用于控制二次电池的分步充电的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于控制二次电池的分步充电的装置和方法

【技术实现步骤摘要】
用于控制二次电池的分步充电的装置和方法
[0001]本申请是于
2021
年1月
15
日进入中国国家阶段的
、PCT
申请号为
PCT/KR2019/014495、
国际申请日为
2019
年
10
月
30
日
、
中国申请号为
201980047470.4
的中国专利技术专利申请“用于控制二次电池的分步充电的装置和方法”的分案申请
。


[0002]本公开涉及一种用于控制二次电池的分步充电的装置和方法，并且更具体地，本公开涉及一种用于控制二次电池的分步充电的装置和方法，其可以通过在开始充电过程之前根据二次电池的充电状态
(SOC)
和极化电压自适应地改变分步充电控制方式来缩短充电时间
。
[0003]本申请要求于
2018
年
12
月
21
日在韩国提交的韩国专利申请
No.10
‑
2018
‑
0167927
的优先权，其公开内容通过引用并入本文
。

技术介绍

[0004]近来，能够被重复地充电和再生的二次电池作为化石能源的替代方案正在吸引关注
。
[0005]二次电池通常用在诸如移动电话
、
摄像机和电力工具的传统手持式设备中，并且最近，其应用领域逐渐扩大到电驱动车辆
(EV、HEV、PHEV)、
大容量电力存储
(ESS)、
不间断电源系统
(UPS)
等
。
[0006]市售的二次电池包括镍镉电池
、
镍氢电池
、
镍锌电池和锂二次电池
。
其中，锂二次电池由于诸如与镍基二次电池相比基本上没有记忆效应
、
低的自放电率且高能量密度的优点而备受关注
。
[0007]在二次电池的各种充电方式当中，分步充电方式是根据二次电池的充电状态
(SOC)
和温度逐渐地调整充电电流的大小的方法
。
[0008]在一般分步充电方式下，充电电流的大小在充电的初始阶段较大，并且随着充电被执行，充电电流的大小逐步减小
。
针对多个划分的
SOC
区域不同地分配充电电流
。
[0009]充电电流的大小在
SOC
较低的区域中与
SOC
较高的区域相比相对更高
。
此外，恒定地维持充电电流的大小的
SOC
区域的宽度朝向充电的后半逐渐地减小
。
因此，随着充电更靠近充电的结束，充电电流的大小逐步减小并且在其期间恒定地维持充电电流的持续时间逐渐地缩短
。
[0010]常规分步充电方式被一般地分类为两种方式
。
[0011]在第一方式下，根据充电电流和温度在查找表中定义极限
SOC(SOC
max
)
，根据查找表映射与每步的充电电流和温度相对应的
SOC
max
，并且然后恒定地维持在当前阶段的充电电流的大小，直到二次电池的
SOC
达到
SOC
max
为止
。
在这里，可以通过
SOC
max
＝
F(I,T)
来表示查找表
。I
表示充电电流并且
T
表示温度
。
[0012]在第二方式下，根据
SOC
区域和温度在查找表中定义最大能够被施加到二次电池的充电电流
I
max
，根据查找表映射与当前
SOC
区域和温度相对应的充电电流
I
max
，并且然后在
当前
SOC
区域中映射的充电电流
I
max
连续地被施加到二次电池
。
在这里，可以通过
I
max
＝
F(SOC,T)
来表示查找表
。SOC
表示充电状态并且
T
表示温度
。
[0013]在分步充电方式下，通过实验预先确定用于改变充电电流的条件
。
也就是说，通过充电实验来针对每个
SOC
区域确定不会引起诸如锂析出的副反应的充电电流的最大大小，或者根据充电电流的大小来确定在当维持充电电流的大小时不会引起副反应的情况下可达到的
SOC
的上限
。
[0014]在分步充电方式下，随着充电进行，在对二次电池施加二次电池可接受的最大充电功率的同时逐渐地减小充电电流的大小，从而缩短充电时间并且防止二次电池的寿命劣化
。
[0015]同时，锂二次电池的充电受到充电开始时的极化状态影响
。
也就是说，即使二次电池的
SOC
在充电开始之前相同，也必须根据极化程度自适应地调整施加到二次电池的充电电流的大小
。
[0016]例如，如果在开始对二次电池充电之前长时间维持空载状态，则极化电压接近于零
。
也就是说，锂离子在电极的活性材料的表面和内部充分地扩散，使得锂离子浓度在活性材料中各处相同
。
然而，如果在开始对二次电池充电之前短时间维持空载状态，则锂离子未充分地扩散，所以锂离子浓度在活性材料中各处不均匀
。
[0017]如果锂离子浓度在电极中不均匀，则二次电池的端子电压除了
OCV
