一種用于給電池充電的系統(tǒng)，包括具有至少兩個(gè)鋰離子電池的電池組。控制器基于將電池組作為整體表示的ｄＶ／ｄＳＯＣ計(jì)算值來(lái)檢測(cè)電池組的電壓相對(duì)于充電狀態(tài)的變化率（ｄＶ／ｄＳＯＣ），無(wú)需基于逐個(gè)電池單元地單獨(dú)計(jì)算ｄＶ／ｄＳＯＣ。在ｄＶ／ｄＳＯＣ達(dá)到預(yù)定值時(shí)終止充電。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】
與本專利技術(shù)相一致的實(shí)施例涉及用于檢測(cè)電池單元或電容電池的串聯(lián)組或“包” 的充電狀態(tài)(SOC)或放電狀態(tài)(SOD)的散度的裝置和方法，并且更具體地涉及用于檢測(cè) 鋰離子電池單元組的SOC和SOD的散度的裝置和方法。
技術(shù)介紹
目前的便攜式電子設(shè)備幾乎都要專門(mén)依賴于可再充電的鋰離子電池作為電源。 這就刺激了對(duì)于提高其能量存儲(chǔ)能力、功率容量、循環(huán)壽命和安全特性以及降低其成本 的持續(xù)努力。鋰離子電池或鋰離子電池單元是指一種可再充電的電池，具有能夠以高于 鋰金屬的鋰化學(xué)電勢(shì)存儲(chǔ)大量鋰的陽(yáng)極。作為示例，考慮由串聯(lián)連接在一起的多個(gè)鋰電池單元構(gòu)成的電池組。如果其中 一個(gè)電池單元兩端的電壓在放電期間下降到預(yù)定的閾值以下(例如1.5伏)或者在充電期 間上升到預(yù)定的閾值以上(例如3.9伏)，那么鋰電池組的壽命就會(huì)下降。為此，現(xiàn)有技 術(shù)中通常都要小心地監(jiān)測(cè)電池單元的電壓并采取措施將電池單元的電壓保持在特定的范 圍內(nèi)。使事情進(jìn)一步復(fù)雜化的是鋰電池單元中的制造缺陷導(dǎo)致部分電池單元不能與其 他看上去相同的電池單元保持一樣多的電荷。由此，在將多個(gè)鋰電池單元串聯(lián)連接在一 起時(shí)，有缺陷的電池單元就會(huì)比其他電池單元放電更快并且在放電期間更快地達(dá)到上述 的下限閾值。類似地，這樣的有缺陷的電池單元在充電期間經(jīng)常會(huì)最先觸及上限閾值。 除非是在工作期間對(duì)電量進(jìn)行再平衡，否則電池單元之間的這種不平衡就會(huì)限制電池組 的有效工作范圍。在鋰離子電池內(nèi)部，有很多離子會(huì)隨著電池單元充電狀態(tài)的改變而在電池單元 中四處遷移。例如，如現(xiàn)有技術(shù)中已知的，離子在滿SOC狀態(tài)下會(huì)被存儲(chǔ)在晶格結(jié)構(gòu)的 特定位置內(nèi)。隨著SOC耗盡或者電池單元釋放能量，電池單元內(nèi)的離子會(huì)移動(dòng)到電池 單元內(nèi)不同位置處的不同晶格結(jié)構(gòu)中。由負(fù)載造成的電子流能夠使離子在電池單元內(nèi)移 動(dòng)。在鋰離子電池單元的串聯(lián)結(jié)構(gòu)(例如在電池組)中，離子遷移在每一個(gè)個(gè)體電池單 元中都會(huì)發(fā)生。如果電池組內(nèi)的個(gè)體電池單元即將耗盡，也就是沒(méi)有更多的離子移動(dòng)到 放電晶格結(jié)構(gòu)，那么就會(huì)在該電池單元上建立電壓，從而有可能對(duì)電池單元或電池組造 成不可修復(fù)的損傷。鋰離子電池與鎳金屬氫化物電池或鎳鎘電池不同，其并不是自然平衡的。因 此，包括鋰離子電池單元的電池組的SOC管理通常都需要考慮每一個(gè)體電池單元內(nèi)的SOC0現(xiàn)有技術(shù)中的系統(tǒng)包括用于確保每一個(gè)電池單元都具有相似離子量的平衡機(jī)構(gòu)。作為可選方案，已經(jīng)嘗試用相同的電池單元來(lái)小心謹(jǐn)慎地制造電池以使得每一個(gè)電池單 元同時(shí)達(dá)到SOC和SOD。