CN108400632A - 用于对电池充电的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于对电池充电的方法，包括：从多个充电区间当中确定电池的当前充电率所在的第一充电区间，其中所述多个充电区间基于电池的荷电状态和电池阳极的开路电压之间的函数关系来被预定；以及用与第一充电区间相对应的第一充电率在第一充电区间期间对电池充电。

Description

用于对电池充电的方法和设备
对相关申请的交叉引用
本申请要求2017年2月7日提交的申请号为10-2017-0016870的韩国专利的优先权，并且由此在35U.S.C.§119下所有的权益、在其整体中的内容都通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及一种通过多阶段改变充电率对电池充电的方法和设备。
背景技术
已经提出了用于改进电池的充电速度的各种类型的充电算法。通常，恒定电流-恒定电压(constant current-constant voltage，“CC-CV”)充电方案是变化的，或者与类似于CC-CV充电方案的方法相结合，并且存在诸如脉冲充电、升压充电、和多阶段恒定电流充电的算法。
脉冲充电方案表示一种用于将高电流施加到电池预定时间并且提供暂停时段(或放电(discharge)时间)的方法。根据脉冲充电方案，通过在初始充电阶段施加的高电平电流从而获得最大扩散速度，增加了在活性材料的表面上的锂离子的浓度，并且通过放电(或松弛(relaxation))从而控制额外的副反应松弛了锂离子的浓度分布。在脉冲充电方案中，脉冲充电方案包括由占空比表示的没有执行实际充电的区间(暂停或放电区间)，因此在充电速度的改进上有限制。
升压充电方案在较早的阶段施加高电流以生成高电压，并且用恒定电压充电预定时间，然后执行CC-CV充电。根据升压充电方案，完全放电的电池在充电的较早的阶段具有高的高速率适应性能，所以恒定电压充电被执行直到30％的充电率，并且比恒定电压区间处的电压高的电压在之后的部分用高电流执行充电。升压充电方案使用初始电池状态，其中，考虑到高电流施加阶段，电池在较早的充电阶段非常接近完全放电。
在这样的传统充电方案中，算法根据测量施加的电流和期望被控制的电流值来使用初始输入充电条件基于反复实验、或电池的状态(温度、温度变化、电压、或电压变化)检查放电特性和调整初始输入充电条件，因此用于算法的确定的时间和实验的风险增加，并且使用了用于适应性方案控制的附加系统，从而增加了应用的复杂度。
发明内容
多阶段恒定电流方案将时间轴划分成多个区间，并且将随着各个区间正在进行，从高电流到低电流地施加电流。各个区间的划分遵循预定阈值电压，并且当充电电压达到阈值电压时，改变电流的大小(即，施加更低的电流)。由各种优化工具确定各个区间的电流大小，并且通常，通过在简档的第一应用之后重复用于检查放电特性的过程来确定优化的模式。通过电流强度的变化和电压来划分各个阶段，可以推导出各种类型的算法。多阶段恒定电流方案的关键方面是设置用于在最大化充电速度的同时保持电池容量的区间，并且确定用于各个区间的充电率强度。
本发明的示例性实施例针对一种用于使用多阶段恒定电流方案对电池充电的方法。
本发明的示例性实施例针对一种用于通过使用多阶段恒定电流方案来对电池充电的设备。
本发明的示例性实施例提供了一种用于对电池充电的方法，该方法包括：从多个充电区间当中确定电池的当前充电率所在的第一充电区间，其中所述多个充电区间基于电池的荷电状态(“SOC”，state of charge)和电池阳极的开路电压(“OCV”，open circuitvoltage)之间的函数关系来被预定；以及用与第一充电区间相对应的第一充电率在第一充电区间期间对电池充电。
在示例性实施例中，电池充电方法还可以包括：当第一充电区间结束时，用与第二充电区间相对应的第二充电率在第二充电区间期间对电池充电，第二充电区间在多个充电区间当中紧接着第一充电区间。
在示例性实施例中，电池充电方法还可以包括：当第一充电区间是多个充电区间当中的最后充电区间时、或者当在多个充电区间中紧接着第一充电区间的第二充电区间是最后充电区间时，监视电池的充电电压是否已经达到预定电压值；以及当充电电压达到预定电压值时向电池施加最大充电电压。
