為可充電電池充電的方法和裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及為可充電電池(特別是鋰離子電池)充電的方法。本發(fā)明還涉及為這種電池充電的裝置。為了提供給基于鋰的電池充電的方法和裝置，其中該裝置中任選地使用了電池的電容，充電時(shí)間急劇縮短，電池使用壽命延長(zhǎng)和/或可以增加電池的電容，本發(fā)明的方法包括以下步驟：給電池脈沖充電，其中充電脈沖(31)期間充電電流IL超過(guò)電池的標(biāo)稱(chēng)充電電流ILmax；以及利用負(fù)載脈沖(32)在充電脈沖(31)之間對(duì)電池放電。
【專(zhuān)利說(shuō)明】為可充電電池充電的方法和裝置
[0001]本發(fā)明涉及一種為可充電電池充電的方法，特別是鋰離子電池或基于鋰的電池。而且，本發(fā)明涉及為這種電池充電的裝置。
[0002]在基于再生能源(特別是通過(guò)光伏裝置或風(fēng)能)生產(chǎn)電能的過(guò)程中，再定向(reorientation)越來(lái)越需要足夠的所產(chǎn)生能量的存儲(chǔ),從而按需要且當(dāng)需要時(shí)可獲得存儲(chǔ)的電能。
[0003]此外，便攜式電池操作裝置的數(shù)量顯著增加，它們由可充電電池組或電池驅(qū)動(dòng)，特別用于通信和建筑業(yè)中。對(duì)于這些裝置，可充電電池組的容量構(gòu)成了基本的功能特征。一方面，影響可充電電池容量的因素是幾何尺寸，傳統(tǒng)上通過(guò)增大電池或電池組的幾何尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn)。另一方面，耐久性或最大可能充電循環(huán)數(shù)也起很大作用，因?yàn)閷?duì)于常用的電池組操作的裝置，電池組或電池是最先不能使用的，即，就這些裝置的部件的耐久性而言，可充電電池組或電池是具有最短使用壽命的部件之一。
[0004]當(dāng)涉及到有關(guān)混合動(dòng)力或電動(dòng)汽車(chē)的非?？焖侔l(fā)展的電動(dòng)機(jī)動(dòng)車(chē)領(lǐng)域時(shí)，可充電電池/電池組/存儲(chǔ)模塊的諸如容量、耐久性和充電時(shí)間等特性也是特別重要的。同樣，可充電電池的幾何尺寸和重量起非常重要的作用。
[0005]最近數(shù)月，鋰離子電池已被證明在眾多可充電電池中是特別有優(yōu)勢(shì)的，因?yàn)槠渚哂虚L(zhǎng)預(yù)期使用壽命，并且與其他技術(shù)相比，其充電循環(huán)數(shù)高。鋰離子電池相比于其他技術(shù)電池還具有聞的存儲(chǔ)容量。
[0006]對(duì)于鋰離子電池，該電池根據(jù)其設(shè)計(jì)最多被放電至其容量的30%，換言之，存儲(chǔ)在電池中的30%的固有能量不能被使用者利用，因?yàn)殡姵胤烹娭恋陀?0%的閾值將導(dǎo)致該鋰電子電池的無(wú)法挽回的毀壞。如果電池被放電至低于該閾值，離子可脫離電極材料(Cu、Al)，從而毀壞電極。
[0007]此外，電池(包含當(dāng)今鋰離子電池)不能充電超過(guò)其容量的80%，因?yàn)槿绻姵乇怀潼c(diǎn)至100%，則需要指數(shù)級(jí)的更長(zhǎng)時(shí)間，因?yàn)楫?dāng)達(dá)到充電終止電壓時(shí)電流通常受到限值的限制，因而容量的最后20%在較低的電流強(qiáng)度下充電，因而就所耗費(fèi)時(shí)間來(lái)說(shuō)，較少的能量被存儲(chǔ)或加載到電池中。
[0008]因此，對(duì)于可充電電池的傳統(tǒng)技術(shù)而言，電池的固有容量未被利用。
[0009]US5, 481, 174描述了一種為鋰電子電池充電的方法,其中使用了正脈沖和負(fù)脈沖，其中在達(dá)到預(yù)設(shè)的最大電壓后，正電流脈沖的高度被降低，從而導(dǎo)致長(zhǎng)的充電過(guò)程。
[0010]基于這種情況，本發(fā)明提出一種用于給基于鋰的電池充電的方法或裝置，利用該方法，電池的容量被優(yōu)化使用，死充電時(shí)間(die charging time)被急劇縮短，電池的耐久性被延長(zhǎng)，和/或電池的容量可能增加。
[0011]本發(fā)明是基于比傳統(tǒng)方法更快和/或更滿(mǎn)地給可充電電池充電的構(gòu)思而實(shí)現(xiàn)的。為此，提供了充電準(zhǔn)備期，其中可充電電池被準(zhǔn)備或激活用于脈沖充電期。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，僅需要的可能即是所發(fā)明的充電準(zhǔn)備期。同樣，為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，僅需要的期間可能即是所述脈沖充電期。
[0012]所發(fā)明的脈沖充電期首先被詳細(xì)描述。在脈沖充電期，使用脈沖充電過(guò)程，其中電池以充電電流込被充電，該充電電流超過(guò)電池的允許的標(biāo)稱(chēng)充電電流Itaax。脈沖充電電流込由正脈沖和負(fù)脈沖組成。脈沖充電方法相對(duì)電流來(lái)描述。相關(guān)的電壓特性參考附圖來(lái)解釋。負(fù)脈沖構(gòu)成電池上的預(yù)定負(fù)載，換句話(huà)說(shuō)，電池釋放能量，或電流向相反方向流動(dòng)。當(dāng)正脈沖被稱(chēng)為充電脈沖時(shí)，負(fù)脈沖可稱(chēng)為負(fù)載脈沖或應(yīng)力脈沖(stress pulse)。有時(shí)也使用術(shù)語(yǔ)反向脈沖。
[0013]由于施加了比允許的標(biāo)稱(chēng)充電電流更高的充電電流，電池中能量的存儲(chǔ)以比施加標(biāo)稱(chēng)充電電流更快的速度進(jìn)行。因此，充電過(guò)程中更多的離子從一個(gè)電極傳輸?shù)搅硪粋€(gè)電極，在施加了負(fù)載時(shí)電子會(huì)反向遷移。如果以高于允許的標(biāo)稱(chēng)充電電流的充電電流進(jìn)行能量存儲(chǔ)，并連續(xù)進(jìn)行較長(zhǎng)的時(shí)間段，電池會(huì)被加熱，安全機(jī)構(gòu)(PTC、熔斷、脫氣閥、平衡器)會(huì)中斷這種充電過(guò)程。連續(xù)充電的效應(yīng)在于，枝晶在電極上連續(xù)累積，這樣一方面增加了電池的內(nèi)阻，導(dǎo)致電池的電壓升高，另一方面，由于枝晶的數(shù)量不斷增加，可能的充電循環(huán)數(shù)降低了。
