CN101953016A - 用于组合电池芯和组合电池芯系统的充电方法 - Google Patents

Abstract

一种组合电池芯系统，包括：组合电池芯(11)，包括多个串联的电池芯(11-1至11-n)；电压检测单元(12)，其检测所述电池芯的电压；设定单元(32)，其设定充电电流设定值，以便在至少一个所检测的电池芯电压达到预定充电终止上限电压时，降低所述组合电池芯的所述充电电流设定值；以及开关单元(15)，其在至少一个所述电池芯电压达到所述充电终止上限电压，且最低电池芯电压低于预定充电终止下限电压时，停止所述充电。

Description

用于组合电池芯和组合电池芯系统的充电方法

技术领域

本发明涉及用于组合电池芯和组合电池芯系统的充电方法，该组合电池芯包括串联连接的多个蓄电池。

背景技术

高能量密度的蓄电池已广泛用作用于诸如便携式电话和笔记本个人电脑的小的信息装备的电源。蓄电池通常串联连接，其数量与目标设备所需的电压以及电流相对应，或通常用作组合电池芯，其中它们串联或并联连接。因为前述小的信息装备的电源电压约为数V至10V，所以组合电池芯中的串联连接的数量为1至3。

另一方面，近些年，将蓄电池用于需要高功率或高电压的目的和用于信息装备的电源的应用得到了迅速的扩张，需要高功率或高电压的应用诸如是家庭电气器具、电动工具(power tool)、助力自行车以及混合动力车辆(hybrid electric vehicle)。与之相伴的是，组合电池芯中串联连接的数量增大了，并且串联连接10个或更多电池不罕见。

串联连接电池的突出问题是单独的电池(称作电池芯)之间的波动。波动包括例如电容量波动、阻抗波动、以及充电状态(SOC)波动。可能导致这些波动的错误的波动是电压波动，其是SOC波动之一。

如果具有不同电容量的电池串联连接，或多个电池在不同的SOC下连接，则在组合电池满充的状态下，生成了电压比平均电压高的电池芯或电压比平均电压低的电池芯。具有较高电压的电池芯变成过度充电状态，由此加强了退化。如果重复充电，则由于过度充电而加强了退化的电池芯具有减小的电容量，使得过度充电更进一步，由此加速了退化。结果，与电池芯的使用寿命相比，组合电池的循环使用寿命被极度缩短。

因此，要求组合电池芯使用保护电路来控制其电池芯不被过度充电。与过度充电一样，优选地，控制组合电池芯的所有电池芯不处于关于诸如过度放电和过热(overheating)的其它电池异常的异常范围内。

附带地，作为用于非水电解质蓄电池中的充电控制方法，通常使用恒流恒压型方法。根据恒流恒压型方法，执行恒流充电，直到电池达到满充电压，其后，执行恒压充电，电池电压维持于某一设定电压。根据恒流恒压型方法，当对电池芯充电时，电池芯电压决不会达到过度充电区。即使通过增大充电电流来执行快速充电，虽然达到满充电压所需的时间缩短了，但是不会达到更高电压。

另一方面，如果根据恒流恒压方法对组合电池芯进行充电，则产生前述电压波动。当对充电电源执行反馈控制时，通常，在恒压充电下，组合电池芯的电压被控制为恒定。因此，在具有低电压的电池芯和具有高电压的电池芯串联连接的任何组合电池芯中，具有高电压的电池芯达到过度充电区。

理想地，如果能够对组合电池芯的所有电池芯执行恒压充电控制，则由于电压波动的过度充电问题决不会发生。然而，为了对组合电池芯的所有电池芯的电压执行恒压充电，需要在反馈环中采取如下复杂的处理，以控制充电电源：(i)测量所有电池芯的电压；(ii)通过比较各电池芯电压来选择最高电池芯电压；(iii)将最高电池芯电压与参考电压进行比较；以及(iv)基于(iii)的比较结果控制充电电源的输出电压。即使能够在反馈环中采用该处理，就响应速度、稳定性、以及对诸如噪声的干扰的抵抗力来说，反馈环也具有多个不稳定因素。因此，存在可靠性问题，且随着组合电池芯中串联连接的电池芯的数量增大，电路配置变得复杂，就成本和尺寸来说，这是不利的。

