电池充电电路和方法技术

一种对电池充电的方法，所述方法包括如下步骤：向电池提供充电电流；在充电期间基本上连续地确定电池的特性；以及根据电池的确定特性改变充电电流的特性。

Battery Charging Circuit and Method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电池充电电路和方法
本专利技术的实施例涉及用于电池充电的方法和系统。
技术介绍
用于对电池再充电的基本电池充电系统(例如锂离子电池)通常向可再充电电池的终端施加恒定电功率或脉冲电功率。通常，用于锂离子电池的充电周期可以包括初始恒定电流操作，在初始恒定电流操作期间，将电池充电系统控制为在充电周期的第一时间段期间达到对电池的基本恒定的供应电流。一旦跨电池终端的电压已经达到预定水平，通常就将传统的电池充电系统控制为在充电周期的第二时间段(即充电周期的恒定电压操作)期间跨那些终端达到恒定电压或者甚至恒定功率。最终，一旦电池被基本完全充电，则或者充电周期终止，或者可以向电池提供偶尔的电功率供应来维持保养或备用操作，以补偿自我放电。大多数传统充电器在电池为充满电的60％至80％之间时从恒定电流切换到恒定电压或者甚至充电周期的恒定功率操作。不希望被理论所束缚，可以认为，经过再充电的电池的正电极到达电池的负电极的离子倾向于在插入到或朝向负电极的边界以前堆积起来，负电极朝向正电极(即在固态电解质的中间相(SEI)层)。可以认为，这种堆积使离子在负电极中的插入变缓，并且在电池中产生更高的电阻。传统充电也通常使得SEI层生长(即变厚)，当足够厚并且随后有很多充电周期时，SEI层的生长使得电池的充电容量减小，并且最终使得电池失效。传统电池充电系统使用相对复杂的电路，以便提供用于传统充电周期所需的恒定电压或者甚至是恒定功率和电流操作，并且需要额外电子电路以提供功率因子校正。这些复杂的电子电路使用很多相对昂贵的部件。
技术实现思路
因此，期望缓解与传统电池充电周期和系统相关联的一个或更多问题。这样，本专利技术的一方面提供用于电池充电的方法，所述方法包括如下步骤：向电池提供充电电流；基本上连续地在充电期间确定的电池特性；并且根据电池的确定特性改变充电电流的特性。通过基本上连续地测量电池的特性，随后供应到电池的充电电流基本实时地变化，以提供更加优化的电池充电电流，允许安全的电池充电时间的最小化。一般来说，可以确定多于一个的电池特性以提供有关电池状态的信息，该电池状态能够有助于确定所需的充电电流特性。可选地，充电电流具有振荡DC波形。可选地，充电电流具有脉冲DC波形。使用随时间变化的DC充电电流—例如这些能够允许特性(例如电池的内阻抗)更加容易地测得，而不中断充电过程。为了效率，波形的至少一部分具有基本上经整流的正弦波的形式。可选地，波形的至少一部分具有基本上为正弦平方波的形式。这些波形能够提供具有高功率因子而又易于生成的有利的电池充电。可选地，波形具有最小值，该最小值出现在小于约0.5安培的电流值处，优选为小于约0.1安培，更优选为约零安培的电流值处。通过具有约为零安培的最小值的波形，电池特性中的静态构建和/或内部电势上升的效果可以被减弱。可选地，从电流波形中确定该确定特性。电流波形相对直接地测量，并且能够用于确定电池的更多特性。可选地，至少以波形的频率来确定该确定特性。至少以基本上连续地提供对电池特性的监控的波形的频率来确定该特性，至少每个波形周期一次地确定这些特性。这允许频繁地或者基本上连续地更新充电电流，以防止电池的任何过载。可选地，在波形的上升部分期间确定这些确定特性。为了准确，通过在波形的最小值处开始测量来确定该确定特性。波形的最小值提供了用于测量的便利的起始点，并且能够导致特性中更大的测量变化，因此，减小了相对误差。可选地，在波形的下降部分期间确定该确定特性。除了在波形的上升部分期间以外还在波形的下降部分期间测量特性允许从不同的起始点来确定该特性，这能够帮助检测到或减小误差。可选地，以约为电压供应频率的整数倍的频率提供波形。以电源电压供应的整数倍提供波形能够导致更高的功率因子，提高充电的效率。可选地，以电源电压供应频率的约两倍的频率来提供波形能够提供更加有效的充电。可选地，将波形锁定为电源电压供应频率。通过提供锁定至电源频率的波形，以这种方式意味着基本上在相同的时间出现电流波形的最小值和电压波形的零值，能够提供更高的功率因子。可选地，根据电池处测量的电流变化以及测量的电压变化来确定电池内阻抗。这允许间接地测量内阻抗。可选地，电池的确定特性包括电池单元内阻抗。可选地，电池的确定特性包括最大电池单元阻抗。其中，电池包括多个电池单元，每个电池单元的电池单元阻抗可以不同。具有最高阻抗的电池单元将确定安全充电电流的限制。可选地，电池的确定特性包括电池温度。可选地，电池的确定特性包括电池单元温度。电池温度和/或电池单元温度能够指示有关电池状态和/或电池单元状态的信息，例如，当前使用的充电电流是否安全。可选地，变化的特性包括：电流平均值、电流最大值、电流幅度、占空比，和/或充电模式。