[0014]但是，本發(fā)明提出了在充電脈沖后具有負(fù)載脈沖。在該負(fù)載脈沖期間，電池中的電流向相反方向流動(dòng)，因?yàn)殡姵卦俅吾尫拍芰?。因此，充電脈沖期間累積的剩余物(remanence)在之后的負(fù)載脈沖期間被減少。負(fù)載脈沖的作用在于去除充電脈沖期間累積的枝晶或晶體。該晶體或枝晶會(huì)導(dǎo)致電池中陰極和陽(yáng)極間的隔離器被刺穿，最嚴(yán)重的情況下，這會(huì)導(dǎo)致短路。負(fù)載脈沖使得累積的晶體被重復(fù)地去除。因此，在下一個(gè)充電脈沖期間，電池可被以高于允許的充電脈沖的充電脈沖來(lái)充電，而不會(huì)變得過(guò)熱。正脈沖期間較高的充電電流使得比利用常規(guī)充電方法更多的能量被存儲(chǔ)在電池中。隨后的負(fù)載脈沖抵消了枝晶的持續(xù)形成，使得電池能夠再次以更高的充電電流充電。負(fù)載脈沖的高度低于充電脈沖，或者換句話(huà)說(shuō)，負(fù)載脈沖期間的絕對(duì)電流強(qiáng)度較小。因此，隔離器中的通道被沖刷以用于離子交換，因而，由于較高的充電電流，電池中仍保留逐漸增加量的能量。
[0015]由于本發(fā)明的短的高充電電流和隨后的負(fù)載脈沖，隔離器被格式化(formatted)。一方面，這阻止了鋰在其中一個(gè)電極上的不均勻的分布或沉積。此外，短的充電脈沖和負(fù)載脈沖，阻止了電池的溫度的上升。因?yàn)槊}沖在兩個(gè)電流方向上都是短的，電極處的溫度無(wú)法升高。此外，電極處溫度的可能的上升也可在脈沖之間的時(shí)間被再次降低。溫度升高會(huì)導(dǎo)致電極處的不均勻電阻分布，最終導(dǎo)致鋰在電極處的不均勻沉積。
[0016]在電池中，接線(xiàn)端子通常彼此成對(duì)角線(xiàn)排布，S卩，電極中的線(xiàn)路電阻是不同的，特別是在纏繞型電池中尤其如此。對(duì)于長(zhǎng)和短的充電電流(以及緩慢脈沖充電電流)，鋰離子試圖朝最小電阻方向遷移，即，它們不是嘗試采取到相對(duì)電極的最短路徑，而是直接遷移至相對(duì)極的接線(xiàn)端子。但是，這樣的效果是鋰不均勻地沉積在電極上。但是，鋰在電極上的不均勻沉積導(dǎo)致使用壽命的降低以及電池容量的減少，因?yàn)檎麄€(gè)電極表面不再能用于化學(xué)反應(yīng)。
[0017]但是，由于短的充電脈沖以及增加的充電電流，并且由于存在負(fù)載脈沖，離子沒(méi)有時(shí)間尋找具有最短電阻的路徑，而必須選擇電極之間的最短路徑，因而整個(gè)電極長(zhǎng)度可用于離子交換，并且鋰的沉積在電極之間保持均勻分布。
[0018]優(yōu)選地，充電脈沖期間的充電電流大于電池的標(biāo)稱(chēng)充電電流的1.5倍，例如兩倍于標(biāo)稱(chēng)充電電流，或者更大。充電電流可為標(biāo)稱(chēng)充電電流的不超過(guò)5倍。脈沖充電期期間供應(yīng)的充電電流或放電電流僅受限于雙向電流流動(dòng)方向中的PTC，PTC的傳導(dǎo)率取決于溫度。根據(jù)電池的設(shè)計(jì)，PTC被配制成使得它對(duì)應(yīng)于標(biāo)稱(chēng)充電電流的5倍或10倍。如果更大的電流流動(dòng)，PTC會(huì)中斷電流流動(dòng)。
[0019]在特定充電時(shí)間后(相應(yīng)地，在許多充電脈沖后)，電池的電壓Uz超過(guò)充電脈沖期間的充電終止電壓隊(duì)_。對(duì)于常規(guī)電池，電流此時(shí)會(huì)被限制，例如5，481，174即為這種情況。但是，根據(jù)本發(fā)明，在達(dá)到充電終止電壓Utaax時(shí)，充電電流不被限制。換句話(huà)說(shuō)，電池電壓進(jìn)一步上升超過(guò)充電終止電壓Uljnax，而充電電流的水平在充電脈沖期間被維持。對(duì)于常規(guī)充電方法，當(dāng)達(dá)到電池容量的約80%時(shí)，電流被限制，因?yàn)殡S后已達(dá)到最大的充電終止電壓隊(duì)_。通過(guò)短的且高的充電脈沖以及所述負(fù)載脈沖，實(shí)現(xiàn)了電壓增加超過(guò)最大的充電終止電壓Utaax，因?yàn)樘貏e是由于短的強(qiáng)脈沖，電池的溫度沒(méi)有增加，從而抵消了電極電阻的不均勻分布/電極上的鋰沉積的不均勻分布。
[0020]優(yōu)選地，電池通過(guò)負(fù)載脈沖在正充電脈沖之間放電。如前所述,這導(dǎo)致所形成的的枝晶的移除。但是，其他充電模式也是可行的，其中在兩個(gè)負(fù)載脈沖之間出現(xiàn)一個(gè)間歇，并且直到兩個(gè)或更多充電脈沖之后才會(huì)出現(xiàn)另一個(gè)負(fù)載脈沖。但是，這會(huì)影響充電時(shí)間，因?yàn)槌潆娒}沖之間的充電電流無(wú)法像在所有充電脈沖之間都具有負(fù)載脈沖那樣一樣高。
[0021]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，充電脈沖的高度和/或負(fù)載脈沖的高度取決于電池的狀態(tài)，特別是電池的內(nèi)部電阻。換句話(huà)說(shuō)，負(fù)載脈沖的高度可隨著電荷態(tài)增加而增加，從而除去剩余物。充電脈沖/負(fù)載脈沖的高度的適應(yīng)性設(shè)置使得可以對(duì)充電操作期間的獨(dú)特特性作出反應(yīng)，例如對(duì)外部溫度影響作出反應(yīng)。相似地，可能出現(xiàn)由充電脈沖和/或負(fù)載脈沖期間的電壓趨勢(shì)引起的變化，這是由于鋰的不均勻沉積或電極的短時(shí)升溫引起的。
[0022]為評(píng)價(jià)電池狀態(tài)，在至少一個(gè)負(fù)載脈沖和/或充電脈沖期間測(cè)量了電池的電壓。因?yàn)殡姵氐碾妷簻y(cè)量必須在負(fù)載下進(jìn)行，從而得出電池狀態(tài)的現(xiàn)實(shí)結(jié)論，因此在負(fù)載脈沖期間測(cè)量電壓。如果電壓在負(fù)載脈沖最后部分時(shí)測(cè)量則是特別有利的，因?yàn)榇藭r(shí)達(dá)到了電池的最穩(wěn)定狀態(tài)。換句話(huà)說(shuō)，電壓在負(fù)載脈沖離開(kāi)其最大值之前并且在電流在O方向流動(dòng)之前的時(shí)間點(diǎn)測(cè)量。在無(wú)負(fù)載情況下測(cè)量電壓可能導(dǎo)致得出無(wú)法在負(fù)載狀態(tài)獲得的電壓值，因?yàn)殡妷弘S后急劇上升并且電流崩潰。為更好地控制充電脈沖和/或負(fù)載脈沖，特別是脈沖的高度或持續(xù)時(shí)間，優(yōu)選也在充電脈沖期間測(cè)量電池的電壓，特別是為了檢測(cè)上行方向的電壓偏差。
