为可充电电池充电的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及为可充电电池(特别是锂离子电池)充电的方法。本发明专利技术还涉及为这种电池充电的装置。为了提供给基于锂的电池充电的方法和装置，其中该装置中任选地使用了电池的电容，充电时间急剧缩短，电池使用寿命延长和/或可以增加电池的电容，本发明专利技术的方法包括以下步骤：给电池脉冲充电，其中充电脉冲(31)期间充电电流IL超过电池的标称充电电流ILmax；以及利用负载脉冲(32)在充电脉冲(31)之间对电池放电。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】为可充电电池充电的方法和装置本专利技术涉及一种为可充电电池充电的方法，特别是锂离子电池或基于锂的电池。而且，本专利技术涉及为这种电池充电的装置。在基于再生能源(特别是通过光伏装置或风能)生产电能的过程中，再定向(reorientation)越来越需要足够的所产生能量的存储,从而按需要且当需要时可获得存储的电能。此外，便携式电池操作装置的数量显著增加，它们由可充电电池组或电池驱动，特别用于通信和建筑业中。对于这些装置，可充电电池组的容量构成了基本的功能特征。一方面，影响可充电电池容量的因素是几何尺寸，传统上通过增大电池或电池组的几何尺寸来实现。另一方面，耐久性或最大可能充电循环数也起很大作用，因为对于常用的电池组操作的装置，电池组或电池是最先不能使用的，即，就这些装置的部件的耐久性而言，可充电电池组或电池是具有最短使用寿命的部件之一。当涉及到有关混合动力或电动汽车的非常快速发展的电动机动车领域时，可充电电池/电池组/存储模块的诸如容量、耐久性和充电时间等特性也是特别重要的。同样，可充电电池的几何尺寸和重量起非常重要的作用。最近数月，锂离子电池已被证明在众多可充电电池中是特别有优势的，因为其具有长预期使用寿命，并且与其他技术相比，其充电循环数高。锂离子电池相比于其他技术电池还具有闻的存储容量。对于锂离子电池，该电池根据其设计最多被放电至其容量的30%，换言之，存储在电池中的30%的固有能量不能被使用者利用，因为电池放电至低于30%的阈值将导致该锂电子电池的无法挽回的毁坏。如果电池被放电至低于该阈值，离子可脱离电极材料(Cu、Al)，从而毁坏电极。此外，电池(包含当今锂离子电池)不能充电超过其容量的80%，因为如果电池被充点至100%，则需要指数级的更长时间，因为当达到充电终止电压时电流通常受到限值的限制，因而容量的最后20%在较低的电流强度下充电，因而就所耗费时间来说，较少的能量被存储或加载到电池中。因此，对于可充电电池的传统技术而言，电池的固有容量未被利用。US5, 481, 174描述了一种为锂电子电池充电的方法,其中使用了正脉冲和负脉冲，其中在达到预设的最大电压后，正电流脉冲的高度被降低，从而导致长的充电过程。基于这种情况，本专利技术提出一种用于给基于锂的电池充电的方法或装置，利用该方法，电池的容量被优化使用，死充电时间(die charging time)被急剧缩短，电池的耐久性被延长，和/或电池的容量可能增加。本专利技术是基于比传统方法更快和/或更满地给可充电电池充电的构思而实现的。为此，提供了充电准备期，其中可充电电池被准备或激活用于脉冲充电期。为实现上述目标，仅需要的可能即是所专利技术的充电准备期。同样，为实现上述目标，仅需要的期间可能即是所述脉冲充电期。所专利技术的脉冲充电期首先被详细描述。在脉冲充电期，使用脉冲充电过程，其中电池以充电电流込被充电，该充电电流超过电池的允许的标称充电电流Itaax。脉冲充电电流込由正脉冲和负脉冲组成。脉冲充电方法相对电流来描述。相关的电压特性参考附图来解释。负脉冲构成电池上的预定负载，换句话说，电池释放能量，或电流向相反方向流动。当正脉冲被称为充电脉冲时，负脉冲可称为负载脉冲或应力脉冲(stress pulse)。