在示例性实施例中，可以基于具有预定高度的窗口来确定多个充电区间，其中具有预定高度的窗口参考包括在充电区间中的函数关系的微分图的最小值或最大值来被施加，并且预定高度可以根据充电处理器的复杂度来被预定。
在示例性实施例中，预定高度可以被预定为等于或小于0.6的值。
在示例性实施例中，随着预定高度增加，窗口的宽度可以增加以增加充电区间的相应长度，并且随着预定高度减小，窗口的宽度可以减小以减小充电区间的相应长度。
在示例性实施例中，随着预定高度增加，窗口的宽度可以增加以减少充电区间的数量，并且随着预定高度减小，窗口的宽度可以减小以增加充电区间的数量。
在示例性实施例中，第一充电率可以在第一充电区间被保持在恒定值，并且电池的阳极的电位和电池的电解质溶液的电位之间的差可以被确定为小于第一充电区间的结束点处的预定值。
在示例性实施例中，预定值可以是2×10-6伏特(V)。
在示例性实施例中，第一充电率可以在第一充电区间被保持在恒定值，并且电池的阳极的电位与电池的电解质溶液的电位之间的差可以被确定为在第一充电区间期间大于零(0)。
在示例性实施例中，第一充电率的值可以大于第二充电率的值。
本发明另一实施例提供一种用于对电池充电的设备，其包括：处理器、与处理器连接的存储器、和与电池连接的充电接口，其中该处理器执行存储在存储器中的程序以执行以下步骤：从多个充电区间当中确定电池的当前充电率所在的第一充电区间，其中所述多个充电区间基于电池的SOC与电池的阳极的OCV之间的函数关系来被预定；以及用与第一充电区间相对应的第一充电率在第一充电区间期间对电池充电。
在示例性实施例中，处理器可以执行存储在存储器中的程序，以进一步执行以下步骤：当第一充电区间结束时，用与第二充电区间相对应的第二充电率在第二充电区间期间对电池充电，第二充电区间在多个充电区间当中紧接着第一充电区间。
在示例性实施例中，处理器可以执行存储在存储器中的程序以进一步执行以下步骤：当第一充电区间是多个充电区间中的最后充电区间时、或者当在多个充电区间中紧接着第一充电区间的第二充电区间是最后充电区间时，监视电池的充电电压是否已经达到预定电压值；以及当充电电压达到预定电压值时向电池施加最大充电电压。
在示例性实施例中，可以基于具有预定高度的窗口来确定充电区间，其中具有预定高度的窗口参考包括在充电区间中的函数关系的微分图的最小值或最大值来被施加，并且该预定高度可以根据充电处理器的复杂度来被预定。
在示例性实施例中，预定高度可以被预定为等于或小于0.6的值。
在示例性实施例中，随着预定高度增加，窗口的宽度可以增加以增加充电区间的相应长度，并且随着预定高度减小，窗口的宽度可以减小以减小充电区间的相应长度。
在示例性实施例中，随着预定高度增加，窗口的宽度可以增加以减少充电区间的数量，并且随着预定高度减小，窗口的宽度可以减小以增加充电区间的数量。
在示例性实施例中，第一充电率可以在第一充电区间期间被保持在恒定值，并且电池的阳极的电位和电池的电解质溶液的电位之间的差可以被确定为在第一充电区间的结束点处小于预定值。
在示例性实施例中，预定值可以是大约2×10-6V。
在示例性实施例中，第一充电率可以在第一充电区间期间被保持在恒定值，并且电池的阳极的电位与电池的电解质溶液的电位之间的差可以被确定为在第一充电区间大于零(0)。
在示例性实施例中，第一充电率的值可以大于第二充电率的值。
根据本发明的示例性实施例，通过基于充电区间和与充电区间相对应的充电率对电池充电(该充电区间是基于电池阳极材料的OCV的改变所确定的)，可以有效地防止电池的锂析出(lithium plating)现象。
附图说明
从以下结合附图的对实施例的描述中，本发明的这些和/或其它特征将变得清楚和更容易理解，其中：
图1示出了根据示例性实施例的电池充电方法的流程图；
图2示出了根据示例性实施例的电池的荷电状态(“SOC”)与阳极的开路电压(“OCV”)之间的关系的图；
图3示出了根据示例性实施例的由电池的SOC和阳极的OCV之间的关系所确定的充电区间；
图4示出了根据示例性实施例的用于确定对于各个充电区间的充电率的方法的流程图；
图5示出了根据示例性实施例的用于各个充电区间的充电率和电位差(“dphisl”)的图；
图6示出了根据示例性实施例的在实际充电时间处可施加的充电率、dphisl、和充电电压的变化的图；
图7A和图7B示出了根据示例性实施例的施加到LCO/Ni-Sn电池单元的充电区间和充电率的图；
