电池组的充电控制方法、电子装置以及存储介质与流程

1.本技术涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池的电池组的充电控制方法、电子装置以及存储介质。


背景技术：

2.电池组一般是由多个单电池串联或并联构成。单电池在加工或操作过程中会存在不一致性，这会使得电池组在恒压充电时，有的单电池的电压会持续升高，有的单电池的电压会持续降低。为了更好的保护电池组的性能，并保证单电池不过充，一般电池组的充电截止条件会有两个，一个是电池组的截止电压和截止电流，另一个是单电池的截止电压。
3.一般设定的单电池的截止电压是恒定值，该方法存在一定的问题。因为在循环过程中单电池的极化阻抗一直在持续增加，特别是循环后期，极化已经较大。如果仍然控制单电池的截止电压为该恒定值，会使单电池的实际充电限定的soc(荷电状态)随着循环过程而持续降低。进而使得电池组的容量在循环后期因为单电池的充电截止条件而发生快速降低，对于电池组的循环性能影响较大。


技术实现要素：

4.有鉴于此，有必要提供一种电池组的充电控制方法、电子装置以及存储介质，可以改善电池组的循环性能。
5.本技术一实施方式提供了电池组的充电控制方法，所述方法包括：确定电池组中目标电池在第n次充放电循环中的第一充电电压un，n为大于或等于1的整数，un＝ocvf i
×rn-1
，ocvf为所述目标电池在预先设定的荷电状态下的开路电压，i为所述目标电池在充电截止时的截止电流；r
n-1
为所述目标电池在第n-1次充放电循环后的极化阻抗，其中，所述目标电池为所述电池组在第n次充放电循环的充电过程中电压最高的单电池；确定所述目标电池在第n次充放电循环中的第二充电电压uf，uf根据所述目标电池中的电解液和阴极材料的稳定性来确定；以及在第n m次充放电循环中，以所述第一充电电压un和所述第二充电电压uf中的较小者，作为所述电池组中各个单电池在充电过程中的充电截止电压，m为大于或等于1的预设整数。
6.根据本技术一些实施方式，计算所述目标电池在第n-1次充放电循环后的极化阻抗r
n-1
的方法包括：在所述电池组第n-1次充电过程中，监测所述电池组中每个电池的电压与电流；设定在所述充电过程中电压最高的单电池为所述目标电池；获取所述目标电池在充电结束时的第一电压u和电流i；在充电结束并静置预设时间，获取所述目标电池的第二电压u'；依据所述第一电压u、第二电压u'和电流i计算得到极化阻抗r
n-1
，其中，r
n-1
＝(u-u')/i。
7.根据本技术一些实施方式，获取所述目标电池在预先设定的荷电状态下的开路电压ocvf的方法包括：获取所述目标电池的荷电状态soc-开路电压ocv曲线；预先设定所述目标电池在充电截止时的荷电状态；根据所述预先设定的荷电状态和所述荷电状态soc-开路
25.充电控制系统
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
100
26.处理器
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
11
27.电池组
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
12
28.单电池
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
120
29.确定模块
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
101
30.处理模块
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
102
31.如下具体实施方式将结合上述附图进一步详细说明本技术。
具体实施方式
32.下面将结合本技术实施方式中的附图，对本技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。
33.请参阅图1，充电控制系统100运行于电子装置1中。所述电子装置1包括，但不仅限于，至少一个处理器11以及电池组12，上述元件之间可以通过总线连接，也可以直接连接。
34.需要说明的是，图1仅为举例说明电子装置1。在其他实施方式中，电子装置1也可以包括更多或者更少的元件，或者具有不同的元件配置。所述电子装置1可以为电动摩托、电动单车、电动汽车、手机、平板电脑、个数数字助理、个人电脑，或者任何其他适合的可充电式设备。
35.在一个实施例中，所述电池组12为可充电电池，用于给所述电子装置1提供电能。例如，所述电池12可以锂离子电池、锂聚合物电池及磷酸铁锂电池等。所述电池组12包括多个单电池120，所述电池组12可以采用可循环再充电的方式反复充电。
36.尽管未示出，所述电子装置1还可以包括无线保真(wireless fidelity，wifi)单元、蓝牙单元、扬声器等其他组件，在此不再一一赘述。