有时也使用术语反向脉冲。由于施加了比允许的标称充电电流更高的充电电流，电池中能量的存储以比施加标称充电电流更快的速度进行。因此，充电过程中更多的离子从一个电极传输到另一个电极，在施加了负载时电子会反向迁移。如果以高于允许的标称充电电流的充电电流进行能量存储，并连续进行较长的时间段，电池会被加热，安全机构(PTC、熔断、脱气阀、平衡器)会中断这种充电过程。连续充电的效应在于，枝晶在电极上连续累积，这样一方面增加了电池的内阻，导致电池的电压升高，另一方面，由于枝晶的数量不断增加，可能的充电循环数降低了。但是，本专利技术提出了在充电脉冲后具有负载脉冲。在该负载脉冲期间，电池中的电流向相反方向流动，因为电池再次释放能量。因此，充电脉冲期间累积的剩余物(remanence)在之后的负载脉冲期间被减少。负载脉冲的作用在于去除充电脉冲期间累积的枝晶或晶体。该晶体或枝晶会导致电池中阴极和阳极间的隔离器被刺穿，最严重的情况下，这会导致短路。负载脉冲使得累积的晶体被重复地去除。因此，在下一个充电脉冲期间，电池可被以高于允许的充电脉冲的充电脉冲来充电，而不会变得过热。正脉冲期间较高的充电电流使得比利用常规充电方法更多的能量被存储在电池中。随后的负载脉冲抵消了枝晶的持续形成，使得电池能够再次以更高的充电电流充电。负载脉冲的高度低于充电脉冲，或者换句话说，负载脉冲期间的绝对电流强度较小。因此，隔离器中的通道被冲刷以用于离子交换，因而，由于较高的充电电流，电池中仍保留逐渐增加量的能量。由于本专利技术的短的高充电电流和随后的负载脉冲，隔离器被格式化(formatted)。一方面，这阻止了锂在其中一个电极上的不均匀的分布或沉积。此外，短的充电脉冲和负载脉冲，阻止了电池的温度的上升。因为脉冲在两个电流方向上都是短的，电极处的温度无法升高。此外，电极处温度的可能的上升也可在脉冲之间的时间被再次降低。温度升高会导致电极处的不均匀电阻分布，最终导致锂在电极处的不均匀沉积。在电池中，接线端子通常彼此成对角线排布，S卩，电极中的线路电阻是不同的，特别是在缠绕型电池中尤其如此。对于长和短的充电电流(以及缓慢脉冲充电电流)，锂离子试图朝最小电阻方向迁移，即，它们不是尝试采取到相对电极的最短路径，而是直接迁移至相对极的接线端子。但是，这样的效果是锂不均匀地沉积在电极上。但是，锂在电极上的不均匀沉积导致使用寿命的降低以及电池容量的减少，因为整个电极表面不再能用于化学反应。但是，由于短的充电脉冲以及增加的充电电流，并且由于存在负载脉冲，离子没有时间寻找具有最短电阻的路径，而必须选择电极之间的最短路径，因而整个电极长度可用于离子交换，并且锂的沉积在电极之间保持均匀分布。优选地，充电脉冲期间的充电电流大于电池的标称充电电流的1.5倍，例如两倍于标称充电电流，或者更大。充电电流可为标称充电电流的不超过5倍。脉冲充电期期间供应的充电电流或放电电流仅受限于双向电流流动方向中的PTC，PTC的传导率取决于温度。根据电池的设计，PTC被配制成使得它对应于标称充电电流的5倍或10倍。如果更大的电流流动，PTC会中断电流流动。在特定充电时间后(相应地，在许多充电脉冲后)，电池的电压Uz超过充电脉冲期间的充电终止电压队_。对于常规电池，电流此时会被限制，例如5，481，174即为这种情况。但是，根据本专利技术，在达到充电终止电压Utaax时，充电电流不被限制。换句话说，电池电压进一步上升超过充电终止电压Uljnax，而充电电流的水平在充电脉冲期间被维持。对于常规充电方法，当达到电池容量的约80%时，电流被限制，因为随后已达到最大的充电终止电压队_。通过短的且高的充电脉冲以及所述负载脉冲，实现了电压增加超过最大的充电终止电压Utaax，因为特别是由于短的强脉冲，电池的温度没有增加，从而抵消了电极电阻的不均匀分布/电极上的锂沉积的不均匀分布。优选地，电池通过负载脉冲在正充电脉冲之间放电。