在大多数应用的组合电池芯系统中，提供分开的组合电池芯和充电器，且组合电池芯和充电器仅在充电时相连接。然而，包含关于所有电池芯电压的信息的复杂反馈信息不能在组合电池芯和充电器之间容易地传输。

被重新充电的电池芯之间的电压波动随电池芯之间的SOC波动增大而增大，或者电池芯的电压相对于满充附近的SOC的改变率增大，或充电电流增大。因此，如果企图对由电池芯构成的组合电池进行快速充电，该电池芯具有容许电池芯电压在重新充电的结束期陡峭上升的特性，则特别是那些问题会变得突出。因为通常，组合电池芯具有关于电池芯之间的电压波动的问题，所以在比电池芯的满充电压高的电压侧设定充电禁止电池芯电压。然而，如果电池芯间的电压波动增大，则在重新充电期间，电池芯的部分超越充电禁止电池芯电压，使得有些时候，充电中途停止。

如果根据恒流恒压型方法对组合电池芯进行充电，以避免该现象，则恒压充电时的设定电压设定为低于(电池芯的满充电压)×(串联连接的电池芯的数量)。通常，如果充电电压进一步减小，则在电压相对于SOC的改变小的区中执行充电。从而，即使存在相同量的SOC波动，电压波动也减小了。此外，通常，电池芯达到的电压减小，使得能够增大达到充电禁止电池芯电压所需的电压裕度。即使发生电压波动，该波动也是在能够对电池芯重新充电的比满充电压低的电压附近产生，由此降低了发生过度充电的可能性。然而，如果降低了恒压时的设定电压，则归因于受限的快速充电性能，产生了充电电容量受限的问题和充电速度降低的问题。

已经公开了另一充电方法，例如在JP-A2005-151683(特开)中，其不限制充电电容量或充电速度，同时避免了归因于电压波动的过度充电。根据JP-A2005-151683(特开)中公开的充电方法，根据恒流方法对整个组合电池芯进行充电，且在组合电池芯中包含的任何一个电池芯达到满充电压时，减小充电电流，并继续恒流充电。通过重复此步骤以逐步减小充电电流，对电池芯进行充电。根据此充电方法，即使电池芯的电压发生波动，在表示最高电压的电池芯达到满充电压时，充电电流也降低了。在充电电流下降时，所有电池芯电压下降并达到过度充电电压的情况决不会发生。此外，如果最终以充分小的电流值执行恒流充电，则能够获得与恒流恒压充电方法的情况类似的充电电容量。此外，通过将每一步的充电电流的降低率设定的较小，能够获得与恒流恒压方法的情况类似的充电速度。

根据JP-A2005-151683(特开)中公开的方法，即使电池芯的电压波动，充电也继续。因此，即使包含有比其它电池芯的电压低得多的电压的电池芯，充电也决不会因为例如内部短路而停止。在组合电池芯的部分被局部加热，使得电池芯的部分的阻抗降低并且从而降低了充电时电池芯的电压的情况下，发生相同的事情。

根据恒流恒压方法，如果由于内部短路或过热而在组合电池芯中存在具有特别低的电压的电池芯，则需要增大其它电池芯的电压。结果，因为过度充电禁止条件，充电停止。然而，JP-A2005-151683(特开)中公开的方法还有新的问题，即，该安全机制可能被禁用，使得呈现内部短路问题的电池芯被重新充电，并那样被使用，结果，局部加热的电池芯可以被快速充电产生的焦耳热进一步加热。

本发明的一个目的是提供用于组合电池芯和组合电池芯系统的充电方法，该组合电池芯能够执行快速充电，同时即使电池芯之间存在波动也能抑制过度充电，并确保以高安全性防止，归因于诸如内部短路的电池异常，而在电池芯中存在大的电压波动。

