平衡锂离子或锂聚合物电池的充电的方法技术

一种平衡充电ｎ个电池单元的方法，其中ｎ≥２，ｎ个电池单元组成锂离子或锂聚合物电池并且串联，每一个电池单元包括并联安装的一个或多个单元，该方法的特征在于其包括：从电池（２）的充电操作开始并且贯穿该操作始终，持续地提供不同电池单元（１）的充电电平的监督；以及根据所述充电电平的预先评估的函数，执行所有电池单元（１）的统一供应，或者通过作为其电流充电电平的函数，以不同方式供应所述电池，来平衡所述电池单元（１）的所述充电电平。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及可再充电电池的充电的领域，并且以锂离子或锂聚合物电池的电池单元的充电或平衡充电的方法作为其目的。
技术介绍
包括多个组成电池单元的电池的最佳充电提出了难以解决的问题，尤其是在串联的单元或电池单元的数目较多时。在锂离子或锂聚合物电池的情况下，除了不同单元或电池单元的充电优化的问题，还增加了在过充(特别是由过热或过压所形成的过充)情况下，所造成的上述单元难以弥补的受损可能。一方面，众所周知在使用串联的锂离子或锂聚合物单元的电池中，充电之后每一个单元或电池单元的电容量性能不同，并且这些差异随着充电和放电周期而增长，直到电池的寿命结束为止。另一方面，众所周知锂离子和锂聚合物电池不能够在充电时过充，也不能够在使用(放电)时过放(undercharge)。作为示例而不是限制，对于串联的锂离子和锂聚合物电池的每一个单元的过充，最大残留电压值是4.20伏特，以及用以停止放电从而避免电池受损的残留电压是2.70伏特。正如我们所知，通常，对于每一个锂离子或锂聚合物单元或电池单元，在单元或电池单元的端处的电压反映了存储在所述单元或电池单元中的电容量。这种电压的指示没有给出安培/小时或瓦特/小时的电容量精确值，而给出了在测量该电压时所述单元的电容量的百分比。附图1示出了表示在锂离子单元的端处的电压相对于其电容量的发展的曲线(在具有恒定电流的放电曲线的情况下，时间正比于存储在所述锂离子单元中的电容量的百分比)，其中，0秒＝＞95％(4.129-->伏特)，6150秒＝＞50％(3.760伏特)以及12300秒＝＞0％(3.600伏特)。需要注意，电容量曲线在快速下降之前的一大部分几乎是线性的。为了控制锂离子单元或电池单元的充电和放电的操作，在几乎为线性的部分中执行操作，这可以认为电压反映了电容量。根据三个前述点中形成的指示，可以确认，在由多于三个或四个串联的锂离子或锂聚合物单元组成的电池中，在最高充电单元达到4.20伏特时，电池的充电将结束，或者相反地，在放电期间，在最小电容量的单元达到2.70伏特时，放电停止：因此，具有最小电容量的单元将确定电池的整个电容量。这可以理解为，当电池具有大量串联单元时，实际上可能并未使用所有电池电容量，因为最小电容量单元以限制方式确定了电池的整个电容量。此外，该现象随着充电/放电周期增加而愈加严重。这种不平衡充电的现象本质上是由电池组成单元之间的电容量差异和内部电阻引起的，这些差异是由锂离子或锂聚合物单元的生产质量的不同而引起的。为了优化电池电容量随时间的变化(这对于使用成本非常重要)，必须通过在停止充电之前、实现电池的所有单元或所有电池单元的再次平衡，来克服上述问题。这种平衡将允许所有单元的100％充电，无论它们的电容量如何。在现有技术应用中，这种平衡发生在充电结束处，导出(derive)充电到100％的单元的充电电流，即，当该单元达到4.20伏特时导出充电电流。因此，各单元在达到4.20伏特时停止充电，因而可在充电操作结束处获得所有单元的100％的充电。然而，这种公知的在充电结束处的平衡技术具有明显的缺陷。因此，这种平衡系统要求较大的电阻能够耗散随后的电流，并且在充电电流仍然较大时，所需耗散更大，这是在电池单元非常不平衡时出现的。此外，这种极大耗散功率会产生随后的温度增高，这对于集成了分流电阻的电池是很麻烦的。此外，尽管在充电操作结束时注入较大充电电流，可能会发生在-->达到充电结束条件时电池未平衡。此外，在较高功率的应用中，电池的再充电时间(尤其是对于完全再充电)很长，甚至非常长。