CN105098876B - 电池充电方法以及用于该方法的电池管理系统 - Google Patents

电池充电方法以及用于该方法的电池管理系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电池充电方法以及用于该方法的电池管理系统。电池充电方法包括:获得参考充电C率的电压容量比和大于参考充电C率的N个(N是等于或大于1的整数)充电C率的电压容量比,参考充电C率和N个充电C率的电压容量比中的每一者被定义为当按相应的C率对电池充电时取决于电池的荷电状态(SOC)的变化的电压变动对容量变动的比率;将参考充电C率的电压容量比与N个充电C率的电压容量比中的每一者相比较,然后对于每个SOC区段设定N个充电C率中的一个充电C率以使得电压容量比的差异被最小化;以及利用与SOC区段相对应的充电C率来对电池充电。

Description

电池充电方法以及用于该方法的电池管理系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年5月20日在韩国知识产权局递交的韩国专利申请10-2014-0060560号的优先权和权益,这里通过引用并入该申请的全部内容。
技术领域
本发明涉及电池充电方法以及用于该方法的电池管理系统。
背景技术
近来,随着对用于诸如便携式计算机、移动电话或相机之类的便携式设备的技术的开发和对便携式设备的需求的增大,对作为能量源的二次电池的需求也在迅速增大。
因为二次电池是可再充电的,所以即使电池已被放电,也可通过再充电来继续使用电池。从而,二次电池的性能取决于充电的状态而变化。因此,已作出了努力来改进充电方法并从而增强二次电池的性能。
图1是示出作为对二次电池充电的可比较方法之一的恒定电流-恒定电压充电方法(以下称为CCCV方法)的图。图1示出了当在如图所示的电流的控制下执行充电操作时电压和温度的变化。在初始充电阶段,首先,执行恒定电流(constant current,CC)充电。也就是说,假定电池的电流值,其需要一小时从完全放电状态变化到完全充电状态,是1C率(1C-rate),则例如以大约0.5C率的恒定电流来执行充电。继续CC充电,直到通过充电操作将电压增大到达到预设电压Vc——例如4.2V——为止。当电压达到预设电压Vc时,充电操作被切换到恒定电压(constant voltage,CV)充电。从而,在减小充电电流的同时执行充电操作,以维持预设电压Vc。
为了在CCCV充电方法中实现快速充电,CC充电的C率应当被设定到较大的值。然而,C率越高,二次电池的热耗散和劣化速率可能就越大。结果,二次电池的输出和容量可能被不希望地减小。
发明内容
因此,本发明是在考虑到相关技术中发生的上述问题的情况下作出的,并且本发明的一个或多个实施例的一方面要提供一种电池充电方法及其电池管理系统,它们能够减少或防止电池的劣化并且使能电池的快速充电。
本发明的其他方面和特征将通过以下对实施例的描述而变得清楚。
根据本发明的实施例,提供了一种电池充电方法,包括:获得参考充电C率的电压容量比和大于该参考充电C率的N个(N是等于或大于1的整数)充电C率的电压容量比,参考充电C率和N个充电C率的电压容量比中的每一者被定义为当按相应的C率对电池充电时取决于电池的荷电状态(SOC)的变化的电压变动对容量变动的比率;将参考充电C率的电压容量比与N个充电C率的电压容量比中的每一者相比较,然后对于每个SOC区段设定N个充电C率中的一个充电C率以使得电压容量比的差异被最小化;以及利用与SOC区段相对应的充电C率来对电池充电。
在实施例中,获得电压容量比包括:利用参考充电C率对电池充电,然后获得参考充电C率的电压容量比;以及对电池放电,然后利用比先前充电行为的C率大预设值的第一充电C率对电池充电,从而获得第一充电C率的相应电压容量比,其中,电池的放电及随后的充电被重复N次,以获得第一充电C率至第N充电C率的电压容量比。
在实施例中,电池的放电是通过恒定电流-恒定电压(CCCV)放电来执行的。