[0023]優(yōu)選地，在負(fù)載脈沖期間，充電電流的最多20-25%的放電電流在流動(dòng)。結(jié)果，負(fù)載脈沖期間，從電池離開(kāi)的能量不超過(guò)充電脈沖期間存儲(chǔ)在其中的能量。
[0024]連續(xù)的充電脈沖中的充電電流的水平可能是變化的，即，該充電電流的水平分別適應(yīng)于電池的狀態(tài)，其中此時(shí)可利用例如電壓測(cè)量和/或溫度測(cè)量來(lái)記錄狀態(tài)。
[0025]此外，在連續(xù)的負(fù)載脈沖中，放電電流的水平和大小也可能是變化的。
[0026]如果充電脈沖期間的電壓測(cè)量顯示電壓增加，這表示充電期間的異常，它可能是由于枝晶的累積增加引起的，導(dǎo)致電池的內(nèi)部電阻增加。為了抵消這種電壓增加，下一個(gè)充電脈沖的高度可相對(duì)前一個(gè)充電脈沖被降低。換句話(huà)說(shuō)，如果電池的電壓突然上升，最后一個(gè)充電脈沖中的電流就被降低。優(yōu)選地，減少約50%，因此，對(duì)于前個(gè)充電脈沖中兩倍大的充電電流，現(xiàn)在充電脈沖僅為允許充電電流的一倍大。
[0027]優(yōu)選地，減少的充電脈沖后的負(fù)載脈沖，相比于前個(gè)負(fù)載脈沖，也降低了 50%。從負(fù)載脈沖期間測(cè)定的電壓可得知，下一個(gè)正充電脈沖是否也必須被降低，或者可再次以增加的充電電流進(jìn)行。如果在具有降低負(fù)載的負(fù)載脈沖期間的電壓再次處于預(yù)定耐受范圍，下一個(gè)正充電脈沖可再次以之前實(shí)施的增加的充電電流進(jìn)行。隨后，下一個(gè)負(fù)載脈沖也可以之前施加的負(fù)載進(jìn)行，從而在短時(shí)間內(nèi)將電池放電，并且使其準(zhǔn)備用于下一次具有增加的充電電流的正充電脈沖。
[0028]電池的電壓可能由于例如PTC缺陷或電池內(nèi)阻太高(由于電極過(guò)度加熱導(dǎo)致)而可能升高。那么，優(yōu)選地，充電脈沖和負(fù)載脈沖都被降低直到電池的電壓回到預(yù)定電壓趨勢(shì)。
[0029]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，在所有的放電脈沖中都進(jìn)行電壓測(cè)量。
[0030]優(yōu)選地，負(fù)載脈沖的長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)于充電脈沖長(zhǎng)度的約一半。這樣不僅確保了充電脈沖期間供應(yīng)的電流高于負(fù)載脈沖期間的電流，而且在充電脈沖期間，較高的電流被供應(yīng)比負(fù)載脈沖期間更長(zhǎng)的時(shí)間，在負(fù)載脈沖期間，能量從電池中移走。但是，負(fù)載脈沖為2/3，充電脈沖為1/3，這樣的比率也是可行的。負(fù)載脈沖必須不能太長(zhǎng)，否則電池的充電被不必要地延長(zhǎng)。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，脈沖的時(shí)間/它們各自的比率可被調(diào)節(jié)。
[0031]在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，當(dāng)對(duì)于預(yù)定數(shù)目的負(fù)載脈沖，所測(cè)定的電壓對(duì)應(yīng)于電池的充電終止電壓時(shí)，電池的充電終止。
[0032]特別優(yōu)選地，在達(dá)到電池的100%電荷之前的最后一次負(fù)載脈沖比前次負(fù)載脈沖大約25%，因?yàn)殡姵氐氖Ｓ辔镆蛏叩碾妷憾黾?，其隨后必須以較大的負(fù)載脈沖來(lái)去除。
[0033]此外或作為選擇，如果負(fù)載脈沖期間的電壓達(dá)到充電終止電壓，那么下次充電脈沖的電流被降低。優(yōu)選地，下次充電脈沖被減半，這一直持續(xù)到對(duì)于下次負(fù)載脈沖充電終止電壓仍保持穩(wěn)定時(shí)為止。隨后，電池被充電至幾乎100%。
[0034]對(duì)于所有方法步驟，優(yōu)選持續(xù)或周期性地測(cè)量電池的溫度。這給出了要被充電的電池在充電期間是否正常的更多信息。只要溫度在預(yù)定限值之內(nèi)，充電過(guò)程即繼續(xù)。溫度的升高低于預(yù)定限值可通過(guò)減小充電脈沖和/或負(fù)載脈沖的高度或持續(xù)時(shí)間來(lái)抵消。至少應(yīng)當(dāng)在充電脈沖/負(fù)載脈沖期間監(jiān)控溫度。如果超過(guò)預(yù)定溫度(Tmax)并持續(xù)預(yù)定時(shí)間，例如45°C，電池的充電操作要放棄一個(gè)或多個(gè)充電脈沖。高能電池和大電流電池的臨界溫度是 47-48。。
[0035]此外或作為選擇，電池的電壓在充電期間被持續(xù)或周期性地測(cè)量，以獲得關(guān)于電池狀態(tài)的更多信息，其中如果電池的預(yù)定電壓被超過(guò)，即放棄或中斷充電操作。如果電池電壓上升超出電池的預(yù)定電壓，則電池有異常，在隨后充電期間可能要考慮這個(gè)因素，可改變充電電流水平/負(fù)載電流水平，或者在極端情況下，放棄充電過(guò)程或中斷充電過(guò)程以冷卻電池。
[0036]到目前為止，僅就脈沖充電期描述了充電過(guò)程。利用上述脈沖充電期，一方面電池充電期間可節(jié)省大量時(shí)間，另一方面，電池可在短時(shí)間內(nèi)充電至其容量的100%，因?yàn)樵谶_(dá)到最大充電終止電壓時(shí)，充電電流不減少，甚至當(dāng)超過(guò)最大充電終止電壓時(shí)，充電電流的大小仍在充電脈沖期間維持。因此，本發(fā)明的方法可以在20%的常規(guī)充電時(shí)間內(nèi)充電至電池容量的100%，而電池不會(huì)發(fā)熱或被永久損壞。通過(guò)快速地在高充電脈沖和負(fù)載脈沖之間切換，阻止了電池的溫度的上升，因而電極的電阻也保持不變，因此抵消了鋰的不均勻分布。
[0037]以下所述的充電準(zhǔn)備期被用于激活電池。特別重要的是，要緩慢地準(zhǔn)備深度放電電池用于脈沖充電過(guò)程。但是，即使僅應(yīng)用該充電準(zhǔn)備期，也會(huì)構(gòu)成Li電池充電期間的改進(jìn)。
[0038]電池組通常由幾個(gè)并聯(lián)或串聯(lián)的電池構(gòu)成。在電池組或這種類(lèi)型的電源組中，提供有平衡器，通常防止電池的深度放電。對(duì)于常規(guī)電池，如果電池仍含有其容量的30%，該電池被稱(chēng)為“放完電的”。如果電池被放電至多于30%，它被稱(chēng)為“深度放電”。當(dāng)平衡器有缺陷時(shí)，或如果電池被放置在極端低溫或存儲(chǔ)在非常低的溫度的放電狀態(tài)下時(shí)，就可能出現(xiàn)這種情況。