图8示出了根据示例性实施例的LCO/Ni-Sn电池单元的充电电压的变化的比较图；
图9示出了根据示例性实施例的LCO/Ni-Sn电池单元的SEI(solid electrolyteinterface，固体电解质界面)薄膜的厚度的变化的图；
图10示出了根据示例性实施例的施加到LCO/石墨电池单元的充电区间的图；
图11示出了根据示例性实施例的LCO/石墨电池单元的容量保持率的比较结果的图；
图12A至图12C示出了根据示例性实施例的LCO/石墨电池单元的dphisl相对于充电区间、充电率、和时间的变化的图；
图13示出了根据示例性实施例的LCO/石墨电池单元的充电电压的变化的比较的图；
图14示出了根据示例性实施例的LCO/石墨电池单元的SEI薄膜的厚度的变化的图；和
图15示出根据示例性实施例的电池充电设备的框图。
具体实施方式
将参照示例性实施例所示出的附图在下文中更全面地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，并且不应该被解释为受限于本文中阐述的实施例。相反，这些实施例被提供以使得本公开将会全面和完整，并且将充分地向本领域技术人员传达本发明的范围。贯穿全文，相似的附图标记指代相似的元件。
将理解，当一个元件被称为“在另一个元件上”时，它可以直接在另一个元件上或者可以存在插入其间的元件。相反，当一个元件被称为“直接在另一个元件上”时，则不存在插入其间的元件。
本文使用的术语仅仅是为了描述特定实施例的目的，而不意图进行限制。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”意图包括包含“至少一个”的复数形式，除非上下文清楚地另外指示。“或”意味着“和/或”。如本文所使用的，术语“和/或”包括相关联的列出的项目中的一个或多个的任意一个和全部组合。还将理解，当术语“包括”和/或“包括着”、或“包含”和/或“包含着”在本说明书中使用时，指定所陈述的特征、区域、整体、步骤、操作、元素、和/或组件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、区域、整体、步骤、操作、元素、组件和/或它们的组的存在或者添加。
另外，相对性术语，诸如“下面的”或“底部的”以及“上面的”或“顶部的”可以在这里用来描述如图中所示的一个元件与另一个元件的关系。将理解，相对性术语意图包含除了图中所描绘的方位之外的设备的不同方位。例如，如果将附图之一中的设备翻转，则被描述为在其它元件的“下”侧上的元件可以被定位在其它元件的“上”侧。因此，示例性术语“下”可以取决于附图的特定方位而包含“下”和“上”两个方位。类似地，如果将附图之一中的设备翻转，则被描述为在其它元件“下面”或者“下方”的元件可被定位在其它元件“上面”。由此，示例性术语“下面”或“下方”可以包含上面和下面两个方位。
如本文所使用的“大约”或“大致”包含所陈述的值，并且，考虑到所讨论的测量以及与特定量的测量相关联的误差(即，测量系统的限制)，还意味着在本领域普通技术人员所确定的特定值的可接受的偏差范围内。
除非另外定义，否则这里使用的全部术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开所属领域中的普通技术人员通常理解的相同的含义。还将理解，诸如通常使用的词典中定义的术语应该被解释为具有与它们在相关技术和本公开的上下文中的含义一致的含义，并且将不会以理想化的或者过于正式的意义来解释，除非这里明确地另外定义。
在下文中，将参考附图详细描述本发明的示范性实施例。
图1示出了根据示例性实施例的电池充电方法的流程图。
在示例性实施例中，基于多阶段恒定电流充电方案对电池充电。参照图1，在示例性实施例中，电池充电设备检查电池的电荷量(荷电状态或充电电压)，并且选择与剩余电荷量相对应的充电区间(S110)。
根据示例性实施例，基于电池的荷电状态(“SOC”)与阳极材料的开路电压(“OCV”)之间的关系来确定用于对电池充电的多个充电区间。将参照图2和图3详细描述根据示例性实施例的充电区间。
图2示出了根据示例性实施例的电池的SOC与阳极的OCV之间的关系的图，并且图3示出了电池的SOC和阳极的OCV之间的函数关系，以及由该函数关系确定的充电区间。