改变电流的这些特性能够改变供应到电池的功率，将其保持在安全限制以内，同时将电池充电时间最小化。可选地，该方法还包括以下步骤：测量电池已被充电的时间，由此确定电池接收到的充电量。这允许监控电池的充电的状态。可选地，电池是锂离子电池。锂离子电池在各种不同的应用中使用。根据本专利技术的另一方面，提供的电池充电系统包括：电流源，能够适于向电池提供充电电流；以及控制单元，其中控制单元被配置为在充电期间基本上连续地确定电池的特性，其中控制单元被配置为根据电池的确定特性来变化充电电流的特性。控制单元允许充电电流基于基本上连续确定的电池特性而变化以提供充电电流，该充电电流的特性对充电有效同时还保持在安全限制以内，以便不会损坏电池。可选地，将充电电流提供为振荡DC波形。可选地，将充电电流提供为脉冲DC波形。使用随时间变化的DC充电电流使得这些电流能够允许例如电池的内阻抗的特性被更加容易地测量而不中断充电过程。可选地，波形的至少一部分具有基本上经整流的正弦波的形式。可选地，波形的至少一部分具有基本上为正弦平方的形式。这些波形能够提供有利的电池充电，同时简单易于生成。可选地，波形具有最小值，该最小值出现在小于约0.5安培的电流值处，优选为小于约0.1安培，更优选约为零安培。这能够减小电池特性的静态构建和/或内部电势上升的效果。为了效率，从电流波形确定该确定特性。电流波形相对地直接测量，并且能够用于确定电池的更多特性。为了安全，至少以波形的频率来确定这些确定特性中的一个或多个。可选地，至少以波形的频率的两倍来确定这些确定特性中的一个或多个。至少以波形的频率来确定该特性以基本上连续地提供对电池特性的监控，以每个波形周期最小一次的频率确定这些特性。这允许频繁地或者基本上连续地更新充电电流，以防止电池的任何过载。可选地，在波形的上升部分期间确定这些确定特性。为了准确，根据从波形的最小值处开始的测量来确定该确定特性。波形最小值提供用于测量的便利的起始点，并且能够导致更大的测量的特征变化，因此减小了相对误差。可选地，在波形的下降部分期间确定该确定特性。除了在波形的上升部分以外还在波形的下降部分期间测量特性允许从不同的起始点确定特性，这能够帮助检测到或减少误差。为了易于生成，以电压供应的整数倍的频率来提供波形。可选地，以电压供应的约两倍的频率来提供波形。可选地，将波形提供为锁定至电压供应的频率。这提供高功率因子，提升了效率。可选地，电流源包括回扫变换器。使用回扫变换器以产生能够减小或消除对大容本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在充电期间监控电池的内阻抗的方法，所述方法包括以下步骤：向所述电池提供随时间变化的电流；基本上连续地测量电流变化；基本上连续地测量相应的电压变化；以及从电流变化和相应的电压变化确定所述电池的所述内阻抗。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.21 EP 16386011.7;2016.07.25 GB 1612874.61.一种在充电期间监控电池的内阻抗的方法，所述方法包括以下步骤：向所述电池提供随时间变化的电流；基本上连续地测量电流变化；基本上连续地测量相应的电压变化；以及从电流变化和相应的电压变化确定所述电池的所述内阻抗。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述随时间变化的电流以振荡DC波形的形式提供。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述波形具有最小值，该最小值出现在小于约0.5安培的电流值处，优选为小于约0.1安培，更加优选为约零安培。4.根据权利要求2或3所述的方法，其中至少在所述波形的频率处确定所述阻抗。5.根据权利要求2至4中任意一项所述的方法，其中在所述波形的上升部分期间测量电流变化和/或电压变化。6.根据权利要求5所述的方法，其中在波形的最小值处开始测量电流变化和/或电压变化。7.根据权利要求2至6中任意一项所述的方法，其中在所述波形的下降部分期间测量电流变化和/或电压变化。8.一种对电池充电的方法，所述方法包括以下步骤：向所述电池提供充电电流；在充电期间基本上连续地确定所述电池的特性；以及根据所述电池的确定特性改变所述充电电流的特性。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述充电电流具有振荡DC波形。10.根据权利要求8所述的方法，其中所述充电电流具有脉冲DC波形。11.根据权利要求9或10所述的方法，其中所述波形的至少一部分具有基本上为整流后的正弦波的形式。12.根据权利要求9至11中任意一项所述的方法，其中所述波形的至少一部分具有基本上为正弦平方波的形式。13.根据权利要求9至12中任意一项所述的方法，其中所述波形具有的最小值出现在小于约0.5安培的电流值处，优选为小于约0.1安培，更加优选为约零安培。14.根据权利要求9至13中任意一项所述的方法，其中所述确定特性是从所述电流波形确定。