[0039]充電準(zhǔn)備期在脈沖充電期之前進(jìn)行。充電準(zhǔn)備期，除其他事項(xiàng)外，包括無(wú)負(fù)載(即不具有預(yù)先施加的電流)的電池的電壓的第一次測(cè)量。如果電池沒(méi)有電壓，就要得出電池有缺陷的結(jié)論。根據(jù)所測(cè)量的電壓，設(shè)定充電電流水平。充電準(zhǔn)備期期間的充電電流水平在最大標(biāo)稱(chēng)充電電流水平的第一上升期受到限制。而且，設(shè)定充電電流從零或從低初始值升至特定充電電流水平的上升/時(shí)間。如果電壓測(cè)量顯示非常低的電壓，通常應(yīng)當(dāng)在第一上升期期間施加50%的標(biāo)稱(chēng)充電電流。電壓越小，第一上升期持續(xù)的時(shí)間越長(zhǎng)，即，低電壓時(shí)，充電電流的上升較小。
[0040]隨后，在直到設(shè)定的充電電流水平的第一上升期內(nèi)以特定的充電電流給電池充電，例如大于預(yù)定時(shí)間(如I分鐘)1A，其中充電電流在其最大值對(duì)應(yīng)于電池的標(biāo)稱(chēng)充電電流。這種充電用來(lái)激活電池，因而離子開(kāi)始緩慢地從一個(gè)電極遷移至另一個(gè)電極。
[0041]在達(dá)到設(shè)定的充電電流水平后，暫停充電，不供應(yīng)充電電流?？稍缭诖藭r(shí)就測(cè)量電池的電壓。隨后，測(cè)量電池在預(yù)定負(fù)載情況下的電壓。該預(yù)定的負(fù)載與脈沖充電期中的負(fù)載脈沖相似或相同。此外，在負(fù)載脈沖之前和/或之后，可插入無(wú)電流供應(yīng)的暫停，從而測(cè)定電壓。
[0042]根據(jù)在負(fù)載下測(cè)定的電池電壓，重復(fù)第一上升期。如果負(fù)載下的電壓沒(méi)有顯示出期望的值，那么這種重復(fù)是很重要的。例如，如果在第一上升期后未達(dá)到電池的放電終止電壓，則重復(fù)第一上升期。根據(jù)電池的類(lèi)型和電池狀態(tài)，可多次重復(fù)該第一上升期(充電電流在其最大值時(shí)對(duì)應(yīng)標(biāo)稱(chēng)充電電流)。
[0043]當(dāng)負(fù)載下的電池包含的電壓超過(guò)放電終止電壓的5%時(shí)，優(yōu)選可進(jìn)行第二上升期，其中電池以線(xiàn)性上升至高于標(biāo)稱(chēng)充電電流的預(yù)定充電電流充電。例如，在第二上升期內(nèi)，電池可被高達(dá)雙倍標(biāo)稱(chēng)充電電流的電流充電。隨后，在該第二上升期結(jié)束時(shí)再次在負(fù)載情況下測(cè)定電池的電壓。如果電壓現(xiàn)在達(dá)到了電池適于進(jìn)行脈沖充電期的預(yù)定值，那么終止充電準(zhǔn)備期。如果在一次或多次第一上升期后達(dá)到了放電終止電壓，可省略第二上升期。
[0044]本發(fā)明還提供一種為電池充電的裝置，其中該裝置包括用于進(jìn)行上述過(guò)程的控制器。
[0045]現(xiàn)參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。
[0046]圖1顯示常用鋰電子電池的構(gòu)造。
[0047]圖2顯示纏繞狀態(tài)的鋰離子電池。
[0048]圖3顯示本發(fā)明的充電方法用于高能電池時(shí)的電流信號(hào)特性示意圖。
[0049]圖4顯示本發(fā)明的脈沖充電方法用于大電流電池時(shí)的電流特性。
[0050]圖5顯示本發(fā)明的充電方法的另一個(gè)實(shí)施方式中的電流、電壓和溫度特性。
[0051]圖6顯示本發(fā)明的充電方法的另一個(gè)實(shí)施方式中的電流、電壓和溫度特性。
[0052]圖7顯示圖5的電流、電壓和溫度特性的一部分。[0053]圖8a、8b顯示本發(fā)明的充電方法的流程圖。
[0054]圖9顯示另一個(gè)實(shí)施方式中的充電準(zhǔn)備期期間的信號(hào)特性的實(shí)施方式。
[0055]圖10示意性地顯示了用于實(shí)施本發(fā)明的脈沖充電方法的充電裝置。
[0056]圖1示意性地顯示了包含陰極和陽(yáng)極的鋰離子電池的構(gòu)造。充電操作期間，鋰離子從正電極遷移至負(fù)電極，負(fù)電極例如涂覆有鋰石墨。放電操作期間，鋰離子從負(fù)電極遷移回正電極。兩個(gè)電極通過(guò)隔離器彼此隔開(kāi)，其中鋰離子遷移通過(guò)該隔離器。
[0057]鋰離子電池相比于其他可充電電池的特征在于它們沒(méi)有記憶效應(yīng)，并且自身放電非常低。鋰離子電池通常的充電終止電壓為約4.2V(基于標(biāo)稱(chēng)電壓為3.6V)。鋰離子電池包括例如鋰聚合物電池、硫酸鋰鐵電池、鋰石墨電池和鋰鈷電池。
[0058]圖2顯示了纏繞狀態(tài)的鋰離子電池。陽(yáng)極21和陰極22彼此相對(duì)設(shè)置并且通過(guò)隔離器23彼此隔開(kāi)。電極21和22上的接線(xiàn)端子24和25彼此呈對(duì)角線(xiàn)設(shè)置。S卩，電極的電阻隨著線(xiàn)路長(zhǎng)度增加而增加。因此，電極的電阻隨著到接線(xiàn)端子的距離的增加而增加。因此，當(dāng)鋰離子從正電極遷移至負(fù)電極時(shí)，它們盡力采用最小電阻的路徑，但是，該電阻不是由直接相對(duì)的電極形成的，而是位于兩個(gè)電極之間并貫穿整個(gè)電池(以27表示)。由于短的充電脈沖具有高于電池的標(biāo)稱(chēng)充電電流Itax的充電電流l.，鋰離子會(huì)被促使朝另一個(gè)電極移動(dòng)，而沒(méi)有時(shí)間尋找具有最小電阻的路徑。因此，隔離器23被形成以允許兩個(gè)相對(duì)的電極21和22之間均勻的離子交換。此外，由于充電脈沖和負(fù)載脈沖一直被限制，阻止了電極21，22的溫度上升，否則會(huì)導(dǎo)致電極的內(nèi)阻增加，這又會(huì)導(dǎo)致不均勻的電阻分布，一方面導(dǎo)致電極溫度的進(jìn)一步升高，另一方面導(dǎo)致電池內(nèi)鋰分布的變化，從而導(dǎo)致鋰沉積的不均勻分布。鋰的不均勻沉積會(huì)導(dǎo)致電極之間不再有可利用的完整的化學(xué)反應(yīng)表面，從而減小了最大的可能充電循環(huán)。另一方面，如果鋰沉積在其中一個(gè)電極上不均勻增長(zhǎng)，有時(shí)會(huì)達(dá)到并刺穿隔離器，導(dǎo)致短路。短的充電脈沖或負(fù)載脈沖具有抵銷(xiāo)這種情況的作用，其中防止溫度的過(guò)度上升是尤其重要的。參考標(biāo)記27顯示了嘗試采取最小電阻路徑的鋰離子的路徑。如果電池沒(méi)有用該短的高充電脈沖或負(fù)載脈沖來(lái)充電/放電，鋰離子會(huì)試圖采取附圖標(biāo)記27表示的途徑，這將導(dǎo)致電極上的鋰沉積的不均勻分布。
