确定电池的充电曲线的方法和使用该方法的电池充电系统技术方案

根据本发明专利技术的一种用于确定电池的充电曲线的方法，包括以下步骤：通过使用测试电芯，确定与锂沉积边界电位对应的参考充电状态(SOC)；通过对所述测试电芯执行CC充电直到所述参考SOC为止并且在之后的SOC区段中执行保持正极端子与负极端子之间的恒定电压的CV充电来确定第一充电曲线；通过对所述测试电芯执行CC充电直到参考SOC为止并且在所述参考SOC之后执行保持负极表面和正极端子之间的恒定电压的CV充电来确定第二充电曲线；以及通过使用所述第一充电曲线与所述第二充电曲线之间的差异来校正从包括多个电芯的电池获得的第三充电曲线。三充电曲线。三充电曲线。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】确定电池的充电曲线的方法和使用该方法的电池充电系统


[0001]本公开涉及用于确定电池的充电曲线的方法和使用该方法的电池充电系统，并且更具体地，涉及用于基于负极表面电位来确定电池的充电曲线的方法和使用该方法的电池充电系统。
[0002]本申请要求于2021年10月7日在韩国提交的韩国专利申请No.10
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2021
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0133409的优先权，该韩国专利申请的公开内容以引用方式并入本文中。

技术介绍

[0003]最近，随着化石燃料的环境污染问题变得更加严重，使用电池作为电力来源的电动车辆受到关注。
[0004]锂二次电池由于它们的能量密度、容量和电力优势而被广泛用作电动车辆的电池。
[0005]充电时间短是电动车辆应用中的挑战之一。快速充电是通过短时间内向电池供应大电流来进行的。锂二次电池的快速充电可以造成负极表面上的锂沉积。锂沉积可以造成伴随电解液与锂之间的升温的严重副反应，并且这可能导致电池着火或爆炸。
[0006]为了解决这个问题，通常保守地设置快速充电期间应用的充电曲线。这里，充电曲线根据电池的充电状态(SOC)限定充电电流的电流速率(C速率)。通常，阶段充电曲线可以是充电曲线的示例。
[0007]在阶段充电曲线中，随着电池的SOC增加，充电电流的C速率逐渐减小。阶段充电曲线是考虑到随着SOC增加，负极处的嵌锂量增加并且锂沉积的可能性一样多地增加的充电协议。如果充电电流的C速率逐渐减小，则可以通过确保允许锂扩散到负极中的时间来防止在负极表面处的锂沉积。
[0008]常规的充电曲线已经以防止锂沉积为目标。因此，在减少充电时间方面存在限制。即，尽管在负极处沉积锂的可能性低，但充电电流预先减小，因此随着朝向充电的后一阶段前进，每单位时间SOC的增加显著地减慢。
[0009]因此，在与本公开有关的
中，对于在锂二次电池充电期间在负极处没有沉积锂的情况下减少充电的后一阶段中的充电时间的充电曲线有许多需求。