如前所述,这导致所形成的的枝晶的移除。但是，其他充电模式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种为基于锂离子的可充电电池充电的方法，所述方法包括：‑为电池(140)脉冲充电，其中充电脉冲(31,34)期间的充电电流IL超过电池(140)的标称充电电流ILmax；以及‑电池(140)在充电脉冲(31)之间通过负载脉冲(32)被放电，其中负载脉冲(32)短于充电脉冲(31)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.11.30 DE 102011087496.81.一种为基于锂离子的可充电电池充电的方法，所述方法包括: -为电池(140)脉冲充电，其中充电脉冲(31，34)期间的充电电流込超过电池(140)的标称充电电流Itax ;以及 -电池(140)在充电脉冲(31)之间通过负载脉冲(32)被放电，其中负载脉冲(32)短于充电脉冲(31)。2.根据权利要求1所述的方法，其中充电脉冲(31，41)期间的充电电流L大于电池(140)的标称充电电流Iljnax的1.5倍，优选是标称充电电流Itaax的两倍或更大。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中充电脉冲(31，41)期间的充电电压队高于充电终止电压Utaax。4.根据权利要求1至3的任一项所述的方法，其中充电脉冲(31，41)期间的充电电流込的水平和/或负载脉冲(32，42)的高度取决于电池(140)的状态。5.根据权利要求4所述的方法，其中充电脉冲(31，41)和/或负载脉冲(32，42)期间的电流水平根据电池(140)的内阻和/或电池的温度设定。6.根据权利要求1-5的任一项所述的方法，其中在负载脉冲(32，42)期间，最大为标称充电电流Itax的20 - 25 %的放电电流Last在流动。7.根据权利要求1-6的任一项所述的方法，其中充电电流L的水平在连续的充电脉冲(31，41)中是变化的，和/或放电电流Last的水平在连续的负载脉冲(32，42)中是变化的。8.根据权利要求1-7的任一项所述的方法，其中在至少一个负载脉冲(32，42)和/或一个充电脉冲(31，41)期间，在电池(140)上进行电压测量，优选在所有负载脉冲/充电脉冲期间都进行电压测量。9.根据权利要求1-8的任一项所述的方法，其中持续地或周期性地测量电池的电压Uz和/或温度T。10.根据权利要求8或9所述的方法，其中当超过电池(140)的预定电压时，终止充电操作，和/或其中当超过电池的预定温度(Tmax)时，终止充电操作。11.根据权利要求1-10的任一项所述的方法，其中根据电压测量值为随后的充电脉冲(31，41)设定充电电流込的水平，其中如果在负载脉冲期间(32，42)电池的电压Uz高于预定值，那么充电电流L在下一个充电脉冲中被降低。12.根据权利要求1-11的任一项所述的方法，其中根据电压测量值为随后的负载脉冲(32，42)设定放电电流I^t的水平，其中如果在负载脉冲期间(32，42)电池的电压Uz高于预定值，那么放电电流kast在下一个负载脉冲中被降低。13.根据权利要求1-12的任一项所述的方法，其中负载脉冲(32，42)的长度对应于充电脉冲(31，41)的长度的约一半。14.根据权利要求1-13的任一项所述的方法，其中在达到预定数量(η)的负载脉冲(32，42)后并且在这些负载脉冲中测量的电压Uz对应于电池的充电终止电压Utaax，则电池的充电完成。15.根据权利要求1-14的任一项所述的方法，其中在充电脉冲(31，41)期间达到充电终止电压Utaax后，负载比达到充电终止电压U...

【专利技术属性】
技术研发人员：约格·海姆佩尔，
申请(专利权)人：H科技公司，
类型：发明
国别省市：列支敦士登;LI