在实施例中,比较电压容量比包括:对于电池的所有SOC区段,选择其中参考充电C率与第N充电C率之间的电压容量比的差异在预设范围内的SOC区段,然后将所选择的SOC区段的充电C率设定到第N充电C率;以及对于除了所选择的SOC区段以外的SOC区段,选择其中参考充电C率与第N-1充电C率之间的电压容量比的差异在预设范围内的SOC区段,然后将所选择的SOC区段的充电C率设定到第N-1充电C率,其中,按相同或基本上相同的方式对于第N-2充电C率至第一充电C率重复执行选择SOC区段。
在实施例中,SOC区段中的未设定N个充电C率中的任何一者的区段的充电C率被设定到参考充电C率。
在实施例中,在对电池充电期间,在每个SOC区段中利用相应的充电C率执行恒定电流(CC)充电或恒定电流-恒定电压(CCCV)充电。
在实施例中,当通过CC充电来执行电池充电时,SOC区段之中的第一SOC区段被提供以相应的充电C率,然后被充电,直到电池的电压达到对于第一SOC区段设定的充电截止电压为止。
在实施例中,当按与第一SOC区段相对应的充电C率对电池充电时,对于第一SOC区段设定的充电截止电压是电池的SOC变为第一SOC区段的最终SOC时的电压。
在实施例中,当通过CCCV充电来执行电池充电时,SOC区段之中的第一SOC区段通过提供相应的充电C率直到电池的电压变为对于第一SOC区段设定的充电截止电压为止来经历CC充电,并且通过提供顺序减小的充电C率直到电池的SOC变为第一SOC区段的最终SOC为止来经历恒定电压(CV)充电。
在实施例中,当按对于作为继第一SOC区段之后的区段的第二SOC区段设定的C率对电池充电时,对于第一SOC区段设定的充电截止电压是电池的SOC变为第一SOC区段的最终SOC时的电压。
在实施例中,顺序减小的充电C率被减小到对于继第一SOC区段之后的SOC区段设定的充电C率。
在实施例中,当电池充电和放电操作的数目达到预设数目时,获得电压容量比和比较电压容量比被再次执行以重置与SOC区段相对应的充电C率。
根据本发明的实施例,提供了一种电池管理系统,包括:电压容量比获取单元,被配置为获得参考充电C率的电压容量比和大于该参考充电C率的N个(N是等于或大于1的整数)充电C率的电压容量比,参考充电C率和N个充电C率的电压容量比中的每一者被定义为当按相应的C率对电池充电时取决于电池的SOC的变化的电压变动对容量变动的比率;充电电流设定单元,被配置为将参考充电C率的电压容量比与N个充电C率的电压容量比中的每一者相比较,然后对于每个SOC区段设定N个充电C率中的一个充电C率以使得电压容量比的差异被最小化;以及微控制单元(MCU),被配置为控制电池的充电以使得电池被按与SOC区段相对应的充电C率来充电。
在实施例中,电池管理系统还包括:感测单元,被配置为感测电池的电压和电流,其中,电压容量比获取单元在电池被利用参考充电C率和N个充电C率中的任何一者来充电时,利用由感测单元感测到的电压和电流来获得任何一个充电C率的相应电压容量比。
在实施例中,MCU被配置为利用相应的充电C率对每个SOC区段执行CC充电或CCCV充电。
在实施例中,当通过CC充电来执行电池充电时,SOC区段之中的第一SOC区段通过提供相应的充电C率直到电池的电压变为对于第一SOC区段设定的充电截止电压为止来经历CC充电。
在实施例中,当按与第一SOC区段相对应的充电C率对电池充电时,对于第一SOC区段设定的充电截止电压是电池的SOC变为第一SOC区段的最终SOC时的电压。
在实施例中,当CCCV充电来执行电池充电时,SOC区段之中的第一SOC区段通过提供相应的充电C率直到电池的电压变为对于第一SOC区段设定的充电截止电压为止来经历CC充电,并且通过提供顺序减小的充电C率直到电池的SOC变为第一SOC区段的最终SOC为止来经历CV充电。
在实施例中,当按对于作为继第一SOC区段之后的区段的第二SOC区段设定的C率对电池充电时,对于第一SOC区段设定的充电截止电压是电池的SOC变为第一SOC区段的最终SOC时的电压。
在实施例中,减小的充电C率被减小到对于SOC区段之中的继第一SOC区段之后的SOC区段设定的充电C率。
从以上描述清楚可见,本发明在电池的劣化方面与传统的慢速充电相似,同时减少了电池的充电时间。
附图说明
现在下文中将参考附图更充分描述示例实施例;然而,这些实施例可以以不同形式来体现,而不应当被解释为仅限于本文记载的实施例。更确切地说,提供这些实施例是为了使得本公开将会透彻且完整,并且将把示例实施例的范围充分地传达给本领域技术人员。
