CN110199452A - 用于对锂离子电池进行快速充电的方法 - Google Patents

Abstract

用于对电池进行充电的方法包括：利用电压传感器测量电池电压以及利用电流传感器测量电池电流；利用充电电路向电池施加第一充电电流，直到所测量的电池电压超过预定的电压门限，第一充电电流的量值被保持在第一恒定值处；响应于所测量的电池电压超过预定的电压门限，利用充电电路向电池施加第二充电电流直到满足截止准则，第二充电电流的量值使得电池电压超过针对电池的稳态电压限制；在满足截止准则之后，确定电池的静止电压；以及基于确定的静止电压和目标静止电压之间的差来更新截止准则。

Description

用于对锂离子电池进行快速充电的方法

本申请是于2017年6月19日提交的美国专利申请序列号15/626,553的部分继续申请，该美国专利申请要求于2016年11月23日提交的美国临时申请序列号62/425,683的优先权权益。本申请还要求于2016年11月23日提交的美国临时申请序列号62/425,683的优先权权益。上面提到的专利申请的全部主题由此被在其整体上通过引用合并于此。

技术领域

在本文件中公开的方法和系统涉及电池的充电，并且更特别地涉及锂离子电池的快速充电。

背景技术

电池是将化学能转换成电能的电化学能存储设备。一种特定类型的电池是锂离子（Li离子）电池。除了其它设备和系统之外，锂离子电池还是用于便携式电子设备以及电动汽车和混合动力电动汽车的合期望的能量存储设备，因为它们与其它电化学能存储设备相比具有高比能。

对于广泛采用电池技术而言关键的要求是提供迅速的充电时间而不加速可用容量的降低。现有技术水平的充电系统采用恒定电流恒定电压（CCCV）充电过程的一些变型。在CCCV充电过程中，向电池施加恒定的电流直到达到一定电压。在达到一定电压时，施加恒定的电压直到充电电流下降到特定的门限以下，在此时点认为电池被完全充电。该充电过程是非常鲁棒并且易于实现的，然而其还经受相当长的充电时间。

图1图示现有技术的CCCV充电过程。特别地，图1包括示出随时间经过的电池电压104的绘图102、示出随时间经过的电池充电状态108的绘图106、以及示出随时间经过的电池电流112的绘图110。在时间处，CCCV充电过程从恒定电流（CC）阶段开始，其中6安培的恒定电流被施加到电池。恒定电流阶段继续直到电池电压在时间处达到4.2伏特的电压。在时间处，当电池电压达到4.2伏特的电压时，CCCV充电过程切换到恒定电压（CV）阶段，其中4.2伏特的恒定电压被施加到电池。恒定电压阶段继续直到电流在时间处达到非常低的门限值（这里设置为100mA），在此时点定义为充电完成。如示出的那样，在时间之后，充电电流被设置为零。

如在图1中可以看到的那样，电池充电状态108在持续了大约22分钟的恒定电流阶段期间从0%增加到大约75%。然而，在恒定电压阶段期间，电池电流110开始急剧地降低。作为结果，恒定电压阶段另外花费大约22分钟以便使电池充电状态108从75%达到充电结束。恒定电压阶段以与恒定电流阶段相比实质上更慢的速率对电池进行充电，这大大增加了使电池完全充电的时间量。

因此，将有利的是提供用于对锂离子电池进行充电的方法，其减少使电池完全充电所要求的时间长度而同时不显著地加快电池的老化。

发明内容

公开了用于对电池进行充电的方法。方法包括如下步骤：利用电压传感器测量电池的电池电压并且利用电流传感器测量电池的电池电流；利用充电电路向电池施加第一充电电流，直到所测量的电池电压超过预定的电压门限，第一充电电流的量值被保持在第一恒定值处；响应于所测量的电池电压超过预定的电压门限，利用充电电路向电池施加第二充电电流，直到满足截止准则，第二充电电流的量值使得所测量的电池电压超过对于电池而言的稳态电压限制；在满足截止准则之后，确定电池的静止电压；以及基于所确定的电池的静止电压和电池的目标静止电压之间的差来更新截止准则。

公开了用于对电池进行充电的充电系统。充电系统包括：充电电路，被配置为连接到电力源并且连接到电池，充电电路被配置为从电力源汲取电流以向电池施加充电电流；电压传感器，被配置为测量电池的电池电压；电流传感器，被配置为测量电池的电池电流；以及充电控制器，被可操作地连接到充电电路、电压传感器、以及电流传感器。充电控制器被配置为：操作电压传感器以测量电池的电池电压并且操作电流传感器以测量电池的电池电流；操作充电电路以向电池施加第一充电电流，直到所测量的电池电压超过预定的电压门限，第一充电电流的量值被保持在第一恒定值处；以及响应于所测量的电池电压超过预定的电压门限，操作充电电路以向电池施加第二充电电流，直到满足截止准则，第二充电电流的量值使得所测量的电池电压超过对于电池而言的稳态电压限制。电池的充电控制器和电池控制器中的至少一个被配置为：在满足截止准则之后，确定电池的静止电压；以及基于所确定的电池的静止电压和电池的目标静止电压之间的差来更新截止准则。

附图说明

随后的描述中是方法和充电系统的前述方面和其它特征，所述描述是与随附附图相关地作出的。

图1示出恒定电流恒定电压（CCCV）充电过程。

图2示出电池充电系统。

图3示出具有恒定电压速率（CdV）阶段的用于对电池进行充电的第一方法。

图4示出将标准CCCV充电廓线与具有不同电压攀升速率的三个CC-CdV充电廓线进行比较的仿真结果。

图5示出具有限定的减少电流（DDC）阶段的用于对电池进行充电的第二方法。

图6示出能够在DDC阶段中使用的电池电流廓线。

图7示出针对恒定电流恒定电流速率（CC-CdC）充电过程的仿真结果。

图8示出具有延长的恒定电流（CC）阶段和恒定的增加电压（CV+）阶段的用于对电池进行充电的第三方法。

图9示出针对延长的恒定电流恒定的增加电压（CC-CV+）充电过程的仿真结果。

图10示出具有恒定的减少电流（CDC）阶段的用于对电池进行充电的第四方法。

图11示出针对恒定电流恒定的减少电流（CC-CDC）充电过程的仿真结果。

图12示出用于随着电池老化而随时间的经过适配充电过程截止准则的方法。

图13示出用于随着电池老化而随时间的经过适配充电过程截止准则的进一步的方法。

图14示出针对具有电流中断期的延长的恒定电流恒定的增加电压（CC-CV+）充电过程的仿真结果。

图15示出比较使用具有20mV/min的电压攀升的标准CCCV充电和CC-CdV充电而经多次循环的电池老化的实验结果。

具体实施方式

出于提高对本公开的原理的理解的目的，现在将参考在附图中图示并且在以下书面说明中描述的实施例。理解的是没有由此限制本公开的范围的意图。进一步理解的是本公开包括对图示的实施例的任何替换和修改，并且包括如本公开所属领域的技术人员通常会想到的本公开的原理的进一步应用。

图2示出电池充电系统200。系统200包括被配置为存储电化学能的电池202。电池202包括被并联和/或串联布置以形成电池202的一个或多个电化学单元204。在一个实施例中，电池202是锂离子电池并且电化学单元204是锂离子单元。电池202包括电池202经由其提供输出电压和输出电流的正极电池端子206和负极电池端子208。附加地，电池202被配置为经由正极电池端子206和负极电池端子208进行充电。

系统200进一步包括电力源210和充电电路212。电力源210被配置为在充电处理期间经由正极电池端子206和负极电池端子208向电池202施加充电电流和/或充电电压。在一些实施例中，电力源210被配置为提供预定的恒定直流（DC）电压或者恒定直流（DC）电流。在一些实施例中，电力源210是交流（AC）电压源或者交流（AC）电流源。在一个实施例中，电力源210是被配置为提供单相或者三相AC电压的本地电网（干线），所述单相或者三相AC电压具有诸如50Hz或者60Hz的预定频率以及诸如在110-127伏特或者220-240伏特之间的标称电压的预定标称电压。