发明内容

根据本发明的一方面，提供了一种用于组合电池芯的充电方法，所述组合电池芯包括多个串联连接的蓄电池，所述充电方法包括：检测所述电池芯电压；设定充电电流设定值，以便在至少一个所检测的电池芯电压达到预定充电终止上限电压时，降低所述组合电池芯的所述充电电流设定值；根据所述充电电流设定值控制所述组合电池芯的所述充电电流；以及在至少一个检测的所述电池芯电压达到所述充电终止上限电压，且最低电池芯电压低于预定充电终止下限电压时，停止所述充电。

附图说明

图1是示出根据本发明的实施例的组合电池芯系统的框图；

图2是示出相同实施例的算术运算部分的细节的框图；

图3是示出相同实施例的充电控制流程的流程图；

图4是示出根据相同实施例的，在用于恒流充电的充电电流设定值逐步降低时，连续进行充电时的充电曲线的图示；

图5是示出根据相同实施例的，在电池芯电压达到充电终止上限时，存在具有比充电终止下限低的电池芯电压的电池的情况下，充电曲线的图示。

具体实施方式

以下，将参照附图详细描述本发明的实施例。

图1示出了根据本发明的实施例的组合电池芯系统。组合电池芯系统主要具有电池组10和充电器20。为了给电池组10充电，电池组10和充电器20如同一图中所示地连接，为了使电池组10放电，将它们断开，并且将电池组10连接至负载。虽然图1示出了电池组10和充电器20彼此分开的范例，但是使用其中电池组和充电器组合为电源系统的组合电池芯是允许的。

电池组10装备有组合电池芯11，组合电池芯11具有串联连接的多个电池芯11-1至11-n。虽然图1中组合电池芯11的串联连接的数量是5，但是n可以是2或更大的任意数。图1中单个电池表示的部分可以是多个并联连接的电池，并且在该情况下，使用并串联组合电池芯。电池组10还包括电压检测单元12、算术运算单元13、通信单元14以及开关电路15。

电压检测单元12连接至组合电池芯11的所有电池芯11-1至11-n的连接点，以检测电池芯11-1至11-n的电压(称作电池芯电压)。如果组合电池芯包含并联连接，则电压检测单元12仅需要检测每组并联连接的单个位置的电压，因为同一组并联连接具有相同电压。电压检测单元12的检测结果输入至算术运算单元13。

算术运算单元13确定电压检测单元12检测的所有电池芯电压并基于该确定结果确定充电电流设定值Ic。如果电压检测单元12检测的电池芯电压异常，则算术运算单元13关断插于组合电池芯11和充电器20之间的开关电路15，以便强制地切断充电电流或放电电流。

算术运算单元13具有电池芯电压确定单元31和充电电流设定单元32，如图2的内部配置的范例中所示。电池芯电压确定单元31使用初步确定的充电终止上限电压和充电终止下限电压确定电压检测单元12检测的电池芯电压，以获得确定结果。更具体地，电池芯电压确定单元31确定(a)在组合电池芯11的充电期间每个电池芯电压是否达到了其充电终止上限电压，并且还确定(b)在至少一个电池芯电压达到充电终止上限电压时，最低电池芯电压是否低于充电终止下限电压。算术运算单元13由例如并入有模-数转换器(ADC)的微控制器构成，并在将电压检测单元12检测的电池芯电压转换为数字信号后进行上述判断。

如果至少一个电池芯电压达到了充电终止上限电压，则充电电流设定单元32基于电池芯电压确定单元31的确定结果(a)设定充电电流设定值以降低组合电池芯11的充电电流。以此方式设定的充电电流设定值的信息通过通信单元14传输至充电器20。

关于电池芯电压确定单元31的确定结果(b)的信息传输至开关电路15。如果在至少一个电池芯电压达到充电终止上限电压时，最低电池芯电压低于组合电池芯充电时的充电终止下限电压，则关断开关电路15以停止充电。

另一方面，充电器20装备有充电电源21、控制单元28和通信单元29。充电电源21包括初级整流电路22、功率开关电路23、高频变压器电路24、次级整流电路25、平滑电路26以及电流检测电路27，并在控制单元28的控制下产生充电电流。通信单元29经由通信单元14接收从电池组10传输的关于充电电流设定值的信息，并将其传输给控制单元28。

