用于将电池快速充电的方法和设备技术

提供一种快速为电池充电的方法和设备，从而使得电池可被快速充电，同时具有延长的寿命。按照本发明专利技术的为电池充电的方法，电池充电开始于高于1C的初始充电率，且阶梯式地降低所述充电率，使得该电池的负极电势不会下降到0V或更低电平。可通过防止负极电势下降到0V或更低电平的标准来防止电池负极上镀锂的产生，从而提供快速为电池充电同时延长电池寿命的效果。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于将电池快速充电的方法和设备
本公开涉及电池充电方法和设备，且更特别地，涉及使用充电率阶梯式下降以快速使电池充电并延长电池寿命的电池快速充电方法和设备。本申请享有于2014年10月30日在韩国提交的韩国专利申请第10-2014-0149420号和于2015年8月3日在韩国提交的韩国专利申请第10-2015-0109510号的优先权，所述优先权申请在此以全文引用方式纳入本文中。
技术介绍
近来，对于诸如笔记本电脑和移动电话的便携式电子产品的需求显著增加，且随着对于电动推车、电动轮椅和电动自行车的需求的增加，做出了许多对于可反复充电的高性能电池的研究。此外，随着碳能源的逐渐枯竭和近年来对环境越来越多的关注，对混合动力汽车(HEV)和电动汽车(EV)的需求在全球范围内逐渐增加。相应地，更多的关注和研究集中在HEV和EV的主要部件——汽车电池上，且进一步地，发展快速充电技术来快速为电池充电的需求十分迫切。特别地，对于不具有其他能量来源的EV来说，快速充电是非常重要的性能。电池充电过程包括允许电流在电池内流动，从而使电荷和能量积聚，且此过程应受到仔细控制。一般地，过度的充电率(C-率)或充电电压会永久地降低电池性能，且最终可能导致完全失效或突然事故，例如极易腐蚀或爆炸的化工材料泄漏。传统的电池充电方法包括恒定电流(CC)法，该方法从始至终用均匀电流充电；恒定电压(CV)法，该方法从始至终用均匀电压充电；恒定电流-恒定电压(CC-CV)法，该方法在开始充电时用均匀电流充电且在结束充电时用均匀电压充电。在CC法中，开始充电时，因高电压差而流动高电流。从快速充电的角度看来，充电电流越高越好，但是用高电流连续充电降低了充电效率且影响电池寿命。此外，在CC充电法中，电流(比如开始充电时的电流)在充电结束后仍在电池内持续流动，导致根据锂离子特性形成金属镀膜(镀锂)，从而引发诸如丧失过度充电控制功能这样的安全问题。由于这个原因，电池应在充电结束后立即与充电器分离，这会造成不便。此外，CV法具有下述缺点，因为温度变化和电池生成的热量，在充电结束时引起端电压的显著变化，所以很难预设恒定电压值，且由于电池通常在15.5～16V下充电20～24小时，充电时间长就是不便之处。CC-CV法是最常用的。该方法在电池大量放电时用CC充电，且在充电接近结束时及时转换至CV，以防止过度充电。其中“C”代表以A·h为电荷单位(常用Q表示)的电池容量，选择以安培为电流单位的电流作为C的分数(或乘数)。一般地，最高以1C执行充电。对于容量为700mAh的锂电池，电池充电大约需要1.5小时。然而，此充电方法需要在通风良好且标准温度大约25℃的地方，在适宜充电器的充电容量的条件下充电。前述传统电池充电协议的缺点是当电池充电缓慢或电池内过度充电时，电池的电极板受损，缩短了电池寿命。通常，已做出的研究主要是通过提高诸如输出量的电池性能来实现快速充电。
技术实现思路
技术问题本公开涉及提供一种用于为电池快速充电和延长电池寿命的方法和设备。技术方案为达到所述目的，按照本公开的电池充电方法来为电池充电，该电池充电方法开始于高于1C的初始充电率(C-率)，且阶梯式地降低充电率以防止电池的负极电势下降到0V或更低。初始充电率可从1.5C到5C。初始充电率可从1.5C到3C。按照本公开的电池充电方法包括：在每一不同充电率下测量电池的负极电势作为充电状态(SOC)的函数来获取数据的步骤；从获取的数据中获得协议的步骤，其中该协议阶梯式地改变充电率以防止电池的负极电势下降到0V或更低；和按照协议为电池充电的步骤。该数据获取步骤中的充电率可在0.25C～5C的范围内。该数据获取步骤中的充电率可在0.25C～3C的范围内。该数据获取步骤中的充电率可在0.25C～1.5C的范围内。该协议可包括在以每一充电率完成充电后，阶梯式地降低充电率(进而降低充电电流)和充电电压信号。