CN113364090A - 电池充/放电控制装置及其控制方法 - Google Patents

电池充/放电控制装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

电池充放电控制装置在恒定电流模式下用恒定电流使电池进行充电，并且在电池的电压对应于充电结束电压时转换为恒定电压模式以用恒定电压使电池进行充电。充电结束电压被设定为通过从电池的完全充电电压减去负电极阈值电位而得到的第一充电结束电压，其中，负电极阈值电位为负电极的造成电池中所包含的负电极活性材料相变的电位值。

Description

电池充/放电控制装置及其控制方法
本申请是申请日为2017年3月20日、申请号为201780020150.0、题为“电池充/放电控制装置及其控制方法”的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种电池的充放电控制装置及其控制方法。
背景技术
作为二次电池的电池重复充放电的循环直到循环寿命耗尽。各种充放电控制方法正在试图延长这种电池的循环寿命。
在传统的电池充放电控制方法中，通常，在电池的初始使用阶段期间，电池在最大的电压范围内被充电和被放电，电压使用范围随着循环次数的增加而逐渐减小。
电池的这样的传统的充放电控制方法具有下述缺陷：不能改善电池放电时的劣化现象，并且不能防止在电池的初始使用阶段期间会发生的电池的厚度增大。
发明内容
技术问题
本发明的示例性实施例提供一种电池充放电控制装置及其控制方法，所述电池充放电控制装置可以改善电池放电期间发生的劣化现象并防止在电池的初始使用阶段期间会发生的电池厚度增大的现象。
技术方案
根据示例性实施例的电池充放电控制装置包括：电压传感器，用于测量电池的电压；以及控制单元，在恒定电流模式下用恒定电流使电池进行充电，并且在通过电压传感器测量的电池的电压对应于充电结束电压时转换为恒定电压模式，从而用恒定电压使电池进行充电，其中，充电结束电压被设定为第一充电结束电压，第一充电结束电压为从电池的完全充电电压减去负电极阈值电位，负电极阈值电位为负电极的使电池中所包含的负电极活性材料造成相变的电位值。
控制单元测量或计算电池的充电的状态，并且当充电的状态大于充电的参考状态时，将充电结束电压重置为第二充电的充电结束电压，第二充电的充电结束电压可以小于第一充电的充电结束电压。
当恒定电流模式下的恒定电流的大小超过参考电流的大小时，控制单元可以将恒定电压模式下的截止电流设定为大于缺省值。
在电池的放电阶段期间，控制单元在电池的测量的电压对应于放电结束电压时停止电池的放电，放电结束电压可以是当测量的电压的斜率超过阈值斜率时的时间处的电压。
根据示例性实施例的电池充放电控制装置包括：电压传感器，用于测量电池的电压；以及控制单元，所述控制单元控制电池的充放电以确保电池的测量的电压在电压的与电池的使用阶段对应的使用范围内，其中，控制单元通过在初始使用阶段期间将电压的使用范围设定为在第一电压的使用范围内并且在中期使用阶段期间将电压的使用范围设定为在第二电压的使用范围内，来控制电池的充放电；电压的使用范围对应于充电结束电压和放电结束电压之间的电压差；第二电压的使用范围大于第一电压的使用范围。
控制单元通过在后期使用阶段期间将电压的使用范围设定为在第三电压的使用范围内来使电池充放电，第三电压的使用范围可以大于第二电压的使用范围。
第三电压的使用范围可以大于第一电压的使用范围。
中期使用阶段可以在电池的充放电循环的次数超过充放电循环的特定次数时开始。
后期使用阶段可以在电池的测量的最大容量变为电池的第一最大容量的特定比率时开始。
控制单元可以在中期使用阶段期间使充电结束电压顺序地增大并且使放电结束电压顺序地减小。
当电池的第一完全充电电压为FCV，负电极阈值电位为NECV，劣化条件为AC，容量减小率为CRR，参考充电结束电压为REOC，第一参考放电结束电压为REOD1，第二参考放电结束电压为REOD2时，充电结束电压(EOC)可以根据等式EOC＝REOC+(FCV-NECV-REOC)×CRR/(100％-AC)来确定；放电结束电压(EOD)可以根据等式EOD＝REOD1-(REOD1-REOD2)×CRR/(100％-AC)来确定；负电极阈值电位可以为负电极的使电池中所包含的负电极活性材料造成相变的电位值；劣化条件为与相对于电池的初始放电容量减小的特定放电容量对应的百分比值；容量减小率可以为与电池的初始放电容量和当前放电容量之间的差对应的百分比值；参考充电结束电压和第一参考放电结束电压对应于第一电压的使用范围；第二参考放电结束电压可以小于第一参考放电结束电压。
第一电压的使用范围和第二电压的使用范围在温度对应于参考温度范围时可以是电池电压的使用范围，控制单元在温度低于参考温度范围时使第一电压的使用范围和第二电压的使用范围中的至少一个增大，并且在温度高于参考温度范围时使第一电压的使用范围和第二电压的使用范围中的至少一个减小。