在附图中,为了图示的清晰起见,可能夸大尺寸。相似的标号始终指代相似的元素。
图1是示出作为可比较的二次电池充电方法之一的恒定电流-恒定电压(CCCV)充电方法的视图;
图2是示出根据本发明的实施例的电池管理系统的配置的框图;
图3是示出根据本发明的实施例的对于多个C率的电压容量比的图;
图4是示出根据本发明的实施例的在每个荷电状态(SOC)区段中执行恒定电流(CC)充电的方法的图;
图5是示出根据本发明的实施例的在每个SOC区段中执行CCCV充电的方法的图;
图6是示出当重复慢速充电或快速充电时的容量恢复率和当应用本发明的充电方法时的容量恢复率之间的比较的图;并且
图7是示出根据本发明的实施例的电池充电方法的整个过程的流程图。
具体实施方式
下面将参考附图来详细描述本发明的一些示例实施例。
以下将参考附图更充分地描述本发明的上述和其他方面和特征,附图中示出了本发明的示例实施例。虽然利用具体术语描述了本发明的一些示例实施例,但这种描述是用于例示的,并且要理解在不脱离所附权利要求的精神或范围的情况下可作出改变和变化。另外,应当理解,为了描述的清晰,在附图中可省略对于完整理解本发明并非必要的部分。贯穿不同附图,使用相似的标号来标识相似的元素。
要理解,虽然在本文中可使用术语“第一”、“第二”、“第三”等等来描述各种元素、组件、区域、层和/或区段,但这些元素、组件、区域、层和/或区段不应受这些术语所限。这些术语用于将一个元素、组件、区域、层或区段与另一元素、组件、区域、层或区段相区分。从而,以下论述的第一元素、组件、区域、层或区段可被称为第二元素、组件、区域、层或区段,而不脱离发明构思的精神和范围。
本文使用的术语是为了描述特定实施例,而并不打算限制发明构思。按照本文使用的,单数形式“一”和“一个”打算也包括复数形式,除非上下文明确地另有指示。还要理解,术语“包括”和/或“包含”当在本说明书中使用时指明了所记述的特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件的存在,但并不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或其群组的存在或添加。按照本文使用的,术语“和/或”包括关联的列出项目中的一个或多个的任意和所有组合。诸如“…中的至少一个”之类的表述当在元素的列表之前时修饰整个元素列表,而不修饰列表中的个体元素。另外,在描述发明构思的实施例时对“可”的使用指的是“发明构思的一个或多个实施例”。
要理解,当称一元素或层在另一元素或层“之上”、“连接到”、“耦合到”或“邻近”另一元素或层时,其可直接在该另一元素或层之上或者直接连接到、耦合到或邻近该另一元素或层,或者可存在一个或多个居间的元素或层。当称一元素或层“直接在另一元素或层上”、“直接连接到另一元素或层”、“直接耦合到另一元素或层”或“与另一元素或层紧邻”时,则没有居间的元素或层存在。
按照本文使用的,术语“基本上”、“大约”和类似术语被用作近似的术语而不是用作程度的术语,并且打算考虑到本领域普通技术人员将会认识到的测量或计算出的值中的内在变动。
按照本文使用的,术语“使用”、“在使用”和“被使用”可被认为分别与术语“利用”、“在利用”和“被利用”同义。
另外,本文记载的任何数值范围都打算包括纳入在所记载的范围内的相同数值精度的所有子范围。例如,范围“1.0到10.0”打算包括记载的最小值1.0和记载的最大值10.0之间(包括1.0和10.0)的所有子范围,也就是说,具有等于或大于1.0的最小值和等于或小于10.0的最大值的所有子范围,例如2.4到7.6。本文记载的任何最大数值限值打算包括纳入其中的所有更低数值限制,并且本说明书中记载的任何最小数值限制打算包括纳入其中的所有更高数值限制。因此,申请人保留对本说明书——包括权利要求——进行修改来明确地记载纳入在本文明确记载的范围内的任何子范围的权利。