37.请参阅图2，图2为根据本技术一实施方式的电池组的充电控制方法的流程图。所述电池组的充电控制方法可以包括以下步骤：
38.步骤s1：确定电池组中目标电池在第n次充放电循环中的第一充电电压un，n为大于或等于1的整数，un＝ocvf i
×rn-1
，其中，ocvf为所述目标电池在预先设定的荷电状态下的开路电压，i为所述目标电池在充电截止时的截止电流；r
n-1
为所述目标电池在第n-1次充放电循环后的极化阻抗。其中，所述目标电池为所述电池组在第n次充放电循环中的充电过程中电压最高的单电池，所述预先设定的荷电状态大于或等于95％。
39.由于电池组由多个单电池串联或并联组成，电池组在使用过程中，每个单电池的情况都不一样。电池组在组装的时候，不仅会设定电池组的充放电截止条件，还会设定每个单电池的充放电截止条件。现有技术中，在电池组充放电循环使用后期，由于每个单电池极化阻抗的增加，继续使用设定的充放电截止条件，会造成电池组的容量降低的情况出现。那么，在本技术中，通过实时侦测电池组中的所述目标电池，再根据所述目标电池的极化阻抗计算所述目标电池的第一充电电压(即充电截止电压)。根据所述第一充电电压和设定的充放电截止条件确认所述电池组中各个单电池在使用过程中的充电截止电压，可以解决电池组在循环过程中因为单电池电压截止条件控制导致的容量衰减问题。
40.在一实施方式中，获取所述目标电池在预先设定的荷电状态下的开路电压ocvf的
方法包括：获取所述目标电池的荷电状态(soc)-开路电压(ocv)曲线；预先设定所述目标电池在充电截止时的荷电状态；根据所述预先设定的荷电状态和所述荷电状态(soc)-开路电压(ocv)曲线，确定所述预先设定的荷电状态对应的开路电压，并记为ocvf。
41.在另一实施方式中，所述获取所述目标电池的荷电状态(soc)-开路电压(ocv)曲线的方法包括：以预设倍率对所述目标电池放电第一预设时间后，静置所述单电池；获取所述目标电池在静置时的电压；根据所述目标电池多次放电后静置时的多个电压值，得到所述目标电池的荷电状态soc-开路电压ocv曲线。
42.例如，(1)以预设倍率(如0.1c或0.2c)对所述目标电池放电第一预设时间后，静置所述目标电池第二预设时间；(2)获取所述目标电池在静置第二预设时间后的电压；(3)重复执行步骤(1)和步骤(2)，直到所述目标电池放电完成，得到多个静置后的电压；(4)连接所述多个静置后的电压得到的曲线为所述目标电池的荷电状态(soc)-开路电压(ocv)曲线，如图3所示。
43.在本实施方式中，计算所述目标电池在第n-1次充放电循环后的极化阻抗r
n-1
的方法包括：在所述电池组第n-1次充电过程中，监测所述电池组中每个单电池的电压与电流；设定在所述充电过程中电压最高的单电池为所述目标电池；获取所述目标电池在充电结束时的第一电压u和电流i；在充电结束并静置第三预设时间后，获取所述目标电池的第二电压u'；可以理解的是，所述第三预设时间一般大于或等于五分钟。依据所述第一电压u、第二电压u'和电流i计算得到极化阻抗r
n-1
，其中，r
n-1
＝(u-u')/i，如图4所示。
44.步骤s2：确定所述电池组中目标电池在第n次充放电循环中的第二充电电压uf，uf根据所述目标电池中的电解液和阴极材料的稳定性来确定。
45.由于电池组在充放电循环过程中，目标电池的阻抗一直在增大。如果以第一充电电压作为目标电池在充放电循环过程中的截止电压。那么有可能出现所述第一充电电压大于所述目标电池的极限电压的情况。例如，所述目标电池的极限电压为4.5v，而通过计算得到的该目标电池的第一充电电压为4.6v，大于所述目标电池的极限电压。如果不考虑所述目标电池的极限电压，采用所述第一充电电压作为所述目标电池在充电过程种的截止电压，则会影响电池组的容量。因此，需要确定所述电池组中的目标电池在第n次充放电循环中的第二充电电压uf，并根据所述第二充电电压和第一充电电压的大小，确定所述目标电池在充电过程种的截止电压。
46.可以理解的是，当电池组体系确定后，所述第二充电电压uf就已确定。考虑到电池组的阴极材料及电解液的稳定性，可以根据电池组的阴极材料特性或电解液的特性来确定所述第二充电电压uf。
47.在一实施方式中，确定所述电池组中目标电池在第n次充放电循环中的第二充电电压uf的方法包括：根据所述目标电池的材料得到所述材料在氧化反应时对应的电位；所述电位减去所述目标电池的阳极电位得到所述第二充电电压uf。
48.具体地，可以根据不同的材料(阴极材料及电解液等)进行cv扫描得到所述材料在氧化反应时对应的电位，通过得到的电位减去所述目标电池的阳极电位，作为所述目标电池的极限电位(即第二充电电压uf)。
49.在一实施方式中，由于目标电池的阳极电位较小，即使在目标电池满充状态下，所述目标电池的阳极电位可能只有0.1v左右。因此，所述确定所述电池组中目标电池在第n次