根据示例性实施例的用于控制电池的充放电的方法包括：设定电池的充电结束电压；在用恒定电流使电池进行充电的恒定电流模式期间测量电池的电压；当电池的测量的电压对应于充电结束电压时，将电池转换为在用恒定电压使电池进行充电的恒定电压模式，在设定充电结束电压时，充电结束电压被设定为第一充电结束电压，第一充电结束电压为从电池的完全充电电压减去负电极阈值电位，负电极阈值电位为负电极的使电池中所包含的负电极活性材料造成相变的电位值。
用于控制电池的充放电的方法还可以包括：测量或计算电池的充电的状态；当充电的状态大于充电的参考状态时，将充电结束电压重置为第二充电的充电结束电压，其中，第二充电的充电结束电压可以小于第一充电的充电结束电压。
用于控制电池的充放电的方法还可以包括：当恒定电流模式下的恒定电流的大小超过参考电流的大小时，将恒定电压模式下的截止电流重置为大于缺省值。
用于控制电池的充放电的方法还可以包括：在电池的放电阶段期间测量电池的电压；当电池的电压对应于放电结束电压时，停止电池的放电，其中，放电结束电压是当测量的电压的相对于时间的斜率超过阈值斜率时的时间点处的电压。
根据示例性实施例的用于控制电池的充放电的方法包括：在初始使用阶段期间，通过使电池的电压范围用作第一电压的使用范围，使电池进行充放电；在中期使用阶段期间，通过使电池的电压范围用作第二电压的使用范围，使电池进行充放电，其中，所使用的电压范围对应于充电结束电压和放电结束电压之间的电压差，第二电压的使用范围大于第一电压的使用范围。
用于控制电池的充放电的方法可以包括：在后期使用阶段期间，通过使电池的电压范围用作第三电压的使用范围，使电池进行充放电，其中，第三电压的使用范围大于第二电压的使用范围。
第三电压的使用范围可以大于第一电压的使用范围。
中期使用阶段可以在电池的充放电循环的次数超过充放电循环的特定次数时开始。
后期使用阶段可以在电池的测量的最大容量变为电池的第一最大容量的特定比率时开始。
在中期使用阶段期间使电池进行充放电的步骤可以包括：顺序地增大充电结束电压；顺序地减小放电结束电压。
当电池的第一完全充电电压为FCV，负电极阈值电位为NECV，劣化条件为AC，容量减小率为CRR，参考充电结束电压为REOC，第一参考放电结束电压为REOD1，第二参考放电结束电压为REOD2时，充电结束电压(EOC)可以根据等式EOC＝REOC+(FCV-NECV-REOC)×CRR/(100％-AC)来确定；放电结束电压(EOD)可以根据等式EOD＝REOD1-(REOD1-REOD2)×CRR/(100％-AC)来确定；负电极阈值电位为负电极的使电池中所包含的负电极活性材料造成相变的电位值；劣化条件为与相对于电池的初始放电容量减小的特定放电容量对应的百分比值；容量减小率为与电池的初始放电容量和当前放电容量之间的差对应的百分比值；参考充电结束电压和第一参考放电结束电压对应于第一电压的使用范围；第二参考放电结束电压可以小于第一参考放电结束电压。
第一电压的使用范围和第二电压的使用范围在温度对应于参考温度范围时是电池电压的使用范围，所述方法还可以包括：在温度低于参考温度范围时使第一电压的使用范围和第二电压的使用范围中的至少一个增大；并且在温度高于参考温度范围时使第一电压的使用范围和第二电压的使用范围中的至少一个减小。
当温度高于参考温度范围时，中期使用阶段期间的放电结束电压可以小于初始使用阶段期间的放电结束电压。
技术效果
根据示例性实施例的电池的充放电控制装置及其控制方法可以改善在电池放电期间会发生的劣化现象，并且防止在电池的初始使用阶段期间会发生的电池厚度增大的现象。
附图说明
图1a是示出示例性电池的构造的图。
图1b是用于解释根据第一示例性实施例的电池的充放电控制装置的图。
图2是根据示例性实施例的用于解释如何使电池进行充电的图。
图3是根据示例性实施例的用于解释如何使电池放电的图。
图4是根据示例性实施例示出电池的根据使用阶段的电压范围的图。
图5是根据示例性实施例示出电池的根据中期使用阶段的电压范围的图。
图6a是根据示例性实施例示出电池的根据温度升高的电压范围的图。
图6b是根据示例性实施例示出电池的根据温度降低的电压范围的图。
具体实施方式
在下文中，将详细描述各种示例性实施例，使得本领域技术人员可以参照附图容易地实现本发明。示例性实施例可以以各种不同的形式实现，并且不限于这里描述的示例性实施例。
为了清楚地说明示例性实施例，省略了与描述无关的部分，并且在整个说明书中，相同的附图标记用于相同或相似的组成元件。因此，在先前附图中使用的组成元件的附图标记可以用在下面的附图中。
另外，由于为了便于描述而任意地示出了附图中所示的每种构造的尺寸和厚度，所以示例性实施例不必限于所示的那些。可以夸大厚度和区域以清楚地表示附图中的多个层和区域。
将两个组成元件电连接的方法不仅包括两个组件的直接连接，而且包括两个组件之间通过不同组件的连接。
图1a是用于示出示例性电池的构造的图。
