CN116670966A - 单元电池快速充电方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种对电池单元(B)进行快速充电的方法，该电池单元设有充电/放电端子，能够利用流动的充电电流I(t)来向充电/放电端子施加充电电压V(t)，所述方法包括以下步骤：‑向所述电池单元(B)的端子施加多个恒定电压级Vj，其中，Vj+1>Vj，j＝1、2、…、k，每个电压级包括间歇的nj个电压平台，‑在一电压级内的两个相继的电压平台之间，使所述充电电流静置(I＝0A)达静置时段(公式(I))，进行所述快速充电方法，直到达到以下条件中的任一条件：‑达到预设充电容量或充电状态(SOC)，‑单元的温度T(t)超过预设极限值Tlim，以及‑单元的电压V(t)已经超过预设极限值Vlilm。

Description

单元电池快速充电方法和系统
本专利申请要求于2020年10月26日提交的新加坡专利申请No.10202010561W的优先权。
技术领域
本发明涉及对电池单元(battery cell)进行快速充电的方法以及实现这种方法的快速充电系统。
背景技术
与运行于环境温度下的其它可再充电电池(诸如基于碱性电解质和酸性电解质的电池)相比，锂离子电池(LIB)在能量密度(Ed)、功率密度(Pd)、寿命期限、运行温度范围、缺乏记忆效应、越来越低的成本以及可回收性方面显示出最佳的组合性能。
LIB市场呈指数级扩展，以涵盖三个主要应用：a)移动电子设备(mobileelectronics，ME)(手机、手持设备、膝上型个人计算机、……)；b)电动车(electromobility，EM)(电动自行车、电动汽车、电动公共汽车、无人机、航天器、船舶、……)；以及c)固定储能系统(energy storage system，ESS)(发电厂、建筑物/住宅、清洁能源(太阳能、风能、……)、工业、电信、……)。
LIB中增长最快的市场细分部分是电动车市场。
在电动车方面，能量密度与任何电动车辆(electric vehicle，EV)的运行时间和行驶里程有关。当使用具有固定重量(kg)和体积(l)的电池组时，较高的Ed提供较长的行驶里程。
LIB的能量密度自其商业化以来一直在稳定提高。然而，近年来显示，Ed的增长减慢，其中，在单元级具有约250Wh/kg和700Wh/l的平台(plateau)。
由于Ed和Pd的限制，因此，目前主要由LIB供电的EV每次充满电的行驶里程为约250km至650km，并且充满电时间超过60min。
目前的内燃汽车可以在5min至10min内加满油箱并提供高达900km的行驶里程。
为了确保EV在即将到来的能源转型被公众成功接受，如今最重要的选择是快速充电。目前用于EV的快速充电站在60min内提供有限的充电量，这是因为：1)过热(达到安全温度极限)，和/或2)过充电(达到安全电压极限)。
Journal of Energy Storage 6(2016)125-141中公开了用于锂离子电池的常见充电方法，如现有技术图1所示。
除了“电压轨迹”方法之外，所有其它LIB充电方法都在充电过程的至少一个步骤中施加恒定电流和/或恒定电压。
当将这些方法用于在不到60分钟内对LIB进行0至100％完全充电(快速充电)时，既未表明单元的循环寿命，也未表明单元的温度曲线。未表明所陈述的方法适用于所有电池的化学成分。
参照现有技术图2的典型的CCCV(恒定电流-恒定电压)充电和恒定电流放电曲线，在恒定电流步骤(step)期间，电压从其初始值增加至设定电压值(高达4.4V)。在恒定电压步骤(高达4.4V)期间，电流下降至设定值(此处为0.05C或C/20)。
在静置时间(rest time)期间，电流为零，并且电压下降以达到开路电压(OCV)。
在CC放电期间，电流固定，并且电压下降至极限(此处为2.5V)。
在随后的静置时间期间，电流为零，并且电压增加至新的OCV值。
参照以多级恒定电流充电曲线(MSCC)为特征的现有技术图3，已向单元相继施加了两个充电电流I1和I2(其中，通常I1>I2)。
施加I1，直到电压达到第一值V1。然后，施加I2，直到电压达到值V2，依此类推。
可以施加其它电流Ij，直到达到电压Vj，其中，V1>V2>V3>…Vj>Vj+1。
当达到目标容量或者达到电压上限或者达到温度极限时，MSCC充电过程结束。
CCCV和MSCC是如今锂离子电池中使用的最流行的充电方法。如果完全充电时间超过2小时，则CCCV和MSCC是简单且方便的方法。
