[发明专利]电池充电器及相关联系统和方法

说明书

一种用于对电池进行充电的方法包括：(a)向所述电池施加充电电流脉冲；(b)在向所述电池施加所述充电电流脉冲的步骤之后，测量所述电池两端的第一电压；(c)对所述电池的平衡电压进行估计；(d)根据所述第一电压与所述平衡电压之间的差异来确定所述电池的能斯特电压；以及(e)至少部分地基于所述能斯特电压来控制所述电池的充电。

相关申请

本申请要求2017年11月10日提交的美国临时专利申请序列号62/584,503的优先权的权益，所述美国临时专利申请通过引用结合在此。

背景技术

电池用于在各种各样的应用中提供电力。电池包括采用化学形式存储能量的一个或多个电化学电池单元。当电负载连接至电池时，这种所存储的能量经由氧化还原化学反应而被转换成电能。一些电池旨在用于一次性使用，并且在其储存的能量耗尽后被丢弃。这类电池被称为一次电池。其他电池可以在其储存的能量耗尽后再充电，并且这些电池被称为二次电池。

一种流行的二次电池是锂离子电池，所述锂离子电池包括一个或多个锂离子电化学电池单元。每个锂离子电化学电池单元包括阳极、阴极以及分离阳极和阴极的电解质。锂离子在电池单元放电期间通过电解质从阳极移动到阴极，并且锂离子在电池单元充电期间通过电解质从阴极移动到阳极。锂离子电池有利地具有高能量密度、可忽略的记忆效应和低自放电率。然而，电池具有一些显著的缺点。

例如，锂离子电池可能会因过度充电而易被损坏，有可能导致电池泄漏，火灾和/或爆炸。因此，不对电池进行过度充电是至关重要的。另外，锂离子电池在其预期电压范围之外使用时可能会被损坏。因此，电源管理电路系统必须始终确保锂离子电池的电压保持在可接受的范围内。此外，电池随时间推移而劣化，如由于在作为组成部分的电化学电池单元的阳极和阴极中的化学反应，从而导致电池容量降低以及灾难性电池故障的可能性增大。

发明内容

在第一方面，一种用于对电池进行充电的方法包括：(1)向所述电池施加充电电流脉冲；(2)在向所述电池施加所述充电电流脉冲的步骤之后，测量所述电池两端的第一电压；(3)对所述电池的平衡电压进行估计；(4)根据所述第一电压与所述平衡电压之间的差异来确定所述电池的能斯特电压；以及(5)至少部分地基于所述能斯特电压来控制所述电池的充电。

在第一方面的实施例中，所述方法进一步包括：将所述能斯特电压与第一阈值进行比较；以及响应于所述能斯特电压超过所述第一阈值而减小所述电池的充电速率。

在第一方面的另一个实施例中，减小所述电池的所述充电速率的步骤包括以下步骤中的至少一个：(1)减小到所述电池的充电电流脉冲的幅度；(2)减小到所述电池的充电电流脉冲的占空比；以及(3)减小到所述电池的充电电流脉冲的频率。

在第一方面的另一个实施例中，所述方法进一步包括：将所述能斯特电压与第二阈值进行比较；以及响应于所述能斯特电压低于所述第二阈值而增大所述电池的充电速率。

在第一方面的另一个实施例中，增大所述电池的所述充电速率的步骤包括以下步骤中的至少一个：(1)增大到所述电池的充电电流脉冲的幅度；(2)增大到所述电池的充电电流脉冲的占空比；以及(3)增大到所述电池的充电电流脉冲的频率。

在第一方面的另一个实施例中，所述第一阈值与所述第二阈值不同。

在第一方面的另一个实施例中，所述第一阈值与所述第二阈值相同。

在第一方面的另一个实施例中，所述方法进一步包括：基于所述电池的激活过电压来控制所述电池的充电。

在第一方面的另一个实施例中，至少部分地基于所述能斯特电压来控制所述电池的充电的步骤包括：控制所述电池的充电，使得所述电池的浓度应力不超过所述电池的最大允许浓度应力。