参照图1a，电池10包括正电极110、电连接到正电极110的正极端子111、负电极120、电连接到负电极120的负极端子121以及隔膜130。虽然未示出，但是用于传输离子的电解质可以填充在正电极110、负电极120与隔膜130之间。
正电极110可以包括正极集流体和形成在正极集流体的顶部上的正极活性材料层。正极活性材料层可以包括正电极活性材料、粘合剂和可选的导电材料。
对于正极集流体，可以使用铝(Al)、镍(Ni)等，但是正极集流体不限于此。
对于正电极活性材料，可以使用能够可逆地嵌入和脱嵌锂离子的化合物。具体地，可以使用在锂与从钴、锰、镍、铝、铁以及它们的组合物中选择的至少一种金属之间的复合氧化物和复合磷酸盐中的至少一种。更具体地，可以使用锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂镍钴锰氧化物、锂镍钴铝氧化物、磷酸铁锂或其组合。
粘合剂不仅起使正电极活性材料颗粒彼此良好粘合的作用，而且起使正电极活性材料良好粘合到正极集流体的作用。粘合剂的示例可以包括聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、二乙酰纤维素、聚氯乙烯、羧基聚氯乙烯、聚氟乙烯、含环氧乙烷聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡胶、丙烯酸丁苯橡胶、环氧树脂、尼龙等，但是粘合剂不限于此。这些粘合剂可以单独使用或者以两种或更多种的组合使用。
导电材料使电极有导电性，导电材料的示例可以包括天然石墨、人造石墨、炭黑、碳纤维、金属粉末、金属纤维等，但导电材料不限于此。这些导电材料可以单独使用或者以两种或更多种的组合使用。关于金属粉末和金属纤维，可以使用诸如铜、镍、铝、银等的金属。
负电极120可以包括负极集流体和形成在负极集流体上的负电极活性材料层。
可以使用铜(Cu)、铝(Al)、金(Au)、镍(Ni)、铜合金等作为负极集流体，但是负极集流体不限于此。
负电极活性材料层可以包括负电极活性材料、粘合剂和可选的导电材料。
可以使用能够可逆地嵌入和脱嵌锂离子的材料、能够掺杂和去掺杂锂金属的材料、锂金属和锂的合金、过渡金属氧化物或它们的组合作为负电极活性材料。
能够可逆地嵌入和脱嵌锂离子的材料的示例可以包括碳基材料，诸如结晶碳、非晶碳、它们的组合等。结晶碳的示例可以包括无定形、平面、薄片(flake)、球形或纤维状的天然石墨或人造石墨。非晶碳的示例可以包括软碳、硬碳、中间相沥青碳化物、煅烧焦炭等。锂金属的合金的示例可以包括在锂与从由Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Si、Sb、Pb、In、Zn、Ba、Ra、Ge、Al和Sn组成的组中选择的金属之间的合金。能够可逆地嵌入和脱嵌锂离子的材料的示例可以包括Si、SiOx(0<x<2)、Si-C复合物、Si-Y合金、Sn、SnO2、Sn-C复合物、Sn-Y等，或另外可以通过组合这些中的至少一种来使用。原子Y可以选自由Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Sc、Y，Ti、Zr、Hf、Rf、V、Nb、Ta、Db、Cr、Mo、W、Sg、Tc、Re、Bh、Fe、Pb、Ru、Os、Hs、Rh、Ir、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、B、Al、Ga、Sn、In、Tl、Ge、P、As、Sb、Bi、S、Se、Te、Po以及其组合组成的组。
可以使用氧化钒、锂钒氧化物等作为过渡金属氧化物。
负电极120中使用的粘合剂和导电材料的种类可以与正电极110中使用的粘合剂和导电材料的种类相同。
可以通过在溶剂中混合活性材料、粘合剂和可选的导电材料来制备每种活性组合物，然后在每个集流体上涂覆每种组合物来制备正电极110和负电极120。具体地，可以使用N-甲基吡咯烷酮等作为溶剂，但溶剂不限于此。由于这些制备方法在本领域中是周知的，因此在本说明书中将省略对其的详细描述。
隔膜130将负电极120和正电极110分开并且提供锂离子传输的路径，可以使用传统上用在锂电池中的任何隔膜。也就是说，可以使用具有优异的浸渍电解质溶液的能力同时对电解质的离子的传输具有低阻力的隔膜。例如，也可以使用从玻璃纤维、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯(PTFE)及其组合中选择的并且呈织物或非织物形式的那些隔膜。例如，诸如聚乙烯和聚丙烯的聚烯烃类聚合物隔膜主要用于锂离子电池，包含陶瓷或聚合物材料的涂覆隔膜可以用于确保耐热性或机械强度，并且可选地，可以使用单层或多层的隔膜。
图1b是用于解释根据第一示例性实施例的电池的充放电控制装置的图。
参照图1b，充放电控制装置80电插置在电池10和装置90之间。