根据本文描述的本发明的实施例的电池管理系统和/或任何其他相关设备或组件可利用任何适当的硬件、固件(例如,专用集成电路)、软件或者软件、固件和硬件的适当组合来实现。例如,电池管理系统的各种组件可形成在一个集成电路(integrated circuit,IC)芯片上或者形成在分开的IC芯片上。另外,电池管理系统的各种组件可实现在柔性印刷电路膜、带状媒介封装(tape carrier package,TCP)、印刷电路板(printed circuitboard,PCB)上或者与电池管理系统形成在同一基板上。另外,电池管理系统的各种组件可以是在一个或多个计算设备中在一个或多个处理器上运行的进程或线程,其执行计算机程序指令并与其他系统组件交互来执行本文描述的各种功能。计算机程序指令被存储在存储器中,该存储器可在计算设备中利用诸如随机访问存储器(random access memory,RAM)之类的标准存储器设备来实现。计算机程序指令也可被存储在诸如CD-ROM、闪盘驱动器等等之类的其他非暂态计算机可读介质中。另外,本领域技术人员将会认识到,在不脱离本发明的示范性实施例的范围的情况下,各种计算设备的功能可被组合或集成到单个计算设备中,或者特定计算设备的功能可被分布在一个或多个其他计算设备上。
本发明涉及电池充电方法及其电池管理系统,其能够减少或最小化电池的劣化,即电池的容量和输出的减小,并且能够执行电池的快速充电。
根据本发明的实施例,为了找到适合于快速充电的条件,对于多个C率获得取决于荷电状态(SOC)的变化的电压变动对容量变动的比率,即电压/容量比。充当慢速充电的参考的参考充电C率的电压容量比被与大于参考充电C率的多个C率的电压容量比相比较。对于每个SOC区段设定充电C率来减小或最小化电压容量比的差异。然后,按对每个SOC区段设定的充电C率对电池充电。因此,可以维持与慢速充电的性能类似的性能,而且还减少了充电时间。
以下,将参考附图来详细描述本发明。
图2是示出根据本发明的实施例的电池管理系统100的配置的框图。
参考图2,电池管理系统100可包括微控制单元(micro control unit,MCU)110、感测单元120、电压容量比获取单元130和充电电流设定单元140。
MCU 110用来管理和控制电池10的整个充电和放电。
感测单元120利用电流传感器和电压传感器来测量电池10的输出电流和电压。
电压容量比获取单元130获得用于慢速充电的参考充电C率和大于参考充电C率的N个(N是等于或大于1的整数)充电C率的电压容量比。
这里,C率指的是电流率,其是用于设定电流值并且预测或标记当电池被充电或放电时在各种条件下电池的可用时间的单位。取决于C率的电流值是通过将充电或放电电流除以电池的额定容量来计算的。C率使用C作为单位,并且满足以下式1。
式1
C率=充电或放电电流/电池的额定容量
充电C率的电压容量比可被定义为通过将取决于荷电状态(SOC)的变化的电压变动除以取决于SOC的变化的容量变动来获得的值,并且可被表述为以下式2。
式2
电压容量比=dV/dQ
其中dV表示取决于SOC的变化的电压变动,并且dQ表示取决于SOC的变化的容量变动。
电压容量比获取单元130利用用于慢速充电的参考充电C率对电池充电,然后获得参考充电C率的电压容量比。这里,电压容量比获取单元130可利用在按参考充电C率对电池充电时从感测单元120输入的电压和电流来获得电压容量比。
随后,在电池被放电之后,电池被按被增大到比先前充电步骤的充电C率大预设的值的第一充电C率来充电,从而获得第一充电C率的电压容量比。
然后,在利用增大的放电和充电C率重复充电过程的同时,可以获得预设的N个充电C率中的每一者的电压容量比。从而,在N个充电C率之中,第一充电C率是最小的值,并且第N充电C率是最大的值。
这里,电池的放电可通过恒定电流-恒定电压(以下称为CCCV)放电来执行。原因如下:当放电C率随着恒定电流(以下称为CC)放电被执行而增大时,电池由于过电压的增大而迅速达到截止电压,这导致放电容量的减小。
因为充电C率的电压容量比是基于物质的电化学属性的,所以电压容量比的变化涉及到物质的属性的变化。也就是说,可以假定,当不同充电C率的电压容量比彼此相似时,物质的属性也同样彼此相似。从而,当利用用于慢速充电的参考充电C率和用于快速充电的N个充电C率之间的电压容量比的相似性来将SOC划分成数个区段,然后对于每个区段设定用于快速充电的充电C率时,可以在经历与慢速充电相似的劣化的同时执行快速充电。
图3是示出根据本发明的实施例的对应于多个C率的电压容量比的图。
