用于调整二次电池的充电条件的设备和方法技术

公开的是一种用于调整二次电池的充电条件的设备和方法。用于调整充电条件的所述设备包括控制器，所述控制器被配置为：从所述二次电池的电流测量单元和温度测量单元接收测量结果的输入，以确定充电电流值和当前温度值；通过使用预定义的热力学计算方程来确定在预设参考时间内将所述二次电池的所述温度从所述当前温度升高至阈值温度所需的预测过热量；确定通过充电生成所述预测过热量所需的预测充电电流；确定在所述预测充电电流流过所述二次电池的等效电路时所预期的预测充电电压；并且当满足所述预测充电电压低于预设上限充电电压的条件时，调整所述上限充电电压，从而使得所述上限充电电压降低至所述预测充电电压。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于调整二次电池的充电条件的设备和方法
本公开涉及一种用于调整充电条件，从而使得通过在对二次电池进行充电时预先预测该二次电池的温度上升来将充电导致的发热量维持在适当水平，的设备和方法。本申请要求2015年8月21日在韩国提交的韩国专利申请第10-2015-0118167号的优先权，其公开内容通过引用并入本文。
技术介绍
二次电池通过电化学氧化还原反应来生成电能，并且广泛用于各种目的。二次电池的使用范围逐渐扩大。例如，二次电池用于由人手携带的设备(诸如，移动电话、膝上型计算机、数码相机、摄像机、平板计算机、和电动工具)、各种电力驱动的电源设备(诸如，电动自行车、电动摩托车、电动汽车、混合动力汽车、电动船、和电动飞机)、用于存储通过新的再生能量生成的电力或者剩余的能量生成的电力的电力存储设备、和用于向各个种类的信息通信设备(包括用于通信的服务器计算机和基站)稳定供电的不间断电源系统。二次电池的充电方法根据应用的目的而变化。用于手持终端(诸如，智能电话或者移动电话)的小型二次电池由独立的充电器进行充电。而且，用于电力驱动的电源设备的大型二次电池由电源设备本身产生的电力进行充电。例如，安装在电动汽车或者混合动力汽车上的大型二次电池由与发动机连接的发电机产生的电力或者在汽车降低其速度时产生的再生电力来进行充电。二次电池在被充电时生成热量。在充电过程中生成的大部分热量是由二次电池的内阻生成的焦耳热量。可以通过传导或者对流来将热量散发到二次电池的外界。然而，当从二次电池生成的热量大于散发到外界的热量时，二次电池内部持续积聚热量，并且因此，二次电池的温度持续上升。当二次电池的温度过度上升时，二次电池的寿命减少。二次电池的过热使参与电化学反应的化学物质的性质恶化或者导致电池内的聚合物材料受到热量的伤害而产生物理转化。例如，当二次电池过热时，阳极与阴极之间的多孔聚合物分离层软化并且一些孔闭合，这可能升高二次电池的内阻。内阻的上升充当减少二次电池的充电容量的主要因素。因此，当二次电池的温度超过预先设置的阈值温度时，需要进行适当的温度降低管理。可以通过冷却机构来控制二次电池的温度。例如，将水冷式或者风冷式冷却装置耦合至二次电池，并且当二次电池的温度过度升高时，可以通过操作耦合的冷却装置来将二次电池的温度降低至适当水平。然而，在安装有二次电池的装置或者设备的空间较窄的情况下，冷却装置无法耦合至二次电池。例如，当将二次电池安装在小型电动汽车上时，为二次电池的安装提供狭窄空间，并且通过安装二次电池，应该最小化质量增加。因此，难以只在一定程度上占用体积和质量将二次电池耦合至冷却装置。针对在上述情况下使用的二次电池，需要用于通过增加二次电池的暴露于空气的面积来有效地散发在充电过程中生成的热量的结构设计技术。然而，仅利用二次电池的结构设计来将二次电池的温度降低至适当水平存在限制。即使当将从二次电池生成的热量散发到大气中时，也可能发生引起热量积聚的情况。因此，本公开的专利技术人已经认识到需要动态地改变充电条件的附加补充技术，从而使得需要在二次电池的充电过程期间，将二次电池的温度维持在适当水平。
技术实现思路