装置90可以是充电器或耗电装置。例如，当装置90是充电器时，充放电控制装置80可以能够控制从充电器流到电池10的正极端子111的充电电流(Ic)。此外，当装置90是诸如马达等的耗电装置时，充放电控制装置80可以能够控制从电池10流到耗电装置的放电电流(Id)。
根据示例性实施例的充放电控制装置80可以包括电压传感器810和控制单元820。
电压传感器810可以以下面的方式构造：其一端电连接到电池10的正极端子111而其另一端电连接到电池10的负极端子121。电压传感器810可以使用电池的正电极电位和负电极电位之间的电压差来测量电池的电压，并将测量的电池电压值传送到控制单元820。
控制单元820可以在恒定电流模式下用恒定电流使电池10进行充电，并且可以在通过电压传感器810测量的电池10的电压对应于充电结束电压时转换为恒定电压模式，从而用恒定电压使电池进行充电。
此外，在电池10的放电阶段期间，控制单元820可以在电池10的电压对应于放电结束电压时终止电池10的放电。
在本示例性实施例中，控制单元820可以可变地设定充电结束电压和放电结束电压，从而防止增大电池10的厚度的现象并延长电池10的使用周期。
下面将参照图2至图6b更详细地解释通过控制单元820来控制充放电的方法。
图2是根据示例性实施例的用于解释如何使电池进行充电的图。
参照图2，曲线图20在竖直轴上具有电压轴和电流轴并且在水平轴上具有时间轴。下面将描述充电电流210和电池电压220关于时间的变化。充电电流210指从充电器朝向电池10的正极端子111流动的电流的大小，电池电压220指正电极110的电位和负电极120的电位之间的差。电池电压220可以通过上述电压传感器810来测量。
本示例性实施例的用于充电的方法可以包括预充电模式、恒定电流模式和恒定电压模式。
首先，在时间点t20，电池10可以在预充电模式下通过接收具有低电流电平的充电电流210的输入来被缓慢地充电。当由于已经很长时间没有使用电池10而电池电压220很低时，可以使用预充电模式。
在电池电压220已经达到特定电平或更高时的时间点t21，可以开始恒定电流模式。电池10在恒定电流模式下通过接收充电电流210(作为具有恒定大小的恒定电流)的输入而被充电。因此，电池电压220逐渐增大，恒定电流模式在电池电压220对应于充电结束电压时的时间点t22终止。
在图2中，充电结束电压被表示为第一充电结束电压。可以预设电池10的充电结束电压。本示例性实施例的第一充电结束电压为从电池10的完全充电电压中减去负电极阈值电位而获得的电压。电池10的完全充电电压指在电池10的充电状态(SOC)达到电池的可接受的最大容量时(即，当充电的充电状态为100％时)正电极电位和负电极电位之间的电压差。可以基于电池10的在初始阶段的完全充电电压来确定电池10的完全充电电压。例如，当完全充电电压是4.35V并且负电极阈值电位是0.05V时，第一充电结束电压可以被设定为大约4.3V。
负电极阈值电位可以是电池10中包含的负电极活性材料造成相变的电位值。在充电过程期间当负电极电位变得小于负电极阈值电位时发生负电极活性材料的相变，所以锂离子附着到负电极活性材料的构成元素的结构改变，从而造成负电极120的膨胀(增大)。也就是说，当负电极活性材料的构成元素与锂离子之间的结构在负电极电位变得大于负电极阈值电位时被指定为第一结构时，并且当负电极活性材料的构成元素与锂离子之间的结构在负电极电位变得小于负电极阈值电位时被指定为第二结构时，负电极120的膨胀会发生在第二结构中。因此，希望负电极电位保持在负电极阈值电位之上，从而保持第一结构。负电极阈值电位可以根据电池的规格而改变，但可以在从约0.05V至约0.08V的范围内。
随着电池10被充电，正电极电位增大，而负电极电位减小，从而使作为正电极电位和负电极电位之间的电压差的电池电压220增大。根据本示例性实施例，电池电压220增大到第一充电结束电压，因此，最终的负电极电位可以保持在负电极阈值电位的电平或者大于负电极阈值电位的电平，从而能够防止负电极120的膨胀。由于可以防止负电极120的膨胀，所以可以防止电池10的总厚度增大的现象。
在电池电压220达到第一充电结束电压时的时间点t22，电池的正极端子和负极端子121被施加有恒定电压的恒定电压模式开始。恒定电压可以与充电结束电压基本相同。
当电池电压220保持为恒定电压时，充电电流210持续地减小，然后在减小的充电电流210达到截止电流时的时间点t23，认为电池10的充电完成，从而停止充电电流210的供应。
在另一示例性实施例中，该充电结束电压可以被重置为第二充电结束电压。首先，关于完全充电的电池10，电池10的充电状态(SOC)可以通过测量或计算来确定。在计算电池10的充电状态(SOC)时，可以使用用于确定充电状态(SOC)的传统的方法(诸如电压测量、电流测量、内电阻计算、温度测量等)。当电池10的测量的充电状态(SOC)超过参考充电状态(SOC)(例如，90％)时，充电结束电压可以被重置为第二充电结束电压。具体地，第二充电结束电压可以小于第一充电结束电压。第二充电结束电压可以被设定为使得在电池10被完全充电时充电状态(SOC)变为大约85％。例如，当第一充电结束电压为4.3V时，第二充电结束电压可以被设定为4.25V。