CCCV和MSCC两者都基于施加一个或多个充电恒定电流(CC)直至预设电压极限，然后通过施加恒定电压(CV)进行CCCV。
CCCV和MSCC两者实际上都不能用于在不到一个小时内对电池进行充电，这是因为：1)过多的热产生；2)阳极侧的锂金属镀敷，这可能产生内部短路和热失控事件；3)由于加速老化而缩短电池寿命。
此外，当被用于对串联连接的电池单元进行充电时，CCCV需要单元平衡，如例如在Amin等人的文章“Implementation of a LiFePO4 battery charger for cell balancingapplication”/Journal of Mechatronics,Electrical Power,and VehicularTechnology 9(2018)81-88中所讨论的。
实现CCCV的高功率应用所需的单元平衡具有平衡速度慢并因此耗时、开关结构复杂的缺点，它还需要用于开关操作的先进控制技术，如Mina Naguib等人发布于IEEEAccess VOLUME 9,2021的文章“Lithium-Ion Battery Pack Robust State of ChargeEstimation,Cell Inconsistency,and Balancing:Review”和Zachary Bosire Omariba等人发布于IEEE Access VOLUME 7,2019的文章“Review of Battery Cell BalancingMethodologies for Optimizing Battery Pack Performance in Electric Vehicles”所示。
在发布于eTransportation 1(2019)100011的文章“Lithium-ion battery fastcharging:a review”中对快速充电(FC)协议进行了综述。对于充电时间<1h的快速充电，发现了快速充电的问题：热生成、锂镀敷、材料劣化、tch内的有限电荷吸收(ΔSOC<100％)、缩短的循环寿命、安全性以及热失控。
Journal of Energy Storage 29(2020)101342中的文章陈述了快速充电中的CCCV限制，并且公开了当总充电时间(TCT)＝CCCT+CVCT减少时，循环寿命减少。
如在eTransportation 1(2019)100011中所陈述的，迄今为止，尚不存在可靠的机载方法来检测关键劣化现象(诸如锂镀敷或机械破裂)的发生。用于基于特征电压平台来检测锂镀敷的技术对于在线应用是有希望的，但是尚未报道完全可靠的方法来区分锂剥离与其它平台诱导现象，或在未观察到平台的情况下检测镀敷。
许多关于快速充电协议的研究都是经验或实验性质的，因此它们的性能仅在单元化学成分(chemistry)、形状因子以及运行条件的有限范围内进行了评估。这些结果不能轻易地扩展至其它单元类型或环境温度，正如由不同作者报道的经常矛盾的发现所支持的那样。
本发明的主要目的是通过提出一种用于对电池单元进行快速充电的新方法来克服这些问题，该新方法提供了充电时间的显著减少，同时针对更多充电循环次数保持所述单元的完整性。
主要符号和定义
i、I＝电流强度(A、mA、…)
v、V＝单元电压(以伏特V为单位)
Qch、qch＝充电容量(Ah、mAh、…)
Qdis、qdis＝放电容量(Ah、mAh、…)
Qnom＝单元的标称容量(Ah、mAh、…)
C-rate＝相对于以小时计的充电时间的电流强度
1C-rate是在1h内实现Qnom所需的电流强度
2C-rate是在0.5h内实现Qnom所需的电流强度
0.5C-rate是在2h内实现Qnom所需的电流强度
SOC＝相对于Qnom的充电状态(以％为单位)
SOH＝健康状态是单元的相对于初始Qnom的实际完全容量
SOS＝安全状态，估计的热失控的风险
A＝电压的时间导数(以V.s-1为单位)
ts＝阶跃时间(以s为单位)
tch＝充电时间(以min为单位)
发明内容
该目标是利用一种用于对电池单元进行快速充电的方法实现的，该电池单元设有充电/放电端子，能够利用流动的充电电流向充电/放电端子施加充电电压，所述方法包括以下步骤：
-向所述电池单元的端子施加多个恒定电压级Vj，其中，Vj+1>Vj，j＝1、2、…、k，每个电压级包括间歇的nj个电压平台，
-在一电压级内的两个相继的电压平台之间，使所述充电电流静置(I＝0A)达静置时段1≤p≤nj，
-进行所述快速充电方法，直到达到以下条件中的任一条件：