但是，現(xiàn)有技術(shù)方法的缺點(diǎn)在于，生產(chǎn)商必須要承擔(dān)額外成本 以確保精確的質(zhì)量控制和監(jiān)測(cè)每個(gè)個(gè)體電池單元。在為了獲得比單個(gè)電池單元能夠提供的更高的電壓而將鋰離子電池或電容或其 他的電化學(xué)發(fā)電設(shè)備(例如既包括容性蓄能元件也包括感性蓄能元件的混合設(shè)備或“非 對(duì)稱”設(shè)備)連接為串聯(lián)組時(shí)，該組的反復(fù)充電和放電就可能導(dǎo)致電池單元變得“失 衡”，從而使得電池單元的充電狀態(tài)沿著該組有所不同。失衡狀態(tài)可能是由于電池單元 工作循環(huán)中容量衰減速率的不同，或者是由于導(dǎo)致容量衰減速率不同的阻抗變化以及其 他原因引起的。所述組在開(kāi)始時(shí)可能就由于串聯(lián)組內(nèi)的電池單元在組裝該組時(shí)的容量或 充電狀態(tài)的變化而沒(méi)有完全平衡。這樣的電池組有多種應(yīng)用，包括但不限于電動(dòng)工具、 儀表電池、電動(dòng)車輛的電池以及用于后備電源的電池。失衡的串聯(lián)組(例如在此介紹的)會(huì)由于若干理由而不受歡迎。在串聯(lián)組充 電時(shí)，較低容量或較高SOC的電池單元在該組被充電至特定的電池組電壓時(shí)會(huì)被過(guò)度充 電，導(dǎo)致電池組的過(guò)早故障或不安全狀態(tài)(例如電池單元泄氣或過(guò)熱或爆炸)。同樣的情 況在失衡的組放電時(shí)也會(huì)出現(xiàn)。在極端情況下，失衡電池組的放電可以將某些電池單元 變?yōu)椤半妷悍聪颉保藭r(shí)電池單元的極性與其正常使用時(shí)相反。在鋰離子電池單元中， 這可能會(huì)導(dǎo)致負(fù)電流集電極的溶解，造成故障或者生成氣體造成電池單元的機(jī)械破裂。 現(xiàn)有技術(shù)中用于避免失衡組相關(guān)問(wèn)題的方法是監(jiān)測(cè)并平衡個(gè)體電池單元，這需要額外的 控制電路并且增加了電池結(jié)構(gòu)的成本和復(fù)雜性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
電池單元組的非限制性示例包括鋰離子電池，使用LiMPO4作為正極，其中M包 括Fe，Mn或Co中的一種或多種，或者使用LiMn2O4尖晶石作為正極，或者使用Li4Ti5O12 作為負(fù)極，作為鋰存儲(chǔ)材料的這些化合物類型在達(dá)到滿SOC時(shí)表現(xiàn)出電池單元電壓的快 速上升，或者在達(dá)到滿SOD時(shí)表現(xiàn)出電池單元電壓的快速下降。通常這是由于在大范圍 的SOC上存在由兩相反應(yīng)(由于插入或去除鋰)造成的恒定電壓的結(jié)果。根據(jù)本專利技術(shù)的一方面，在達(dá)到充電和放電限制時(shí)對(duì)特定電池單元化學(xué)反應(yīng)電壓 中的特征變化進(jìn)行利用，目的是為了檢測(cè)一個(gè)或多個(gè)失衡電池單元的存在，以及在這些 輸入的基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)充電或放電協(xié)議，以避免過(guò)度充電或者過(guò)度放電、避免不安全狀態(tài)或 者延長(zhǎng)電池組的壽命。根據(jù)另一方面，電壓監(jiān)測(cè)和控制被包括在電池組的設(shè)計(jì)中，或者 被包括在用于電池組的充電器中。充電器可以執(zhí)行充電以及放電功能并因此可以用作用 于診斷電池組中電池單元串聯(lián)組狀態(tài)的裝置。串聯(lián)連接的電池單元數(shù)量可以是少至兩 個(gè)，或者多至十個(gè)或二十個(gè)或者甚至是更大的數(shù)量，與任意單個(gè)電池單元響應(yīng)的陡度相 比，電池單元數(shù)量的上限由測(cè)量串聯(lián)電壓的精度限定。