在另一示例性实施例中，截止电流可以被设定为大于缺省值。例如，由于电池电压220在恒定电流在恒定电流模式下超过参考电流的大小时快速增大，所以充电结束电压被设定为第一充电结束电压而截止电流被设定为大于缺省值，使得充电电流210的供应可以较早终止。例如，当恒定电流超过作为参考电流的0.5C时，截止电流的缺省值为0.02C，截止电流可以被重置为大约0.3C。单位C指C率。
在上述示例性实施例中，通常，完全充电的电池10的充电状态(SOC)可以被设定为保持在大约85％水平。因此，电池10的负电极电位可以保持为等于或者高于负电极阈值电位。此外，通过防止正电极活性材料的结构的破坏来减少Li电镀的发生并减少裂缝和孔的出现，可以使与电解质溶液的副反应最小化。
图3是根据示例性实施例的用于解释如何使电池放电的图。
参照图3，曲线图30在竖直轴上具有电压轴并且在水平轴上具有时间轴。在曲线图30中，示出了电池电压320随时间的变化。
首先，在放电阶段期间对电池电压320进行测量。通过上述电压传感器810可以容易地执行电池10的电压的测量。在测量的电池电压320对应于放电结束电压时的时间点t31，电池的放电可以结束。
在本示例性实施例中，放电结束电压可以被设定为在测量的电池电压320相对于时间的斜率(下文也被适应性地称为斜率值)超过阈值斜率时的时间点的电压。可以确定的是，在时间点t31内电阻快速地增大而电池电压320快速地减小。为了抑制内电阻的这种增大以及负电极活性材料的结构上的改变，电池10可以被控制为在电池电压320的相对于时间的斜率不超过阈值斜率的范围内进行放电。具体地，斜率值指斜率的绝对值。
图4是根据示例性实施例示出电池的根据使用阶段的电压范围的图。
参照图4，曲线图40在竖直轴上具有电压轴并且在水平轴上具有时间轴。充电结束电压421和放电结束电压422可以根据初始使用阶段、中期使用阶段和后期使用阶段而不同地设定。
电池10的初始使用阶段可以是时间点t40和时间点t41之间的阶段，中期使用阶段可以是时间点t41和时间点t42之间的阶段，后期使用阶段可以是时间点t42之后的阶段。
在电池10的初始使用阶段期间，可以通过将电池10的电压的使用范围设定为VR41(作为第一电压的使用范围)来使电池进行充放电。在电池10的中期使用阶段期间，可以通过将电池10的电压的使用范围设定为VR42(作为第二电压的使用范围)来使电池进行充放电。在电池10的后期使用阶段期间，可以通过将电池10的电压的使用范围设定为VR43(作为第三电压的使用范围)来使电池进行充放电。在本示例性实施例中，电压的使用范围对应于充电结束电压421和放电结束电压422之间的电压差。
例如，在初始使用阶段期间，电池10的充电结束电压421可以根据图2的示例性实施例被设定为第一充电结束电压或第二充电结束电压，放电结束电压422可以根据图3的示例性实施例被设定为放电结束电压。如此，在预定的初始使用阶段期间，充电结束电压421可以具有EOC41的电压电平，放电结束电压422可以具有EOD41的电压电平。第一电压的使用范围VR41成为电压电平EOC41和电压电平EOD41之间的差。如上所述，当电池10在第一电压的使用范围VR41内进行充放电时，可以防止负电极120的膨胀，从而能够防止电池10的厚度的初始增大的现象。
在本示例性实施例中，第二电压的使用范围VR42可以大于第一电压的使用范围VR41。根据下面示出的实验结果，电池10的厚度的初始增大的现象在时间点t41之后的中期使用阶段期间减小，因此，即使第二电压的使用范围VR42增大到比第一电压的使用范围VR41大，这也不会成为关于电池厚度的大问题。
根据实验结果，在充电结束电压被设定为4.35V而放电结束电压被设定为3.0V的电池10中：在充放电循环的次数为0时，厚度的增大为0％；在充放电循环的次数为1时，厚度的增大为1.12％；在充放电循环的次数为50时，厚度的增大为5.99％；在充放电循环的次数为150时，厚度的增大为5.99％；在充放电循环的次数为200时，厚度的增大为5.99％；在充放电循环的次数为250时，厚度的增大为7.12％；在充放电循环的次数为300时，厚度的增大为8.61％。
此外，在充电结束电压被设定为4.2V而放电结束电压被设定为3.4V的具有相同标准的电池中：在充放电循环的次数为0时，厚度的增大为0％；在充放电循环的次数为1时，厚度的增大为1.50％；在充放电循环的次数为50时，厚度的增大为3.76％；在充放电循环的次数为150时，厚度的增大为3.38％；在充放电循环的次数为200时，厚度的增大为4.14％；在充放电循环的次数为250时，厚度的增大为4.14％；在充放电循环的次数为300时，厚度的增大为4.14％。
根据上述实验结果，电池10的厚度增大现象在充放电循环的次数为大约50时显著地减小，因此，时间点t41可以被设定为大约在充放电循环的次数为大约50时。确定时间点t41的充放电循环的次数可以根据电池10的标准和使用环境而改变并且它可以在大约15至大约50的范围内。