[0059]圖3顯示本發(fā)明的具有充電準(zhǔn)備期和脈沖充電期的充電方法的隨時(shí)間變化的信號(hào)特性。此處所示的充電方法是用于2.3 Ah容量的高能電池的一個(gè)例子。
[0060]利用該充電方法，該電池在充電準(zhǔn)備期期間被充電，充電準(zhǔn)備期包含第一上升期33，其充電電流在一分鐘內(nèi)由O升至1A。在該一分鐘后，停止充電操作2s的時(shí)間，即，不再為電池供應(yīng)充電電流，其中首先在無(wú)負(fù)載情況下測(cè)定電池電壓，隨后在預(yù)定負(fù)載情況下測(cè)定電池電壓。在2秒過(guò)后，并且在測(cè)得了高于3.0 V的放電終止電壓的電壓后，完成充電準(zhǔn)備期，并可開(kāi)始脈沖充電過(guò)程。
[0061]在脈沖充電期，正充電脈沖31的脈沖持續(xù)時(shí)間最初為ls，其中負(fù)載脈沖32的持續(xù)時(shí)間為0.5s。負(fù)載脈沖32期間，電池經(jīng)受300 mA的負(fù)載，其中在負(fù)載脈沖32內(nèi)測(cè)定電池的電壓Uzo如果此負(fù)載期間的電壓超過(guò)4.2V，則完成充電操作。
[0062]在電池內(nèi)，本發(fā)明的充電操作期間發(fā)生以下事項(xiàng):充電脈沖31期間在電池內(nèi)部產(chǎn)生了晶體，該晶體破壞電池的隔離器23，這會(huì)導(dǎo)致電荷和容量損失。而且，晶體阻擋了電極21，22之間的離子移動(dòng)，導(dǎo)致電池使用壽命的顯著減少。但是，因?yàn)樵诔潆娒}沖31之間存在本發(fā)明的負(fù)載脈沖32，這些晶體會(huì)由于負(fù)載而立刻被減少，因而晶體的負(fù)面作用被消除了。這是本發(fā)明的充電方法的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)圖3所述的本發(fā)明的充電方法，在脈沖充電期使用5A的充電脈沖31，其可能是高能電池的2.3A的標(biāo)稱(chēng)充電電流的約兩倍。
[0063]除充電脈沖31期間的上升的電流值外，在本發(fā)明的充電方法中還施加或允許施加高于特定的充電終止電壓Utaax的電壓，其對(duì)于各電池是預(yù)定的，在本例中，對(duì)于高能電池指定為4.2V。這樣，高電流可被維持直至最后一個(gè)充電脈沖31，與常規(guī)充電方法相比，使得電池可能在非常短的時(shí)間內(nèi)充電至100%或更多。
[0064]對(duì)于其他常規(guī)充電方法而言，所使用的充電電流保持恒定，但當(dāng)達(dá)到充電終止電壓Utaax時(shí)，充電電流被降低。因?yàn)檫_(dá)到充電終止電壓Utaax時(shí)的電流陷落，所以需要顯著更高的充電時(shí)間，特別是對(duì)于為電池容量的剩余20%充電而言。而且，對(duì)于傳統(tǒng)充電方法，電壓在充電脈沖中斷期間測(cè)量。因此，因?yàn)闆](méi)有施加負(fù)載脈沖，充電期間形成的損壞隔離器23的晶體或枝晶未被除去。因?yàn)檫@些晶體未被除去，常用的充電方法一定不能使用升高的恒定充電電流和高于充電終止電壓Utaax的電壓。
[0065]還有一些充電方法使用連續(xù)升高的電流來(lái)充電，但是其中連續(xù)升高的充電電流込導(dǎo)致電池衰退，特別是如果電池被充電至100%時(shí)更是如此。而且，觀(guān)察到了溫度的顯著上升。
[0066]本發(fā)明的充電方法，在負(fù)載脈沖32期間使用預(yù)定的陷落(sink)從而除去晶體或枝晶，并抵銷(xiāo)溫度增加，因此即使當(dāng)達(dá)到充電終止電壓Utaax時(shí)，也可以在充電脈沖31期間維持充電電流l.，并以恒定的充電電流込和高于充電終止電壓Utaax的電壓給電池充電。由于負(fù)載脈沖期間持續(xù)地移除晶體或枝晶，所以可以使用更高的電壓和均勻的電流脈沖，導(dǎo)致充電時(shí)間的急劇下降。由于脈沖很短，因此避免了溫度的上升，并且電池以非常謹(jǐn)慎的方式充電，因而盡管使用了更高的電壓和電流值，電池的使用壽命不會(huì)以任何方式被減少。
[0067]而且，由于不存在晶體，所以幾乎沒(méi)有自身放電，效果在于充電至100%的電池在閑置時(shí)或在未連接時(shí)不會(huì)放電，因此不會(huì)衰退，甚至在存儲(chǔ)幾年后仍可具有其完整容量。
[0068]圖3的信號(hào)特性涉及的高能電池具有2.3Ah的容量、4.2V的充電終止電壓ULmax、
3.7V的標(biāo)稱(chēng)電壓、3.0V的放電終止電壓Ua、2.3A的標(biāo)稱(chēng)充電電流Itaax和4.2A的最大放電電流，以及3.5A的連續(xù)放電電流。
[0069]圖4顯示了本發(fā)明的用于高能電池的充電方法，該高能電池的容量為2.3Ah。該高能電池的其他特性數(shù)據(jù)為4.1V的充電終止電壓Utaax、3.3V的標(biāo)稱(chēng)電壓、2.0V的放電終止電壓Ua、10A的標(biāo)稱(chēng)充電電流、最大50A的放電電流和25A的連續(xù)放電電流。
[0070]與圖3所述的充電方法相反，對(duì)于大電流電池，在脈沖充電期的充電脈沖41期間利用絕對(duì)數(shù)量為20A的顯著更高的電流進(jìn)行充電。充電脈沖41之間的負(fù)載脈沖42也顯著更高(2A)(絕對(duì)數(shù)量)。
[0071]圖5顯示了本發(fā)明的充電方法的電壓、電流、容量和溫度的信號(hào)特性。根據(jù)圖5，鋰電池在約18分鐘的時(shí)間內(nèi)被完全充滿(mǎn)，并且電池的溫度沒(méi)有上升。溫度顯示在圖5的下部，并且從充電操作開(kāi)始到完成保持在低于35°C的區(qū)域。電流/電壓特性顯示以5A的充電脈沖對(duì)電池的脈沖刺激，其中充電脈沖之后為負(fù)載脈沖，負(fù)載脈沖小于1A，優(yōu)選地，所使用的負(fù)載脈沖為約300 mA。在圖5的上部顯示的是電壓。充電程序開(kāi)始時(shí)，電池中的電壓低于
3.7V，其中在第一充電脈沖期間，電壓Uz最初低于4.2V。但是，當(dāng)在充電過(guò)程的整個(gè)時(shí)間上來(lái)看電壓特性時(shí)，可看出電池的電壓Uz在較短的時(shí)間(約2.5min)后達(dá)到4.25V，這高于鋰離子電池的充電終止電壓隊(duì)_。