在图2中，x轴指示电池的SOC，并且y轴表示电池的阳极的OCV。电池的SOC由阳极中的Li的比率确定。参考图2，阳极的OCV随着SOC增加而减小。在这样的实施例中，当执行充电时，阳极活性材料(固体材料)的电位(phis)降低，并且相反，电解质(液体)的电位(phil)由于锂正离子的提供而增加。在这样的实施例中，当阳极活性材料的电位变得等于电解质的电位(phis＝phil)时，可以沉积锂正离子。因此，通过分析由阳极活性材料中的Li浓度引起的OCV的减小的变化，可以有效地防止锂析出(Li-plating)现象。锂析出现象表示以下现象：提供给阳极的锂正离子(Li+)没有被快速地在阳极处吸收而是被累积并因此沉积为锂金属，这是在通过施加高充电率(即，高电流率(高充电率))来对电池充电时必须考虑的最不期望的方面之一。当锂析出现象发生时，可能形成不均匀的锂枝晶(Li-枝晶)，电池可能变得短路。因此，电池的寿命可能缩短，并且电池可能爆炸。当电池被充电并且阳极活性材料的电位与电解质的电位之间的差接近零(0)时，锂析出现象发生。因此，可以根据阳极活性材料中的锂的浓度通过阳极电位的变化来估计锂析出。
根据示例性实施例，取决于阳极的OCV减小的图案(例如，SOC-OCV图或dOCV/dSOC图的斜率)变化处的点，可以确定或区分用于对电池充电的多个充电区间。在一个示例性实施例中，例如，可以参考阳极的OCV的斜率相对于SOC(或时间)来被分析处的点来确定或区分充电区间，并且斜率的差成为预定值。
根据示例性实施例，基于具有OCV相对于SOC的微分的函数关系的微分图(由单点划线示出)来确定峰值点。当在微分图中有最小值(微分值从负值变为正值处的点)时，基于作为参考值的最小值来确定充电区间。参考图3，微分图上的点P1和点P2对应于最小值。参照各个最小值，施加具有S0的高度的窗口(在(+)方向上的窗口)。
根据示例性实施例，窗口具有预定高度S0，并且窗口的宽度通过窗口的上边和下边中的一个与微分图相交的点来被确定。根据充电过程的复杂度，窗口的高度S0是预定值(例如，不大于0.6的值)。在一个示例性实施例中，例如，当高度S0被确定为高时，窗口的宽度增加以增加充电区间的长度并减少包括在充电过程中的充电区间的数量。当高度S0被确定为低时，窗口的宽度减小以减小充电区间的长度并增加包括在充电过程中的充电区间的数量。因此，在期望简单地控制充电过程的情况下，窗口的高度S0被预定为相对较大的值。在另一情况下，在期望精确控制充电过程的情况下，窗口的高度S0被预定为相对较小的值。
参考图3，当具有高度S0的窗口被施加到点P1时，第二充电区间的右边界被确定，并且当具有高度S0的窗口被施加到点P2时，第五充电区间的相应边界被确定。由于最大值存在于施加到点P1的窗口中，所以点P1的左边界可以通过最大值(微分值从正值变化到负值处的点)来被确定。
参考最大值，施加具有高度S0的窗口。参考图3，微分图上的点P3和点P4对应于最大值。相对于最大值的y轴值来施加具有高度S0的窗口(在(-)方向上的窗口)。因此，第二充电区间的左边界和第四充电区间的左边界被确定。在图3中，第一充电区间的右边界等于预定第二充电区间的左边界，并且第三充电区间的相应边界等于预定第二充电区间的右边界和第四充电区间的左边界。也就是说，根据示例性实施例，可以通过另一充电区间的边界来确定单调递增或单调递减的充电区间(第三充电区间)的边界。在这样的实施例中，在具有OCV的小变化的区间(第六充电区间)中，尽管存在最小值或最大值，也可以不划分充电区间。在这样的实施例中，充电区间的最后充电区间(例如，第六充电区间)是恒定电压区间，并且可以根据另一参考来确定最后充电区间。
在这样的实施例中，当最小值和最大值在预定范围内时(即，当最小值和最大值的间隔小于预定值时)，可以省略通过最大值确定边界。在一个示例性实施例中，例如，在图3中，当最小值P1和最大值P4被包括在预定范围内时，可以通过具有相对于最小值P1的高度S0的窗口(在(+)方向上的窗口)来确定第二充电区间的相应边界，或者可以通过具有比最小值P1大S0的y轴值的窗口来确定第二充电区间的右边界，并且可以通过具有比最小值P1小S0的y轴值的窗口(在(-)方向上的窗口)来确定第二充电区间的左边界。