充放电循环中的第二充电电压uf还包括：根据所述目标电池的材料得到所述材料(如阴极材料或电解液等)在氧化反应时对应的电位；设定所述电位为所述第二充电电压uf。
50.在另一实施方式中，可以分别采用不同的极限电位对所述目标电池进行循环充放电测试，保证所述目标电池的电芯在循环充放电后的容量衰减在可接受范围以内(例如在45℃的环境温度下，目标电池经过500次充放电循环后的电池容量衰减小于20％)，从而确定所述目标电池在循环充放电过程中的极限电位。
51.具体地，确定所述电池组中目标电池在第n次充放电循环中的第二充电电压uf包括：分别采用不同的预设电位对所述目标电池进行循环充放电测试；获取所述目标电池的电芯在不同的预设电位下，循环充放电后的多个容量衰减值；确认所述多个容量衰减值中是否存在容量衰减值小于或等于预设值(如20％)；当存在容量衰减值小于或等于预设值时，小于或等于所述预设值的所述容量衰减对应的预设电位为所述第二充电电压uf。
52.需要说明的是，所述预设电位为所述目标电池所能承受的极限电位。
53.步骤s3：在第n m次充放电循环中，以所述第一充电电压un和所述第二充电电压uf中的较小者，作为所述电池组中各个单电池在充电过程中的充电截止电压，m为大于或等于1的预设整数。
54.如图5所示，根据每个单电池在充放电循环中的极化阻抗rn，计算每个单电池的第一充电电压un＝ocvf i
×rn-1
。可以看到在充放电循环过程中因为极化一直在增加，会使得所述第一充电电压在循环时也一直在增加。如果我们仍采用设定的截止条件作为单电池在充放电过程中的电压限定，会使实际充电soc大幅降低。同时因为电池组体系自身受最大截止电压(第二充电电压)的限制，所以单电池的充电截止电压取所述第一充电电压和所述第二充电电压中的较小值作为限制。
55.可以理解的是，可以在第n m次充放电循环中，以所述第一充电电压un和所述第二充电电压uf中的较小者，作为所述电池组中各个单电池在充电过程中的充电保护电压(即充电截止电压)。
56.为了使本技术的发明目的、技术方案和技术效果更加清晰，以下结合附图和实施例，对本技术进一步详细说明。对比例和各实施例采用的电池组体系以licoo2作为阴极，石墨作为阳极，再加上隔膜、电解液及包装壳，通过混料、涂布、装配、化成和陈化等工艺制成。所述电池组由以上电池通过串并联得到。对具体的实施过程进行详细阐述，并且对比采用现有方法和本技术优化方法的循环容量衰减。如图6所示，明显本技术提供的优化方法可以使电池组具有更高的容量保持率。
57.需要说明的是，以下对比例1和实施例1分别在环境温度为25℃和环境温度为45℃的条件下进行测试。
58.对比例1：所述电池组包括6个单电池。
59.步骤一：静置所述电池组40分钟；
60.步骤二：以6a的电流对所述电池组恒流充电至25.2v，再恒压充电至0.02c；
61.步骤三：静置所述电池组30分钟；
62.步骤四：以40a的电流对所述电池组放电至15v；
63.步骤五：重复步骤一至步骤四500个循环。
64.实施例1：所述电池组也包括6个单电池。
65.步骤一：静置所述电池组40分钟；
66.步骤二：设定所述电池组可承受最大电压为uf＝4.3v(即第二充电电压)；
67.步骤三：以6a的电流对所述电池组恒流充电至25.2v，再恒压充电至0.02c；记录所述电池组中每个单电池的截止电压及电流，并标记电压最高的单电池为目标电池a，记其电压为u，电流为i；
68.步骤四：静置所述电池组30分钟；
69.步骤五：记录所述目标电池a静置后的电压为u’；
70.步骤六：可得所述目标电池的充电截止电压为：u
l
＝ocvf i
’×
((u-u’)/i)，其中，所述ocvf为所述目标电池的荷电状态为101％时的开路电压，i’为充电截止电流；
71.步骤七：以40a的电流对所述电池组放电至15v；
72.步骤八：静置所述电池组30分钟；
73.步骤九：以6a的电流对所述电池组恒流充电至25.2v，再恒压充电至0.02c；
74.步骤十：静置所述电池组30分钟；
75.步骤十一：以40a的电流对所述电池组放电至15v；
76.步骤十二：静置所述电池组30分钟；
77.步骤十三：重复步骤九至步骤十二50个循环；
78.步骤十四：重复步骤三至步骤十三10个循环。
79.需要说明的是，c为充放电倍率，所述充放电倍率是指在规定时间内充电至额定容量或者放出其额定容量时所需要的电流值，它在数值上等于电池额定容量的倍数。
80.分别按以上实施例1与对比例1的充放电流程，在循环过程中记录500次充放电循环后电池组的放电容量，除以所述电池组的首次放电容量，可以得到500次充放电循环后电池组的容量保持率。另外，实施例1与对比例1的电池组分别在环境温度为25℃和环境温度为45℃的条件下，充放电循环500次后的容量保持率参表1。
81.表1对比例1和实施例1的容量保持率
[0082][0083]