于是，用户可以在电压电平EOC42和电压电平EOD42之间的使用范围VR42内使用电池10，并且可以在保持厚度的同时体验改善的性能。
另外，根据上述实验结果，可以确定的是，可通过减小第一电压的使用范围VR41来防止电池10的初始厚度增大现象和最终厚度增大。
电池10的后期使用阶段可以从时间点t42开始。在后期使用阶段期间，第三电压的使用范围VR43为电压电平EOC43和电压电平EOD43之间的差。
第三电压的使用范围VR43可以小于第二电压的使用范围VR42。如此，可以防止在电池10的循环寿命的后期使用阶段期间增大厚度的现象。具体地，第三电压的使用范围VR43可以与第一电压的使用范围VR41相同。此外，在又一示例性实施例中，第三电压的使用范围VR43可以大于第一电压的使用范围VR41。
在示例性实施例中，时间点t42可以被确定为当电池10的测量的最大容量变为电池10的第一最大容量的特定比率时的时间。例如，当电池10在特定时间点的测量的最大容量为电池10的第一最大容量的90％时，所述特定时间点可以被确定为时间点t42。
图5是根据示例性实施例示出电池的根据中期使用阶段的电压范围的图。
参照图5，曲线图50在竖直轴上具有电压轴并且在水平轴上具有时间轴。从时间点t50到时间点t51的阶段为电池10的初始使用阶段，时间点t51之后的阶段为电池10的中期使用阶段。对初始使用阶段和中期使用阶段的定义以及对所述两个阶段的区分与图4的示例性实施例中描述的相同。
图5的示例性实施例与图4的示例性实施例之间的差异在于中期使用阶段。在图5的示例性实施例中在中期使用阶段使电池10进行充放电中，充电结束电压521根据时间顺序地增大，放电结束电压522根据时间顺序地减小。
例如，当在初始使用阶段期间充电结束电压521具有电压电平EOC51并且放电结束电压522具有电压电平EOD51时：在时间点t51至时间点t52的中期使用阶段期间，充电结束电压521可以具有电压电平EOC52，放电结束电压522可以具有电压电平EOD52；在时间点t52至时间点t53的中期使用阶段期间，充电结束电压521可以具有电压电平EOC53，放电结束电压522可以具有电压电平EOD53；在时间点t53之后的中期使用阶段期间，充电结束电压521可以具有电压电平EOC54，放电结束电压522可以具有电压电平EOD54。充电结束电压521的电压电平可以以电压电平EOC51、电压电平EOC52、电压电平EOC53和电压电平EOC54的顺序增大。放电结束电压522的电压电平可以以电压电平EOD51、电压电平EOD52、电压电平EOD53和电压电平EOD54的顺序减小。
根据示例性实施例，当电池10的第一完全充电电压为FCV，负电极阈值电位为NECV，劣化条件为AC，容量减小率为CRR，参考充电结束电压为REOC，第一参考放电结束电压为REOD1，第二参考放电结束电压为REOD2时，充电结束电压(EOC)521可以根据下面的等式1来确定。
等式1
EOC＝REOC+(FCV-NECV-REOC)×CRR/(100％-AC)
此外，放电结束电压(EOD)522可以根据下面的等式2来确定。
等式2
EOD＝REOD1-(REOD1-REOD2)×CRR/(100％-AC)
具体地，负电极阈值电位可以是负电极120的使包含在电池10中的负电极活性材料造成相变的电位值。劣化条件可以是与相对于电池10的初始放电容量减小的特定放电容量对应的百分比值。容量减小率可以是与电池10的初始放电容量和当前放电容量之间的差对应的百分比值。参考充电结束电压和第一参考放电结束电压可以对应于第一电压的使用范围。第二参考放电结束电压可以小于第一参考放电结束电压。
下面将使用具体示例来解释上述等式1和2。
第一电压的使用范围指在初始使用阶段期间电压的使用范围，因此，在本示例性实施例中的参考充电结束电压的电压电平对应于电压电平EOC51。此外，第一参考放电结束电压对应于电压电平EOD51。例如，参考充电结束电压可以为4.2V，第一参考放电结束电压可以为3.4V。第二参考放电结束电压可以为3.0V。可以利用基于电池组的放电结束电压来确定第二参考放电结束电压。
参照图2的示例性实施例，负电极阈值电位可以为大约0.05V。电池10的第一完全充电电压可以为4.35V。劣化条件可以为80％。容量减小率可以以5％的容量减小为基础(5％、10％和15％)进行测量。
当5％的容量减小发生在时间点t51时，根据等式1和2，增大的充电结束电压521的电压电平EOC52为4.225V，减小的放电结束电压522的电压电平EOD52为3.3V。
当10％的容量减小发生在时间点t52时，根据等式1和2，增大的充电结束电压521的电压电平EOC53为4.25V，减小的放电结束电压522的电压电平EOD53为3.2V。