根据示例性实施例，当指示边界相对应的斜率与最小值和最大值之一的斜率之间的差的高度S0被设置成相对大的值(例如，0.3)，相应的充电区间的区间长度变得更长并且充电区间的数量减小，因此简化了充电过程。可替换地，当高度S0被设置为相对小的值(例如，0.05)时，相应充电区间的区间长度变短并且充电区间的数量增加，因此电池可以被进一步精确地充电。在一个示例性实施例中，指示用于确定充电区间的窗口的高度的S0的可以被确定为小于预定值(例如，0.5)。
参考图3，每个区间中的SOC-OCV图的斜率被维持为相对恒定(在区间≒0中的斜率的变化率)或被维持在基本恒定的值处，但是相应区间的平均斜率具有不同值。也就是说，每个区间的边界的斜率的变化率具有比每个区间中的斜率的变化率相对大的值(区间的边界的斜率的变化率>>0)。在斜率的变化率维持在相对小的值的区间中，电池充电设备可以相对容易地处理锂析出现象。因此，可以通过SOC-OCV图的斜率或斜率的变化率来确定用于对电池充电的多个充电区间，并且可以根据充电时间或充电电压来区分当电池被充电时的各个充电区间的边界。
返回参考图1，电池充电设备用与所选择的充电区间(第一充电区间)相对应的充电率(第一充电率)在所选择的充电区间期间对电池充电(S120)。在示例性实施例中，第一充电区间可以是n个充电区间当中的第m(m<n)个充电区间。在本文中，充电率(在本领域中也称为C率(C-rate))表示用于指示相对于电池的容量的充电电流的比率的值。因此，当充电电流的大小(或值)对应于电池的容量时，例如，充电率是1C。
与各个充电区间相对应的充电率的大小被确定为用于防止锂析出现象的最大大小。根据示例性实施例，通过固体材料与阳极的液体和分离层的表面之间的电位差(dphisl)来确定与各个充电区间相对应的充电率的大小。固体材料和液体之间的电位差(dphisl)满足以下方程式1。
(方程式1)
dphisl＝phis-phil
在方程式1中，phis表示固体电位(也就是说，阳极电位)，并且phil表示液体电位(也就是说，电解质电位)。dphisl被期望维持为总是大于0，并且考虑电池单元的设计/制造条件和稳定性来确定dphisl。电池的dphisl被提供为在每个充电区间的结束点处接近零(0)。当电池的dphisl达到预定的dphisl值U0(例如，2×10-6)时，电池充电阶段被改变为下一充电区间，并且在下一充电区间施加具有不同大小的充电率。在这样的实施例中，当第一充电区间结束时，在作为第一充电区间的下一充电区间的第二充电区间的持续时间的期间，电池充电设备用与第二充电区间相对应的第二充电率对电池充电。在这样的实施例中，下一充电区间的充电率小于先前的充电区间的充电率。
图4示出了根据示例性实施例的用于确定对于各个充电区间的充电率的方法的流程图。
参考图4，在示例性实施例中，在执行电池充电模拟之前，随机选择特定充电区间的初始充电率的大小(S410)。在这样的实施例中，初始充电率的大小可以被选择为大于1C。基于初始充电率执行针对特定充电区间的电池充电模拟(S420)，并且检查特定充电区间的边界上的dphisl(S430)。
当特定充电区间的边界的dphisl大于U0时，因为dphisl大于U0意味着电池可以承受高电流率充电的事实，所以增加充电率的大小以执行电池充电模拟(S440)。在这样的实施例中，当特定充电区间的边界的dphisl小于U0时，因为dphisl小于U0意味着过量的充电率被施加到电池的事实(这可能产生锂析出)，所以减小充电率的大小以执行电池充电模拟(S450)。当dphisl变得等于U0时，在那个时间的充电率的大小被确定为在对应的充电区间的充电率，并且从S410起始的阶段开始确定下一充电区间的充电率(S460)。
图5示出了根据示例性实施例的用于各个充电区间的充电率和dphisl的图。
参考图5，x轴表示时间，并且y轴指示充电率和dphisl的大小。在本文中，充电率表示相对于对电池充电一小时的电流大小的相对电流大小。图5示出在高电平充电率被施加到的初始充电区间中，dphisl快速减小。
在这样的实施例中，第一充电区间可以是n个编号的充电区间当中的最后的第n充电区间(m＝n)，或者第二充电区间可以是最后的充电区间。当当前充电区间是最后的充电区间时(S130)，电池充电设备用与第n充电区间相对应的第n充电率对电池充电，并且监视电池的充电电压以检查电池的充电电压是否达到针对该充电区间的预定电压值(S140)。在这样的实施例中，可以以对于最大充电电压(Vmax)的预定比率(例如，99％)来表示预定电压值，并且通过考虑阴极、阳极以及电解质的物理性质来确定预定比率和最大充电电压。在示例性实施例中，电池充电设备可以根据电池的磨损程度或经过时间自适应地降低预定比率。
