平衡锂离子或锂聚合物电池的充电的方法技术

本发明专利技术涉及一种串联的锂离子或锂聚合物电池的ｎ个电池单元的平衡充电方法。本发明专利技术的特征在于该方法包括：从电池（２）的充电操作之后的时刻（ｔ↓［１］）开始直到所述操作正常结束或被中断为止，执行不同电池单元（１）的充电电平的监控；以及作为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，或者作为其电流充电电平的函数，通过以不同方式供应所述电池来平衡所述充电单元（１）的充电电平。

【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，并且以随时间对锂离子或锂聚合物电池的电池单元进行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，应该注意，锂离子电池或锂聚合物电池在充电结束时可能不安全，这是因为由于其本质和其所存储的能量的量，电池单元实际上充电至其最大电平。因此，该条件和该情况下用于平衡缺乏电荷的电池单元的高充电电流的施加导致所述单元过热，这会在极限情况下导致这些单元爆炸。最后，高强度充电电流的施加加速了电池单元的老化，因此降低了其性能。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，对于每个充电操作，其包括：从所述充电操作开始之后的时刻t1开始直到该操作正常结束或预期中断为止，持续地或周期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(supply)，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。不同电池单元的中间充电开始的时刻t1可以通过制造而固定，或者来自生产之后的单独调节，或者如果希望，可由用户或技术人员调节(专门的维护人员)。-->显而易见的是，时刻t1越接近充电操作开始的时刻t0，则越快地平衡且均衡不同电池单元的充电电平，并因此避免了显著的不均衡，尤其是在正常结束之前中断充电的情况下(充电事故、故障、用户故意结束充电、…)。因此，基于各种考虑，将时刻t1固定为紧接在对充电装置或电池单元执行了特定数目的测试之后，与充电操作开始相邻。然而，还可以设置：当不同电池单元具有非常类似的特性和/或当不需要对充电的时间限制时，时刻t1将在时间上与时刻t0偏移电池单元的理论最大充电时间的一小部分，从而以不同电池单元的最终平衡来限制受控供应阶段、以及不同顺序测量、估计和不同馈送操作的周期数目。最后，还可以设置：时刻t1在电池的使用寿命期间改变，在电池较新时，t1与充电或重新充电开始处的时刻t0相对较远，而在电池寿命结束时(通常在几百次充电/放电周期之后)，t1更接近该时刻t0。因此，对于高质量的新电池，包括该新电池的不同电池单元通常具有基本类似的特性和属性。结果，以半平衡的方式进行充电，并且在充电结束时仅需要通过不同供应来进行稍微平衡。然而，随着电池老化，即使是在新的时候具有基本类似电池单元的电池，也成为特性和属性基本上彼此不同的电池单元，而这在充电期间没有补偿或平衡的情况下，在充电结束时导致非常不定的充电电平。在这种情况下，根据本专利技术的平衡充电将在充电早期启动，实际上紧接在充电或重新充电操作开始之后启动。因此，如果希望，可设置自动修改，例如通过随着每个后继充电操作来使根据本专利技术的平衡充电的时刻t1减小时间间隔t1-t0，因此可以以传统方式进行在t0和t1之间的充电，而不需要控制和调节不同电池单元的供应。还可以在开始使用新电池时或者在制造商运输新电池之前，设置测试，以指示出或固定初始值t1或可以确定该值的参数。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，在时刻t1之后，执行不同供应本文档来自技高网...

【技术保护点】
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，对于每个充电操作，其包括：从所述充电操作开始之后的时刻ｔ↓［１］开始到该操作的正常结束或预期中断，持续地或周期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。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】FR 2005-1-14 05004231.一种平衡充电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，对于每个充电操作，其包括：从所述充电操作开始之后的时刻t1开始到该操作的正常结束或预期中断，持续地或周期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，从时刻t1开始，贯穿接下来的整个充电操作期间，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，并且该方法从时刻t1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；-比较分析每一个电池单元(1)的评估能量的不同量或测量参数的不同值；-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，通过从时刻t1开始在电池(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，从时刻开始t1，并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...

【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：FR[法国]