在图3中,X轴标示SOC%,而Y轴标示电压容量比。图3示出了参考充电C率(约0.5C)、第一充电C率(约0.8C)、第二充电C率(约1.1C)和第三充电C率(约1.4C)的电压容量比。
参考图3,可以看出,在SOC为约15%到约70%的区段中第一和第二充电率在电压容量比方面与参考充电C率相似,并且在SOC为约70%到约80%的区段中第一充电C率在电压容量比方面与参考充电C率相似。
图3表示在SOC达到约90%前的参考充电C率的电压容量比。原因如下:在电池10的SOC达到约90%之后,执行CV充电从而电压的变动基本上变成零。
为了对于每个SOC区段设定充电C率,充电电流设定单元140将参考充电C率的电压容量比与N个充电C率的电压容量比相比较,然后从N个充电C率之中设定对于每个SOC区段减小或最小化电压容量比的差异的充电C率。
在实施例中,在步骤S10,充电电流设定单元140首先从电池的全部SOC区段之中选择其中参考充电C率的电压容量比与N个充电C率中具有最大值的第N充电C率的电压容量比之间的差异在某一范围(例如,预设范围)内的SOC区段,然后将所选择的SOC区段的充电C率设定到第N充电C率。在此情境中,该范围(例如,预设范围)是可由用户考虑到电池的特性来设定的值。
随后,在步骤S20,在除了所选择的SOC区段以外的SOC区段之中,参考充电C率的电压容量比与第N-1充电C率的电压容量比之间的差异在预设范围内的SOC区段被选择,并且所选择的SOC区段的充电C率被设定到第N-1充电C率。
在步骤S30,充电电流设定单元140可以按相同或基本上相同的方式对于第N-2充电C率至第一充电C率重复执行步骤S20。
上述过程是如下执行的:N个充电C率之中最大的第N充电C率的电压容量比和参考充电C率的电压容量比首先被相互比较,然后顺序减小的充电C率的电压容量比被与参考充电C率的电压容量比相比较。当在特定SOC区段中存在具有在预设范围内的电压容量比的差异的多个充电C率时,打算将用于快速充电的最大充电C率设定为该特定SOC区段的充电C率。
另外,充电电流设定单元140可以将没有通过上述过程设定充电C率的SOC区段的充电C率设定到参考充电C率。
以下,将参考图3来描述步骤S10至S30。
参考图3,首先,充电电流设定单元140判定是否存在其中参考充电C率的电压容量比与第三充电C率的电压容量比之间的差异在预设范围内的SOC区段。在此示例中,假定图3不具有参考充电C率的电压容量比与第三充电C率的电压容量比之间的差异在预设范围内的SOC区段。
接下来,充电电流设定单元140判定是否存在参考充电C率与第二充电C率之间的电压容量比的差异在预设范围内的SOC区段。在图3中,假定SOC为约15%到约70%的区段被判定为在预设范围内的SOC区段。在此情况下,充电电流设定单元140可将SOC为约15%到约70%的区段的充电C率设定到约1.1C。
在图3的SOC为约0%到约15%的初始区段中,可以看出电压容量比迅速变化。这是由于当向电池10应用该充电C率时过电压的增大而引起的。从而,初始区段的充电C率可以不通过将充电C率的电压容量比相互比较来设定,而是通过使用对于继初始区段之后的SOC区段设定的充电C率来设定。换言之,SOC为约0%到约15%的初始区段的充电C率可被设定到约1.1C。
接下来,充电电流设定单元140判定在除了SOC为约15%到约70%的区段以外的SOC区段之中是否存在参考充电C率与第一充电C率之间的电压容量比的差异在预设范围内的SOC区段。在图3中,假定范围从约70%到约80%的SOC区段被判定为在预设范围内的SOC区段。在此情况下,充电电流设定单元140可将范围从约70%到约80%的SOC区段的充电C率设定到约0.8C。
充电电流设定单元140可将没有通过上述过程设定充电C率的区段的充电C率设定到参考充电C率。
这样,由充电电流设定单元140对每个SOC区段设定的C率可如以下表1中那样来表示。
表1
SOC[%] 充电C率
0到15 1.1C
15到70 1.1C
70到80 0.8C
80到90 0.5C
如表1中所示,MCU 110执行控制操作,以使得电池10被按对每个SOC区段设定的充电C率来充电。
MCU 110可对每个SOC区段执行恒定电流(CC)充电或CCCV充电。
如果通过CC充电来执行电池10的充电,则可通过如下方式来对第一SOC区段(它是SOC区段中的任何一者)充电:向第一SOC区段提供所设定的充电C率直到电池10的电压变成对于第一SOC区段设定的充电截止电压为止。