通信单元14和29不仅交换关于充电电流设定值的信息，而且交换电池组10和充电器20之间的所需的其它信息。省略后者的描述。通信单元14和29的通信方法可以是数字数据的串行通信或并行通信，或可以是使用模拟值的通信，其原样为模拟值。

在其中集成了电池组和充电器的组合电池芯系统的情况下，通信单元14和29不总是必需的，但是如果电池组10和充电器20如图1中所示地彼此分开，则优选地提供通信单元14和29。

开关电路15不总是必需的，且关于电池芯电压确定单元31的确定结果(b)的信息传输至充电电流设定单元32，且还可以通过通信单元14传输以停止充电器20的充电输出。

为了简单描述充电电源21，在初级整流电路22中，对外部AC电源(例如，商业AC电源)的电压进行整流，且通过功率开关电路23中的高频切换由此获得的DC电压。功率开关电路23产生的高频电压经由高频电压器电路24传输至次级整流电路25，并在那里被整流。来自次级整流电路25的输出由平滑电路26平滑。电流检测电路27检测次级整流电路25和平滑电路26产生的充电电流。

控制单元28根据例如脉宽调制(PWM)系统控制功率开关电路24，以便电流检测电路27检测的充电电流与从电池组10传输的充电电流设定值一致。此外，控制单元28如所需地具有对基于充电电源21的输出电压(充电电压)控制充电电流进行反馈的功能。

接下来，将使用图3中所示的流程图描述此实施例的组合电池芯系统中的充电控制的详细流程。

构成组合电池芯11的电池芯11-1至11-n的充电终止上限电压VH和充电终止下限电压VL设定于电池芯电压确定单元31中。充电终止上限电压VH优选地为停止充电时的上限电池芯电压并称作正确的(just)充电终止电压。充电终止下限电压VL是停止充电时的下限电池芯电压。

假定充电电流设定值为Ici，且i越大，充电电流设定值越小，则算术运算单元13的充电电流设定单元32设定i＝1(步骤S101)，且在后面描述的步骤S102经过后，设定Ici为Ic1(步骤S103)。以此方式设定的充电电流设定值Ic1的信息从电池组10传输至充电器20，以开始对组合电池芯11的恒流充电(步骤S104)。

电压检测单元12以例如数msec至数秒的短周期检测电池芯电压Vcell(步骤S105)，且检测的电池芯电压Vcell的数据输入至算术运算单元13。算术运算单元13通过将电池芯电压确定单元31检测的每个电池芯电压与充电终止上限电压VH进行比较来确定该每个电池芯电压(步骤S106)。

如果在步骤S106中确定各电池芯电压的至少一个电池芯电压达到充电终止上限电压，则充电电流设定单元32使i增加1(步骤S108)，并设定比Ic1小1级的充电电流设定值Ic2。关于以此方式设定的充电电流设定值Ic2的信息从电池组10传输至充电器20，由此继续恒流充电(步骤S104)。

如果充电电流设定值Ici以此方式下降且在步骤S102中确定充电电流设定值Ici已达到此过程中的最小充电电流Icmin，则终止组合电池芯11的充电。不仅可以通过Ici，而且可以根据其它标准(或条件)来确定充电的终止，其它标准诸如是总的充电时间超过预定时间的时候。Ici的预定值可以作为表由算术运算单元13储存或每次根据检测的电池芯电压Vcell设定不同值。

如果在步骤S106中，至少一个电池芯电压Vcell达到充电终止上限电压VH，则检查那时(至少一个电池芯电压Vcell达到VH时)是否有至少一个其它电池芯电压达到充电终止下限电压VL(步骤S107)。如果步骤S017的结果是“是”，则关断开关电路15以终止充电，而不会通过增加i、使用下一个充电电流设定值来继续进行恒流充电。

在步骤108中将i增加1后，充电电流设定单元32设定比步骤S103中的先前充电电流设定值(Ici-1)小一级的充电电流设定值Ici。此时，充电电流设定值Ici可以降低，因为在电池芯电压达到充电终止上限电压VH时的电池芯电压之间的差异(电压波动)增大了。