技术问题本公开被设计为解决相关领域的问题，并且因此，本公开旨在提供一种在不管耦合至二次电池的冷却机构的情况下通过根据二次电池的温度可变地控制充电条件来将二次电池的温度维持在适当水平耦合的设备和方法。技术方案在本公开的一个方面中，提供了一种用于调整二次电池的充电条件的设备，该设备包括：电流测量单元，该电流测量单元被配置为测量二次电池的充电电流；温度测量单元，该温度测量单元被配置为测量二次电池的当前温度；以及控制器，该控制器耦合至电流测量单元和温度测量单元，其中，控制器被配置为从电流测量单元和温度测量单元接收测量结果以确定充电电流值和当前温度值，确定能够通过二次电池的内阻生成作为焦耳热量的、在预设参考时间内将二次电池的温度从当前温度升高至阈值温度所需的热量的预测充电电流，确定在预测充电电流流过二次电池的等效电路时所预期的预测充电电压，并且当满足预测充电电压低于预设上限充电电压的条件时，调整上限充电电压，从而使得该上限充电电压降低至预测充电电压。优选地，该设备可以进一步包括：开关装置，该开关装置被提供至二次电池的充电电流所流过的路径；以及电压测量单元，该电压测量单元被配置为测量二次电池的充电电压，其中，控制器被耦合至开关装置和电压测量单元。优选地，可以将控制器被配置为从电压测量单元接收测量结果以确定二次电池的充电电压值，并且当该充电电压值与预测充电电压对应时，通过断开开关装置来切断对二次电池的充电。等效电路可以包括全部被串联连接的串联电阻器、至少一个RC电路、和根据二次电池的荷电状态来改变其电压的开路电压源。控制器可以通过下面的方程来计算预测充电电压。V＝OCV(z)+i*R0+V0*exp(-t/RC)+i*R*(1-exp(-t/RC))(其中，i为流过二次电池的等效电路的电流，R0为串联电阻器的电阻值，R为包括在RC电路中的电阻器的电阻值，C为包括在RC电路中的电容器的电容值，V0为由RC电路生成的初始电压值，z为二次电池的荷电状态，并且OCV(z)为与荷电状态对应的开路电压)。该设备可以进一步包括存储器单元，该存储器单元存储荷电状态-开路电压查找表，被配置为通过荷电状态来查找开路电压，其中，控制器可以通过经由电流测量单元周期性地测量二次电池的充电电流或者放电电流并且使用库仑计数方法将所测得的电流值相加来确定二次电池的荷电状态，并且通过由荷电状态-开路电压查找表对应于所确定的荷电状态来对开路电压进行映射来确定二次电池的开路电压。根据本专利技术的一个方面，该设备可以进一步包括外部温度测量单元，该外部温度测量单元被配置为测量二次电池的外部温度，其中，控制器通过使用外部温度测量单元来确定二次电池的外部温度值，基于下面的方程来确定在预设时间内将二次电池的温度从当前温度升高至预设阈值温度所需的预测过热量Q*，计算能够经由二次电池的内阻生成作为焦耳热量的预测过热量Q*的电流值，并且将所计算出的电流值确定为预测充电电流。Q*＝{T*-(Tc-Tamb)exp[-t*/mCpRth]+Tamb}/{Rth(1-exp[-t*/mCpRth])}(其中，T*为预设阈值温度，t*为参考时间，Tc为由温度测量单元测得的二次电池的当前温度，Tamb为由外部温度测量单元测得的二次电池的外部温度，Rth为二次电池与外界之间的预设热阻值，Cp为在二次电池的恒压下的预设比热，并且m为二次电池的质量)。根据本专利技术的另一方面，该设备可以进一步包括外部温度测量单元，该外部温度测量单元被配置为测量二次电池的外部温度，其中，控制器通过使用外部温度测量单元来确定二次电池的外部温度值，并且通过向下面的方程的电流变量I应用二分算法来确定与近似满足下面的方程的解对应的电流值作为预测充电电流。(其中，T*为预设阈值温度，t*为参考时间，Tc为由温度测量单元测得的二次电池的当前温度，Tamb为由外部温度测量单元测得的二次电池的外部温度，Rth为二次电池与外界之间的预设热阻值，Cp为在二次电池的恒压下的预设比热，m为二次电池的质量，并且R为二次电池的内阻)。优选地，当预测充电电压等于或者本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于调整二次电池的充电条件的设备，所述设备包括：电流测量单元，所述电流测量单元被配置为测量所述二次电池的充电电流；温度测量单元，所述温度测量单元被配置为测量所述二次电池的当前温度；以及控制器，所述控制器耦合至所述电流测量单元和所述温度测量单元，其中，所述控制器被配置为：从所述电流测量单元和所述温度测量单元接收测量结果以确定充电电流值和当前温度值，确定能够通过所述二次电池的内阻生成作为焦耳热量的、在预设参考时间内将所述二次电池的所述温度从所述当前温度升高至阈值温度所需的热量的预测充电电流，确定在所述预测充电电流流过所述二次电池的等效电路时所预期的预测充电电压，并且当满足所述预测充电电压低于预设上限充电电压的条件时，调整所述上限充电电压，从而使得所述上限充电电压降低至所述预测充电电压。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.21 KR 10-2015-01181671.