由表1可知，采用本技术的充电控制方法(即优化方法)可以使电池组的容量保持率提升大约10％，可以改善电池组的循环性能。另外，采用本技术的优化方法即使在较高温度的环境中，也能比现有方法使电池组在充放电循环过程中具有更高的容量保持率。本技术因为在循环过程中根据单电池实际极化情况，提升所述单电池的充电截止电压，排除了电池组因为电池极化作用带来的单电池电压截止的可能性，控制了电池组的容量突降之类的衰减问题。
[0084]
请参阅图7，在本实施方式中，所述充电控制系统100可以被分割成一个或多个模块，所述一个或多个模块可存储在所述处理器11中，并由所述处理器11执行本技术实施例的电池组的充电控制方法。所述一个或多个模块可以是能够完成特定功能的一系列计算机
程序指令段，所述指令段用于描述所述充电控制系统100在所述电子装置1中的执行过程。例如，所述充电控制系统100可以被分割成图7中的确定模块101、以及处理模块102。
[0085]
所述确定模块101用于确定电池组中目标电池在第n次充放电循环中的第一充电电压un，n为大于或等于1的整数，un＝ocvf i
×rn-1
，ocvf为所述目标电池在预先设定的荷电状态下的开路电压，i为所述目标电池在充电截止时的截止电流；r
n-1
为所述目标电池在第n-1次充放电循环后的极化阻抗，其中，所述目标电池为所述电池组在第n次充放电循环的充电过程中电压最高的单电池；所述确定模块101还用于确定所述目标电池在第n次充放电循环中的第二充电电压uf，uf根据所述目标电池中的电解液和阴极材料的稳定性来确定；所述处理模块102用于在第n m次充放电循环中，以所述第一充电电压un和所述第二充电电压uf中的较小者，作为所述电池组各个单电池在充电过程中的充电截止电压，m为大于或等于1的预设整数。
[0086]
通过该充电控制系统100可以解决因为在循环过程中根据单电池实际极化情况，提升所述单电池的充电截止电压。排除了电池组因为电池极化作用带来的单电池电压截止的可能性，控制了电池组的容量突降之类的衰减问题。具体内容可以参见上述电池组的充电控制方法的实施例，在此不再详述。
[0087]
在一实施方式中，所述处理器11可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者所述处理器11也可以是其它任何常规的处理器等。
[0088]
所述充电控制系统100中的模块如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，所述计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
[0089]
可以理解的是，以上所描述的模块划分，为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。另外，在本技术各个实施例中的各功能模块可以集成在相同处理单元中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在相同单元中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能模块的形式实现。
[0090]
在另一实施方式中，所述电子装置1还可包括存储器(图未示)，所述一个或多个模块还可存储在存储器中，并由所述处理器11执行。所述存储器可以是电子装置1的内部存储
器，即内置于所述电子装置1的存储器。在其他实施例中，所述存储器也可以是电子装置1的外部存储器，即外接于所述电子装置1的存储器。
[0091]
在一些实施例中，所述存储器用于存储程序代码和各种数据，例如，存储安装在所述电子装置1中的充电控制系统100的程序代码，并在电子装置1的运行过程中实现高速、自动地完成程序或数据的存取。
[0092]
所述存储器可以包括随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘、智能存储卡(smart media card，smc)、安全数字(secure digital，sd)卡、闪存卡(flash card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
[0093]
对于本领域技术人员而言，显然本技术不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本技术的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本技术。因此，无论从哪一点来看，均应将本技术上述的实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本技术的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本技术内。