锂离子电池中进行快速充电和检测镀锂的方法技术

当使镀锂(LP)最小化时对电池进行快速充电的方法包括：在第一阶段中以接近最大的充电电流对电池进行充电，随后在第二阶段中通过在充电时减小充电电流对电池进行充电以便保持阳极电势等于或高于阳极电势阈值，并且随后在第三阶段中以恒定的电池电势对电池进行充电使得阴极电势保持低于阴极电势阈值。LP可以通过确定充电电流的导数并检查平滑的曲线的导数或局部不连续性来检测，其中平滑的曲线指示没用出现LP并且具有局部不连续性的曲线指示出现LP。快速充电曲线可以通过绘制来自第一阶段、第二阶段和第三阶段的电池电势与充电电流来限定以限定快速充电曲线。

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池中进行快速充电和检测镀锂的方法
技术介绍
锂离子电池描述了一类可再充电的电池，其中锂离子在负极(即，阳极)与正极(即，阴极)之间移动。液体和聚合物电解质可以促进锂离子在阳极与阴极之间的移动。由于其较高的能量密度和进行连续充电和放电循环的能力，因此锂离子电池在国防、汽车和航空应用的普及方面正在增长。锂基电池正在发现越来越多地用于为汽车中的电动机和其它设备提供电力和为其它消费设备提供电力。需要较高能量容量的锂离子电池来用于为驱动汽车车轮的电动机提供电力，并且在许多这种应用中使用了多单元高电压的锂离子电池。在这种应用中使用这种电池需要电池的电化学单元连续地进行放电和再充电。
技术实现思路
提供了快速充电锂电池的方法。锂电池可以包括阳极、经由电路电连接到阳极的阴极、和与阳极和阴极接触的含锂离子电解质。电池可以通过将电流从电源导向到电路进行充电。这些方法可以包括：在第一阶段中以接近最大的充电电流对电池进行充电，随后在第二阶段中通过在充电时减小充电电流对电池进行充电以便保持阳极电势等于或高于阳极电势阈值，并且随后在第三阶段中对电池进行充电使得阴极电势保持低于阴极电势阈值。接近最大的充电电流可以通过电池硬件和/或外部充电硬件的限制来确定。在第二阶段期间，阳极电势可以保持基本上恒定在接近于但不低于最小的阳极电势阈值。当阳极电势达到阳极电势阈值时，第一阶段可以结束。当电池电势达到最大的电池电势阈值时，第二阶段可以结束。在第三阶段期间，电池电势可以保持基本上恒定。在第三阶段期间进行充电时可以减小充电电流使得阴极电势保持接近于但不高于阴极电势阈值。该方法可以进一步包括随后在第四阶段中在充电电流达到最小值时结束电池充电并且保持电池处于开路状态。该方法可以进一步包括通过首先在第二阶段或第三阶段中的一个或多个阶段期间测量充电电流来确定最小的阳极电势阈值，确定测量的充电电流相对于时间的导数，并且在第二阶段和/或第三阶段上检查导数数据以确定导数数据是否出现平滑的曲线或具有局部不连续性的曲线。平滑的曲线可以指示没有出现镀锂并且具有局部不连续性的曲线可以指示出现镀锂，其次迭代地实施该电池充电方法，如果在先前迭代期间发生镀锂则使用比先前迭代更高的阳极电势阈值，或者如果在先前迭代期间没有发生镀锂则使用比先前迭代更低的阳极电势阈值。该方法可以进一步包括测量电池的特征电势，确定测量的电势相对于时间或电量的导数，并且在第一阶段、第三阶段和/或第四阶段上检查导数数据。该电池的测量的特征电势可以是阳极电势、阴极电势和/或电池电势中的一种或多种。提供了确定在对电池进行充电时是否发生镀锂的方法。电池可以包括阳极、经由电路电连接到阳极的阴极、和与阳极和阴极接触的含锂离子电解质。电池可以通过将电流从电源导向到电路进行充电。