这里,当按对于第一SOC区段设定的充电C率对电池10充电时,对于第一SOC区段设定的充电截止电压可以是当电池10的SOC变为第一SOC区段的最终SOC时的电压。
图4是示出根据本发明的实施例的在每个SOC区段中执行CC充电的方法的图。
参考图4,在SOC为约0%到约70%的第一CC充电区段中,电池被按大约1.1C来充电。在SOC为约70%到约80%的第二CC充电区段中,电池被按大约0.7C来充电。在SOC为约80%到约90%的第三CC充电区段中,电池被按大约0.5C来充电。
在图4中,第一电压曲线示出了当按约1.1C对电池充电时的电压的变化,第二电压曲线示出了当按约0.8C对电池充电时的电压的变化,并且第三电压曲线示出了当按约0.5C对电池充电时的电压的变化。
参考图4,SOC为约0%到约70%的区段中的充电截止电压可为约4.1V,即,当第一电压曲线中的电池10的SOC达到约70%(它是第一CC充电区段的最终SOC)时的电池的电压。
也就是说,约1.1C的充电C率在范围从约0%到约70%的SOC区段中被提供给电池10,直到电池10的电压达到充电截止电压为止,从而执行第一CC充电。随后,在下一区段也就是范围从约70%到约80%的SOC区段中,约0.8C的充电C率被提供给电池10,从而执行第二CC充电。
如果通过CCCV充电来执行电池10的充电,则通过向电池10提供对于第一SOC区段设定的充电C率直到电池的电压变为对于第一SOC区段设定的充电截止电压为止来在第一SOC区段(它是SOC区段之一)中执行CC充电。然后,向电池10提供顺序减小的充电C率,直到电池的SOC变为第一SOC区段的最终SOC为止,从而执行CV充电。
这里,当按对于第二SOC区段(即,继第一SOC区段之后的区段)设定的充电C率对电池10充电时,对于第一SOC区段设定的充电截止电压可以是当电池10的SOC变为第一SOC区段的最终SOC时的电压。
另外,根据本发明的实施例,顺序减小的充电C率可被减小到对于继第一SOC区段之后的SOC区段设定的充电C率。
图5是示出根据本发明的实施例的在每个SOC区段中执行CCCV充电的方法的图。
参考图5,第一CCCV充电区段是SOC为约0%到约70%的区段,第二CCCV充电区段是SOC为约70%到约80%的区段,并且第三CCCV充电区段是SOC为约80%到约100%的区段。
在图5中,第一电压曲线表示当按约1.1C对电池充电时的电压的变化,第二电压曲线表示当按约0.8C对电池充电时的电压的变化,并且第三电压曲线表示当按约0.5C对电池充电时的电压的变化。
参考图5,第一CCCV充电区段被如下充电:首先,向电池10提供约1.1C,直到电池的电压达到充电截止电压为止,从而执行CC充电。在此情况下,充电截止电压为约4.0V,在该电压下第二电压曲线中的电池的SOC变为约70%,即第一CCCV充电区段的最终SOC。
随后,约1.1C的充电C率被顺序减小到对于第二CCCV充电区段设定的约0.8C的充电C率,从而执行CV充电。
在每个SOC区段中执行的CC充电在充电速度上比CCCV充电更快,但在电池10的劣化速度上比CCCV充电略快。
图6是示出当重复慢速充电或快速充电时的容量恢复率和当应用本发明的充电方法时的容量恢复率之间的比较的图。
参考图6,慢速充电和本发明的充电方法示出相似的结果:随着充电和放电操作的数目增大,容量恢复率减小。然而,可以看出,当以比慢速充电大的充电C率执行快速充电时获得的容量恢复率在充电和放电操作的数目超过150次时迅速减小。
这里,描述了慢速充电在容量恢复率上与本发明的充电方法相似。这意味着电池的电化学属性在慢速充电和使用本发明的快速充电中是相似的。另外,可以看出,即使当重复本发明的快速充电时,也可以像慢速充电中那样长期使用电池。
另外,在执行慢速充电的情况下,达到完全充电状态要花大约142分钟。此外,在本发明的充电方法的情况下,完成充电操作要花大约95分钟。在快速充电的情况下,完成充电操作要花大约98分钟。也就是说,可以看出,本发明的充电方法在充电速度上与可比较的快速充电是相似的。
图7是示出根据本发明的实施例的电池充电方法的整个过程的流程图。