[0072]對(duì)于常用的充電方法，充電脈沖期間的電流水平會(huì)被降低。在本發(fā)明的充電方法中，使用了電流強(qiáng)度高于標(biāo)稱(chēng)充電電流Itaax的極短的充電脈沖，因此即使超過(guò)充電終止電壓Utaax時(shí)，電池的電壓Uz可進(jìn)一步升高，而充電脈沖中的電流強(qiáng)度不須降低。因此，可以急劇降低電池的充電時(shí)間，而不會(huì)有溫度上升，或電池以某種形式衰退。當(dāng)達(dá)到約4.5V的電壓Uz時(shí)，充電脈沖期間的電流開(kāi)始降低，因?yàn)樵趲讉€(gè)連續(xù)的負(fù)載脈沖中都測(cè)到了約4.1V的電壓Uz，其大約對(duì)應(yīng)于最大充電終止電壓Uljnax。
[0073]而且，還可以認(rèn)識(shí)到，充電脈沖的高度和負(fù)載脈沖的高度根據(jù)所測(cè)定的電池的電壓仏而變化?？梢钥闯觯?dāng)負(fù)載脈沖期間電壓上升時(shí)，負(fù)載脈沖期間的應(yīng)力或負(fù)載電流繼而降低，直到負(fù)載脈沖期間的電壓再次位于特定范圍內(nèi)，該特定范圍遵循電壓的較低趨勢(shì)。因此，這避免了電極處溫度的升高。
[0074]圖6顯示了本發(fā)明的充電方法的另一種信號(hào)特性。在該充電方法中，在25分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)電池的100%充電。類(lèi)似于圖5的充電方法，可以認(rèn)識(shí)到，電壓相對(duì)快速地升高至高于
4.2V的充電終止電壓，并在隨后沒(méi)有降低充電脈沖期間的電流。直到約17分鐘，當(dāng)電池的電壓Uz達(dá)到4.5V后，充電脈沖才降低。在達(dá)到4.5V的電壓后，在負(fù)載脈沖中，電池中已存在大于4V的電壓。即，電池幾乎完全充滿(mǎn)。為了避免溫度的進(jìn)一步上升，在預(yù)定電壓4.5V時(shí)開(kāi)始降低充電脈沖期間的電流強(qiáng)度，但是，負(fù)載脈沖的高度不變?？汕宄乜闯觯妷篣z在負(fù)載脈沖期間進(jìn)一步上升，并達(dá)到4.2V的值，這對(duì)應(yīng)于電池的充電終止電壓Utaax。對(duì)于這種信號(hào)特性，還可以認(rèn)識(shí)到的是，電池的溫度很難變化，并且無(wú)論如何不會(huì)上升高過(guò)35°C。
[0075]圖7顯示了充電過(guò)程期間的電流、電壓、容量和溫度的信號(hào)特性。在脈沖充電期開(kāi)始時(shí)，施加5A的充電 脈沖，在高能電池中，這對(duì)應(yīng)于Iljnax的約兩倍多。在負(fù)載脈沖和充電脈沖期間測(cè)定電壓Uz。在5A的第一個(gè)充電脈沖中，電池中的電壓Uz達(dá)到約4.2V。第一充電脈沖之后為小于500 mA的第一負(fù)載脈沖,優(yōu)選300 mA,此時(shí)電池被放電。負(fù)載脈沖的電流是充電脈沖期間的電流的約3%-6%。
[0076]圖7清楚地顯示了負(fù)載脈沖的高度的變化。在視圖的中部，可認(rèn)識(shí)到，在負(fù)載脈沖期間，電壓陡然升至最初的3.8V或僅低于4V。這種陡然的電壓升高的抵消在于隨后的負(fù)載脈沖的電流強(qiáng)度被降低。最初，負(fù)載脈沖從300mA減半至150mA。如果電壓進(jìn)一步上升，還可以施加小于50mA的電流強(qiáng)度的負(fù)載脈沖。在降低負(fù)載脈沖的高度后，可以認(rèn)識(shí)到，電壓Uz回到負(fù)載脈沖期間的電壓趨勢(shì)，導(dǎo)致負(fù)載脈沖期間的電壓又位于3.75V以下的范圍內(nèi)。
[0077]圖7表示圖5或圖6的充電過(guò)程的時(shí)間部分，但是僅表示約I分鐘。因此，不可檢測(cè)到溫度或電容的變化。
[0078]圖8a和Sb顯示了本發(fā)明的充電過(guò)程的流程圖，其中進(jìn)行了充電準(zhǔn)備期和脈沖充電期。在充電過(guò)程在步驟S301中被啟動(dòng)后，電池的電壓Uz被最初測(cè)定(S302)。當(dāng)電壓Uz大于充電終止電壓ULmax時(shí)，即，當(dāng)在高能電池的情況下，電池存在4.2V的電壓時(shí)，電池被完全充滿(mǎn)，充電過(guò)程完成。
[0079]如果電池電壓Uz小于終止電壓Utaax，在步驟S303中進(jìn)行檢查以觀(guān)察電池電壓是否大于放電終止電壓Uelo高能電池的放電終止電壓Uel為約3V，大電流電池的放電終止電壓Uel為約2V。如果電池電壓Uz高于放電終止電壓UEL，圖8b的脈沖充電過(guò)程可立即繼續(xù)。但是，如果電池的電壓Uz小于放電終止電壓ua，必須進(jìn)行充電準(zhǔn)備期，以激活電池。[0080]因此，在步驟304中進(jìn)行第一上升期。在電池在第一上升期內(nèi)被充電后，在負(fù)載下測(cè)定電池電壓Uz。換句話(huà)說(shuō)，檢查電池在負(fù)載下的電壓的水平Uz。如果電壓Uz現(xiàn)在高于2V或3V(取決于所使用的電池)的放電終止電壓Ua，可啟動(dòng)脈沖充電期。否則在步驟S306或S307中重復(fù)第一上升期，其中也重復(fù)進(jìn)行電壓測(cè)量。如果在重復(fù)第一上升期后，電池電壓仍低于放電終止電壓Ua，使用高于標(biāo)稱(chēng)充電電流Itaax的充電電流k來(lái)進(jìn)行第二上升期(S308)。雖然未在圖8a中顯示，但在第二上升期結(jié)束后，要檢查電池電壓Uz是否達(dá)到了放電終止電壓UEL。如果即使在第二上升期后電池電壓Uz仍然未達(dá)到放電終止電壓UEL，則電池是有缺陷的，并且不能被進(jìn)一步充電。圖8b中所示的脈沖充電期僅可在達(dá)到放電終止電SUa的條件下開(kāi)始。在開(kāi)始脈沖充電期后，最初利用充電電流L施加充電脈沖一個(gè)時(shí)間段tl,該充電電流Ilj大于標(biāo)稱(chēng)充電電流Iljliaxt5在充電脈沖后，施加負(fù)載脈沖，優(yōu)選地，負(fù)載脈沖的長(zhǎng)度僅為充電脈沖的一半，并且此時(shí)電池被負(fù)載以放電電流I—，放電電流I—為約標(biāo)稱(chēng)充電電流Itaax的25%。在負(fù)載脈沖期間，測(cè)量電池電壓Uz，并檢查電池電壓Uz是否大于充電終止電壓隊(duì)_。如果電池電壓Uz已經(jīng)高于充電終止電壓Uljnax，那么在步驟S315和S316/S317中檢查充電終止電壓是否已達(dá)到三次。如果是這樣，電池即完全充滿(mǎn)。如果在步驟S313中，電池電壓Uz小于充電終止電壓，在步驟S314中基于負(fù)載脈沖期間測(cè)定的電壓Uz，設(shè)定下一次充電脈沖/負(fù)載脈沖的高度，隨后該方法在步驟S311/S312中繼續(xù)，這可從圖5、6、7的信號(hào)特性明顯看出。