这些方法可以包括：在第一阶段中以接近最大的充电电流对电池进行充电，随后在第二阶段中通过在充电时减小充电电流对电池进行充电以便保持阳极电势等于或高于阳极电势阈值，并且随后在第三阶段中对电池进行充电使得阴极电势保持低于阴极电势阈值，可选地随后在第四阶段中在充电电流达到最小值时结束电池充电并保持电池处于开路状态，在第二阶段和第三阶段中的一个或多个阶段期间测量充电电流，确定测量的充电电流相对于时间的导数，并且在第二阶段和/或第三阶段上检查导数数据以确定导数数据是否出现平滑的曲线或具有局部不连续性的曲线。平滑的曲线可以指示没有出现镀锂，并且具有局部不连续性的曲线可以指示出现镀锂。该方法可以进一步包括测量电池的特征电势，确定测量的电势相对于时间或电量的导数，并且在第一阶段、第三阶段和/或第四阶段上检查导数数据。电池的测量的特征电势可以包括阳极电势、阴极电势、和/或电池电势。可以对电池的测量的特征电势进行IR补偿。提供了限定锂电池的快速充电曲线的方法。电池可以包括阳极、经由电路电连接到阳极的阴极、和与阳极和阴极接触的含锂离子电解质。电池可以通过将电流从电源导向到电路进行充电。这些方法可以包括在三个阶段(或可选地四个阶段)期间校准电池充电，在第一阶段中以接近最大的电流对电池进行充电直到电池阳极电势基本上达到最小的阳极电势阈值，随后在第二阶段中在对电池进行充电时减小充电电流，使得阳极电势保持基本上接近于但不低于最小的阳极电势阈值，随后在第三阶段中以基本上恒定的电池电势对电池进行充电并连续地减小充电电流，使得阴极电势不超过阴极电势阈值，在第一阶段、第二阶段和第三阶段期间测量相对于时间的电池电势，在第一阶段、第二阶段和第三阶段期间测量相对于时间的充电电流，并且绘制测量的电池电势与测量的充电电流以限定快速充电曲线。该方法可以进一步包括通过首先在第二阶段或第三阶段中的一个或多个阶段期间测量充电电流确定最小的阳极电势阈值，确定测量的充电电流相对于时间的导数，并且在第二阶段和/或第三阶段上检查导数数据以确定导数数据是否出现平滑的曲线或具有局部不连续性的曲线，其次如果在先前迭代期间发生镀锂则使用比先前迭代更高的阳极电势阈值来迭代地实施该电池充电方法，或者如果在先前迭代期间没有发生镀锂则使用比先前迭代更低的阳极电势阈值。平滑的曲线可以指示没有出现镀锂，并且具有局部不连续性的曲线可以指示出现镀锂。该方法可以进一步包括通过使数据阶梯式步进来修改快速充电曲线以对于连续的时间段而言以谨慎且下降的充电电流进行充电。该电池可以为电动或混合动力车辆提供电力。该方法可以进一步包括测量电池的特征电势，确定测量的充电电流相对于时间或电量的导数，并且在第一阶段、第三阶段和/或第四阶段上检查导数数据。从示例性实施例的以下详细描述和附图中，示例性实施例的其它目的、优点和新颖特点将变得更加明显。附图说明图1示出了根据一个或多个实施例的锂电池单元；图2示出了根据一个或多个实施例的混合动力电动车辆的示意图；图3示出了根据一个或多个实施例的对锂电池进行快速充电的方法；图4示出了根据一个或多个实施例的在电池的快速充电期间所收集的锂电池数据的曲线图；图5示出了根据一个或多个实施例的确定在锂电池充电期间是否发生镀锂的方法；图6示出了根据一个或多个实施例的在电池的快速充电期间所收集的锂电池数据的曲线图；图7示出了根据一个或多个实施例的在电池的快速充电期间所收集的锂电池数据的曲线图；图8示出了根据一个或多个实施例的在电池的快速充电期间所收集的锂电池数据的曲线图；图9示出了根据一个或多个实施例的用于限定锂电池的快速充电曲线的方法；以及图10示出了根据一个或多个实施例的锂电池的快速充电曲线。具体实施方式本文中描述了本公开内容的实施例。然而，应该理解的是公开的实施例仅仅是示例，并且其它实施例可以采取各种且可替代的形式。