充电电路212被连接在电力源210和电池202之间，并且被配置为转换、调节、和/或控制由电力源210施加到电池202的充电电流和/或充电电压。在一些实施例中，充电电路212包括充电控制器214以及与充电控制器214相关联或者连接到充电控制器214的存储器216。充电电路212进一步包括被配置为转换、调节、和/或控制由电力源210施加到电池202的充电电流和/或充电电压的各种电路和硬件。所述电路和硬件可以包括诸如以常规方式布置的接触器、继电器、晶体管、变压器、二极管、电容器、电感器、以及电阻器的组件。在一些实施例中，附加的功率转换电路可以被布置在电力源210和充电电路212之间，诸如分离的AC/DC转换器。

充电控制器214被配置为操作充电电路212的开关和其它组件以便转换、调节、和/或控制由电力源210施加到电池202的充电电流和/或充电电压。在一个实施例中，充电控制器214包括被配置为执行存储在存储器216上的程序指令的处理器。存储器216可以是能够存储由充电控制器214可访问的信息的任何类型的设备，诸如存储器卡、ROM、RAM、可写存储器、只读存储器、硬盘驱动器、光盘、闪速存储器、或者如将由那些本领域普通技术人员认识到的充当数据存储设备的任何各种其它的计算机可读介质。附加地，将由那些本领域普通技术人员认识到的是，“控制器”或者“处理器”包括处理数据、信号、或者其它信息的任何硬件系统、硬件机制或者硬件组件。充电控制器214可以包括具有中央处理单元、多个处理单元、用于实现特定功能的专用电路的系统，或者其它系统。

系统200进一步包括被配置为至少在充电处理期间分别监控电池电流和电池电压的电流传感器218和电压传感器220。充电控制器214被可操作地连接到电流传感器218和电压传感器220这两者，并且被配置为接收对应于电池电流和电池电压的测量信号。在一个实施例中，电流传感器218包括与电池202串联布置的分流电阻器，其提供与电池电流成比例的电压。在一个实施例中，电流传感器218包括与电池202串联布置并且被配置为测量电池电流的霍尔效应传感器。电压传感器220与电池202并联连接并且被配置为测量跨电池202的正极电池端子206和负极电池端子208的电池电压。在一些实施例中，电压传感器进一步被配置为测量电池202的各单独的单元204的电压。在一些实施例中，充电控制器214被配置为基于所测量的电池电流和/或所测量的电池电压使用闭环反馈控制来操作充电电路212。特别地，充电控制器214被配置为基于所测量的电池电流和/或所测量的电池电压与目标电池电流和/或目标电池电压之间的差（误差）来使充电电流变化。以这种方式，充电控制器214被配置为控制充电电流以便跟踪目标电池电流或者目标电池电压。

电池202进一步包括电池电子部件222。在一些实施例中，电池电子部件222包括与充电控制器214相关联或者连接到充电控制器214的电池控制器224和存储器226。电池控制器224被配置为在充电处理期间监控电池参数并且将这些参数传送到充电电路212。在一些实施例中，电池控制器224被配置为将电池参数存储在存储器226中。如将在此进一步讨论的那样，电池控制器224进一步将充电信息和/或充电参数存储在存储器226中。在一个实施例中，电池控制器224包括被配置为执行存储在存储器226上的程序指令的处理器。存储器226可以是能够存储由电池控制器224可访问的信息的任何类型的设备，诸如存储器卡、ROM、RAM、可写存储器、只读存储器、硬盘驱动器、光盘、闪速存储器、或者如将由那些本领域普通技术人员认识到的充当数据存储设备的任何各种其它的计算机可读介质。附加地，将由那些本领域普通技术人员认识到的是，“控制器”或者“处理器”包括处理数据、信号、或者其它信息的任何硬件系统、硬件机制或者硬件组件。电池控制器224可以包括具有中央处理单元、多个处理单元、用于实现特定功能的专用电路的系统，或者其它系统。

电池电子部件222进一步包括被配置为测量电池202的参数的传感器228。在一个实施例中，传感器228包括被配置为测量诸如环境温度和内部温度的电池温度的一个或多个温度传感器。在一个实施例中，传感器228包括被配置为测量电池202的电池电流和/或各单元204的各单独的单元电流的一个或多个电流传感器。在一个实施例中，传感器208包括被配置为测量电池202的电池电压和/或各单元204的各单独的单元电压的一个或多个电压传感器。除了电流传感器218和电压传感器220之外或者代替电流传感器218和电压传感器220，还可以包括电池电子部件222的电流传感器和电压传感器，并且可以与如在上面关于传感器218、220描述的那样类似地配置电池电子部件222的电流传感器和电压传感器。在一个实施例中，电池控制器224被配置为从传感器228和/或传感器218、220接收测量，并且利用测量来确定、计算、和/或估计进一步的电池参数，诸如充电状态、健康状态、开路电压、以及静止电压。

充电电路212和电池电子部件222这两者包括被配置为使得能够在充电电路212和电池电子部件222之间进行双向通信的收发器。如将在此进一步详细讨论的那样，电池电子部件222被配置为将充电参数存储在存储器226中。当电池202被连接到充电电路212时，电池控制器224被配置为将充电参数传输到充电电路212以在充电过程期间使用。在一些实施例中，在每个充电循环之后由充电控制器214或者电池控制器224来更新某些充电参数。电池202的存储器226存储针对相应的电池202的最近更新的充电参数。以这种方式，充电电路212能够利用对电池202的类型及其特定状况个性化设定的不同的充电参数对不同的电池进行充电。

附加地，在一些实施例中，在充电期间，电池控制器224被配置为将单独的单元电压、电流、内部温度、以及环境温度实时传输到充电控制器214。充电控制器214和电池控制器224之间的这种通信使得能够进行不同类型的控制策略。特别是，充电电流的反馈控制可以基于电池单元水平、电池模块水平、或者电池组水平的测量。这提供了性能和测量准确度之间的折衷。在一个实施例中，反馈控制基于最弱的电池单元204或者电池模块。

用于对电池进行快速充电的方法。

在下面描述用于对诸如电池202的电池进行充电的各种方法。在对方法的描述中，方法执行一些任务或者功能的表述指代：控制器或者一般目的处理器执行存储在操作地连接到控制器或者处理器的非暂态计算机可读存储介质中的程序指令，以操纵数据或者操作系统200中的一个或多个组件以执行任务或者功能。特别地，上面的充电控制器214或者电池控制器224可以是这样的控制器或者处理器，并且所执行的程序指令可以被存储在存储器216或者存储器226中。替换地，控制器可以是利用多于一个的处理器以及相关联的电路和组件实现的，其中的每个被配置为执行在此描述的一个或多个任务或者功能。附加地，方法的步骤可以是以任何可行的时间排序的顺序执行的，不管各图中示出的顺序或者以其来描述步骤的顺序如何。

如在上面讨论的那样，常规的恒定电流恒定电压（CCCV）充电过程具有过长的充电时间，因为与恒定电流阶段（CC）相比，在恒定电压（CV）阶段期间提供给电池的充电电流被显著减小。在此描述的用于对电池202进行充电的方法有利地修改了常规的CCCV充电过程，以利用其中电池电压动态地超过针对电池202的稳态电压限制的阶段替代CV阶段。特别地，在CC阶段终止之后的第二阶段中，充电控制器214被配置为操作充电电路212以向电池202施加具有使得电池202的电池电压至少暂时地超过针对电池202的稳态电压限制的量值的充电电流。由此，与具有其中充电电压被保持在稳态电压限制处的CV的充电过程相比，减少了总的充电时间。

如在此使用的那样，术语“稳态电压限制”指代如下的电压限制：如果超过该电压限制达延长的时间段，则可能引起对电池的损害或者加速电池的劣化。稳态电压限制通常是由电池的制造商规定的，但是也可以由电池系统或者诸如电池控制器224或者充电控制器214的控制器来确定或者随时间的经过进行调整。稳态电压限制典型地大于电池的规定的标称电压，但是典型地低于任何所规定的电池的动态电压限制。

当满足截止准则时，结束其中电池电压超过稳态电压限制的第二阶段。特别地，充电控制器214被配置为响应于满足截止准则而停止充电电路212向电池202施加任何充电电流的操作，因此结束充电处理。截止准则可以例如包括：超过截止电流、超过截止电压、或者截止计时器期满。截止准则被设计为使得电池202的电池电压在充电的暂态效应已经平息之后稳定到目标静止电压。在至少一个实施例中，目标静止电压等于稳态电压限制。以这种方式，在此描述的方法使得能够进行更快的充电，同时还确保电池不被过度充电使得其静止电压超过稳态电压限制。