首先,在步骤S100,分别获得用于参考充电C率和大于参考充电C率的N个(N是等于或大于1的整数)充电C率的电压容量比。
步骤S100包括利用参考充电C率对电池充电并随后获得参考充电C率的电压容量比的步骤S100-1,以及对电池放电、利用与先前充电步骤的C率相比增大了预设值的第一充电C率对电池充电并且然后获得第一充电C率的电压容量比的步骤S100-2。步骤S100-2可被重复N次,以获得第一至第N充电C率的电压容量比。
随后,在步骤S200,将参考充电C率的电压容量比与N个充电C率中的每一者的电压容量比相比较,然后从N个充电C率之中设定充电C率以使得每个SOC区段的电压容量比的差异被减小或最小化。
在实施例中,步骤S200包括在电池的所有SOC区段之中选择参考充电C率与第N充电C率之间的电压容量比的差异在预设范围内的SOC区段并且然后将所选择的SOC区段的充电C率设定到第N充电C率的步骤S200-1,以及从除了所选择的SOC区段以外的电池的SOC区段之中选择参考充电C率与第N-1充电C率之间的电压容量比的差异在预设范围内的SOC区段并且然后将所选择的SOC区段的充电C率设定到第N-1充电C率的步骤S200-2。对于第N-2至第一充电C率可按相同或基本上相同的方式重复步骤S200-2。
最后,在步骤S300,按对每个SOC区段设定的充电C率对电池10充电。
根据本发明的实施例,当电池充电和放电操作的数目达到预设数目时,可再次执行步骤S100至S200以对每个SOC区段重置充电C率。
其原因是因为,当充电和放电操作的数目增大时电池劣化,从而最初对每个SOC区段设定的充电C率与参考充电C率之间的电压容量比的相似性可能变化。
本文已公开了示例实施例,并且虽然采用了具体术语,但它们是在宽泛且描述意义上来使用和解释的,而不是用于进行限定的。在一些场合中,正如提交本申请时的本领域普通技术人员将清楚的,联系特定实施例描述的特征、特性和/或元素可单独使用或与联系其他实施例描述的特征、特性和/或元素结合使用,除非另有具体指示。因此,本领域技术人员将会理解,在不脱离如所附权利要求记载的本发明及其等同物的精神和范围的情况下,可进行形式和细节上的各种适当改变。

Claims (20)

1.一种电池充电方法,包括:
获得参考充电C率的电压容量比和大于该参考充电C率的N个充电C率的电压容量比,其中N是等于或大于1的整数,所述参考充电C率和所述N个充电C率的电压容量比中的每一者被定义为当按相应的C率对电池充电时取决于所述电池的荷电状态(SOC)的变化的电压变动对容量变动的比率;
将所述参考充电C率的电压容量比与所述N个充电C率的电压容量比中的每一者相比较,然后对于每个SOC区段设定所述N个充电C率中的一个充电C率以使得电压容量比的差异被最小化;以及
利用与SOC区段相对应的充电C率来对所述电池充电。
2.如权利要求1所述的电池充电方法,其中,获得电压容量比包括:
利用所述参考充电C率对所述电池充电,然后获得所述参考充电C率的电压容量比;以及
对所述电池放电,然后利用比先前充电行为的C率大预设值的第一充电C率对所述电池充电,从而获得所述第一充电C率的相应电压容量比,
其中,所述电池的放电及随后的充电被重复N次,以获得所述第一充电C率至第N充电C率的电压容量比。
3.如权利要求2所述的电池充电方法,其中,所述电池的放电是通过恒定电流-恒定电压(CCCV)放电来执行的。
4.如权利要求2所述的电池充电方法,其中,比较电压容量比包括:
对于所述电池的所有SOC区段,选择其中所述参考充电C率与所述第N充电C率之间的电压容量比的差异在预设范围内的SOC区段,然后将所选择的SOC区段的充电C率设定到所述第N充电C率;以及
对于除了所选择的SOC区段以外的SOC区段,选择其中所述参考充电C率与第N-1充电C率之间的电压容量比的差异在预设范围内的SOC区段,然后将所选择的SOC区段的充电C率设定到所述第N-1充电C率,
其中,按相同的方式对于第N-2充电C率至所述第一充电C率重复执行选择SOC区段。
5.如权利要求4所述的电池充电方法,其中,SOC区段中的未设定所述N个充电C率中的任何一者的区段的充电C率被设定到所述参考充电C率。
6.如权利要求1所述的电池充电方法,其中,在对所述电池充电期间,在每个SOC区段中利用相应的充电C率执行恒定电流(CC)充电或恒定电流-恒定电压(CCCV)充电。