当15％的容量减小发生在时间点t53时，根据等式1和2，增大的充电结束电压521的电压电平EOC54为4.275V，减小的放电结束电压522的电压电平EOD54为3.1V。
根据上述控制充放电的方法，即使发生电池10的容量实质性减小，用户可以体验到电池10的容量依然为恒定。
根据示例性实施例，对于时间点t53之后的阶段，为了防止放电容量的快速减小，劣化可以被控制为通过固定充电结束电压521和放电结束电压522而受到抑制。
上述等式1和2仅是用于实施图5的示例性实施例的实施例，本示例性实施例不限于这些等式。
图6a是根据示例性实施例示出电池的根据温度升高的电压范围的图。
参照图6a，曲线图60在竖直轴上具有电压轴和温度轴并且在水平轴上具有时间轴。从时间点t60到时间点t61的阶段是初始使用阶段，时间点t61之后的阶段是中期使用阶段。对初始使用阶段和中期使用阶段的定义以及对所述两个阶段的区分与图4的示例性实施例中描述的相同。
在图6a的示例性实施例中，在初始使用阶段期间，电池10在第一电压的使用范围VR61中进行充放电，而在中期使用阶段期间，电池10在第二电压的使用范围VR62a和VR62b中进行充放电。根据电压电平EOC61和电压电平EOD61来确定第一电压的使用范围VR61；根据电压电平EOC62和电压电平EOD62来确定第二电压的使用范围VR62a；根据电压电平EOC63和电压电平EOD63来确定第二电压的使用范围VR62b。
第一电压的使用范围VR61和第二电压的使用范围VR62a是电池10在温度630对应于参考温度范围(RT)时的使用范围，而第二电压的使用范围VR62b是电池10在温度630高于参考温度范围(RT)时的使用范围。参考温度范围(RT)可以是室温(普通温度)的范围，室温的范围可以被确定为在大约15摄氏度至35摄氏度的范围中。
在温度630变为高于参考温度范围(RT)时的时间点t62，电池10的放电容量与其在室温下相比增大。因此，充电结束电压621可以从电压电平EOC62降低到电压电平EOC63，放电结束电压622可以从电压电平EOD62增大到电压电平EOD63。因此，电池10在与第二电压的使用范围VR62a相比电压减小的第二电压的使用范围VR62b中进行充放电。因此，可以减小内部活性材料的副反应率，从而能够获得增大电池的循环寿命的效果。
虽然未示出，但是即使当初始使用阶段期间温度630变得高于参考温度范围(RT)时，也可以应用相同的原理。也就是说，第一电压的使用范围VR61与室温下的情况相比可以减小。
根据示例性实施例，当温度630变得高于参考温度范围(RT)时，放电结束电压622在中期使用阶段期间的改变的电压电平EOD63可以小于放电结束电压622在初始使用阶段期间的电压电平EOD61。另外，当温度630变得高于参考温度范围(RT)时，充电结束电压621在中期使用阶段期间的改变的电压电平EOC63可以大于充电结束电压621在初始使用阶段期间的电压电平EOC61。也就是说，不管温度的改变如何，在中期使用阶段期间第二电压的使用范围VR62a和VR62b可以被控制为总是大于在初始使用阶段期间第一电压的使用范围VR61。通过这样做，响应于根据图6a的示例性实施例的温度改变，可以在能够控制第二电压的使用范围的同时获得根据图4的示例性实施例的效果。
图6b是根据示例性实施例示出电池的根据温度降低的电压范围的图。
对比图6b与图6a，温度630低于时间点t62的参考温度范围(RT)。当温度630低于参考温度范围(RT)时，电池10的放电容量与室温的情况相比减小，为了补偿该减小，可以增大电压的使用范围。
因此，充电结束电压621可以从电压电平EOC62增大到电压电平EOC64，放电结束电压622可以从电压电平EOD62降低到电压电平EOD64。因此，电池10在与第二电压的使用范围VR62a相比电压增大的第二电压的使用范围VR62c中进行充放电。
虽然未示出，但是即使当初始使用阶段期间温度630变得低于参考温度范围(RT)时，也可以应用相同的原理。也就是说，第一电压的使用范围VR61与室温下的情况相比可以增大。
附图中描述的和上面描述的本发明的详细描述仅仅是对本发明的说明，并且其仅用于描述本发明的目的，而不用于限制本发明的含义或限制本发明的权利要求中描述的范围。因此，对于本领域技术人员将明显的是，其它实施例的许多变化和等同物是可能的。因此，本发明的真正技术保护范围应由权利要求的技术构思确定。

Claims (17)

1.一种电池充放电控制装置，所述电池充放电控制装置包括：
电压传感器，用于测量电池的电压；以及
控制单元，所述控制单元控制电池的充放电以确保电池的测量的电压在电压的与电池的使用阶段对应的使用范围内，
其中，控制单元通过在初始使用阶段期间将电压的使用范围设定为在第一电压的使用范围内并且在中期使用阶段期间将电压的使用范围设定为在第二电压的使用范围内，来控制电池的充放电；
电压的使用范围对应于充电结束电压和放电结束电压之间的电压差；
第二电压的使用范围大于第一电压的使用范围。
2.根据权利要求1所述的电池充放电控制装置，其中：