技术实现思路

[0010]技术问题
[0011]本公开是在上述背景下设计的，因此本公开涉及提供一种基于负极表面电位来确定充电曲线的方法，该方法通过在负极处没有沉积锂的情况下将充电电流的充电速率(C速率)增加至超过现有技术来提高充电的后一阶段中的充电速率从而减少满充所需的充电时间。
[0012]本公开还涉及提供用于使用根据本公开的基于负极表面电位的充电曲线对电池进行充电的电池充电系统。
[0013]技术方案
[0014]为了解决上述技术问题，根据本公开的一方面的一种用于确定电池的充电曲线的方法，该方法包括以下步骤：(a)根据通过测试单元电芯的恒定电流CC充电获得的充电状态SOC，确定负极表面电位曲线中的与锂沉积边界电位对应的参考SOC；(b)通过在直到所述参考SOC为止的SOC范围内对所述测试单元电芯执行CC充电并且在所述参考SOC之后的SOC范围内执行恒定地保持负极端子与正极端子之间的电压的恒定电压CV充电来确定根据SOC的第一充电曲线；(c)通过在直到所述参考SOC为止的SOC范围内对所述测试单元电芯执行CC充电并且在所述参考SOC之后的SOC范围内执行恒定地保持所述负极表面与所述正极端子之间的电压的CV充电来确定根据SOC的第二充电曲线；(d)通过对包括多个电芯的电池执行CC充电直到所述参考SOC为止并且在所述参考SOC之后执行恒定地保持所述负极端子与所述正极端子之间的电压的CV充电来确定根据SOC的第三充电曲线；以及(e)通过使用所述第一充电曲线与所述第二充电曲线之间的差异校正所述第三充电曲线来确定所述电池的充电曲线。
[0015]优选地，所述测试单元电芯可以是四极电芯(4
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pole cell)。所述四极电芯可以包括：至少一个正极和至少一个负极；为所述负极的表面电位提供参考电位的参考电极；以及与所述负极的表面接触的负极表面电位测量电极。
[0016]优选地，所述步骤(a)可以包括：(a1)通过在所述测试单元电芯的CC充电期间通过所述参考电极和所述负极表面电位测量电极测量负极表面电位来确定根据SOC的负极表面电位曲线；(a2)测量存在于负极表面电位测量路径中的内阻；以及(a3)使用由于所述内阻而引起的电压分量来校正所述负极表面电位曲线。
[0017]在实施方式中，所述内阻可以是通过电化学阻抗谱(EIS)确定的。
[0018]优选地，所述步骤(a3)可以包括通过从所述负极表面电位曲线减去由于所述内阻而引起的所述电压分量来校正所述负极表面电位曲线。
[0019]优选地，在所述步骤(a)中，所述锂沉积边界电位可以是0V。
[0020]优选地，所述步骤(e)可以包括：通过将所述第一充电曲线与所述第二充电曲线之间的差异曲线加到所述第三充电曲线的在所述参考SOC之后的部分来校正所述第三充电曲线。
[0021]优选地，可以通过在改变所述CC充电的充电电流C速率和充电温度条件的情况下重复执行步骤(a)至(e)，针对多个充电电流C速率和充电温度条件中的每一个独立地确定充电曲线。
[0022]为了解决上述技术问题，根据本公开的另一方面的一种电池充电系统，该电池充电系统包括：温度传感器，所述温度传感器用于测量电池的温度；存储介质，所述存储介质用于存储根据CC充电的充电电流C速率和充电温度的充电曲线；以及控制单元，所述控制单元可操作地联接到所述温度传感器和所述存储介质。
[0023]优选地，所述控制单元可以被配置为：将通过所述温度传感器测量的电池温度设置为所述充电温度，设置所述CC充电的充电电流C速率，通过参照预定义的查找信息，确定与锂沉积边界电位对应的参考充电状态SOC，所述锂沉积边界电位与所述充电温度和所述充电电流C速率对应，以及在直到所述参考SOC为止的充电范围内使用处于所述充电电流C速率条件下的充电装置对所述电池执行CC充电，并且在所述参考SOC之后的充电范围内，在
正极端子与负极表面之间的电压保持恒定的条件下，根据预先确定的充电曲线对所述电池进行充电。
[0024]优选地，所述控制单元可以被配置为在所述参考SOC之后的充电范围内减小所述充电电流C速率，其中，所述充电电流C速率的下降速率低于所述正极端子与负极端子之间的电压保持恒定的CV充电条件的下降速率。
[0025]优选地，可以确定所述C速率的下降速率，使得所述电池的负极表面电位对应于所述锂沉积边界电位。
[0026]优选地，所述控制单元可以被配置为：确定所述电池的SOC，以及通过参照所述充电曲线来确定与所述SOC对应的充电电流C速率，并且使用所述充电装置将与所确定的充电电流C速率对应的充电电流施加到所述电池。
[0027]有益效果
[0028]根据本公开，由于基于负极表面电位来确定充电曲线，因此通过在没有锂沉积的情况下提高充电的后一阶段中的充电速率，与现有技术相比，可以减少满充所需的充电时间。
[0029]另外，当使用本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于确定电池的充电曲线的方法，该方法包括以下步骤：通过修改第三充电曲线来确定电池的充电曲线。2.根据权利要求1所述的用于确定电池的充电曲线的方法，其中，所述测试单元电芯是四极电芯，并且其中，所述四极电芯包括：至少一个正极和至少一个负极；为所述负极的表面电位提供参考电位的参考电极；以及与所述负极的表面接触的负极表面电位测量电极。3.根据权利要求2所述的用于确定电池的充电曲线的方法，其中，所述步骤(a)包括：(a1)通过在所述测试单元电芯的CC充电期间通过所述参考电极和所述负极表面电位测量电极测量负极表面电位来确定根据SOC的负极表面电位曲线；(a2)测量存在于负极表面电位测量路径中的内阻；以及(a3)使用由于所述内阻引起的电压分量来校正所述负极表面电位曲线。4.根据权利要求3所述的用于确定电池的充电曲线的方法，其中，所述内阻是通过电化学阻抗谱EIS确定的。5.根据权利要求3所述的用于确定电池的充电曲线的方法，其中，所述步骤(a3)包括：通过从所述负极表面电位曲线减去由于所述内阻引起的所述电压分量来校正所述负极表面电位曲线。6.根据权利要求1所述的用于确定电池的充电曲线的方法，其中，在所述步骤(a)中，所述锂沉积边界电位是0V。7.根据权利要求1所述的用于确定电池的充电曲线的方法，其中，所述步骤(e)包括：通过将所述第一充电曲线与所述第二充电曲线之间的差异曲线加到所述第三充电曲线的在所述参考SOC之后的部分来校正所述第三充电曲线。8.根据权利要求1所述的用于确定电池的充电曲线的方法，其中，通过在改变所述CC充电的充电电流C速率和充电温度条件的情况下重复执行步骤(a)至(e)，针对...

【专利技术属性】
技术研发人员：南基民，金炯奭，李光日，黄太炫，
申请(专利权)人：株式会社LG新能源，
类型：发明
国别省市：