如在此使用的那样，术语“静止电压”指代当从充电或者放电起已经流逝了预定量的时间时的电池电压。对电池进行充电和放电一般引起显现在电池电压上的短期暂态效应。然而，一旦电流被关断，电池电压就弛豫到它的在该充电状态处的静止电压。电池的静止电压取决于电池的充电的状态而改变。当电池的静止电压等于稳态电压限制时，电池一般被认为完全充电，并且当其静止电压等于一些预定义的较低限制时，电池被认为完全放电。例如，具有3.7伏特的标称电压的电池在其被认为完全充电时可能具有4.2伏特的静止电压，并且在其被认为完全放电时具有2.7伏特的静止电压。

如在下面进一步详细讨论的那样，在一些实施例中，在每个充电循环之后由电池控制器224和/或充电控制器更新截止准则。关于截止准则的信息被存储在电池电子部件222的存储器226中并且被提供给充电控制器214以用于调节充电处理。

在下面更详细地讨论充电处理的各种说明性的实施例。然而，这些实施例不是穷举的并且那些本领域技术人员将认识到其它实施例在本公开的范围之内。

具有恒定电压速率阶段的第一实施例。

图3示出用于对电池进行充电的具有恒定电压速率（CdV）阶段的第一方法300。在充电处理的开始处（框310），方法300从向电池施加恒定的充电电流开始（框320）。特别地，关于在此详细描述的实施例，充电控制器214被配置为操作充电电路212以向电池202施加恒定的充电电流。充电处理的其中施加恒定的充电电流的该部分在此可以被称为恒定电流（CC）阶段。在一些实施例中，充电控制器214被配置为根据切换方案操作充电电路212的一次或多次切换，以便跟踪针对CC阶段的目标恒定充电电流。一般而言，选择目标恒定充电电流以便最大化电荷转移并且最小化充电时间。在一个实施例中，针对CC阶段的目标恒定充电电流是针对充电电路212的硬件的电流限制。在一个实施例中，针对CC阶段的目标恒定充电电流是针对电池202的最大额定电流，其可以是以实验方式确定的或者是由电池202或者单元204的制造商规定的。在一些实施例中，随着电池202老化而随时间的经过调整针对CC阶段的目标恒定充电电流。在一个实施例中，在电池202的每个充电循环之后调整针对CC阶段的目标恒定充电电流。

在充电处理期间，方法300监控电池电流和电池电压（框330）。特别地，充电控制器214操作电流传感器218以提供表示所测量的电池202的电池电流的测量信号并且操作电压传感器220以提供表示所测量的电池202的电池电压的测量信号。充电控制器214接收表示电池电流和电池电压的测量信号。在一个实施例中，充电控制器214操作传感器218、220以连续地测量电池电流和电池电压。在另一个实施例中，充电控制器214操作传感器218、220以定期地以预定的采样率测量电池电流和电池电压。在一个实施例中，充电控制器214被配置为控制充电电流以便基于所测量的电池电流使用闭环反馈控制来跟踪针对CC阶段的目标恒定充电电流。

方法300继续施加恒定的充电电流直到电池电压超过预定的电压门限（框340）。特别地，充电控制器214被配置为继续操作充电电路212以向电池202施加恒定的充电电流直到所测量的电池电压超过电压限制。充电控制器214被配置为定期地或者连续地将来自电压传感器220的所测量的电池电压与电压限制进行比较。充电控制器214被配置为响应于所测量的电池电压超过电压限制而停止充电电路212向电池202施加恒定的充电电流的操作。在一个实施例中，电压限制是由电池202或者单元204的制造商规定的稳态电压限制。在一个实施例中，电压限制是当电池202被完全充电时电池202的静止电压。在一些实施例中，随着电池202老化而随时间的经过调整电压限制。在一个实施例中，在电池202的每个充电循环之后调整电压限制。

当瞬时的所测量的电池电压达到电压限制时，电池202还未被完全充电，并且如果充电处理结束，则电池电压将弛豫到与想要的静止电压相比更小的静止电压。因此，方法300通过响应于电池电压超过预定的电压门限而施加跟踪单调增加的电池电压的充电电流来继续（框350）。特别地，充电控制器214被配置为响应于所测量的电池电压超过电压限制而操作充电电路212以向电池202施加跟踪单调增加的电池电压函数或者廓线的充电电流。如在此使用的那样，“单调增加”意味着信号、函数或者参数等在量值上只增加但是不减少或者保持恒定。在一个实施例中，充电处理包括其中电池电压以恒定的电压速率单调增加的阶段，该阶段在此可以被称为恒定电压速率（CdV）阶段。在一个实施例中，充电控制器214被配置为控制充电电流以便基于所测量的电池电压使用闭环反馈控制来跟踪目标单调增加的电池电压函数。特别地，充电控制器214被配置为基于所测量的电池电压与目标单调增加的电池电压函数之间的差（误差）来使充电电流变化。

在一个实施例中，充电控制器214被配置为控制充电电流以使得所测量的电池电压使用基于如下函数跟踪随时间经过的电池电压的处理：，其中是在先前的时间步处的电压，是采样时间，并且是想要的非零攀升速率。可以基于单元特性测试以及想要的充电时间针对不同的单元类型来规定攀升速率，因为较快的攀升速率将造成较低的充电时间。在一个实施例中，取决于针对电池202的可允许的动态峰值电压来设置攀升速率。在一个实施例中，攀升速率是恒定速率，诸如5毫伏每分钟（mV/min）、10mV/min、或者20mV/min。在其它的实施例中，攀升速率随时间的经过可变化，造成非线性单调函数。在一些实施例中，随着电池202老化而随时间的经过调整攀升速率。在一个实施例中，在电池202的每个充电循环之后调整攀升速率。

在一些实施例中，预定的单调增加的电池电压函数包括一系列电压攀升函数，而不是单个恒定斜率的电压攀升函数。特别地，在一个实施例中，充电控制器214被配置为控制充电电流，使得所测量的电池电压跟踪第一电压攀升函数直到达到第一中间电流/电压/充电状态门限。充电控制器214被配置为响应于达到第一中间电流/电压/充电状态门限而控制充电电流使得所测量的电池电压跟踪第二电压攀升函数，直到达到第二中间电流/电压/充电状态门限。对于任何数量的按次序的电压攀升函数重复该处理。在一个实施例中，随着电池202老化调整按次序的电压攀升函数的斜率。在一个实施例中，随着电池202老化调整中间电流/电压/充电状态门限。

方法300继续施加跟踪单调增加的电池电压的充电电流直到电池电流下降到预定的电流门限以下（框360），并且响应于电池电流下降到预定的电流门限以下而结束充电处理（框370）。特别地，充电控制器214被配置为继续操作充电电路212以向电池202施加跟踪单调增加的电池电压函数或者廓线的充电电流，直到所测量的电池电流下降到截止电流以下。充电控制器214被配置为定期地或者连续地将来自电流传感器218的所测量的电池电流与截止电流进行比较。充电控制器214被配置为响应于所测量的电池电流下降到截止电流以下而停止充电电路212向电池202施加任何充电电流的操作。在其它实施例中，控制器214被类似地配置为响应于满足其它截止准则而停止充电电路212向电池202施加任何充电电流的操作，所述其它截止准则诸如截止计时器到期或者电池电压超过截止电压。如在下面更详细地讨论的那样，可以在每个充电循环之后调整截止电流或者其它截止准则。

图4示出将标准CCCV充电廓线与具有不同电压攀升速率（）的三个CC-CdV充电廓线进行比较的仿真结果。绘图402、404和406描绘了四个不同的充电过程：标准CCCV、具有的CC-CdV、具有的CC-CdV、以及具有 的CC-CdV。特别地，绘图402示出分别对应于标准CCCV、具有的CC-CdV、具有的CC-CdV、以及具有 的CC-CdV的电池电压廓线408、410、412以及414。类似地，绘图404示出分别对应于标准CCCV、具有的CC-CdV、具有的CC-CdV、以及具有 的CC-CdV的充电廓线416、418、420以及422的电池状态。最后，绘图406示出分别对应于标准CCCV、具有的CC-CdV、具有的CC-CdV、以及具有 的CC-CdV的充电电流廓线424、426、428以及430。

如在绘图402、404以及406中可以看到的那样，充电的电流、电压、以及状态的廓线在恒定电流（CC）阶段中本质上是相同的。然而，在恒定电压速率（CdV）阶段中，充电电流426、428以及430并未减少得如对应于标准CCCV充电过程的恒定电压（CV）阶段的充电电流424那样快。因此，在恒定电压速率（CdV）阶段中，当与标准CCCV充电过程的恒定电压（CV）阶段相比较时，充电状态廓线418、420以及422不会减慢得那么快。作为结果，电池使用CC-CdV充电过程更快地达到完全充电。特别是，在的情况下，如与标准CCCV充电过程的22分钟的长的恒定电压（CV）阶段相比较，恒定电压速率（CdV）仅有大约9分钟长。

具有限定的减少电流阶段的第二实施例。

图5示出用于对电池进行充电的具有限定的减少电流（DDC）阶段的第二方法500。在充电处理的开始处（框510），方法500从向电池施加恒定的充电电流开始（框520）。在充电处理期间，方法500监控电池电流和电池电压（框530）。方法500继续施加恒定的充电电流直到电池电压超过预定的电压门限（框540）。框510、520、530和540的方法步骤本质上与在上面关于图3讨论的框310、320、330和340的那些方法步骤类似并且不再以完整的细节进行描述。充电处理的其中施加恒定的充电电流的该部分在此可以被类似地称为恒定电流（CC）阶段。

响应于电池电压超过预定的电压门限，方法500通过施加单调减少的充电电流来继续（框550）。特别地，充电控制器214被配置为响应于所测量的电池电压超过电压限制而操作充电电路212以向电池202施加跟踪单调减少的电池电流函数或者廓线的充电电流。如在此使用的那样，“单调减少”意味着信号、函数或者参数等在量值上只减少并且不增加或者保持恒定。充电处理的其中电池电流单调减少的该部分在此可以被称为限定的减少电流（DDC）阶段。在一个实施例中，充电控制器214被配置为控制充电电流以便基于所测量的电池电流使用闭环反馈控制来跟踪目标单调减少的电池电流函数。特别地，充电控制器214被配置为基于所测量的电池电流与目标单调减少电池电流函数之间的差（误差）来使充电电流变化。

在一个实施例中，充电控制器214被配置为利用基于如下函数跟踪所测量的随时间经过的电池电流的控制处理来控制充电电流：，其中是在下一个时间步处的电流，是采样时间，并且函数是任何正值函数。可以基于单元特性测试以及想要的充电时间和老化行为针对不同的单元类型来规定函数。在一个实施例中，取决于针对电池202可允许的动态峰值电压来设置函数。在一些实施例中，随着电池202老化而随时间的经过调整函数。在一个实施例中，在电池202的每个充电循环之后调整函数。

图6示出可以在DDC阶段中使用的电池电流廓线。特别地，绘图600示出各自得自于不同函数的电池电流廓线602、604和606。电池电流廓线602在DDC阶段中具有恒定的负斜率并且得自于设置函数，其中是采样时间并且是想要的非零的攀升速率。以这种方式，电池电流跟踪具有恒定负斜率的函数。DDC阶段的该特定实施例在此还可以被称为恒定电流速率（CdC）阶段。除了利用一系列恒定攀升速率、等来限定函数之外，电池电流廓线604与电池电流廓线602类似。可以基于特定的时间间隔或者由电流/电压/充电状态门限来触发每个攀升分段之间的转变（如在上面关于具有一系列电压攀升分段的CdV阶段类似地讨论的那样）。最后，电池电流廓线606在DDC阶段中具有恒定变化的负斜率并且得自于设置函数等于正多项式、对数或者指数函数。

返回图5，方法500通过如下继续进行：施加单调减少的充电电流直到电池电流下降到预定的电流门限以下（框560）并且响应于电池电流下降到预定的电流门限以下而结束充电处理（框570）。特别地，充电控制器214被配置为继续操作充电电路212以向电池202施加跟踪单调减少的电池电流函数或者廓线的充电电流，直到所测量的电池电流下降到截止电流以下。充电控制器214被配置为定期地或者连续地将来自电流传感器218的所测量的电池电流与截止电流进行比较。充电控制器214被配置为响应于所测量的电池电流下降到截止电流以下而停止充电电路212将任何充电电流施加到电池202的操作。在其它实施例中，控制器214被类似地配置为响应于满足另外的截止准则而停止充电电路212将任何充电电流施加到电池202的操作，所述另外的截止准则诸如截止计时器到期或者电池电压超过截止电压。如在下面更详细讨论的那样，可以在每个充电循环之后调整截止电流或者其它的截止准则。

图7示出针对恒定电流恒定电流速率（CC-CdC）充电过程的仿真结果。特别地，绘图702和704描绘具有的CC-CdC充电过程。绘图702示出在CC-CdC充电过程期间的电池电压廓线706。类似地，绘图704示出在CC-CdC充电过程期间的充电电流廓线708。如在绘图702和704中可以看到的那样，电池电流在恒定电流速率（CdC）阶段期间以300mA/min的恒定速率减少。如与标准CCCV充电过程的恒定电压（CV）阶段相比，这一般地提供了增加的充电电流。作为结果，电池电压继续上升超过目标静止电压和/或4.2伏特的稳态电压限制。如与标准CCCV充电过程相比，更大的充电电流和电压使得电池能够更快地达到完全充电。特别是，在的情况下，如与标准CCCV充电过程的22分钟长的恒定电压（CV）阶段相比，恒定电流速率（CdC）阶段仅为大约11分钟长。如可以看到的那样，在充电过程已经终止之后，电池电压衰减到想要的4.2伏特的静止电压。

具有延长的恒定电流阶段和恒定增加的电压阶段的第三实施例。

图8示出用于对电池进行充电的具有延长的恒定电流（CC）阶段和恒定增加的电压（CV+）阶段的第三方法800。在充电处理的开始处（框810），方法800从向电池施加恒定的充电电流（框820）开始。在充电处理期间，方法800监控电池电流和电池电压（框830）。框510、520、和530的方法步骤本质上与在上面关于图3讨论的框310、320、和330的那些方法步骤类似并且不再以完整的详细地进行描述。充电处理的其中施加恒定的充电电流的该部分在此可以被类似地称为恒定电流（CC）阶段。

方法800继续施加恒定的充电电流直到电池电压超过与电池的稳态电压限制相比更大的增加的电压门限（框840）。特别地，充电控制器214被配置为继续操作充电电路212以向电池202施加恒定的充电电流，直到所测量的电池电压超过增加的电压限制。充电控制器214被配置为定期地或者连续地将来自电压传感器220的所测量的电池电压与增加的电压限制进行比较。充电控制器214被配置为响应于所测量的电池电压超过增加的电压限制而停止充电电路212将恒定的充电电流施加到电池202的操作。与先前讨论的方法不同，电压限制不被设置为电池202的稳态电压限制和/或针对电池202的目标静止电压。替代地，结束CC阶段的电压门限被设置为与针对电池的稳态电压限制相比更大的电压。例如，如果针对电池202的稳态电压限制和目标静止电压是4.2伏特，则那么结束CC阶段的电压限制可以被设置为4.35伏特。在一个实施例中，增加的电压限制被设置为与稳态电压限制相比更大的预定的量或者预定的百分比。以这种方式，方法800的CC阶段与标准CCCV充电过程相比是延长的。

响应于电池电压超过增加的电压门限，方法800通过施加跟踪与电池的稳态电压限制相比更大的恒定电池电压的充电电流来继续（框850）。特别地，充电控制器214被配置为响应于所测量的电池电压超过增加的电压限制而操作充电电路212以向电池202施加如下的充电电流：所述充电电流跟踪与电池202的稳态电压限制和/或电池202的目标静止电压相比更大的恒定电池电压。充电处理的其中电池电压被保持在超过电池的稳态电压限制的恒定电压处的该部分在此可以被称为恒定增加的电压（CV+）阶段。在一个实施例中，充电控制器214被配置为控制充电电流以便基于所测量的电池电压使用闭环反馈控制来跟踪目标恒定增加的电池电压。特别地，充电控制器214被配置为基于所测量的电池电压和目标恒定增加的电池电压之间的差（误差）来使充电电流变化。