当电池的充电电压已经达到预定电压值时，电池充电设备可以停止施加恒定电流，并且可以将最大充电电压施加到电池(恒定电压阶段)(S150)。在这样的实施例中，可以基于电池单元的设计变量和SOC的可用最大范围来确定是否进入恒定电压阶段。当施加恒定电压时，电池充电设备可以参考最低电流值(通常为0.05C)来终止恒定电压阶段。当电池的充电随着恒定电压阶段被终止而结束时，施加到电池的电流由电流控制设备截获。当省略恒定电压阶段时，电池充电设备可以控制第n充电率的大小，使得充电电压不会超过最大充电电压。也就是说，可以控制充电率的大小，使得当达到所期望的充电SOC时，电池的充电电压可以达到最大充电电压。
图6示出了根据示例性实施例的在实际充电时间可施加的充电率、dphisl、和充电电压的变化的图。
参考图6，当在每个充电区间中以恒定的充电率对电池充电时，在整个区间中保持dphisl大于预定值dphis10，并且充电电压迅速增加。根据上述方法确定的充电区间和充电率表示根据阳极材料的特性确定的值，并且当对实际电池应用由数值建模确定的针对充电区间和充电率的最优化算法时，可以详细地控制充电区间的长度或充电率的大小以减小通过处理电池的偏差而引起的误差。
图7A和图7B示出了根据示例性实施例的施加到LCO/Ni-Sn电池单元的充电区间和充电率的图，图8示出根据示例性实施例的LCO/Ni-Sn电池单元的充电电压的变化的比较图，并且图9示出了根据示例性实施例的LCO/Ni-Sn电池单元的SEI薄膜的厚度的变化的图。
在图7A和7B中，x轴表示SOC，并且y轴指示OCV或充电的大小。在图8中，x轴指示时间，并且y轴表示电池单元的充电电压。在图9中，x轴表示时间，并且y轴表示固体电解质界面(SEI)的薄膜的厚度。
参考图7A和7B以及图8，根据充电方法的示例性实施例对采用阴极LCO(LiCoO2)-阳极Ni-Sn(Ni3Sn4)的电池单元(每材积(volume)800Wh/L的容量)充电(mCC-CV)。从使用Ni-Sn阳极的低速率充电(半电池(half cell)的0.1C)实验的结果估计阳极的OCV。参考图7A，基于阳极OCV的斜率的变化率来确定六个充电区间，并且最终的第六充电区间的结束点成为恒定电压区间的点。通过电池的初始条件(3.0伏特(V)，SOC＝0.085)，电池开始在第三充电区间被充电。在示例性实施例中，如图7B所示，在充电区间中依次施加18.25C、9.87C、3.44C和1.4C的充电率，并最终施加4.2V的恒定电压。恒定电压区间的结束条件小于0.05C的电流。dphisl被预定为2×10-6V。
参考图8，比较根据CC-CV方案在相同电池单元中对电压充电时的电池充电电压。在LCO/Ni-Sn电池单元中，在其中没有生成锂析出的最大充电率是1.41C(其通过模拟来估计)，并且当LCO/Ni-Sn电池单元用这个充电率充电时的充电电压被示出为比较实施例(1.41C CC-CV)。
参考图8，当应用根据示例性实施例的电池充电方法时，与当应用根据传统恒定电流充电方案的充电方法时相比，充电时间减少了等于或大于58％(即，从47.8分钟减少到20分钟)。
参考图9，作为用于检测示例性实施例中的电池单元的寿命降低的指标的SEI薄膜(即，SEI增量)的厚度是0.9纳米(nm)，该厚度基本上类似于当应用传统的CC-CV充电方案时的0.92nm的SEI薄膜的厚度。因此，电池充电方法的这种实施例预计具有与传统的CC-CV充电方案类似的循环寿命特性。
图10示出了根据示例性实施例的施加到LCO/石墨电池单元的充电区间的图，并且图11示出了根据示例性实施例的LCO/石墨电池单元的容量保持率的比较结果的曲线图。
参照图10，示出了通过使用石墨作为阳极材料的电池单元的OCV的变化确定的充电区间(S0：0.45)，其中该石墨是介孔碳微珠(Mesoporous Carbon Micro Bead，“MCMB”)。在重复电池单元的充电/放电循环之后，CC-CV充电方案被用于找出容量保持率。充电开始电压3.0V和0.044的SOC被施加作为电池的初始状态，与各个充电区间相对应的充电率依次为2.47C、1.9C、1.58C、1.24C、1.06C和0.94C，并且在第七充电区间将4.4V的恒定电压施加到电池。
