对电池充电的基于非线性伏安法的方法和实现该方法的快速充电系统技术方案

本发明专利技术涉及对电池充电的基于非线性伏安法(NLV)的方法。本发明专利技术还涉及实现该方法的快速充电系统。自适应充电、非线性电压改变和弛豫是该方法的关键基础。自适应充电允许系统基于用户的时间要求、所要求的充电容量以及电池的SOC和SOH来平衡充电。非线性改变电压并加上合适的弛豫模式允许该方法获得最大充电容量，而不会损伤电池。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】对电池充电的基于非线性伏安法的方法和实现该方法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。
本专利技术涉及对电池进行充电的基于非线性伏安法(NLV)的方法。本专利技术还涉及实现该方法的快速充电系统。
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基于非线性伏安法(NLV)的充电协议，该协议允许以与当前的恒定电流恒定电压(CCCV)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
根据本专利技术的一方面，用于对电池系统进行充电的方法包括：a.测量多个电池系统的电压，‘v’b.测量多个电池系统的充电电流，‘i’c.测量多个电池系统的温度，‘T’d.测量充电时间，tche.测量多个电池系统的充电状态，SOCf.测量多个充电放电循环数量，‘n’g.应用如下关系式：其中，-是电压的时间增长率(V.s-1)-是充电电流速率的绝对值(mA.s-1)-K是可变参数，0.006≤K≤300-α是可调节常数，0.01≤α≤100。根据本专利技术的另一方面，提出了一种电池充电系统，该电池充电系统包括：h.用于测量多个电池系统的电压‘v’的传感器，i.用于测量多个电池系统的电流‘i’的传感器，j.用于测量多个电池系统的温度‘T’的传感器，k.用于测量多个电池系统的电压‘v’的传感器，l.用于测量多个电池系统的充电时间‘tch’的传感器，m.用于测量电池系统的充电状态SOC的计算系统，n.用于测量电池系统的充电放电循环数量的计算系统，o.用于应用诸如以下关系式的计算系统：其中，-是电压的时间增长率(V.s-1)-是充电电流速率的绝对值(mA.s-1)-K是可变参数，0.006≤K≤300-α是可调节常数，0.01≤α≤100。该电池系统可以包括一个电池单元或多电池单元系统，并且可以被布置成串联和/或并联电池单元配置。该电池单元的电压例如介于2V至5V之间，并且该电池单元中的充电电流介于0C至10C之间(nC倍率被限定成使得充满电时间能够在小时内的恒定充电电流，即，在10C倍率下，充电时间为小时＝6分钟)。该电池单元的温度T可以介于-20℃至+55℃之间，并且从0％SOC到100％SOC的充电时间tch介于10分钟至2小时之间。SOC可以介于0％至100％之间，并且循环数量为200≤n≤2000。开发了用于对锂离子电池进行快速充电的基于非线性伏安法(NLV)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。这是可以应用于任何类型电池的两种快速充电方法的组合。该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是可用的，则此协议会自动地进行调节，以使用它们提供最佳的充电性能。如果碰巧为随机电池充电，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，在调节用于充电的协议时，还将考虑用户的要求和一些系统要求(随着检测到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。使用这种方法，电池可以在大约10分钟的时间内充满电。一般情况下，将在大约22分钟至24分钟的时间内对电池进行充电。通过循环测试，已经证明的是，该充电协议并未对容量衰减产生很大影响。此外，这可能是为任何类型的电池快速充电的模型，因为该协议的基础是让电池在任何时间点取决于其ΔSOC和SOH利用其自身的有利电流进行充电。自适应充电、非线性电压改变和弛豫是该协议的关键基础。自适应充电允许系统基于用户的时间要求、所要求的充电容量以及电池的SOC和SOH来平衡充电。非线性改变电压并加上合适的弛豫模式允许该方法获得最大充电容量，而不会损伤(strain)电池。当电池单元阻抗朝向放电终止(EOD：end-of-discharge)[1]而增加时，该协议在开始SOC处使用高速NLV步骤或可配置的恒定电流(CC)充电。如果系统在基于NLV的充电终止时无法达到预期的充电，则自适应协议将决定是否使用另一CC充电来获得平衡容量。以下总结了NLV充电：本专利技术的基于NLV的充电协议还可以与其它快速充电协议结合应用，诸如，与在PCT申请#PCTIB2018/059705中描述的恒定电流协议(CC)、恒定电流恒定电压协议(CCCV)以及级联脉冲充电协议结合。附图说明关于以下描述、所附权利要求书和附图，将更好地理解本专利技术的这些和其它特征及优点，其中：-图1是实现根据本专利技术的自适应充电协议的快速充电系统的功能原理图，-图2例示了基于NLV的充电处理的电压和电流曲线，-图3例示了ACP-NLV充电协议：处理流程，-图4是初始SOC的可能范围，-图5例示了电流变化的一段，-图6例示了训练K和StepTime的处理流程，-图7例示了在充电的初始部分期间，在第1(1至2)分钟[在大约0％SOC]期间的AK值曲线，-图8例示了在充电的初始部分期间，在(11至16)分钟[在大约40％SOC]期间的AK值曲线，-图9例示了在充电的初始部分期间，在(23-25)分钟[在大约95％SOC]期间的AK值曲线，-图10表示控制“终止电压”的处理流程，-图11表示随机测试1的电压和电流曲线，-图12表示随机测试1的电压和电流曲线，-图13例示了随机测试1的NLV充电：以在仅23.3分钟完全充满电达到660mAh结束的NLV充电期间的电流与K值，-图14例示了随机测试2的NLV充电：以在仅25.3分钟完全充满电达到660mAh结束的NLV充电期间的电流与K值，-图15例示了在基于Log10的尺度下的K值变化，-图16例示了NLV充电：“K值”和“SOC”与时间的关系，-图17例示了“K值”与SOC的关系，-图18表示随机测试3的结果，其中，13450电池单元：在仅22分钟98％的充电增加，-图19表示在电流下降时的K值电压斜坡(ramp)补偿，-图20例示了在基于NLV的充电期间的充电容量和放电容量与循环数量的关系，平均充电时间为23.45分钟，-图21例示了在使用NLV的多个充电循环期间的电流与时间的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种为电池系统充电的基于非线性伏安法(NLV)的方法，所述方法包括：/na.测量多个电池系统的电压‘v’；/nb.测量多个电池系统的充电电流‘I’；/nc.测量多个电池系统的温度‘T’；/nd.测量充电时间t