在至少一个实施例中，目标恒定增加的电池电压等于增加的电压限制，但是也可以被不同地设置。可以基于单元特性测试、以及想要的充电时间针对不同的单元类型来规定目标恒定增加的电池电压和/或增加的电压限制。在一个实施例中，目标恒定增加的电池电压和/或增加的电压限制是取决于针对电池202可允许的动态峰值电压来设置的。在一些实施例中，随着电池202老化而随时间的经过调整目标恒定增加的电池电压和/或增加的电压限制。在一个实施例中，在电池202的每个充电循环之后调整目标恒定增加的电池电压和/或增加的电压限制。

方法800继续施加跟踪恒定增加的电池电压的充电电流，直到电池电流下降到预定的电流门限以下（框860）并且响应于电池电流下降到预定的电流门限以下而结束充电处理（框870）。特别地，充电控制器214被配置为继续操作充电电路212以向电池202施加跟踪目标恒定增加的电池电压的充电电流，直到所测量的电池电流下降到截止电流以下。充电控制器214被配置为定期地或者连续地将来自电流传感器218的所测量的电池电流与截止电流进行比较。充电控制器214被配置为响应于所测量的电池电流下降到截止电流以下而停止充电电路212将任何充电电流施加到电池202的操作。在其它实施例中，控制器214被类似地配置为响应于满足诸如截止计时器到期的另外的截止准则而停止充电电路212将任何充电电流施加到电池202的操作。如在下面更详细地讨论的那样，可以在每个充电循环之后调整截止电流或者其它的截止准则。

图9示出针对延长的恒定电流恒定增加的电压（CC-CV+）充电过程的仿真结果。特别地，绘图902和904描绘其中增加的电压限制被设置为4.35伏特并且目标恒定增加的电池电压也被设置为4.35伏特的CC-CV+充电过程。绘图902示出在CC-CV+充电过程期间的电池电压廓线906。类似地，绘图904示出在CC-CV+充电过程期间的充电电流廓线908。如在绘图902中可以看到的那样，电池电压在大约22分钟处达到4.2伏特的稳态电压限制。然而，CC阶段继续直到电池电压在大约29分钟处达到4.35伏特的增加的电压限制。因此，如与标准CCCV充电过程的恒定电流（CC）阶段相比，CC阶段延长了大约7分钟，由此在CC-CV+充电过程期间提供了增加的充电电流。一旦电池电压达到4.35伏特的增加的电压限制，恒定增加的电压（CV+）阶段就使电池在仅仅一分多钟内完全充电，净总充电时间在只有30多分钟。如可以看到的那样，在充电过程已经终止之后，电池电压衰减到想要的4.2伏特的静止电压。

具有第二恒定电流阶段的第四实施例。

图10示出用于对电池进行充电的具有恒定减少的电流（CDC）阶段的第四方法1000。在充电处理的开始处（框1010），方法1000从向电池施加第一恒定充电电流开始（框1020）。在充电处理期间，方法1000监控电池电流和电池电压（框1030）。方法1000继续施加第一恒定充电电流，直到电池电压超过预定的电压门限（框1040）。框1010、1020、1030和1040的方法步骤与在上面关于图3讨论的框310、320、330和340的那些方法步骤本质上类似并且不再以完整的详细进行描述。充电处理的其中施加恒定充电电流的该部分在此可以被类似地称为第一恒定电流（CC）阶段。

响应于电池电压超过预定的电压门限，方法1000通过施加小于或者等于第一充电电流的第二恒定充电电流来继续（框1050）。特别地，充电控制器214被配置为响应于所测量的电池电压超过电压限制而操作充电电路212以向电池202施加第二恒定充电电流，所述第二恒定充电电流等于或者小于在第一CC阶段中施加的第一恒定充电电流。充电处理的其中施加第二恒定电流的该部分在此被称为第二恒定电流（CC）阶段。在一个实施例中，充电控制器214被配置为控制充电电流以便基于所测量的电池电流使用闭环反馈控制来跟踪第二恒定电流水平。特别地，充电控制器214被配置为基于所测量的电池电流和目标第二恒定电池电流之间的差（误差）来使充电电流变化。

在一个实施例中，目标第二恒定电池电流小于目标第一恒定电池电流预定的百分比、比率、和/或数量。可以基于单元特性测试、以及想要的充电时间针对不同的单元类型来规定目标第二恒定电池电流。在一个实施例中，取决于针对电池202可允许的动态峰值电压来设置目标第二恒定电池电流。在一些实施例中，随着电池202老化而随时间的经过来调整目标第二恒定电池电流。在一个实施例中，在电池202的每个充电循环之后调整目标第二恒定电池电流。

方法1000继续施加第二充电电流直到流逝了预定量的时间（框1060）并且响应于流逝了预定量的时间而结束充电处理（框1070）。特别地，充电控制器214被配置为继续操作充电电路212以向电池202施加第二恒定充电电流直到截止计时器到期。与第二CC阶段的开始同时和/或响应于所测量的电池电压超过电压限制来启动或者开启截止计时器。充电控制器214被配置为定期地或者连续地将从开始施加第二恒定充电电流起流逝的时间与截止计时器进行比较。响应于从开始施加第二恒定充电电流起流逝的时间超过截止计时器，充电控制器214被配置为停止充电电路212将任何充电电流施加到电池202的操作。在其它实施例中，控制器214被类似地配置为响应于满足其它截止准则—超过电压门限—而停止充电电路212将任何充电电流施加到电池202的操作。如在下面更详细讨论的那样，可以在每个充电循环之后调整截止计时器或者其它截止准则。

图10示出针对恒定电流恒定电流（CC-CC）充电过程的仿真结果。特别地，绘图1102、1104、和1106描绘具有第一CC阶段和第二CC阶段的CC-CC充电过程，所述第一CC阶段具有第一恒定电流，所述第二CC阶段具有小于第一恒定电流的第二恒定电流。绘图1102示出在CC-CC充电过程期间的电池电压廓线1108。类似地，绘图1104示出在CC-CC充电过程期间的充电电流廓线1110。最后，绘图1106示出在CC-CC充电过程期间的截止计时器廓线1112。如在绘图1104中可以看到的那样，电池电流在第一CC阶段期间被设置在恒定的6安培处，并且在大约22分钟处在第二CC阶段期间被减少到恒定的5安培处。该第二CC阶段如与标准CCCV充电过程的恒定电压（CV）阶段相比一般提供增加的充电电流。在第二CC阶段期间，电池电压继续上升超过目标静止电压和/或4.2伏特的稳态电压限制。如与标准CCCV充电过程相比，更大的充电电流和电压使得电池能够更快地达到完全充电。特别地，如在绘图1106中可以看到的那样，截止计时器与第二CC阶段同时启动，并且如与标准CCCV充电过程的22分钟的长的恒定电压（CV）阶段相比，被设置为从第二CC阶段启动起经略多于9分钟而到期。如可以看到的那样，在充电过程已经终止之后，电池电压衰减到想要的4.2伏特的静止电压。

截止准则的适配。

如在上面讨论的那样，当满足截止准则时，其中电池电压超过稳态电压限制的第二阶段结束。截止准则被设计为当电池完全充电时停止充电过程并且防止过度充电。换句话说，截止准则被设计为确保在充电过程终止之后，电池电压弛豫到稳态电压限制和/或在其处电池被认为完全充电的另外的目标静止电压。在至少一个实施例中，随着电池老化而有利地适配截止准则，以便使得能够更好地完全充电并且防止电池的过度充电。

图12示出用于随着电池老化而随时间的经过适配充电过程的截止准则的方法1200。当检测到电池被连接到充电电路时方法1200开始（框1210）。特别地，关于在此描述的实施例，充电控制器214被配置为检测电池202已经被连接。当电池已经被连接到充电电路时，方法1200通过将至少包括截止准则的充电参数从电池的电池电子部件传输到充电电路来继续（框1220）。特别地，响应于被经由端子206、208连接到充电电路，电池电子部件222和/或电池控制器224被配置为从存储器226读取充电参数并且将充电参数传输到充电电路212和/或充电控制器214。充电参数至少包括关于截止准则的信息，诸如针对截止电流的值或者针对截止计时器的值。然而，充电参数可以进一步包括来自先前的充电循环的静止电压，来自先前的充电循环的电池阻抗、针对充电过程的初始CC阶段的恒定电流水平和/或电压限制、用于在CdV阶段期间进行跟踪的电压函数或者廓线、用于在DDC阶段期间进行跟踪的电流函数或者廓线、用于CV+阶段的恒定电压水平、和/或用于CDC阶段的恒定电流水平。附加地，充电参数可以规定要被用于对特定电池202进行充电的特定充电过程/算法，诸如在上面描述的那些中的一个。

在充电电路已经接收到充电参数之后，方法1200从基于所接收的充电参数来执行充电过程继续（框1230）。特别地，在从电池电子部件222和/或电池控制器224接收到充电参数之后，充电控制器214被配置为依照所接收的充电参数来操作充电电路212以执行用于对所述电池202进行充电的充电过程。在至少一个实施例中，充电过程是在上面讨论的方法300、500、800和1000中的一个，并且在满足在执行充电过程之前从电池202接收的截止准则时结束。

在充电过程已经终止之后，方法1200通过如下来继续：确定电池的静止电压（框1240）；基于所确定的电池的静止电压更新截止准则（1250）；如果截止准则被由充电控制器更新，则将更新的截止准则传输回电池，并且将更新的截止准则存储在电池的存储器中（1260）。在每个充电循环之后或者在预定数量的充电循环之后定期地执行该截止准则适配。附加地，在一些实施例中，可以在下一个充电循环之前或者在下一个充电循环期间—诸如在下一个充电循环的恒定电流阶段期间—执行截止准则的适配。在一些实施例中，由充电控制器214执行截止准则的适配。特别地，在充电过程已经终止之后，充电控制器214被配置为通过测量或者估计来确定电池202的静止电压。充电控制器214被配置为基于所确定的电池静止电压来计算针对截止准则的更新值并且将更新的截止准则传输到电池控制器224。电池控制器224被配置为从充电控制器212接收更新的截止准则并且将更新的截止准则存储在存储器226中以用于在下一个充电循环中使用。在其它实施例中，由电池控制器224执行截止准则的适配。特别地，在充电过程已经终止之后，电池控制器224被配置为通过测量或者通过估计来确定电池202的静止电压。电池控制器224被配置为基于所确定的电池静止电压来计算针对截止准则的更新值并且将更新的截止准则存储在存储器226中用于以在下一个充电循环中使用。在一个实施例中，在截止准则已经被更新并且存储之后，触发电池电子部件222和/或充电电路212以进行关闭。

电池静止电压的确定（框1240）是取决于情况通过直接测量或者通过估计来执行的。特别地，如果从充电过程的终止起已经流逝了足够量的时间，则可以直接测量静止电压。特别地，在一个实施例中，充电控制器214被配置为在从充电过程终止起（即，从满足截止准则起）已经流逝了预定的时间段之后操作电压传感器220以测量电池202的静止电压。类似地，在一个实施例中，电池控制器224被配置为在从充电过程终止起已经流逝了预定的时间段之后操作传感器228的电压传感器以测量电池202的静止电压。选取预定的时间段以使得任何得自于充电过程的瞬变现象已经平息。

然而，在一些情况下，电池202的静止电压不能被直接测量。特别地，如果在充电过程已经终止之后立即将电池202从充电电路212断开连接，则那么充电电路212不能测量电池的静止电压，因为没有足够的时间用于平息得自于充电过程的瞬变现象。类似地，如果在充电过程已经终止之后立即将电池202投入使用（即，放电到负载中），则那么也不能直接测量静止电压。更进一步地，如果电池202被在其完全充电之前断开连接，则那么不能测量在完全充电时的静止电压。因此，在一些实施例中，必须在更新截止准则之前估计电池202的静止电压。特别地，响应于电池202未被完全充电、电池202在预定的时间段流逝之前被放电、或者电池202在预定的时间段流逝之前被断开连接，于是充电控制器214和/或电池控制器214被配置为估计电池202的静止电压。在一个实施例中，即使弛豫没有完成，充电控制器214和/或电池控制器214也被配置为随着电池202弛豫而基于动态电压测量来估计静止电压。在一些实施例中，使用不同的方法来估计静止电压，诸如动态估计器（例如龙伯格观测器或者卡尔曼滤波器）、模型拟合（例如将指数之和拟合为弛豫曲线）、或者在若干充电循环上进行迭代学习。在其中充电控制器214估计静止电压的一些实施例中，电池控制器224被配置为将关于静止电压估计算法的信息传输到被用于估计电池的静止电压的充电控制器。

替换地，在一些实施例中，如果不能直接测量静止电压或者如果不能精确地估计静止电压，则那么可以阻止截止准则的调整，并且将把先前的用于截止准则的值用于下一个充电循环。

如在上面讨论的那样，在确定静止电压之后，基于静止电压更新截止准则（框1250）。一般地，截止准则被设计为使得电池202的电池电压在充电过程结束之后弛豫到电池202的稳态电压限制和/或在其处电池202被认为完全充电的另外的目标静止电压处。

可以在每个充电循环之后使用成比例的反馈控制处理来更新截止准则。例如在诸如方法300、500和800的利用截止电流作为截止准则的实施例中，充电控制器214和/或电池控制器224被配置为使用基于如下函数的处理来调整截止电流： ，其中是当前充电循环，是经调整的截止电流，是针对先前的充电循环的截止电流，是在先前的充电循环之后所测量或者所估计的静止电压，是目标静止电压，并且是成比例的反馈增益。在一些实施例中，是其它值的函数。类似地，在诸如方法1000的利用截止计时器作为截止准则的实施例中，充电控制器214和/或电池控制器224被配置为使用基于如下函数的控制处理来调整截止计时器：，其中是经调整的截止计时器，并且是针对先前的充电循环的截止计时器。最后，在利用截止电压作为截止准则的实施例中，充电控制器214和/或电池控制器224被配置为使用基于如下函数的控制处理来调整截止电压： ，其中是经调整的截止电压并且是用于先前的充电循环的截止电压。在一个实施例中，目标静止电压是由电池202或者单元204的制造商规定的稳态电压限制。在一个实施例中，目标静止电压是在其处电池202被认为完全充电的一些其它的目标静止电压。在其它的实施例中，使用其它类型的反馈控制，诸如比例积分微分控制、基于规则的控制、或者任何非线性控制策略。在进一步的实施例中，如在下面讨论的那样，诸如单元204或者电池202的单元阻抗的其它信息被用于调整截止准则。

使用在上面描述的处理和等式对截止准则、、和进行适配主要针对由于容量降低所致的电池老化行为进行校正。然而，在典型的电池使用期间，在其处对电池202进行充电的环境温度可能显著地变化。在操作状况中的这样的改变直接影响电池202的阻抗，这进而影响在充电过程期间的电池电压行为。因此，截止准则、和对电池阻抗随时间经过的变化高度灵敏，并且这种依赖性不会被由在上面描述的适配处理和等式捕获。

在一个实施例中，适配处理被修改为包括确定电池的阻抗的步骤。然后基于所确定的阻抗以及基于如在上面讨论的那样的所确定的静止电压来更新截止准则、、或者。特别地，基于在当前充电循环中所确定的电池阻抗与电池的先前的充电循环中所确定的电池阻抗之间的差、以及基于在先前的充电循环期间所确定的电池静止电压和电池的目标静止电压之间的差来更新相关的截止准则。

在一些实施例中，充电控制器214被配置为使用等效电路模型和诸如充电电流和电池电压的所测量的电池参数来在充电过程期间估计电池202的阻抗。然而，在一些实施例中，充电过程可以被暂时地中断，以使得能够进行对电池202的阻抗的更精确的测量。特别地，图13示出用于随着电池老化而随时间的经过适配充电过程的截止准则的方法1300，所述方法1300包括用于测量电池阻抗的电流中断期。方法1300与方法1200类似，但是包括计及电池阻抗上的改变的一些修改。当检测到电池被连接到充电电路时方法1300开始（框1310）。当电池已经被连接到充电电路时，方法1300通过将至少包括截止准则的充电参数从电池的电池电子部件传输到充电电路来继续（框1320）。步骤1310、1320与方法1200的步骤1210、1220本质上类似，并且不再次以完整细节进行描述。

在充电电路已经接收到充电参数之后，方法1300继续基于所接收的充电参数执行充电过程（框1330）。特别地，在从电池电子部件222和/或电池控制器224接收充电参数之后，充电控制器214被配置为依照所接收的充电参数操作充电电路212以执行用于对所述电池202进行充电的充电过程。在至少一个实施例中，充电过程是在上面讨论的方法300、500、800、和1000中的一个，并且在满足在执行充电过程之前从电池202接收到的截止准则时结束。

与方法1200对比，在充电过程期间，方法1300包括响应于所测量的电池电压超过进一步的预定的电压门限而暂时中断充电过程的充电电流（框1370）。特别地，充电控制器214被配置为定期地或者连续地将来自电压传感器220的所测量的电池电压与中断电压门限进行比较。充电控制器214被配置为响应于所测量的电池电压达到中断电压门限而操作充电电路212以暂时中断向电池202施加充电电流。在中断期间（其在此也可以被称为“电流中断期”），操作充电电路212以使得没有充电电流被施加到电池202。充电控制器214被配置为响应于从中断开始起过去预定量的时间而操作充电电路212以根据被利用的相应的充电过程来恢复施加充电电流。在一个实施例中，预定量的时间是50毫秒，或者换句话说，电流中断期持续50毫秒。

中断电压门限不同于关于方法300、500、800和1000讨论的被用于结束相应的充电过程的恒定电流阶段的电压限制，但是两个门限之间的关系将确定电流中断期发生在哪个充电阶段中。在一些实施例中，中断电压门限可以等于被用于结束相应的充电过程的恒定电流阶段的电压限制。在这样的实施例中，电流中断期本质上发生在恒定电流（CC）阶段和相应的充电过程的第二阶段（例如，如在上面讨论的恒定电压速率（CdV）阶段、限定的减少电流（DDC）阶段、恒定电流速率（CdC）阶段、恒定增加的电压（CV+）阶段、或者恒定减少的电流（CDC）阶段）之间。在其它实施例中，中断电压门限可以小于用于结束恒定电流阶段的电压限制，以使得电流中断期发生在恒定电流阶段期间。最后，在一些实施例中，中断电压门限可以大于用于结束恒定电流阶段的电压限制，以使得电流中断期发生在第二充电阶段期间。在至少一个实施例中，中断电压门限等于制造规定的稳态电压限制，例如4.2伏特。

方法1300从在充电电流的暂时中断期间测量电池阻抗继续（框1380）。特别地，在电流中断期期间，充电控制器214和/或电池控制器224被配置为测量电池202的阻抗。在一些实施例中，在电流中断期期间基于电池电压下降来测量电池202的阻抗。特别地，在至少一个实施例中，充电控制器214被配置为使用等式 来测量电池202的阻抗，其中是中断电压门限或者紧接在电流中断期之前所测量的电池电压，是在电流中断期的结束时或者紧接在电流中断期之后所测量的电池电压，以及是紧接在电流中断期之前所测量的充电电流。在一个实施例中，响应于所测量的电池电压达到中断电压门限，充电控制器214被配置为操作电流传感器218以紧接在操作充电电路212暂时中断向电池202施加充电电流之前测量充电电流。类似地，充电控制器214被配置为响应于从中断开始起过去了预定量的时间而根据相应的充电过程操作电压传感器220以紧接在操作充电电路212来恢复施加充电电流之前或者之后测量电池电压。

在电流中断期发生之后，充电过程恢复，并且如在上面关于方法300、500、800和1000讨论的那样最终基于满足相应的截止准则而结束。在充电过程已经终止之后，方法1300通过确定电池的静止电压来继续（框1340）。步骤1340本质上类似于方法1200的步骤1240，并且不再次以完整的细节进行描述。

方法1300进一步包括基于所测量的电池阻抗和所确定的电池静止电压来更新截止准则（框1350）。如在上面讨论的那样，仅仅基于静止电压更新截止准则、、或者不随着电池202老化而计及在电池阻抗上的变化。因此，充电控制器214被配置为进一步基于所测量的电池202的阻抗与在电池202的先前的充电循环中测量的电池202的阻抗之间的差来更新相应的截止准则、、或者。

特别地，在诸如方法300、500、和800的利用截止电流作为截止准则的实施例中，充电控制器214和/或电池控制器224被配置为使用基于如下函数的处理来调整截止电流： ，其中是当前充电循环，是经调整的截止电流，是针对先前的充电循环的截止电流，是所测量的电池202的针对当前充电循环的阻抗，是所测量的电池202的针对先前的充电循环的阻抗，是在先前的充电循环之后所测量或者估计的静止电压，是目标静止电压，并且和是可调的比例反馈增益参数。

类似地，在诸如方法1000的利用截止计时器作为截止准则的实施例中，充电控制器214和/或电池控制器224被配置为使用基于如下函数的控制处理来调整截止计时器： ，其中是经调整的截止计时器，并且是针对先前的充电循环的截止计时器。最后，在利用截止电压作为截止准则的实施例中，充电控制器214和/或电池控制器224被配置为使用基于如下函数的控制处理来调整截止电压： ，其中是经调整的截止电压并且是针对先前的充电循环的截止电压。

在至少一些实施例中，充电控制器214被配置为在电流中断期之后但是在充电过程的第二阶段结束之前更新相应的截止准则。在这样的实施例中，充电控制器214被配置为将更新的截止准则用于确定何时结束充电过程的第二阶段。以这种方式，方法1300不仅使得截止准则能够被随着电池202老化而针对电池阻抗上的改变进行调整，而且还使得能够补偿由于当前充电循环的特定状况（例如，环境温度）所致的变化。

最后，方法1300包括如果截止准则被由充电控制器更新则将更新的截止准则传输回电池，并且将更新的截止准则存储在电池的存储器中（1360）。步骤1360与方法1200的步骤1260本质上类似并且不再次以完整的细节进行描述。

图14示出针对具有电流中断期的延长的恒定电流恒定增加的电压（CC-CV+）充电过程的仿真结果。特别地，绘图1402和1404描绘CC-CV+充电过程，其中用于结束延长的恒定电流阶段的电压限制被设置为4.35伏特并且针对恒定增加的电压的目标恒定电池电压被设置为4.35伏特，这两者与4.2伏特的电池稳态电压限制相比更大。附加地，中断电压门限被设置为等于在4.2伏特处的稳态电压限制。绘图1402示出在CC-CV+充电过程的第一循环期间的电池电压廓线1406和在CC-CV+充电过程的第二循环期间的电池电压廓线1408。类似地，绘图1404示出在CC-CV+充电过程的第一循环期间的充电电流廓线1410和在CC-CV+充电过程的第二循环期间的充电电流廓线1412。在第一循环期间，在15℃的环境温度的情况下对电池进行充电。相反，在第二循环期间，在35℃的环境温度的情况下对电池进行充电。

如在绘图1402中可以看到的那样，在延长的恒定电流阶段期间，电池电压1406、1408分别在大约18分钟和21分钟处达到4.2伏特的中断电压门限。如在绘图1404中示出的那样，响应于达到4.2伏特，充电电流1410、1412被中断大约50毫秒。在电流中断期间，发生电压下降并且测量电池阻抗。在电流中断之后，充电电流1410、1412恢复，并且如在上面讨论的那样，在各个情况下，充电控制器214基于所测量的电池阻抗来更新相应的截止电流。如在绘图1404中示出的那样，针对第一充电循环的截止电流被设置为大约1.3安培，并且充电电流1410在大约32分钟处达到截止电流。然而，由于在第二充电循环期间环境温度上的显著不同，针对第二充电循环的截止电流被设置为大约3.1安培，并且充电电流1412在大约28分钟处达到截止电流。

如在绘图1402和1404中可以看到的那样，温度上的改变造成电压行为、电池阻抗、以及所选取的截止电流上的显著改变。然而，将截止准则适配于阻抗上的改变使得即使当电池操作状况已经显著地改变时，在充电之后弛豫到目标静止电压也是可能的。

注意的是方法1200和方法1300的步骤可以以任何可行的时间排序的顺序执行，不管在各图中示出的顺序或者其中描述步骤的顺序如何。附加地，在此描述的方法1200和方法1300不仅可以被应用于整体的电池202，而且还可以被应用于电池202的单独的单元204。特别地，在一些实施例中，由对应的传感器来测量针对单独的单元204的电压和电流。在一些实施例中，基于电池202中的最弱的单元204来更新充电参数。最弱的单元甚至可以在相同的充电循环之内改变，例如 ，其中是单独的单元电压并且是单元的目标电压。在一些实施例中，在每个充电循环之前、期间、或者之后针对单独的单元204中的每个来调整电压限制、截止电流、以及在此讨论的其它门限。

图15示出比较使用标准CCCV充电和具有的CC-CdV充电经许多循环的电池老化的实验结果。绘图1502和绘图1504描绘与得自于具有 的CC-CdV充电的老化相比较的使用标准CCCV充电过程经50+个充电循环的电池老化。特别地，绘图1502示出分别对应于标准CCCV充电过程和具有的CC-CdV充电的充电容量廓线1506和1508。类似地，绘图1504示出分别对应于标准CCCV充电过程和具有的CC-CdV充电的充电时间廓线1510和1512。如在绘图1502和1504中可以看到的那样，CC-CdV充电如与标准CCCV充电过程相比在电池的老化上实质上不具有负面影响（如通过容量降低速率看到的那样），同时还提供了显著减少的充电时间。附加地，绘图1514示出当经电池的50+个充电循环来适配截止准则时针对截止准则的廓线1516。最后。绘图1518示出针对经电池的50+个充电循环的静止电压的廓线1520。

虽然已经在附图和前述描述中详细地图示并且描述了本公开，但是其应当被认为是说明性的而不是在特征上受约束的。理解的是仅已经呈现了优选的实施例并且想要保护落入本公开的精神内的所有改变、修改和进一步的应用。

Claims (20)

1.一种用于对电池进行充电的方法，所述方法包括：

利用电压传感器测量电池的电池电压以及利用电流传感器测量电池的电池电流；

利用充电电路向电池施加第一充电电流，直到所测量的电池电压超过预定的电压门限，第一充电电流的量值被保持在第一恒定值处；

响应于所测量的电池电压超过预定的电压门限，利用充电电路向电池施加第二充电电流直到满足截止准则，第二充电电流的量值使得所测量的电池电压超过针对电池的稳态电压限制；

在满足截止准则之后，确定电池的静止电压；以及

基于所确定的电池的静止电压和电池的目标静止电压之间的差来更新截止准则。

2.如权利要求1所述的方法，施加第二充电电流进一步包括：

响应于所测量的电池电压和目标单调增加的电池电压之间的差来使第二充电电流的量值变化。

3.如权利要求1所述的方法，施加第二充电电流进一步包括：

响应于所测量的电池电流和目标单调减少的电池电流之间的差来使第二充电电流的量值变化。

4.如权利要求1所述的方法，施加第二充电电流进一步包括：

响应于所测量的电池电压和目标恒定电池电压之间的差来使第二充电电流的量值变化，目标恒定电池电压大于针对电池的稳态电压限制，

其中预定的电压门限大于针对电池的稳态电压限制。

5.如权利要求1所述的方法，施加第二充电电流进一步包括：

将第二充电电流的量值保持在与第一恒定值相比更小的第二恒定值处。

6.如权利要求1所述的方法，施加第二充电电流直到满足截止准则进一步包括：

将所测量的电流与预定的电流门限进行比较；以及

响应于所测量的电流下降到预定的电流门限以下，停止施加第二充电电流。

7.如权利要求1所述的方法，施加第二充电电流直到满足截止准则进一步包括：

将从开始施加第二充电电流起的时间量与预定的门限时间量进行比较；以及

响应于从开始施加第二充电电流起的时间量超过预定的门限时间量，停止施加第二充电电流。

8.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

在施加第一充电电流之前，利用充电电路从电池的电池电子部件接收截止准则；以及

在更新截止准则之后，将更新的截止准则存储在电池的存储器上。

9.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

确定电池的阻抗，

其中基于在当前充电循环中确定的电池阻抗与在电池的先前的充电循环中确定的电池阻抗之间的差来进一步更新截止准则。

10.如权利要求9所述的方法，确定电池的阻抗进一步包括：

暂时中断(ⅰ)施加第一充电电流以及(ⅱ)响应于所测量的电池电压超过进一步的预定的电压门限来施加第二充电电流中的一个，在中断期间没有充电电流被施加到电池，在恢复(ⅰ)施加第一充电电流以及(ⅱ)施加第二充电电流中的一个之前，中断持续预定量的时间；以及

在中断(ⅰ)施加第一充电电流以及(ⅱ)施加第二充电电流中的一个期间，测量电池的阻抗。

11.一种用于对电池进行充电的充电系统，所述充电系统包括：

充电电路，被配置为连接到电力源并且连接到电池，充电电路被配置为从电力源汲取电流以向电池施加充电电流；

电压传感器，被配置为测量电池的电池电压；

电流传感器，被配置为测量电池的电池电流；以及

充电控制器，其被可操作地连接到充电电路、电压传感器、以及电流传感器，充电控制器被配置为：

操作电压传感器以测量电池的电池电压并且操作电流传感器以测量电池的电池电流；

操作充电电路以向电池施加第一充电电流，直到所测量的电池电压超过预定的电压门限，第一充电电流的量值被保持在第一恒定值处；以及

响应于所测量的电池电压超过预定的电压门限，操作充电电路以向电池施加第二充电电流直到满足截止准则，第二充电电流的量值使得所测量的电池电压超过针对电池的稳态电压限制，

其中电池的充电控制器和电池控制器中的至少一个被配置为：

在满足截止准则之后，确定电池的静止电压；以及

基于所确定的电池的静止电压和电池的目标静止电压之间的差来更新截止准则。

12.如权利要求11所述的充电系统，充电控制器进一步被配置为：

响应于所测量的电池电压和目标单调增加的电池电压之间的差，操作充电电路以使第二充电电流的量值变化。

13.如权利要求11所述的充电系统，充电控制器进一步被配置为：

响应于所测量的电池电流和目标单调减少的电池电流之间的差，操作充电电路以使第二充电电流的量值变化。

14.如权利要求11所述的充电系统，充电控制器进一步被配置为：

响应于所测量的电池电压和目标恒定电池电压之间的差，操作充电电路以使第二充电电流的量值变化，目标恒定电池电压大于针对电池的稳态电压限制，

其中预定的电压门限大于针对电池的稳态电压限制。

15.如权利要求11所述的充电系统，充电控制器进一步被配置为：

操作充电电路以将第二充电电流的量值保持在与第一恒定值相比更小的第二恒定值处。

16.如权利要求11所述的充电系统，充电控制器进一步被配置为：

将所测量的电流与预定的电流门限进行比较；以及

响应于所测量的电流下降到预定的电流门限以下，操作充电电路以停止施加第二充电电流。

17.如权利要求11所述的充电系统，充电控制器进一步被配置为：

将从开始施加第二充电电流起的时间量与预定的门限时间量进行比较；以及

响应于从开始施加第二充电电流起的时间量超过预定的门限时间量，操作充电电路以停止施加第二充电电流。

18.如权利要求11所述的充电系统，其中：

充电控制器进一步被配置为在操作充电电路以施加第一充电电流之前从电池的电池电子部件接收截止准则；以及

电池的电池控制器被配置为在截止准则被更新之后将更新的截止准则存储在电池的存储器上。

19.如权利要求11所述的充电系统，充电控制器和电池控制器中的至少一个被配置为：

确定电池的阻抗，

其中基于在当前充电循环中确定的电池阻抗与在电池的先前的充电循环中确定的电池阻抗之间的差来进一步更新截止准则。

20.如权利要求19所述的充电系统，其中：

充电控制器被配置为操作充电电路以暂时中断(ⅰ)施加第一充电电流以及(ⅱ)响应于所测量的电池电压超过进一步的预定的电压门限来施加第二充电电流中的一个，操作充电电路以在中断期间不向电池施加充电电流，在操作充电电路以恢复(ⅰ)施加第一充电电流以及(ⅱ)施加第二充电电流中的一个之前，中断持续预定量的时间；以及

充电控制器和电池控制器中的至少一个被配置为在中断(ⅰ)施加第一充电电流以及(ⅱ)施加第二充电电流中的一个期间测量电池的阻抗。