[0081]圖9顯示了詳細(xì)的充電準(zhǔn)備期。在圖9的上部可認(rèn)識(shí)到，電池最初以線(xiàn)性上升的電流充電，最多上升到IA的電流強(qiáng)度，其中電池的電壓在此時(shí)由約3.5V上升至3.7V。在后續(xù)的負(fù)載施加期間，在此進(jìn)行電壓測(cè)量。在第一上升期后，可以看出，電池的電壓Uz低于
2.0V，這低于大電流電池的放電終止電壓Ua，因此必須進(jìn)行另一個(gè)第一上升期，因?yàn)槊}沖充電期僅可在放電終止電壓Ua的基礎(chǔ)上開(kāi)始。在重復(fù)第一上升期后，進(jìn)行另一次電壓測(cè)量，其顯示在重復(fù)第一上升期結(jié)束時(shí)，電池的電壓為2.1V，這高于放電終止電壓Ua。現(xiàn)在，基于各實(shí)施方式，可進(jìn)行第二上升期，此時(shí)電池被高于標(biāo)稱(chēng)充電電流的電流強(qiáng)度Itaax充電。作為選擇，也可以立即開(kāi)始脈沖充電期。
[0082]圖10顯示了進(jìn)行所述充電方法的裝置。通常，用于進(jìn)行充電方法的裝置被稱(chēng)為充電裝置。與常規(guī)充電裝置相反，進(jìn)行該充電方法的充電裝置能夠?qū)﹄姵厥┘宇A(yù)定的陷落/預(yù)定的負(fù)載脈沖。充電裝置100連接至電池140。電池140連接至溫度傳感器160，溫度傳感器連接至充電裝置100用于連續(xù)地或周期性地監(jiān)控溫度。充電裝置100包含CPU 110，其運(yùn)行本發(fā)明的充電方法。CPU 110與存儲(chǔ)器120以及用于輸出測(cè)量值的顯示器130相連。而且，充電裝置包括輸入單元150，通過(guò)該輸入單元150可控制該充電方法。存儲(chǔ)器120存儲(chǔ)有各種用于充電過(guò)程的參數(shù)。例如，對(duì)于某種電池，這些參數(shù)可為其特性數(shù)據(jù)，例如容量、充電終止電壓、標(biāo)稱(chēng)電壓、放電終止電壓、最大充電電流、最大放電電流和連續(xù)放電電流或僅為它們的一部分?；谶@些值，計(jì)算出充電脈沖/負(fù)載脈沖的高度。而且，各電池相關(guān)的臨界溫度值也可被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器120中。充電裝置可優(yōu)選配備有檢測(cè)裝置，以用于識(shí)別要被充電的電池。
[0083]類(lèi)似地，電池的類(lèi)型可經(jīng)由輸入裝置150被載入。根據(jù)各充電方法，充電裝置的CPU 110測(cè)量充電/負(fù)載脈沖中的電壓和/或電流。優(yōu)選地，充電裝置100包括至少一個(gè)電容器，其用于為充電脈沖提供電荷。類(lèi)似地，可以使用至少一個(gè)電容器用于負(fù)載脈沖期間的放電，其中存儲(chǔ)的電荷隨后經(jīng)由電阻被放電。
【權(quán)利要求】
1.一種為基于鋰離子的可充電電池充電的方法，所述方法包括: -為電池(140)脈沖充電，其中充電脈沖(31，34)期間的充電電流込超過(guò)電池(140)的標(biāo)稱(chēng)充電電流Itax ;以及 -電池(140)在充電脈沖(31)之間通過(guò)負(fù)載脈沖(32)被放電，其中負(fù)載脈沖(32)短于充電脈沖(31)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中充電脈沖(31，41)期間的充電電流L大于電池(140)的標(biāo)稱(chēng)充電電流Iljnax的1.5倍，優(yōu)選是標(biāo)稱(chēng)充電電流Itaax的兩倍或更大。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中充電脈沖(31，41)期間的充電電壓隊(duì)高于充電終止電壓Utaax。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3的任一項(xiàng)所述的方法，其中充電脈沖(31，41)期間的充電電流込的水平和/或負(fù)載脈沖(32，42)的高度取決于電池(140)的狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中充電脈沖(31，41)和/或負(fù)載脈沖(32，42)期間的電流水平根據(jù)電池(140)的內(nèi)阻和/或電池的溫度設(shè)定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5的任一項(xiàng)所述的方法，其中在負(fù)載脈沖(32，42)期間，最大為標(biāo)稱(chēng)充電電流Itax的20 - 25 %的放電電流Last在流動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6的任一項(xiàng)所述的方法，其中充電電流L的水平在連續(xù)的充電脈沖(31，41)中是變化的，和/或放電電流Last的水平在連續(xù)的負(fù)載脈沖(32，42)中是變化的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7的任一項(xiàng)所述的方法，其中在至少一個(gè)負(fù)載脈沖(32，42)和/或一個(gè)充電脈沖(31，41)期間，在電池(140)上進(jìn)行電壓測(cè)量，優(yōu)選在所有負(fù)載脈沖/充電脈沖期間都進(jìn)行電壓測(cè)量。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8的任一項(xiàng)所述的方法，其中持續(xù)地或周期性地測(cè)量電池的電壓Uz和/或溫度T。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其中當(dāng)超過(guò)電池(140)的預(yù)定電壓時(shí)，終止充電操作，和/或其中當(dāng)超過(guò)電池的預(yù)定溫度(Tmax)時(shí)，終止充電操作。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10的任一項(xiàng)所述的方法，其中根據(jù)電壓測(cè)量值為隨后的充電脈沖(31，41)設(shè)定充電電流込的水平，其中如果在負(fù)載脈沖期間(32，42)電池的電壓Uz高于預(yù)定值，那么充電電流L在下一個(gè)充電脈沖中被降低。