15.根据权利要求9至14中任意一项所述的方法，其中所述确定特性至少以所述波形的频率确定。16.根据权利要求9至15中任意一项所述的方法，其中所述确定特性在所述波形的上升部分期间确定。17.根据权利要求16所述的方法，其中所述确定特性由在波形最小值处开始的测量来确定。18.根据权利要求9至17中任意一项所述的方法，其中所述确定特性在所述波形的下降部分期间被确定。19.根据权利要求9至18中任意一项所述的方法，其中所述波形在以电源电压供应频率的约整数倍的频率处提供。20.根据权利要求19所述的方法，其中所述波形在以电源电压供应频率的约两倍的频率处提供。21.根据权利要求19或20所述的方法，其中所述波形被锁定在所述电源电压供应频率。22.根据权利要求8至21中任意一项所述的方法，其中所述电池的确定特性包括电池内阻抗。23.根据权利要求22所述的方法，其中所述电池内阻抗是在所述电池处测量的电流变化和测量的电压变化来确定的。24.根据权利要求8至23中任意一项所述的方法，其中所述电池的确定特性包括电池单元内阻抗。25.根据权利要求24所述的方法，其中所述电池的确定特性包括最大电池单元阻抗。26.根据权利要求8至25中任意一项所述的方法，其中所述电池的确定特性包括电池温度。27.根据权利要求8至26中任意一项所述的方法，其中所述变化的特性包括：电流平均值、电流最大值、电流幅度、占空比、和/或充电模式。28.根据权利8至27中任意一项所述的方法，还包括以下步骤：测量所述电池已被充电的时间，由此确定由所述电池接收到的充电量。29.根据权利要求8至28中任意一项所述的方法，其中所述电池是锂离子电池。30.一种电池充电系统，包括：电流源，适于向电池提供充电电流；以及控制单元；其中所述控制单元被配置为在充电期间基本上连续地确定所述电池的特性；其中所述控制单元被配置为根据所述电池的确定特性改变所述充电电流的特性。31.根据权利要求30所述的系统，其中所述充电电流被提供为振荡DC波形。32.根据权利要求30所述的系统，其中所述充电电流被提供为脉冲DC波形。33.根据权利要求31或32所述的系统，其中所述波形的至少一部分具有基本上为整流后的正弦波的形式。34.根据权利要求31至33中任意一项所述的系统，其中所述波形的至少一部分具有基本上为正弦平方波的形式。35.根据权利要求31至34所述的系统，其中所述波形具有最小值，所述最小值出现在小于约0.5安培的电流值处，优选为小于约0.1安培的电流值处，更优选为约零安培的电流值处。36.根据权利要求31至35中任意一项所述的系统，其中所述确定特性是从所述电流波形确定的。37.根据权利要求31至36中任意一项所述的方法，其中所述确定特性至少以所述波形的频率来确定。38.根据权利要求31至37中任意一项所述的系统，其中所述确定特性至少以所述波形的频率的两倍来确定。39.根据权利要求31至38中任意一项所述的系统，其中所述确定特性在所述波形的上升部分期间确定。40.根据权利要求39所述的系统，其中所述确定特性由在所述波形最小值处开始的测量确定。41.根据权利要求31至40中任意一项所述的系统，其中所述确定特性在所述波形的下降部分期间确定。42.根据权利要求31至41中任意一项所述的系统，其中所述波形以电源电压供应的约整数倍的频率来提供。43.根据权利要求42所述的系统，其中所述波形以所述电源电压供应的约两倍的频率来提供。44.根据权利要求30至43中任意一项所述的系统，其中所述电流源包括回扫变换器。45.根据权利要求30至44中任意一项所述的系统，还包括电压测量装置和/或电流测量装置。46.根据权利要求30至45中任意一项所述的系统，其中所述电池的确定特性包括电池内阻抗。47.根据权利要求46所述的系统，其中从跨电池测量的电流变化和测量的电压变化来计算所述电池内阻抗。48.根据权利要求30至47中任意一项所述的系统，其中所述电池的确定特性包括电池单元内阻抗。49.根据权利要求48所述的系统，其中所述电池的确定特性包括最大电池单元阻抗。50.根据权利要求30至49中任意一项所述的系统，还包括温度传感器，并且其中所述电池的确定特性包括电池温度。51.根据权利要求30至50中任意一项所述的系统，其中变化的特性包括：电流平均值、电流最大值、电流幅度、占空比、和/或充电模式。52.根据权利要求30至51中任意一项所述的系统，还包括时钟，其中所述时钟被配置为测量所述电池已被充电的时间，由此确定所述电池接收的充电量。53.根据权利要求30至52中任意一项所述的系统，其中所述控制单元被配置为将所述电池的确定特性存储到数据库和/或查询表中。54.一种用于向电池提供充电电流的电池充电器，所述电池充电...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·普雷萨斯，L·珀内尔，
申请(专利权)人：百达力有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB