用于对电池快速充电的自适应充电协议和实现该协议的快速充电系统技术方案

一种自适应充电协议(ACP)，该自适应充电协议(ACP)被实现成对具有连接到电源的端子的电极端子的可再充电电池进行快速充电，该电源被设置成向所述电极施加时变的电压，在开始对所述电池进行充电操作之前，该协议包括以下步骤：检测关于所述电池的先前充电操作的历史数据的存在；在检测到的情况下，处理所述历史数据以调节充电参数，以便优化所述充电操作；在没有检测到的情况下，对所述电池进行电气测试以获取关于所述电池的充电状态(SOC)变化的数据，以便在所述SOC变化上建立学习模型以用于优化所述充电操作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于对电池快速充电的自适应充电协议和实现该协议的快速充电系统本专利申请要求于2017年12月7日提交的新加坡专利申请号为10201710151Y的专利申请的优先权。
本专利技术涉及用于对电池进行快速充电的自适应充电协议。本专利技术还涉及实现该协议的快速充电系统。
技术介绍
“如何更快速地对电池进行充电？”是自从电池存储设备问世几十年来一直没有完全解决的问题。更重要的是，由于急需且大量使用移动设备技术以及近年来对电动汽车(EV)和插电式混合动力汽车(PHEV)的需求日益增长(由于迫切需要遏制以石油为主的汽车造成的空气污染)，所以更快速地对锂离子电池进行充电已成为关键问题。因此，当今世界上锂离子电池的快速充电解决方案是价值数十亿美元的创新。本专利技术的目的是提出一种新的充电协议，该协议允许以与当前的快速充电技术相比改进的性能对电池进行快速充电。
技术实现思路
利用一种自适应充电协议(ACP)来实现该目的，该自适应充电协议(ACP)被实现成对具有连接到电源的端子的电极端子的可再充电电池进行快速充电，该电源被设置成向所述电极施加时变的电压，在开始对所述电池进行充电操作之前，所述协议包括以下步骤：-检测关于所述电池的先前充电操作的历史数据的存在，-在检测到的情况下，处理所述历史数据以调节充电参数，以便优化所述充电操作；-在没有检测到的情况下，对所述电池进行电气测试以获取关于所述电池的充电状态(SOC)变化的数据，以便在所述SOC变化上建立学习模型以用于优化所述充电操作。所述自适应充电协议还可以包括检测电池系统要求的步骤和处理所述电池系统要求的步骤以便优化充电操作。开发了用于对锂离子电池进行快速充电的自适应充电协议(ACP)，以在大约10分钟的时间内为电池充电。这是可以适用于任何类型电池的两种快速充电方法的组合。该自适应充电协议用作无记忆的充电模型以及基于记忆的充电模型。如果有关电池化学性质的历史数据可用，则此协议会自动进行调节，以使用这些历史数据提供最佳的充电性能。如果其偶然为随机的电池充电，而没有任何历史数据或特定数据，则关于其ΔSOC的快速学习模型将足够公平(fair)，以对其进行快速且安全的充电。不仅如此，在调节其用于充电的协议时，其还将考虑用户的要求和一些系统要求(随着检测这些要求以及当检测这些要求时)。因此，这也可以被视为对电池进行快速充电的通用协议。在此协议内，已经探索了三种不同的快速充电方法：-基于非线性伏安法(NLV)的ACP-基于极化反转(IP)的ACP-根据自适应情况，基于NLV和IP二者的ACP。当自适应充电协议实现非线性伏安法(NLV)时，充电操作包括以下步骤：-线性扫描伏安法(LSV)步骤，持续时间较短，所述LCV步骤包括对所述电池端子上的电流和电压的分析，-一系列连续的非线性伏安法(NLV)步骤，各个NLV步骤被分配有下一个设置电压，然后是弛豫时间内的弛豫步骤，在弛豫时间期间没有电压和/或没有电流被施加到所述电池端子，所述一系列NLV步骤继续直到达到一组退出充电标准当中的至少一个退出充电标准为止。根据以下等式计算下一个设置电压：其中：Kn在充电期间在某一时段内为常数值，是充电处理/步骤时间持续时间期间电池单元电压V的变化率，是充电处理/步骤时间持续时间期间充电电流I的变化率的绝对值，α是介于0.1至100之间的系数。可以根据电池的充电状态(SOC)确定弛豫时间。该自适应充电协议还可以包括用于基于相对于所述电池的预期C倍率电流检验由电池汲取的充电电流来训练K值的步骤。退出充电标准可以包括达到目标终止电压(tev：TargetEndVoltage)。退出充电标准可以包括达到基于库仑计数(Coulombcounting)的获得的充电状态(SOC)的预定水平。退出充电标准包括基于人工智能来确定电流曲线的模式匹配。当自适应充电协议实现极化反转(IP)方法时，充电操作包括以下步骤：-分析要充电的电池的极化曲线，-计算从电源向所述电池充电的电流的曲线，以便补偿所述电池内的较低极化区域(lesspolarizedzone)。可以使用以下等式计算充电的预期电流：其中：ΔSOC是电池在任何时间点的充电状态的增加，基于ΔSOC和电池类型，M对于某一范围的增加ΔSOC来说是常数，是不同ΔSOC下的的极化反转，β是所述电池的常数并且由极化数据确定。该自适应充电协议还可以包括具有预定弛豫持续时间的多个弛豫步骤，在所述预定弛豫持续时间期间没有电压和/或没有电流被施加到电池端子。该自适应充电协议可以实现非线性伏安法(NLV)和极化反转(IP)充电方法二者，并且然后所述NLV或IP充电方法当中的一者的实现是根据从电池系统发出的自适应要求和/或从所述电池系统发出的关于健康状态(SOH)的信息和/或关于所述电池的充电状态(SOC)的变化ΔSOC的计算数据来动态地决定的。该自适应充电协议可以被实现成对包括锂离子电池、镍金属氢化物电池(NiMH)、镍镉电池(NiCd)、铅酸电池(LAB)和钠基电池(NaS、NaNiCl2)的组当中的可再充电电池进行充电。根据本专利技术的另一方面，提出了一种用于对可再充电电池进行快速充电的系统，所述电池具有连接至内部电化学电池单元电极的端子和初始充电状态(SOCi)，所述快速充电系统包括：-电源，该电源被定位成与所述电极电连通，以提供施加到所述电池端子的可控的时变(timevaring)充电电压，从而生成充电电流，该充电电流导致所述电化学电池单元从所述初始充电状态(SOCi)充电到充电状态目标值(SOCf)，-充电控制处理器，该充电控制处理器用于控制所述电源，其中，所述充电控制处理器被编程用于：-检测关于所述电池的先前充电操作的历史数据的存在，-在检测到的情况下，处理所述历史数据以调节充电参数，以便优化所述充电操作；-在没有检测到的情况下，对所述电池进行电气测试以获取关于所述电池的充电状态(SOC)变化的数据，以便在所述SOC变化上建立学习模型以用于优化所述充电操作。该充电控制处理器还可以被编程成处理电池系统要求，以便优化充电操作。该充电控制处理器还被编程成实现非线性伏安法(NLV)方法。该充电控制处理器还被编程成实现极化反转(IP)方法。该充电控制处理器还可以被编程成实现非线性伏安法(NLV)充电和极化反转(IP)充电二者，并且根据从电池系统发出的自适应要求和/或从所述电池系统发出的关于健康状态(SOH)的信息和/或关于所述电池的充电状态(SOC)的变化ΔSOC的计算数据来动态地决定实现哪种充电方法。该快速充电系统可以被设置成对包括锂离子电池、镍金属氢化物电池(NiMH)、镍镉电池(NiCd)、铅酸电池(LAB)和钠基电池(NaS、N本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自适应充电协议(ACP)，所述自适应充电协议(ACP)被实现成对具有连接到电源的端子的电极端子的可再充电电池进行快速充电，所述电源被设置成向所述电极施加时变的电压，在开始对所述电池进行充电操作之前，所述协议包括以下步骤：/n-检测关于所述电池的先前充电操作的历史数据的存在，/n-在检测到的情况下，处理所述历史数据以调节充电参数，以便优化所述充电操作；/n-在没有检测到的情况下，对所述电池进行电气测试以获取关于所述电池的充电状态(SOC)变化的数据，以便在所述SOC变化上建立学习模型以用于优化所述充电操作。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171207 SG 10201710151Y1.一种自适应充电协议(ACP)，所述自适应充电协议(ACP)被实现成对具有连接到电源的端子的电极端子的可再充电电池进行快速充电，所述电源被设置成向所述电极施加时变的电压，在开始对所述电池进行充电操作之前，所述协议包括以下步骤：
-检测关于所述电池的先前充电操作的历史数据的存在，
-在检测到的情况下，处理所述历史数据以调节充电参数，以便优化所述充电操作；
-在没有检测到的情况下，对所述电池进行电气测试以获取关于所述电池的充电状态(SOC)变化的数据，以便在所述SOC变化上建立学习模型以用于优化所述充电操作。