控制单元通过在后期使用阶段期间将电压的使用范围设定为在第三电压的使用范围内，来使电池充放电；
第三电压的使用范围大于第二电压的使用范围。
3.根据权利要求2所述的电池充放电控制装置，其中，第三电压的使用范围大于第一电压的使用范围。
4.根据权利要求2所述的电池充放电控制装置，其中，中期使用阶段在电池的充放电循环的次数超过充放电循环的特定次数时开始。
5.根据权利要求4所述的电池充放电控制装置，其中，后期使用阶段在电池的测量的最大容量变为电池的第一最大容量的特定比率时开始。
6.根据权利要求1所述的电池充放电控制装置，其中，控制单元在中期使用阶段期间使充电结束电压顺序地增大并且使放电结束电压顺序地减小。
7.根据权利要求6所述的电池充放电控制装置，其中：
当电池的第一完全充电电压为FCV，负电极阈值电位为NECV，劣化条件为AC，容量减小率为CRR，参考充电结束电压为REOC，第一参考放电结束电压为REOD1，第二参考放电结束电压为REOD2时，
根据下面的等式来确定充电结束电压EOC，
EOC＝REOC+(FCV-NECV-REOC)×CRR/(100％-AC)；
根据下面的等式来确定放电结束电压EOD，
EOD＝REOD1-(REOD1-REOD2)×CRR/(100％-AC)；
负电极阈值电位为负电极的使电池中所包含的负电极活性材料造成相变的电位值；
劣化条件为与相对于电池的初始放电容量减小的特定放电容量对应的百分比值；
容量减小率为与电池的初始放电容量和当前放电容量之间的差对应的百分比值；
参考充电结束电压和第一参考放电结束电压对应于第一电压的使用范围；
第二参考放电结束电压小于第一参考放电结束电压。
8.根据权利要求1所述的电池充放电控制装置，其中：
第一电压的使用范围和第二电压的使用范围在温度对应于参考温度范围时是电池电压的使用范围；
控制单元在温度低于参考温度范围时使第一电压的使用范围和第二电压的使用范围中的至少一个增大，并且在温度高于参考温度范围时使第一电压的使用范围和第二电压的使用范围中的至少一个减小。
9.一种用于控制电池的充放电的方法，所述方法包括：
在初始使用阶段期间，通过使电池的电压范围用作第一电压的使用范围，使电池进行充放电；
在中期使用阶段期间，通过使电池的电压范围用作第二电压的使用范围，使电池进行充放电，
其中，所使用的电压范围对应于充电结束电压和放电结束电压之间的电压差，
第二电压的使用范围大于第一电压的使用范围。
10.根据权利要求9所述的用于控制电池的充放电的方法，所述方法还包括：
通过使电池的电压范围用作第三电压的使用范围，使电池进行充放电，
第三电压的使用范围大于第二电压的使用范围。
11.根据权利要求10所述的用于控制电池的充放电的方法，其中，第三电压的使用范围大于第一电压的使用范围。
12.根据权利要求10所述的用于控制电池的充放电的方法，其中，中期使用阶段在电池的充放电循环的次数超过充放电循环的特定次数时开始。
13.根据权利要求12所述的用于控制电池的充放电的方法，其中，后期使用阶段在电池的测量的最大容量变为电池的第一最大容量的特定比率时开始。
14.根据权利要求9所述的用于控制电池的充放电的方法，其中，在中期使用阶段期间使电池进行充放电的步骤包括：
顺序地增大充电结束电压；以及
顺序地减小放电结束电压。
15.根据权利要求14所述的用于控制电池的充放电的方法，其中，
当电池的第一完全充电电压为FCV，负电极阈值电位为NECV，劣化条件为AC，容量减小率为CRR，参考充电结束电压为REOC，第一参考放电结束电压为REOD1，第二参考放电结束电压为REOD2时，
根据下面的等式来确定充电结束电压EOC，
EOC＝REOC+(FCV-NECV-REOC)×CRR/(100％-AC)；
根据下面的等式来确定放电结束电压EOD，
EOD＝REOD1-(REOD1-REOD2)×CRR/(100％-AC)；
负电极阈值电位为负电极的使电池中所包含的负电极活性材料造成相变的电位值；
劣化条件为减小了的特定放电容量相对于电池的初始放电容量的百分比值；
容量减小率为与电池的初始放电容量和当前放电容量之间的差对应的百分比值；
参考充电结束电压和第一参考放电结束电压对应于第一电压的使用范围；
第二参考放电结束电压小于第一参考放电结束电压。
16.根据权利要求9所述的用于控制电池的充放电的方法，其中，第一电压的使用范围和第二电压的使用范围在温度对应于参考温度范围时是电池电压的使用范围，所述方法还包括：
在温度低于参考温度范围时增大第一电压的使用范围和第二电压的使用范围中的至少一个；并且
在温度高于参考温度范围时减小第一电压的使用范围和第二电压的使用范围中的至少一个。
17.根据权利要求16所述的用于控制电池的充放电的方法，其中，当温度高于参考温度范围时，中期使用阶段期间的放电结束电压小于初始使用阶段期间的放电结束电压。
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