根据此实施例，增加步骤S107的处理是突出点。通过增加步骤S107的处理，能够确保防止大的电池芯电压波动的高安全性，该大的电池芯电压波动归因于诸如内部短路的电池异常。

图4和5示出了此实施例的组合电池芯的充电曲线，其横坐标表示电容量，且纵坐标表示电池芯电压和充电电流。图4表述通过例如按步骤Ic1→Ic2→Ic3→Ic4→Ic5→Ic6→Ic7→Ic8减小恒流充电的充电电流设定值Ici时，连续充电的状态。即，如果在每个充电电流设定值Ici下执行恒流充电时，电池芯电压Vcell达到充电终止上限电压VH，则充电电流设定值降低一级，然后执行恒流充电。这样，重复此过程。

图4示出了在所有充电电流设定值Ic1至Ic8处，在某一电池芯电压达到VH时，所有电池芯电压超过充电终止下限电压VL的情况的范例。另一方面，图5示出了的范例是，其中在某一电池芯电压(例如电池芯电压Vcell1)达到VH时，存在具有比VL低的电池芯电压的单个电池(例如Vcell5)。在存在归因于诸如内部短路的电池异常的大的电池芯电压波动时，发生图5的现象。

根据此实施例，如果在某一电池芯电压达到VH时，存在低于VL的电池芯电压，则图3的步骤S107的结果变为“是”，并且在该点停止充电。从而，决不会发生呈现内部短路的单个电池被重新充电或局部过热的电池由快速充电的焦耳热进一步加热的情况，由此确保了高的安全性。

为了检测任何异常电池(该电池中，由SOC波动引起的电压波动引起了内部短路)的存在，可以允许简单地监控电池芯的电压波动，并且在最大值和最小值之间的差超过特定值时，确定存在异常。然而，通常，由非水电解质蓄电池构成的组合电池芯优选地所处的状况是，就防止每个电池芯的过度充电来说，SOC在满充侧100％满足。如果构建该组合电池芯，优选地确定充电侧的SOC波动，而不是放电侧的SOC波动。能够以较高灵敏度和精度检测取决于电压波动的SOC波动，因为增强了电压相对于电池电容量的改变率。例如，如果电压测量精度为±10mV，且电压相对于电池电容量的改变率是20(mV/％SOC)，则能够检测到1％的SOC波动。通常，在非水电解质蓄电池中，0％SOC附近和100％SOC附近电压改变率最大。因此，如此实施例中，最优选地，在充电期间至少一个电池芯达到充电终止上限电压时，依赖于是否存在电压比充电终止下限电压低的任何电池芯，来确定是否存在其SOC波动主要归因于内部短路的任何电池芯。

在此实施例中，优选地，充电电流设定单元32构成为使得组合电池芯11的最大充电电流设定值设定为大于10C。(1C等效于在一个小时内将电池从100％SOC放电至0％SOC的电流)。随着初始充电电流设定值Ic1增大，电池芯电压初始达到VH时的SOC减小了。相反地，随着Ic1减小，电池芯电压初始达到VH时的SOC得到了增强，达到接近满充的状态。在此实施例中，为了在发生归因于诸如内部短路的电池异常的电池芯电压波动时终止充电，需要至少一个电池芯电压达到VH以产生前述步骤S017。因此，如果存在异常电池，随着Ic1减小，在较接近满充的状态终止充电。如果Ic1为10C或更大，能够在SOC接近100％之前终止充电，这是优选的。

此外，在此实施例的单个电池11-1至11-n中，如果在25℃的环境下执行1C电流的恒流充电，则优选地，在达到充电终止上限电压VH时，电压相对于电池电容量的改变率A1(V/％SOC)(SOC为充电电容量相对于单个电池的满充电容量的比率)大于20(mV/％SOC)。

