[发明专利]用于优化快速电池充电的方法和装置

说明书

本申请涉及用于优化快速电池充电的方法和装置。在所描述的用于对具有优化充电的电池快速充电的方法和装置的示例中，系统(400)包括用于将电压施加到可再充电电池(430)的电池充电器(420)，和耦合到电池充电器(420)并且监测电池电压、电池温度和流入电池(430)的电流中的至少一个的控制器(422)。系统(400)被配置为通过计算电池(430)的开路单元电池阳极电压和阳极电阻以及确定充电电流来施加来自电池充电器(420)的充电电流。在附加的布置中，由充电电流来防止锂离子电镀。

本申请是国际申请日为2016年09月09日、进入国家阶段日为2018年01月29日的名称为“用于优化快速电池充电的方法和装置”的中国专利申请201680044260.6(PCT/US2016/051025)的分案申请。

技术领域

本申请总体涉及电池充电，并且更具体地涉及在没有因锂电镀而导致的电池衰降情况下的可再充电锂电池的快速充电。

背景技术

最近发展了重量轻的可再充电锂电池，其具有在相对小的封装中存储相对大量的能量的能力，其已使得锂电池成为便携式电子设备选择的电源。在被制造之后，锂电池的使用寿命在很大程度上通过使用的类型和所使用的再充电方法决定。锂离子电池的使用主要由消费者决定，但是再充电的类型可由设备制造商和/或充电器制造商决定。尽管电池制造商可以提供再充电指南，但是这些指南通常规定相当保守的充电速率，以将任何不利的电池充电效果最小化。这导致电池再充电时间在2至4小时范围内或者甚至更大的时间。在许多情况下，消费者自然喜欢在更短的时间对便携式设备充电，诸如不到1小时。因此，在为确保长的电池寿命而编写的保守充电指南与在现场的电池使用中的实际做法和偏好之间存在冲突。锂电池组不适当的快速充电可以极大地缩短电池寿命，并且在最坏的情况下，可能导致电池组膨胀或电池组的破裂，并且在某些环境下，快速充电也可以产生可能的火灾风险。

电池的容量，被描述为“C”额定值，被定义为一个额定的电池单元在20小时放电循环期间能够传送并且在室温下仍保持在额定电压限制之内的恒定电流之和。例如，20小时能产生电流50mA，同时停留在所描述的电压窗口内的理想电池将具有50mA×20H＝1000mAh或1Ah的C额定值。一个“完美的”电池在充电和放电期间会有100％的效率。如果一个完美的电池具有1Ah的C额定值，那么它可以1小时传送1A、或2小时0.5A、或10小时100mA，或20小时50mA，等等。此外，通过以1小时1A、或2小时0.5A、或10小时100mA进行充电，具有1Ah的C额定值的完美的电池可以在1小时内被再充电。在电池的充电和电池容量的描述中通常使用的其他术语是充电状态(SOC)和放电深度(DOD)。SOC和DOD二者都具有％单位，并且是恭维的定义。SOC表示与其完全充电状态相比存储在电池中的相对量的能量。DOD表示与其完全充电状态相比已经使用了多少电池能量。例如，对于完美的1Ah电池：如果0.25Ah的耗尽，电池将具有75％的SOC和25％的DOD；并且如果0.5Ah的耗尽，电池将具有50％的SOC和50％的DOD。电池的电压通常被指定为开路单元电池电压(OCV)，其中单元电池电压在没有外部负载的情况下被测量。而满充电容量(FCC)是单元电池在它的寿命中任意给定点上具有满充电的容量。使用上述的完美的电池的示例，当新的时，FCC将是1Ah。随着电池的老化，FCC降低。

当电池容量随着电池材料的增加/减少而任意增加或降小时，给定电池化学的电压特性保持独立于电池容量。对于这个原因，单元电池的放电和充电通常根据C额定值来讨论。例如，如果完美的1Ah电池以1C的最大速率放电，那么最大放电速率将是1A。同样完美的电池，以2C最大速率充电，将看见2A的最大放电电流。