因此，经常发生放电的两个阶段之间的有效充电时间太短而不能够终止充电操作的情况，因此尽管尚未补偿单元或电池单元之间的不平衡，充电也中断了(在根据现有技术，平衡系统出现在充电结束处的情况下)。这些现象的重复导致所述电池的性能快速下降。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种优化的充电解决方案，该方案具有上述优点并克服关于现有技术所述的缺点。因此，本专利技术以n个电池单元的平衡充电的方法作为其目的，其中n≥2，n个电池单元组成锂离子或锂聚合物电池并且串联，每一个电池单元包括并联安装的一个或多个单元，该方法的特征在于其包括：从电池的充电操作开始并且贯穿该充电操作始终，持续地提供不同电池单元的充电电平的监督；以及根据所述充电电平的预先评估的函数，执行所有电池单元的统一供应，或者通过作为其电流充电电平的函数，以不同方式供应所述电池，来平衡所述电池单元的所述充电电平。根据两个不同的技术实施方式，可以按照两个不同的方式执行上述方法的步骤。因此，通过使用主要基于模拟技术的解决方案，以持续的方式执行充电电平的监督，并且只要且一旦最大和最小充电单元之间的充电电平差超出预定阈值，执行不同供应。作为修改，在确认所需充电电平的不平衡条件均具备时，使用信号的数字处理和数字处理单元的过程管理的优选解决方案，通过重复的测量和在预定时间期间提供的不同供应，执行充电电平的监督。该第二解决方案可以简化实践该方法所需的材料和软件实施方式。对于该第二解决方案，该方法优选地包括：对于电池的每一个电池单元，以连续方式在电池的整个充电时间的分数持续时间内顺序逐-->个触发，顺序包括：所述电池单元的充电电平的更新评估，其后，根据其充电电平的函数，并且与电池的其他电池单元的所有充电电平相关联，进行统一或不同的供应，贯穿整个充电操作期间重复此操作。根据本专利技术的有利实施例，所述方法至少包括在数字处理单元的管理下执行以下操作，并且该方法从充电开始：-优选地以固定间隔，通过测量存储在每一个电池单元中的能量的指示参数，评估存储在每一个电池单元中的能量；-评估能量的不同量或测量参数的不同值的比较分析；-确定充电最迟的电池单元，需要的话，确定充电最早的电池单元；-以统一方式，或者利用除最迟或最早之外的电池单元的充电电流的限制，通过导出在电池单元的电平处所述电流的一部分或所有电流，供应串联安装的不同电池单元；-顺序重复所述不同操作，直到获得电池的充电结束条件或者检测到缺省条件、故障或超出允许阈值为止。申请人的实验和工作示出了分布在整个充电期间的这种顺序平衡方法可以使组成电池的所有单元或电池单元在充电的给定瞬时以相同的百分比充电，并因此在充电结束时实现了组成电池的所有单元的100％容量，并且这与各单元自身电容量无关。附图说明从下面关于优选实施例的、通过非限制示例给出的、并且参考示意图来解释的描述中，可以更好地理解本专利技术，图中：图1示出了表示在锂离子单元的端处的电压相对于其电容量的演变的曲线；图2是用于实践本专利技术的设备的概要图；图3是根据本专利技术修改实施例的图2所示的设备的更详细的图；图4是示意地示出了根据本专利技术一个实施例的方法的不同步骤的流程图；(在该流程图中，必须将术语“单元”理解为具有并联的多个单元的单元或电池单元)以及-->图5作为非限制示例示出了对于十二个电池单元的电池、在根据本专利技术的所实施的平衡方法充电周期期间执行的操作的时序图。具体实施方式本专利技术的目的是n个电池单元1的充电或平衡充电的方法，其中n≥2，n个电池单元1组成锂离子或锂聚合物电池2并且串联，每一个电池单元1包括并联安装的一个或多个单元。根据本专利技术的有利实施例，该方法至少包括在数字处理单元的管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种平衡充电n个电池单元的方法，其中n≥2，n个电池单元组成锂离子或锂聚合物电池并且串联，每一个电池单元包括并联安装的一个或多个单元，该方法的特征在于其包括：从电池(2)的充电操作开始并且贯穿该操作始终，持续地提供不同电池单元(1)的充电电平的监督；以及根据所述充电电平的预先评估的函数，执行所有电池单元(1)的统一供应，或者通过作为其电流充电电平的函数，以不同方式供应所述电池，来平衡所述电池单元(1)的所述充电电平。