在图11中，x轴表示电池单元的充电/放电循环，并且y轴指示通过电池实验测量的电池的容量保持率。施加1C、2C和3C的充电率的情况被用作对照组。参考图11，在执行十四个循环之后，与2C和3C相比，根据示例性实施例的电池充电方法示出了改进的容量保持率(等于或大于90％)。在1C的情况下，与120分钟的充电时间相比，根据示例性实施例的电池充电方法(OPT.1或OPT.1')具有80分钟的充电时间，从而从充电时间的角度来看，显示出比1C改进了33.3％。
图12A到图12C示出了根据示例性实施例的dphisl相对于充电区间、充电率、和LCO/石墨电池单元的时间的变化的图，图13示出了根据示例性实施例的LCO/石墨电池单元的充电电压的变化的比较图，并且图14示出了根据示例性实施例的LCO/石墨电池单元的SEI薄膜的厚度的变化的图。
在图12A中，x轴是SOC，并且y轴示出OCV的大小。在图12B和图12C中，x轴表示时间，并且y轴指示充电率和dphisl的大小。在图13中，x轴是时间，并且y轴是电池单元的充电电压。在图14中，x轴指示时间，并且y轴是SEI薄膜的厚度。
参考图12A至图12C、图13和图14，根据充电方法的示例性实施例，对采用阴极LCO(LiCoO2)-阳极石墨的电池单元(每材积(volume)800Wh/L的容量)充电。参考图12A，基于阳极OCV的斜率的变化率来确定六个充电区间(S0:0.6)，并且最后的充电区间或第六充电区间的结束点成为恒定电压区间的一个点。电池通过电池的初始条件(3.0V，SOC＝0.035)在第二充电区间开始充电。充电率在各个充电区间依次为8.25C、4.92C、3.73C、2.75C、2.335C、1.63C和1.25C，并且最终施加了4.4V的恒定电压。dphisl被预定为2×10-6V。
参考图13，当在同一电池单元充电电压时，比较根据CC-CV方案的电池充电电压和根据脉冲充电方案的电池充电电压。在LCO/石墨电池单元中，在其中不发生锂析出的最大充电率是1.35C(其通过模拟来估计或确定)，并且当LCO/石墨电池单元用1.35C的充电率被充电时的充电电压被示出作为比较实施例。脉冲充电方案表示通过执行超过20次的数值实验而确定的局部优化的结果。
参考图13，当应用根据示例性实施例的电池充电方法时，与传统的恒定电流充电方案相比，充电时间减少等于或大于38％(从47.7分钟减少到29.5分钟)，并且与脉冲充电方案相比，充电时间减少大约14％(从34.3分钟减少到29.5分钟)。
参照图14，SEI薄膜的厚度为2.14nm，与使用传统的CC-CV充电方案的情况下的1.91nm的厚度相似，并且与脉冲充电方案的情况下的2.03nm相似。因此，预计这样的实施例具有与传统的CC-CV充电方案和脉冲充电方案类似的循环寿命特性。
图15示出根据示例性实施例的电池充电设备的框图。
参照图15，电池充电设备1500的示例性实施例包括处理器1510、存储器1520和充电接口1530。
存储器1520可以连接到处理器1510以存储用于驱动处理器1510的各种信息或者要由处理器1510执行的至少一个程序。处理器1510可以实现在本公开的示例性实施例中提出的功能、处理或方法。也就是说，根据电池充电方法的示例性实施例的电池充电设备1500的操作可以由处理器1510来实现。充电接口1530可以以有线或无线方式连接到电池，以根据处理器1510的控制来监视电池的电荷量(SOC或充电电压)并且将用于对电池充电的电流和电压施加到电池。
虽然已经结合目前被认为是实际的示例性实施例描述了本发，但是应该理解的是，本发明不限于所公开的实施例，而是相反，旨在覆盖所附权利要求的精神和范围之内包括的各种修改和等同布置。

Claims (22)

1.一种用于对电池充电的方法，所述方法包括：
从多个充电区间当中确定电池的当前充电率所在的第一充电区间，其中所述多个充电区间基于电池的荷电状态和电池阳极的开路电压之间的函数关系来被预定；以及
用与第一充电区间相对应的第一充电率在第一充电区间期间对所述电池充电。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：
当第一充电区间结束时，用与第二充电区间相对应的第二充电率，在第二充电区间期间对所述电池充电，所述第二充电区间在所述多个充电区间当中紧接着第一充电区间。