2.根据权利要求1所述的自适应充电协议，所述自适应充电协议还包括检测电池系统要求的步骤和处理所述电池系统要求的步骤，以便优化所述充电操作。


3.根据权利要求1所述的自适应充电协议，所述自适应充电协议实现非线性伏安法(NLV)方法，其中，所述充电操作包括以下步骤：
-线性扫描伏安法(LSV)步骤，所述LSV步骤的持续时间较短，所述LCV步骤包括对所述电池端子上的电流和电压的分析，
-一系列连续的非线性伏安法(NLV)步骤，各个NLV步骤被分配有下一个设置电压，并且然后是弛豫时间内的弛豫步骤，在所述弛豫时间期间没有电压和/或没有电流被施加到所述电池端子，所述一系列NLV步骤继续直到达到一组退出充电标准当中的至少一个退出充电标准为止。


4.根据权利要求3所述的自适应充电协议，其中，根据以下等式来计算所述下一个设置电压：
其中：Kn在充电期间的某一时段内是常数，
dV/dt(V/s)是在充电处理/步骤时间持续时间期间的电池电压V的变化率，
dI/dt(mA/s)是在所述充电处理/步骤时间持续时间期间的充电电流I的变化率的绝对值，
α是介于0.1至100之间的系数。


5.根据权利要求3所述的自适应充电协议，其中，所述弛豫时间根据所述电池的所述充电状态(SOC)来确定。


6.根据权利要求3所述的自适应充电协议，所述自适应充电协议还包括基于相对于所述电池的预期C倍率电流检验由所述电池汲取的所述充电电流来训练所述K值的步骤。


7.根据权利要求3所述的自适应充电协议，其中，退出充电标准包括达到目标终止电压(tev)。


8.根据权利要求3所述的自适应充电协议，其中，退出充电标准包括达到基于库仑计数的获得的充电状态(SOC)的预定水平。


9.根据权利要求3所述的自适应充电协议，其中，退出充电标准包括基于人工智能来确定电流曲线的模式匹配。


10.根据权利要求1所述的自适应充电协议，所述自适应充电协议实现极化反转(IP)方法，其中，所述充电操作包括以下步骤：
-分析要充电的电池的极化曲线，
-计算从所述电源向所述电池充电的所述电流的曲线，以便补偿所述电池内的较低极化区域。


11.根据权利要求10所述的自适应充电协议，其中，使用以下等式来计算用于充电的预期电流：



其中：ΔSOC是所述电池在任何时间点的所述充电状态的增加，
基于所述ΔSOC和电池类型，M对于某一范围的增加ΔSOC来说是常数，

是不同ΔSOC下的所述极化反转，
β是所述电池的由极化数据确定的常数。


12.根据权利要求11所述的自适应充电协议，所述自适应充电协议还包括具有预定弛豫持续时间的多个弛豫步骤，在所述预定弛豫持续时间期间没有电压和/或没有电流被施加到所述电池端子。


13.根据权利要求1所述的自适应充电协议，所述自适应充电协议实现非线性伏安法(NLV)充电方法和极化反转(IP)充电方法二者，其中，所述NLV充电方法或所述IP充电...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·雅扎米，T·G·T·A·邦达拉，
申请(专利权)人：雅扎米IP私人有限公司，
类型：发明
国别省市：新加坡;SG