如先前所述，达到充电终止上限电压时电压相对于电池电容量的改变率A1对应于通过电压波动来检测SOC波动时的灵敏度，且A1＝20(mV/％SOC)的改变率对应于SOC波动10％时200mV的电压差。在实际组合电池芯中，即使A1＝20(mV/％SOC)，SOC波动至低水平的电池也不达到充电终止上限电压VH，结果，VH和最低电池电压之间的电压差小于200mV。然而，如果A1＞20(mV/％SOC)，则能够安全地检测到归因于微小内部短路的小SOC波动，这是优选的。

以下，将描述实施例的特定范例。然而，本发明不限于以下范例。

(范例1)

使用钴酸锂(LiCoO₂)来混合导电材料和粘合剂作为正电极有源材料，其后，将此混合物散布于N-甲基吡咯烷酮(NMP)中以制备正电极浆。将此正电极浆施加于厚度为15μm的铝箔(纯度：99.99％wt.％)、干燥并压制以产生正电极。

另一方面，使用钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)来混合导电材料和粘合剂作为负电极有源材料，其后，将此混合物散布于N-甲基吡咯烷酮(NMP)中以制备负电极浆。将此负电极浆施加于厚度为15μm的铝箔(纯度：99.99％wt.％)、干燥并压制以产生负电极。

接下来，通过重复步骤(i)侧向安置厚度为20μm的带状聚乙烯多孔膜构成的隔离物；(ii)将条状切割的正电极片放置在隔离物的左端；(iii)沿正电极片的右端将隔离物向左边折叠回；(iv)将条状切割的负电极片放置在隔离物上；以及(v)沿负电极片的左端将隔离物向右边折叠回，跨隔离物层叠31个正电极和30个负电极，以产生功率生成元件。

在将产生的功率生成元件压制成预定形状后，分别连接正电极端子和正电极片、负电极端子和负电极片。功率生成元件密封到层压护套中，且在其中灌入非水电解质，以产生电容量为3Ah的平板非水电解质蓄电池(单个电池)。充电终止上限电压VH1为2.8V，且电压相对于达到满充时的电池电容量的改变率A1(V/％SOC)(SOC为充电电容量相对于电池的满充电容量的比率)是150(mV/％SOC)。

制备五个单个的电池，且根据1C 2.8V的恒流恒压充电方法对每个电池进行充电，直至充电电流达到0.05C。其后，串联连接五个单个的电池，且从每个电池的连接单元引出电压测量端子，以产生如图1中所示的组合电池芯和组合电池芯系统。每个电池的SOC变为初始状态，其中，在组合电池芯满充时，其100％满足。充电电流设定值Ic1、Ic2、...Ic12设定为12C、11C、...1C，最小充电电流设定为Icmin＝1C，且充电终止下限电压设定为VL＝2.45V。

(范例2)

如范例1中，产生电池芯，然后产生如图1中所示的组合电池芯和组合电池芯系统。充电电流设定值Ic1、Ic2、...Ic6设定为12C、10C、...2C，最小充电电流设定为Icmin＝2C，且充电终止下限电压设定为VL＝2.45V。

(范例3)

如范例1中，产生电池芯，然后产生如图1中所示的组合电池芯和组合电池芯系统。初始充电电流设定值Ic1设定为12C，第二和接下来的充电电流设定值设定为Ici，Ici＝Ici-1×Vmin/VH×0.95，最小充电电流设定为Icmin＝1C，且充电终止下限电压设定为VL＝2.45V。Vmin假定为至少一个电池芯电压达到VH时的最低电池芯电压。根据范例3，如上述，在将充电电流设定值Ici设定为小于先前的充电电流设定值(Ici-1)一级时，充电电流设定值Ici减小，因为电池芯电压达到充电终止上限电压VH时，电池芯电压之间的差增大了。

(比较范例1)

如范例1中，产生电池芯，然后产生如图1中所示的同样的组合电池芯和组合电池芯系统。虽然Ic1、Ic2、...Ic12设定为12C、11C、...1C，且最小充电电流设定为Icmin＝1C，但是不在算术运算单元13中设定充电终止下限电压VL。

(比较范例2)

如范例1中，产生电池芯，然后产生如图1中所示的同样的组合电池芯和组合电池芯系统。在充电器20中执行12C、14V的恒流恒压充电，且在充电电流减小至1C时终止充电。如果电池芯电压超过2.9V的过度充电区，则禁止充电。