3.如权利要求1所述的方法，还包括：
当第一充电区间是所述多个充电区间中的最后充电区间时、或者当在多个充电区间中紧接着第一充电区间的第二充电区间是最后充电区间时，监视电池的充电电压是否已经达到预定电压值；并且
当充电电压达到所述预定电压值时，向所述电池施加最大充电电压。
4.如权利要求1所述的方法，其中：
基于具有预定高度的窗口来确定多个充电区间，所述具有预定高度的窗口参考包括在多个充电区间中的函数关系的微分图的最小值或最大值来被施加，并且
所述预定高度根据充电处理器的复杂度来被预定。
5.如权利要求4所述的方法，其中：
所述预定高度被预定为等于或小于0.6的值。
6.如权利要求4所述的方法，其中：
随着所述预定高度增加，所述窗口的宽度增加以增加所述多个充电区间的相应长度，并且
随着所述预定高度减小，所述窗口的宽度减小以减小所述多个充电区间的相应长度。
7.如权利要求4所述的方法，其中：
随着所述预定高度增加，所述窗口的宽度增加以减少所述多个充电区间的数量，并且
随着所述预定高度增加，所述窗口的宽度减小以增加所述多个充电区间的数量。
8.如权利要求1所述的方法，其中：
第一充电率在第一充电区间期间被保持在恒定值，并且
所述电池的阳极的电位与所述电池的电解质溶液的电位之间的差被确定为在第一充电区间的结束点处小于预定值。
9.如权利要求8所述的方法，其中：
所述预定值是2×10-6伏特。
10.如权利要求1所述的方法，其中：
第一充电率在第一充电区间期间被保持在恒定值，并且
所述电池的阳极的电位与所述电池的电解质溶液的电位之间的差被确定为在第一充电区间期间大于零。
11.如权利要求2所述的方法，其中：
第一充电率的值大于第二充电率的值。
12.一种用于对电池充电的设备，包括：
处理器；
存储器，被连接到所述处理器；和
充电接口，被连接到所述电池，
其中所述处理器执行存储在所述存储器中的程序以执行：
从多个充电区间中确定所述电池的当前充电率所在的第一充电区间，其中所述多个充电区间基于电池的荷电状态和电池阳极的开路电压之间的函数关系来被预定；以及
用与第一充电区间相对应的第一充电率在第一充电区间期间对电池充电。
13.如权利要求12所述的设备，其中：
所述处理器执行存储在所述存储器中的程序以进一步执行：
当第一充电区间结束时，用与第二充电区间相对应的第二充电率在第二充电区间期间对电池充电，所述第二充电区间在所述多个充电区间当中紧接着第一充电区间。
14.如权利要求12所述的设备，其中：
所述处理器执行存储在所述存储器中的程序以进一步执行：
当第一充电区间是所述多个充电区间当中的最后充电区间时、或者当在多个充电区间中紧接着第一充电区间的第二充电区间是最后充电区间时，监视电池的充电电压是否已经达到预定电压值；并且
当所述充电电压达到所述预定电压值时，向所述电池施加最大充电电压。
15.如权利要求12所述的设备，其中：
基于具有预定高度的窗口来确定所述多个充电区间，所述具有预定高度的窗口参考包括在所述多个充电区间中的函数关系的微分图的最小值或最大值来被施加，并且
所述预定高度根据充电处理器的复杂度来被预定。
16.如权利要求15所述的设备，其中：
所述预定高度被预定为等于或小于0.6的值。
17.如权利要求15所述的设备，其中：
随着所述预定高度增加，所述窗口的宽度增加以增加所述多个充电区间的相应长度，并且
随着所述预定高度减小，所述窗口的宽度减小以减小所述多个充电区间的相应长度。
18.如权利要求15所述的设备，其中：
随着所述预定高度增加，所述窗口的宽度增加以减少所述多个充电区间的数量，并且
随着所述预定高度减小，所述窗口的宽度减小以增加所述多个充电区间的数量。
19.如权利要求12所述的设备，其中：
第一充电率在第一充电区间期间被保持在恒定值，并且
所述电池的阳极的电位与所述电池的电解质溶液的电位之间的差被确定为在第一充电区间的结束点处小于预定值。
20.如权利要求19所述的设备，其中：
所述预定值是2×10-6伏特。
21.如权利要求12所述的设备，其中：
第一充电率在第一充电区间期间被保持在恒定值，并且
所述电池的阳极的电位与所述电池的电解质溶液的电位之间的差被确定为在第一充电区间大于零。
22.如权利要求13所述的设备，其中：
第一充电率的值大于第二充电率的值。
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