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11的任一項(xiàng)所述的方法，其中根據(jù)電壓測(cè)量值為隨后的負(fù)載脈沖(32，42)設(shè)定放電電流I^t的水平，其中如果在負(fù)載脈沖期間(32，42)電池的電壓Uz高于預(yù)定值，那么放電電流kast在下一個(gè)負(fù)載脈沖中被降低。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12的任一項(xiàng)所述的方法，其中負(fù)載脈沖(32，42)的長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)于充電脈沖(31，41)的長(zhǎng)度的約一半。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-13的任一項(xiàng)所述的方法，其中在達(dá)到預(yù)定數(shù)量(η)的負(fù)載脈沖(32，42)后并且在這些負(fù)載脈沖中測(cè)量的電壓Uz對(duì)應(yīng)于電池的充電終止電壓Utaax，則電池的充電完成。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-14的任一項(xiàng)所述的方法，其中在充電脈沖(31，41)期間達(dá)到充電終止電壓Utaax后，負(fù)載比達(dá)到充電終止電壓Uljnax前的負(fù)載脈沖(32，42)中的大約25%。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-15的任一項(xiàng)所述的方法，其中如果電壓Uz在負(fù)載脈沖(32，42)期間達(dá)到充電終止電壓Utaax，那么在下一個(gè)充電脈沖中(31，41)降低充電電流込。
17.根據(jù)權(quán)利要求1-16的任一項(xiàng)所述的方法，其中在脈沖充電期之前進(jìn)行充電準(zhǔn)備期。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括: -測(cè)定無(wú)負(fù)載時(shí)的電池電壓Uz (S302), -根據(jù)測(cè)定的電壓Uz設(shè)定充電電流水平込， -設(shè)定相對(duì)預(yù)定時(shí)間tA的充電電流的增加込， -在預(yù)定時(shí)間tA內(nèi)的第一線(xiàn)性上升期內(nèi)以充電電流k為電池充電(S304)，在第一線(xiàn)性上升期電流最高升至所設(shè)定的充電電流水平，其中充電電流L在其最大值時(shí)對(duì)應(yīng)電池的標(biāo)稱(chēng)充電電流Itaax。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中在達(dá)到所設(shè)定的充電電流水平后，在預(yù)定負(fù)載下測(cè)定電池的電壓Uz (S305)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括 -根據(jù)在負(fù)載下測(cè)定的電池的電壓Uz，重復(fù)第一線(xiàn)性上升期一次或幾次(S306)。
21.根據(jù)權(quán)利要求18-20的任一項(xiàng)所述的方法，其中當(dāng)電池的電壓Uz高于第一閾值但低于第二閾值時(shí)，利用高于電池的標(biāo)稱(chēng)充電電流Itaax的充電電流Iy進(jìn)行第二線(xiàn)性上升期(S308)。
22.根據(jù)權(quán)利要求17-21的任一項(xiàng)所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括: -測(cè)定電池在負(fù)載下的電壓UZ(S302，S303, S305, S307)，確定是否達(dá)到允許脈沖充電的預(yù)定最小電壓， -在達(dá)到預(yù)定最小電壓后開(kāi)始脈沖充電期(S310)。
23.—種為基于鋰離子的可充電電池充電的方法，所述方法包括以下步驟: -測(cè)定電池在無(wú)負(fù)載時(shí)的電壓UZ(S302)， -根據(jù)所測(cè)定的電壓Uz設(shè)定充電電流水平， -設(shè)定相對(duì)于預(yù)定時(shí)間的充電電流L的增加， -在預(yù)定時(shí)間內(nèi)的第一線(xiàn)性上升期內(nèi)以充電電流k為電池充電(S304)，在第一線(xiàn)性上升期電流最高升至所設(shè)定的充電電流水平，其中充電電流L在其最大值時(shí)對(duì)應(yīng)電池的標(biāo)稱(chēng)充電電流Itaax。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中在達(dá)到所設(shè)定的充電電流水平后，在預(yù)定負(fù)載下測(cè)定電池的電壓Uz (S305)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括: -根據(jù)在負(fù)載下測(cè)定的電池的電壓Uz，重復(fù)第一線(xiàn)性上升期一次或幾次(S306)。
26.根據(jù)權(quán)利要求23-25的任一項(xiàng)所述的方法，其中如果所測(cè)定的電池的電壓Uz高于第一閾值但低于第二閾值時(shí)，那么利用高于電池的標(biāo)稱(chēng)充電電流Itaax的充電電流，進(jìn)行第二線(xiàn)性上升期(S308)。
27.一種為基于鋰離子的可充電電池充電的裝置，所述裝置包括控制器(110)，所述控制器(I1)適于進(jìn)行權(quán)利要求1-26的任一項(xiàng)所述的方法。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的裝置，所述裝置進(jìn)一步包括用于提供陷落從而在負(fù)載脈沖(32，42)期間給電池放電的裝置，其中負(fù)載脈沖(32，42)的大小可被設(shè)定。
29.根據(jù)權(quán)利要求27或28所述的裝置，所述裝置進(jìn)一步包括至少一個(gè)電容器，所述電容器用于提供負(fù)載脈 沖(32，42)和/或充電脈沖(31，42)。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK104040823SQ201280058911
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月30日
【發(fā)明者】約格·海姆佩爾 申請(qǐng)人:H科技公司