按照本公开的电池充电设备包括：被配置以将从标准电源输入的充电电压输出的电源单元；和被配置以将从该电源单元输入的充电电压作为为电池充电的充电电流而输出到该电池的电池充电单元，且当该电池的充电电压达到预设阶梯，该电池充电单元被配置以改变充电电流，从而使得输出到该电池的充电电流被控制为阶梯式改变，其中该电池充电单元按照协议以阶梯式控制的充电电流来为电池充电，该协议阶梯式地改变充电率以防止电池的负极电势下降到0V或更低。有益效果根据本公开，按照协议以阶梯式控制的充电电流来为电池充电，该协议阶梯式地改变充电率以防止负极电势下降到0V或更低。可通过用于防止负极电势下降到0V或更低的标准来防止电池负极上镀锂的产生，进而延长电池寿命并实现快速电池充电。附图说明附图示出了本公开的优选实施例以及上述公开内容，用于为本公开的技术精神提供进一步的理解，因此，本公开不被解释为局限于所述附图。图1为按照本公开的电池充电方法的流程图。图2示出了作为充电率的函数的负极电势以及基于协议充电期间的负极电势。图3示出了用按照本公开的方法为电池充电时，充电率(充电电流)随时间变化的图表。图4为按照本公开使用阶梯式降低的充电电流的充电方法和传统CC-CV充电法的电池寿命对比图表。具体实施方式在下文中，本公开的优选实施例将结合附图得到具体说明。然而，本公开不限于下文公开的实施例，且将实施为各种不同形式，且此实施例仅供于充分公开本公开之用，且帮助本领域普通技术人员充分完整地理解本专利技术。以恒定电流模式充电的最棘手的问题是由负极表面镀锂引起的电池退化。镀锂更倾向于在充电电流密度(充电率或充电电流)增大和温度降低时产生，为防止镀锂，如果降低充电电流密度，就达不到目标充电速度。本公开可提供在防止电池内产生镀锂的同时缩短充电时间的技术。当负极电势为0V或更低时，会产生镀锂。因此，本公开通过3电极-电池测试来测量负极电势作为充电电流的函数，且当用每个电流充电时，用数字来定量表示不产生镀锂的充电限度。此外，经由该测试，通过在阶梯式地降低充电电流且控制充电率以防止负极电势降低到0V或更低的同时为电池充电，提供了防止产生镀锂和减少充电时间的多阶梯充电技术。图1为按照本公开的电池充电方法的流程图。参考图1，执行在每一不同充电率下测量电池的负极电势作为SOC的函数来获取数据的步骤(s1)。例如，通过3电极-电池测试来测量所述负极电势作为充电电流的函数。其中“C”代表以A·h为电荷单位(常用Q表示)的电池容量，选择以安培为单位的电流作为C的分数(或乘数)。例如，1C充电率是充满电的电池容量在1小时内被耗尽或充满的充电/放电速度，1C充电率也被称为该时刻的电流密度。近来，随着电子设备的功能多元化，设备在预定时间内需要使用的电流量大量增加。相应地，作为其能量来源的电池需要更高的性能。以移动电话为例，它们中大多数过去需要C/2的充电速度和放电速度，但将来，这些功能会得到进一步提升，需要与1C的充电率和放电率相适应的性能。目前，笔记本电脑的电池、EV和PHEV需要类似的充电率和更高的放电率。充电率高于1C从快速充电的角度来说是理想的。然而，高电流连续充电往往伴随着电池内部高温热量的产生，且由于电池的电阻，各电极可能处于过压状态。因此，充电率的设定应考虑到电池的类型和特性。在数据获本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种为电池充电的电池充电方法，所述电池充电方法开始于高于1C的初始充电率，且阶梯式地降低充电率以防止电池的负极电势下降到0V或更低。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.30 KR 10-2014-0149420;2015.08.03 KR 10-2011.一种为电池充电的电池充电方法，所述电池充电方法开始于高于1C的初始充电率，且阶梯式地降低充电率以防止电池的负极电势下降到0V或更低。2.根据权利要求1所述的电池充电方法，其中所述初始充电率为1.5C到5C。3.根据权利要求1所述的电池充电方法，其中在充电期间所述负极电势为0V的SOC，以降低的充电率执行下一阶梯充电，且执行此阶梯直至SOC达到80％。4.一种电池充电方法，包括：在每一不同充电率下测量电池的负极电势作为SOC的函数来获取数据的步骤；从所获取的数据中获得协议的步骤，其中所述协议阶梯式地改变充电率以防止电池的负极电势下降到0V或更低；和按照所述协议为电池充电的步骤。5.根据权利要求4所述的电池充电方法，其中所述数据获取步骤中的充电率在0.25C～5C的范围内。6.根据权利要求5所述的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：河定昊，金孝美，李赫武，吴松澤，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国,KR