7.如权利要求6所述的电池充电方法,其中,当通过CC充电来执行电池充电时,SOC区段之中的第一SOC区段被提供以相应的充电C率,然后被充电,直到所述电池的电压达到对于所述第一SOC区段设定的充电截止电压为止。
8.如权利要求7所述的电池充电方法,其中,当按与所述第一SOC区段相对应的充电C率对所述电池充电时,对于所述第一SOC区段设定的充电截止电压是所述电池的SOC变为所述第一SOC区段的最终SOC时的电压。
9.如权利要求6所述的电池充电方法,其中,当通过CCCV充电来执行电池充电时,
SOC区段之中的第一SOC区段通过被提供以相应的充电C率直到所述电池的电压变为对于所述第一SOC区段设定的充电截止电压为止来经历CC充电,并且通过被提供以顺序减小的充电C率直到所述电池的SOC变为所述第一SOC区段的最终SOC为止来经历恒定电压(CV)充电。
10.如权利要求9所述的电池充电方法,其中,当按对于作为继所述第一SOC区段之后的区段的第二SOC区段设定的C率对所述电池充电时,对于所述第一SOC区段设定的充电截止电压是所述电池的SOC变为所述第一SOC区段的最终SOC时的电压。
11.如权利要求9所述的电池充电方法,其中,顺序减小的充电C率被减小到对于继所述第一SOC区段之后的SOC区段设定的充电C率。
12.如权利要求1所述的电池充电方法,其中,当电池充电和放电操作的数目达到预设数目时,获得电压容量比和比较电压容量比被再次执行以重置与SOC区段相对应的充电C率。
13.一种电池管理系统,包括:
电压容量比获取单元,被配置为获得参考充电C率的电压容量比和大于该参考充电C率的N个充电C率的电压容量比,其中N是等于或大于1的整数,所述参考充电C率和所述N个充电C率的电压容量比中的每一者被定义为当按相应的C率对电池充电时取决于所述电池的荷电状态(SOC)的变化的电压变动对容量变动的比率;
充电电流设定单元,被配置为将所述参考充电C率的电压容量比与所述N个充电C率的电压容量比中的每一者相比较,然后对于每个SOC区段设定所述N个充电C率中的一个充电C率以使得电压容量比的差异被最小化;以及
微控制单元(MCU),被配置为控制所述电池的充电以使得所述电池被按与SOC区段相对应的充电C率来充电。
14.如权利要求13所述的电池管理系统,还包括:
感测单元,被配置为感测所述电池的电压和电流,
其中,所述电压容量比获取单元在所述电池被利用所述参考充电C率和所述N个充电C率中的任何一者来充电时,利用由所述感测单元感测到的电压和电流来获得任何一个充电C率的相应电压容量比。
15.如权利要求13所述的电池管理系统,其中,所述MCU被配置为利用相应的充电C率对每个SOC区段执行恒定电流(CC)充电或恒定电流-恒定电压(CCCV)充电。
16.如权利要求15所述的电池管理系统,其中,当通过CC充电来执行电池充电时,SOC区段之中的第一SOC区段通过被提供以相应的充电C率直到所述电池的电压变为对于所述第一SOC区段设定的充电截止电压为止来经历CC充电。
17.如权利要求16所述的电池管理系统,其中,当按与所述第一SOC区段相对应的充电C率对所述电池充电时,对于所述第一SOC区段设定的充电截止电压是所述电池的SOC变为所述第一SOC区段的最终SOC时的电压。
18.如权利要求15所述的电池管理系统,其中,当通过CCCV充电来执行电池充电时,
SOC区段之中的第一SOC区段通过被提供以相应的充电C率直到所述电池的电压变为对于所述第一SOC区段设定的充电截止电压为止来经历CC充电,并且通过被提供以顺序减小的充电C率直到所述电池的SOC变为所述第一SOC区段的最终SOC为止来经历恒定电压(CV)充电。
19.如权利要求18所述的电池管理系统,其中,当按对于作为继所述第一SOC区段之后的区段的第二SOC区段设定的C率对所述电池充电时,对于所述第一SOC区段设定的充电截止电压是所述电池的SOC变为所述第一SOC区段的最终SOC时的电压。
20.如权利要求13所述的电池管理系统,其中,顺序减小的充电C率被减小到对于SOC区段之中的继第一SOC区段之后的SOC区段设定的充电C率。
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