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其包括对于电池的每一个电池单元(1)，以连续方式在电池(2)的整个充电时间的部分持续时间内逐个顺序触发，顺序包括：所述电池单元(1)的充电电平的更新评估，其后，根据其充电电平的函数，并且与电池的其他电池单元(1)的所有充电电平相关联的，进行统一或不同的供应，贯穿整个充电操作期间重复此操作。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，其至少包括在数字处理单元(3)的管理下执行以下操作，并且该方法从充电开始：-优选地以固定间隔，通过测量存储在每一个电池单元(1)中的能量的指示参数，评估存储在每一个电池单元(1)中的能量；-每一个电池单元(1)的评估能量的不同量或测量参数的不同值的比较分析；-确定充电最迟的电池单元(1)，需要的话，确定充电最早的电池单元(1)；-以统一方式，或者利用除最迟或最早之外的电池单元(1)的充电电流的限制，通过导出在电池单元的电平处所述电流的一部分或所有电流，供应串联安装的不同电池单元(1)；-顺序重复所述不同操作，直到获得电池(2)的充电结束条件或者检测到缺省条件、故障或超出允许阈值为止。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在每一个电池单-->元(1)中的测量的并且用于评估存储在电池单元(1)中的能量的参数是在所述电池单元(1)的接线端处的电压。5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，利用每一个通过并联安装与所述电池单元(1)之一相关联的导出电路(4)，执行最早充电的电池单元中的电流的导出，所述每一个电路(4)结合了开关构件(5)，并且如果希望，也可以结合至少一个可以调节的、用于耗散电能的组件(6)，例如电阻。6.根据权利要求4和5所述的方法，其特征在于，通过在电池(2)的充电过程中重复，顺序平衡的充电更精确地包括下面的操作：a)通过在其接线端处测量电压，逐个监督电池(2)的所有电池单元(1)，这不需要连接用于导出或平衡的电阻(6)；b)检测充电最迟的电池单元(1)；c)相对于充电最迟或最少充电的电池单元(1)，检测具有大于电容量差(例如与10mV的电压差(dVs)相对应)的预定阈值的过充的电池单元(1)；d)分别将检测到具有大于阈值的过充的每一个电池单元(1)与相应的平衡电阻(6)相连，以便在预定顺序时间(例如2秒)期间内减少每一个所述电池单元(1)的充电电流(例如大约10％)；e)在预定顺序持续时间流逝之后断开所有电池单元(1)的平衡电阻(6)；f)在电池单元(1)的电压的稳定延迟之后重复步骤a)至e)。7.根据权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，当电池单元(1)组件的整个充电电流强度降到低于预定阈值(例如50mA)时，正常地停止电池(2)的充电。8.根据权利要求5和6之一所述的方法，其特征在于，由相应的测量模块(7’)的装置(7)精确地测量每一个电池单元(1)的接线端处的电压，优选地在数字化之后，将测量模块7’的输出信号发送到数字处理单元(3)，数字处理单元(3)在接下来的周期中根据模块(7’)所提供的所述输出信号的比较的函数，控制不同导出电路(4)的开关部件5。-->9.根据权利要求3至6之一所述的方法，其特征在于，在所有充电操作期间，在由两个半操作周期组成的循环中重复操作，在每一个循环中连续地执行操作，第一半周期包括下面操作的连续执行：连续地读取不同电池单元(1)的电压，并且触发与前一周期充电最迟的电池单元(1)的电压差大于阈值(dVs)的每一个电池单元(1)的平衡电阻(6)，并且第二半周期包括下面的操作：连续地断开不同电池单元(1)的平衡电阻(6)，并且在下一周期的...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗歇·佩勒克，
申请(专利权)人：佩勒克股份有限公司，
类型：发明
国别省市：