(比较范例3)

如范例2中，产生电池芯，然后产生如图1中所示的同样的组合电池芯和组合电池芯系统。在充电器20中执行12C、13V的恒流恒压充电，且在充电电流减小至1C时终止充电。如果电池芯电压超过2.9V的过度充电区，则禁止充电。

对于范例1至3和比较范例1至3的组合电池芯系统，执行以下(1)至(5)所述的快速充电测试，来测量充电电容量、达到相对于满充电容量的80％SOC的充电时间、以及电池芯表面的最高温度，以对其进行比较。在快速充电测试前，总是在25℃下根据1C、2.8V的恒流恒压充电方法对每个电池芯进行充电，直至充电电流达到0.05C，以便实现SOC100％。通过其中以10C执行恒流充电且在电池芯电压的最低值达到1.8V时终止充电的方法，整个组合电池芯系统转变为放电状态。

1)根据针对每个范例和比较范例的前述设定的充电方法在25℃的环境温度下执行充电。

2)在仅第二和第三电池芯(11-2、11-3)在使用0.2C的恒流在25℃的环境温度下放电达仅20mAh后，根据针对每个范例和比较范例的上述设定的充电方法对它们重新进行充电。

3)在仅第二和第三电池芯(11-2、11-3)在使用0.2C的恒流在25℃的环境温度下放电达仅100mAh后，根据针对每个范例和比较范例的上述设定的充电方法对它们重新进行充电。

4)在仅第二和第三电池芯(11-2、11-3)在使用0.2C的恒流在25℃的环境温度下放电达仅300mAh后，根据针对每个范例和比较范例的上述设定的充电方法对它们重新进行充电。

5)在25℃的环境温度下在2Ω的电阻器紧密接触且并联连接至第三电池芯(11-3)后，根据针对每个范例和比较范例的上述设定的充电方法对其重新进行充电。此目的是模拟第三电池芯11-3突然内部短路以致在产生热时电流流动的状况。

表1示出了充电电容量、电池芯的最高表面温度、以及达到满充电容量的SOC80％时的充电时间，上述(1)至(5)的每一个示为标准。

表1

在如状况(1)中所示的在电池芯中几乎没有波动的状态下，正常的快速充电在每个范例和比较范例中都是可能的。然而，在比较范例3中，因为充电时的恒压低，且电流比其它范例中会聚的更快速，所以需要较长的80％充电时间。

在如状况(2)中所示的在电池芯中几乎没有波动的状态下，除比较范例2外，与状况(1)中基本相同的正常的快速充电是可能的。在比较范例2中，电池芯电压波动在充电的结束期扩大了，使得一些电池芯达到2.9V，且充电不继续直至充电电流下降至1C。

在如状况(3)中所示的在电池芯中的波动进一步扩大的状态中，在处理恒流并逐级减小电流的范例1至3和比较范例1中，不存在充电电容量改变和速度改变。另一方面，在比较范例2中，充电不继续直至结束，结果，在比较范例3中获得了与状况(2)中基本相同的效果。

在如状况(4)中所示的在电池芯中具有非常大波动(相对于SOC 10％)的状况下，实际的组合电池芯系统能够处理具有任何电池芯异常的可能性的情况。在范例1至3中，能够中途停止充电，因为存在电压低于充电终止下限电压VL的电池芯。另一方面，在比较范例2和3中，在比状况(3)中更早的阶段达到了过度充电终止上限电压2.9V，并终止充电。在比较范例1中，如状况(1)至(3)中那样，充电继续。

在范例1至3中，甚至在如状况(5)中所示在电池芯中具有大的波动和大的热生成的状况下，也存在电压低于充电终止下限电压VL的电池芯。结果，能够在具有小的温升的阶段停止充电。另一方面，在比较范例2和3中，在比状况(4)中更早的阶段达到了过度充电终止上限电压2.9V，并终止充电。比较范例1指示了最高温度，因为充电如状况(1)至(4)中那样继续。