根據(jù)一方面，以恒定的電流對(duì)電池單元的串聯(lián)組進(jìn)行充電，并且該組的電壓和 時(shí)間響應(yīng)V(t)或者電壓的一階時(shí)間導(dǎo)數(shù)dV/dt或者電壓的二階時(shí)間導(dǎo)數(shù)d2V/dt2被用于識(shí) 別一個(gè)或多個(gè)失衡電池單元的存在。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，dv/dSOC被用于檢測(cè)失衡電 池單元的存在和終止充電。在某些情況下，電池單元在充電或放電期間可以表現(xiàn)出多個(gè)電壓階梯。在此情 況下即使是電池組充電或放電過(guò)程中出現(xiàn)了其他的中間電壓階梯也可以使用檢測(cè)方案。 例如，在電池化學(xué)反應(yīng)固有地具有這樣的階梯時(shí)，電池組電壓將會(huì)在電壓中表現(xiàn)出特征 階梯。通過(guò)施加絕對(duì)電池組電壓必須高于(低于)特定的充電(放電)值的附加條件， 就可以只在電池組接近于充電的頂部(底部)時(shí)施加限流操作。在示意性實(shí)施例中，提供了一種用于給電池充電的系統(tǒng)，其包括具有至少兩個(gè) 鋰離子電池單元的電池組。提供控制器以基于表示電池組整體的dV/dSOC的計(jì)算值來(lái)檢 測(cè)電池組的電壓相對(duì)于充電狀態(tài)的變化率(dV/dSOC)，從而在dV/dSOC達(dá)到預(yù)定值時(shí)終 止充電。根據(jù)一方面，電池組由串聯(lián)連接的至少兩個(gè)鋰離子電池單元構(gòu)成。在一方面中，電池組可以是包括η節(jié)串聯(lián)CnS)的組中的一種，其中η至少為二并且不超過(guò)十。至 少兩個(gè)鋰離子電池單元可以包括LiFei_yMnyP04，其中y代表Mn的不同濃度。控制器可以包括終止充電的微處理器。在其他方面中，控制器包括模擬電路。在進(jìn)一步的示意性方面中，微處理器被耦合至充電器內(nèi)的指示燈，其中該燈給 用戶指示電池組的充電狀態(tài)。在一方面中，控制器被設(shè)置用于檢測(cè)電池組內(nèi)部組件的溫度，并且如果溫度超 過(guò)預(yù)定的閾值就終止充電。溫度可以通過(guò)熱敏電阻進(jìn)行檢測(cè)。在一個(gè)示意性實(shí)施例中，提供了一種電池充電器，其包括具有鋰離子電池單元 的電池組。包括電路，基于電池組整體的一個(gè)dV/dSOC的監(jiān)測(cè)來(lái)確定電池組的電壓相對(duì) 于電池組充電狀態(tài)的變化率(dV/dSOC)。提供感測(cè)電路以在已達(dá)到預(yù)定的dV/dSOC時(shí) 終止本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于給電池充電的系統(tǒng)，包括： 具有至少兩個(gè)鋰離子電池單元的電池組； 控制器，基于代表電池組整體的計(jì)算的ｄＶ／ｄＳＯＣ來(lái)檢測(cè)電池組的電壓相對(duì)于充電狀態(tài)的變化率ｄＶ／ｄＳＯＣ，無(wú)需基于逐個(gè)電池單元地單獨(dú)計(jì)算ｄＶ／ｄＳＯＣ； 其中在ｄＶ／ｄＳＯＣ達(dá)到預(yù)定值時(shí)終止充電。
【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：CM霍夫，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：A一二三系統(tǒng)公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：US[美國(guó)]
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