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171207 SG 10201710151Y1.一种为电池系统充电的基于非线性伏安法(NLV)的方法，所述方法包括：
a.测量多个电池系统的电压‘v’；
b.测量多个电池系统的充电电流‘I’；
c.测量多个电池系统的温度‘T’；
d.测量充电时间tch；
e.测量多个电池系统的充电状态SOC；
f.测量多个充电放电循环数量‘n’；
g.应用如下关系式：
其中：

是电压的时间增长率(V.s-1)，

是充电电流速率的绝对值(mA.s-1)，
K是可变参数，0.006≤K≤300，
α是可调节常数，0.01≤α≤100。


2.根据权利要求1所述的为电池系统充电的方法，其中，所述电池系统包括一个电池单元或多电池单元系统。


3.根据权利要求2所述的为电池系统充电的方法，其中，所述多电池单元系统被布置成串联和/或并联电池单元配置。


4.根据权利要求2所述的为电池系统充电的方法，其中，电池单元的电压介于2V至5V之间。


5.根据权利要求2所述的为电池系统充电的方法，其中，电池单元中的充电电流介于0C到10C之间。


6.根据权利要求2所述的为电池系统充电的方法，其中，所述电池单元的温度T介于-20℃至+55℃之间。


7.根据权利要求1所述的为电池系统充电的方法，其中，从0％SOC到100％SOC的所述充电时间tch介于10分钟至2小时之间。


8.根据权利要求1所述的为电池系统充电的方法，其中，SOC介于0％至100％之间。


9.根据权利要求1所述的为电池系统充电的方法，其中，所述循环数量为200≤n≤2000。


10.根据权利要求1所述的为电池系统充电的方法，其中，所述基于非线性伏安法(NLV)的方法与恒定电流(CC)协议、恒定电流恒定电压(CCCV)协议和级联脉冲充电(CPC)协议相结合。


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【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