本领域技术人员容易设想附加的优点和修改。因此，本发明的宽广范围不限于于此示出示和描述的具体细节和代表性实施例。因此，可以不脱离如权利要求及其等同物所限定的总体创新概念的精神和范围作出各种修改。

Claims (18)

1.一种用于组合电池芯的充电方法，所述组合电池芯包括多个串联连接的蓄电池，所述充电方法包括：

检测所述电池芯电压；

设定充电电流设定值，以便在至少一个所检测的电池芯电压达到预定充电终止上限电压时，降低所述组合电池芯的所述充电电流设定值；

根据所述充电电流设定值控制所述组合电池芯的所述充电电流；以及

在至少一个检测的所述电池芯电压达到所述充电终止上限电压，且最低电池芯电压低于预定充电终止下限电压时，停止所述充电。

2.如权利要求1所述的方法，还包括使用所述充电终止上限电压和所述充电终止下限电压来确定所检测的电池芯电压。

3.如权利要求1所述的方法，其中，设定所述充电电流设定值是重复降低所述充电电流设定值直至所述充电电流设定值达到预定最小充电电流的处理。

4.如权利要求1所述的方法，其中，设定所述充电电流设定值是重复降低所述充电电流设定值直至所述组合电池芯的充电时间达到预定时间的处理。

5.如权利要求1所述的方法，其中，在设定所述充电电流设定值时，随至少一个所检测的电池芯电压达到所述充电终止上限电压时所述电池芯电压之间的差增大，减小所述充电电流设定值。

6.一种组合电池芯系统，包括：

组合电池芯，包括多个串联连接的电池芯；

电压检测单元，其检测所述电池芯的电压；

设定单元，其设定充电电流设定值，以便在至少一个所检测的电池芯电压达到预定充电终止上限电压时，降低所述组合电池芯的所述充电电流设定值；以及

开关单元，其在至少一个所述电池芯电压达到所述充电终止上限电压，且最低电池芯电压低于预定充电终止下限电压时，停止所述充电。

7.如权利要求6所述的系统，还包括确定单元，所述确定单元使用所述充电终止上限电压和所述充电终止下限电压来确定所检测的电池芯电压。

8.如权利要求6所述的系统，还包括控制单元，所述控制单元基于所述充电电流设定值控制所述组合电池芯的所述充电电流。

9.如权利要求6所述的系统，其中，所述设定单元重复降低所述充电电流设定值直至所述充电电流设定值达到预定最小充电电流的处理。

10.如权利要求6所述的系统，其中，设定单元重复降低所述充电电流设定值直至所述组合电池芯的充电时间达到预定时间的处理。

11.如权利要求6所述的系统，其中，所述设定单元配置为，随至少一个检测的电池芯电压达到所述充电终止上限电压时所述电池芯电压之间的差增大，减小所述充电电流设定值。

12.如权利要求6所述的系统，其中，所述设定单元配置为将所述组合电池芯的最大充电电流设定值设定为10C或更高。

13.如权利要求6所述的系统，其中，在25℃的环境下执行1C的恒流充电时，电池芯配置成使得电压相对于达到所述充电终止上限电压时的电池电容量的改变率A1(V/％SOC)(SOC为充电电容量相对于所述电池芯的满充电容量的比率)大于20(mV/％SOC)。

14.如权利要求6所述的系统，其中，所述电池芯具有包含钛酸锂的负电极。

15.如权利要求6所述的系统，还包括：

电池组，并入有所述组合电池芯、所述电压检测单元和所述设定单元；以及

充电器，包括用于对所述组合电池芯进行充电并由所述控制单元控制的充电电源。

16.如权利要求15所述的系统，其中，所述电池组还并入有确定单元，所述确定单元使用所述充电终止上限电压和所述充电终止下限电压来确定所检测的电池芯电压。

17.如权利要求15所述的系统，其中，所述充电器还包括控制单元，所述控制单元基于所述充电电流设定值控制所述组合电池芯的所述充电电流。

18.如权利要求15所述的系统，还包括通信单元，所述通信单元将表示所述充电电流设定值的信息传输至所述控制单元。

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