一种用于调整二次电池的充电条件的设备，所述设备包括：电流测量单元，所述电流测量单元被配置为测量所述二次电池的充电电流；温度测量单元，所述温度测量单元被配置为测量所述二次电池的当前温度；以及控制器，所述控制器耦合至所述电流测量单元和所述温度测量单元，其中，所述控制器被配置为：从所述电流测量单元和所述温度测量单元接收测量结果以确定充电电流值和当前温度值，确定能够通过所述二次电池的内阻生成作为焦耳热量的、在预设参考时间内将所述二次电池的所述温度从所述当前温度升高至阈值温度所需的热量的预测充电电流，确定在所述预测充电电流流过所述二次电池的等效电路时所预期的预测充电电压，并且当满足所述预测充电电压低于预设上限充电电压的条件时，调整所述上限充电电压，从而使得所述上限充电电压降低至所述预测充电电压。2.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括：开关装置，所述开关装置被提供至所述二次电池的所述充电电流所流过的路径；以及电压测量单元，所述电压测量单元被配置为测量所述二次电池的充电电压，其中，所述控制器被耦合至所述开关装置和所述电压测量单元，并且所述控制器接收所述电压测量单元的测量结果以确定所述二次电池的充电电压值，并且当所述充电电压值与所述预测充电电压对应时，通过断开所述开关装置来切断对所述二次电池的所述充电。3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述等效电路包括全部被串联连接的串联电阻器、至少一个RC电路、和根据所述二次电池的荷电状态来改变其电压的开路电压源。4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述控制器通过下面的方程来计算所述预测充电电压：V＝OCV(z)+i*R0+V0*exp(-t/RC)+i*R*(1-exp(-t/RC))其中，i为流过所述二次电池的所述等效电路的电流，R0为所述串联电阻器的电阻值，R为包括在所述RC电路中的电阻器的电阻值，C为包括在所述RC电路中的电容器的电容值，V0为从所述RC电路生成的初始电压值，z为所述二次电池的荷电状态，并且OCV(z)为与所述荷电状态对应的开路电压。5.根据权利要求4所述的设备，其进一步包括存储器单元，所述存储器单元存储荷电状态-开路电压查找表，被配置为通过荷电状态来查找开路电压，其中，所述控制器通过经由所述电流测量单元周期性地测量所述二次电池的充电电流或者放电电流并且使用库仑计数方法将所测得的电流值相加来确定所述二次电池的所述荷电状态，并且通过由所述荷电状态-开路电压查找表对应于所确定的所述荷电状态来对所述开路电压进行映射来确定所述二次电池的开路电压。6.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括外部温度测量单元，所述外部温度测量单元被配置为测量所述二次电池的外部温度，其中，所述控制器通过使用所述外部温度测量单元来确定所述二次电池的外部温度值，基于下面的方程来确定在预设时间内将所述二次电池的所述温度从所述当前温度升高至预设阈值温度所需的预测过热量Q*，计算能够经由所述二次电池的内阻生成作为焦耳热量的所述预测过热量Q*的电流值，并且将所计算出的电流值确定为所述预测充电电流：Q*＝{T*-(Tc-Tamb)exp[-t*/mCpRth]+Tamb}/{Rth(1-exp[-t*/mCpRth])}其中，T*为预设阈值温度，t*为参考时间，Tc为由所述温度测量单元测得的所述二次电池的当前温度，Tamb为由所述外部温度测量单元测得的所述二次电池的外部温度，Rth为所述二次电池与外界之间的预设热阻值，Cp为在所述二次电池的恒压下的预设比热，并且m为所述二次电池的质量。7.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括外部温度测量单元，所述外部温度测量单元被配置为测量所述二次电池的外部温度，其中，所述控制器通过使用所述外部温度测量单元来确定所述二次电池的所述外部温度值，并且...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐世旭，孙商逸，高友涵，林振馨，崔容硕，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国,KR