分量之外还包括极化电压分量
。
极化电压在充电模式下表示正值并且在放电模式下表示负值
。
换句话说，在充电模式下端子电压增加超过
OCV
，而在放电模式下端子电压小于
OCV。
[0018]当在二次电池中存在正极化电压时，如果根据正常的分步充电方式将与
SOC
和温度相对应的充电电流
I
max
连续地施加到二次电池，则在
SOC
达到
SOC
的预设上限之前发生锂析出
。
如果极化电压为正，则在负极活性材料的表面上的锂离子浓度高于负极活性材料的内部的锂离子浓度，所以负极的电位迅速地达到与锂析出条件相对应的
0(
零
)
伏
。
[0019]相反，当在二次电池中存在负极化电压时，负极的电位与极化电压成比例地增加
。
因此，即便当根据常见分步充电方式将与
SOC
和温度相对应的充电电流
I
max
施加到二次电池本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于控制二次电池的分步充电的装置，包括：电压测量单元
、
电流测量单元和温度测量单元，所述电压测量单元
、
所述电流测量单元和所述温度测量单元被配置成分别测量所述二次电池的电压
、
电流和温度；以及充电控制单元，所述充电控制单元电连接到所述电压测量单元
、
所述电流测量单元和所述温度测量单元，其中，所述充电控制单元被配置成执行包括以下步骤的过程：基于所测量的电压值
、
所测量的电流值和所测量的温度值中的至少一个来估计所述二次电池的充电状态
(SOC)
；根据校正因子校正所估计的
SOC
，所述校正因子是基于所述二次电池的极化电压来确定的；基于所校正的
SOC
和所测量的温度值确定充电电流的大小；和将关于所确定的充电电流的大小的信息提供给充电设备
。2.
根据权利要求1所述的用于控制二次电池的分步充电的装置，其中，所述充电控制单元被配置成：基于所测量的电压值
、
所测量的电流值和所测量的温度值中的至少一个来估计所述二次电池的开路电压
(OCV)
，和基于所述二次电池的内阻
、
所测量的电流值和所估计的
OCV
中的至少一个来确定所述二次电池的极化电压
。3.
根据权利要求1所述的用于控制二次电池的分步充电的装置，其中，所述充电控制单元被配置成：基于所估计的
OCV
与预定义
OCV
值之间的差确定
OCV
偏差，和基于所述极化电压和所述
OCV
偏差来确定所述校正因子
。4.
根据权利要求1所述的用于控制二次电池的分步充电的装置，其中，所述充电控制单元被配置成：通过根据所述校正因子校正所估计的
SOC
来确定查找
SOC
，和基于所述查找
SOC
和所测量的温度值来确定所述充电电流的大小
。5.
根据权利要求4所述的用于控制二次电池的分步充电的装置，其中，所述充电控制单元被配置成：当所述二次电池处于放电模式或休眠模式时通过使用扩展卡尔曼滤波器来基于所测量的电压值
、
所测量的电流值和所测量的温度值中的至少一个周期性地估计所述二次电池的
SOC
，并且通过校正多个估计的
SOC
当中
、
刚好在充电开始之前估计的
SOC
来确定所述查找
SOC。6.
根据权利要求1所述的用于控制二次电池的分步充电的装置，其中，所述充电控制单元被配置成参考所述
SOC
与所述
OCV
之间的预定义相关性来估计与所估计的
SOC
相对应的
OCV
，并且基于所估计的
OCV
来确定所述二次电池的所述极化电压
。7.
根据权利要求1所述的用于控制二次电池的分步充电的装置，其中，所述充电控制单元被配置成根据以下等式来确定所述极化电压：
dV
pol
[k]
＝
V
cell
[k]
‑
V
OCV
[k]
‑
I[k]R0其中
k
是时间索引，
dV
pol
[k]
是极化电压，
V
cell
[k]
是通过扩展卡尔曼滤波器估计的电压或测量的电压，
V
OCV
[k]
是
OCV
，
R0是所述二次电池的内阻，并且
I[k]
是所述二次电池的充电
电流
。8.
根据权利要求1所述的用于控制二次电池的分步充电的装置，其中，所述充电控制单元被配置成：在开始对所述二次电池进行充电之前基于所测量的电压值
、
所测量的电流值和所测量的温度值中的至少一个来估计所述二次电池的
SOC。9.
根据权利要求3所述的用于控制二次电池的分步充电的装置，其中，所述充电控制单元被配置成将所述校正因子确定为与所述
OCV
偏差成正比并且将所述校正因子确定为与所述极化电压成反比
。10.
一种包括根据权利要求1至9中的任一项所述的用于控制二次电池的分步充电的...

【专利技术属性】
技术研发人员：林振馨，金英真，南基民，安炯俊，李圭哲，赵源泰，
申请(专利权)人：株式会社，
类型：发明
国别省市：