量，这时停止脉冲充电。\n[0038] 当N2检测到电芯的电压有低于2.5V时，通过充电控制模块，对电池组的充电方式设定为涓流方式，控制充电电流为0.1C。\n[0039] 电池停充后，利用电池的自身放电和管理系统电路中的微耗电，使电芯电压缓慢下降到4V，再恢复充电，直到电芯电压又充电到95％容量。如此循环。