[发明专利]基于物理模型对可充电电池进行急充电的方法和充电器

说明书

技术领域

本发明涉及对诸如可充电电池或可充电电池组的可充电单元进行充电。

背景技术

大多数电池供电的便携式设备利用锂离子电池作为能源，因为这种类型的电池能够以适中的体积和重量存储大量的能量。本发明涉及这样的电池到如下程度：利用这种类型的电池本发明的优点非常清晰地呈现出来。然而，本发明也适用于其他类型的可充电电池，如但不限于镍基电池。

通常，根据CCCV模式对锂离子电池进行充电。在该模式中，利用恒定电流来对电池进行初充电(CC-模式，恒定电流)。在这里，电池电压缓慢增大。一旦电池电压达到预定值，例如4.1V或4.2V，就将模式变更到利用恒定电压(CV-模式，恒定电压)和不断减小的电流来充电。对于电池的容量和循环寿命，该CCCV-充电模式已被最优化。然而，充电时间相对长，例如约2小时。

尤其是从商业观点来看，对允许较短的充电时间的充电器存在需求。EP-A-1516405公开了一种充电器，其中在CCCV充电模式的初始阶段期间，充电电流增大到比标称充电电流的两倍更大的值。该增大的充电电流允许较短的充电时间。实际上，在初始阶段期间，充电电流的这些较高的值对锂离子电池的寿命周期似乎没有有害作用。然而，在损坏电池之前，必须小心谨慎地停止该急充电过程，并且及时地重新开始“正常”的CCCV-充电模式。因此，为了安全可靠并避免缩短寿命周期起见，适用于该模式的充电器适合于在达到损坏电池的任何可能性之前很久就停止急充电。

发明内容

然而，对进一步减少充电时间存在需求。本发明的目的是提供一种允许较短充电时间的方法和充电器。

该目的利用对诸如可充电电池或可充电电池组的可充电单元进行充电的方法来实现，其中，如果满足可充电单元中的至少一个条件，则充电电流大于标称充电电流(C)，其中通过基于物理的模型由可充电单元的可测量的变量连续地计算所述至少一个条件。

该目的也可通过对诸如可充电电池或可充电电池组的可充电单元进行充电的充电器来实现，其中，该充电器包括适合于向可充电单元供应充电电流的供应单元和用于控制充电电流的控制器，其中在满足可充电单元中的至少一个条件的情况下，该控制器适合于使得供应单元供应比标称充电电流(C)大的充电电流，该充电器包括用于测量电池的可测量的变量的测量装置和适合于由所测量的变量连续地计算所述至少一个条件的建模工具。

当利用电池中的特定变量处于特定区域内时的高电流对电池进行充电时，出现电池寿命周期的缩短。当在利用高电流进行充电期间避免这些区域时，能够使用高电流而不会缩短寿命周期，允许充电时间的充分减少。

本发明的特征允许连续监测电池中的变量，使得在利用高充电电流进行充电是可允许的而不会减少电池的寿命的情况下，可获得用于决定的恰当的标准。在此注意到，在根据EP-A-1516405的现有技术的方法和充电器中，使用相同的标准，但是在充电器的制造期间该标准已经被固定。在该现有技术中，不会发生变量的持续更新。

相反，本发明提供对判定过程中所使用的值或者变量的持续更新，以便获得电池中的情况的更恰当的评估，允许使得将急充电切换到正常充电时的值之间的安全裕度更接近寿命开始减少时的电池中的变量的值。这允许较长的急充电，因此允许较短的总充电时间。

还注意到本发明的主要应用在于锂离子电池。然而，本发明也适用于其他类型的电池。

众所周知，容量损失的重要原因是由于在电极表面处的锂离子浓度下降到特定水平以下而造成的正电极的老化。低于该浓度级，电极材料分解，这是导致最大电池容量永久性降低的不可逆的过程。例如，对于正LiCoO₂电极，该浓度级是0.5，这意味着锂离子占据用于嵌锂的可能位置的一半。对于较低的占据水平，出现电极材料的分解。

这意味着电极表面处的锂离子浓度是用于决定何时将急充电程序切换到“正常”CCCV-模式的重要标准。

根据优选的实施例，提供一种方法，其中所述条件中的一个是在正LiCoO₂-电极表面处的锂离子浓度(X_{Li，pos，surf})，并且在正LiCoO₂-电极表面处的锂离子浓度(X_{Li，pos，surf})大于0.5的情况下，将充电电流控制为大于标称充电电流(C)。