这些图不一定是成比例的；一些特点可能被扩大或最小化以显示特定部件的细节。因此，本文中所公开的特定结构性和功能性细节不应当解释为限制性的，而仅仅是作为用于教导本领域技术人员以各种方式使用本专利技术的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解到，参照任何这些图之一所示出和所描述的各种特点可以与一个或多个其它图中所示特点进行组合以产生没有明确被示出或描述的实施例。所示特点的组合为典型的应用提供了代表性实施例。然而，与此公开内容的教导一致的特点的各种组合和修改对于特定的应用或实施方式可能是期望的。图1示出了包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对锂电池进行快速充电的方法，其中所述电池包括阳极、经由电路电连接到所述阳极的阴极、和与所述阳极和所述阴极接触的含锂离子电解质，并且其中所述电池通过将电流从电源导向到所述电路进行充电，所述方法包括：在第一阶段中以接近最大的充电电流对所述电池进行充电；随后在第二阶段中通过在充电时减小所述充电电流对所述电池进行充电以便保持所述阳极电势等于或高于阳极电势阈值；并且随后在第三阶段中对所述电池进行充电使得所述阴极电势保持低于阴极电势阈值。

【技术特征摘要】
2017.07.31 US 15/6647041.一种对锂电池进行快速充电的方法，其中所述电池包括阳极、经由电路电连接到所述阳极的阴极、和与所述阳极和所述阴极接触的含锂离子电解质，并且其中所述电池通过将电流从电源导向到所述电路进行充电，所述方法包括：在第一阶段中以接近最大的充电电流对所述电池进行充电；随后在第二阶段中通过在充电时减小所述充电电流对所述电池进行充电以便保持所述阳极电势等于或高于阳极电势阈值；并且随后在第三阶段中对所述电池进行充电使得所述阴极电势保持低于阴极电势阈值。2.一种限定锂电池的快速充电曲线的方法，其中所述电池包括阳极、经由电路电连接到所述阳极的阴极、和与所述阳极和所述阴极接触的含锂离子电解质，并且其中所述电池通过将电流从电源导向到所述电路进行充电，所述方法包括：在三个阶段、或可选地四个阶段中的校准电池充电期间：在第一阶段中以接近最大的电流对所述电池进行充电直到所述电池阳极电势基本上达到最小的阳极电势阈值；随后在第二阶段中在对所述电池进行充电时减小所述充电电流使得所述阳极电势保持基本上接近于但不低于所述最小的阳极电势阈值；随后在第三阶段中以基本上恒定的电池电势对所述电池进行充电并且连续地减小所述充电电流使得阴极电势不超过阴极电势阈值；在所述第一阶段、所述第二阶段和所述第三阶段期间测量相对于时间的电池电势；并且在所述第一阶段、所述第二阶段和所述第三阶段期间测量相对于时间的充电电流；并且绘制所述测量的电池电势与所述测量的充电电流以限定快速充电曲线。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其进一步包括首先确定所述最小的阳极电势阈值：在所述第二阶段和所述第三阶段中的一个或多个阶段期间测量所述电池的所述充电电流；确定所述测量充电电流相对于时间的所述导数；并且在所述第一阶段和/或所述第四阶段上检查所述导数数据以确定所述导数数据是否出现平滑的曲线或具有局部不连续性的曲线，其中平滑的曲线指示没有出现镀锂并且具有局部不连续性的曲线指示出现镀锂；并且其次：迭代地实施所述电池充电方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·J·科赫，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US