-达到预设充电容量或充电状态(SOC)，
-单元的温度超过预设极限值Tlim，以及
-单元的电压已经超过预设极限值Vlim。
当(p＝nj)达到阈值/>时，有利地启动从电压级Vj到下一级Vj+1的转变。
本发明的快速充电方法还可以包括以下步骤：将下一级Vj+1计算为Vj+1＝Vj+ΔV(j)，其中，ΔV(j)涉及电流变化p＝nj。
本发明的快速充电方法还可以包括以下步骤：
-在电压级Vj期间测量电池单元中的电流的强度(Io)，
-将强度变化(ΔI(j))计算为ΔI(j)＝Io-Ilimit，其中，Ilimit是由预定极限电流限定的，
-将电压变化(ΔV(j))计算为ΔV(j)＝Kn.ΔI(j)，其中，Kn被限定为可调系数，
-向所述电池单元的端子施加新的电压级Vj+1＝Vj+ΔV(j)。
相继的K值Kn-1至Kn可以通过使用机器学习技术确定，以维持电池单元的足够电荷。
通过检测到大于预定值的电流变化ΔI或者通过检测到电流小于极限C-rate来启动从一电压平台至另一电压平台的传递。
允许从一电压平台移动至另一电压平台的极限C-rate可以被确定为C-Rate.(1+α)，其中，α被限定为被设置用于补偿两个电压平台之间的静置时间的系数。
本发明的任何的快速充电方法还可以包括以下步骤：
-在一电压级Vj内在两个相继的电流静置时间与/>之间，检测从初始值/>下降的流动的脉冲状电流达到最终值/>的待定电压平台(pending voltage plateau)，其中，1≤p≤nj，
-结束所述待定电压平台，以使所述流动的脉冲状电流下降至零达静置时间其中，所述电压偏离Vj，
-在经过了静置时间之后，将所述电压施加回至Vj。
本发明的快速充电方法还可以包括根据包括针对C-rate、电压以及充电时间的充电指令的输入来确定初始K值和电荷阶跃(charge step)的初始步骤。
本发明的快速充电方法还可以包括通过应用非线性电压方程并且使用K值和ΔC-rate来检测Cshift阈值的步骤，从而导致确定移位电压的步骤。
本发明的快速充电方法可以被应用于串联和/或并联布置的电池单元的组合。
根据本发明的另一方面，提出了一种用于对电池单元进行快速充电的系统，所述系统实现根据本发明的快速充电方法，所述系统包括电子变换器(electronicconverter)，该电子变换器被连接至电源并且被设计用于向电池单元的端子施加充电电压，所述电子变换器是由充电控制器控制的，该充电控制器被设计成处理电池单元的流动的电流以及单元电压测量数据和充电指令数据，其特征在于，所述充电控制器还被设计成控制所述电子变换器，以进行以下操作：
-向所述电池单元的端子施加多个恒定电压级Vj，其中，Vj+1>Vj，j＝1、2、…、k，每个电压级包括间歇的nj个电压平台，
-在一电压级内的两个相继的电压平台之间，使所述充电电流静置(I＝0A)达静置时段1≤p≤nj，
直到达到以下条件中的任一条件：
-达到预设充电容量或充电状态(SOC)，
-单元的温度超过预设极限值Tlim，以及
-单元的电压已经超过预设极限值Vlim。
电子变换器可以有利地包括具有处理能力的微控制器，该处理能力使得能够(i)实现人工方法和(ii)在线存储和计算VSIP数据。
本发明公开了一种电压级间歇脉冲电池充电方法和充电系统(VSIP)，包括：
总完全(100％ΔSOC)充电时间低于60min并且低于30min；
施加多个恒定电压级Vj，其中，Vj+1>Vj，j＝1、2、…、k；
每个电压级包括间歇的nj个电压平台；
在一电压级内的两个相继的电压平台之间，电流静置(I＝0A)达时段1≤p≤nj；
在电流静置时段期间，电压偏离Vj；
在一电压级Vj内在两个相继的电流静置时间与/>之间，流动的脉冲状电流从初始值/>下降至最终值/>其中，1≤p≤nj；
当达到时，电流静置(下降至零)达静置时间/>
在经过静置时间之后，电压回到Vj。
当(p＝nj)达到阈值/>时，发生电压级Vj至下一级Vj+1之间的转变。
电压阶跃(voltage step)ΔV(j)＝Vj+1-Vj涉及电流变化p＝nj。
进行VSIP充电过程，直到达到以下条件中的任一条件：1)达到预设充电容量或充电状态(SOC)；2)单元的温度超过预设极限值Tlim，以及3)单元的电压已经超过预设极限值Vlim。
VSIP方法的主要特征是：
VSIP在低于30min的时间内对电池进行完全充电(ΔSOC＝100％)；
如果ΔSOC<100％(部分充电，例如，诸如从20％至100％，ΔSOC＝80％)，则充电时间甚至更短；
VSIP期间的单元电压在LIB中可能超过4.5V，在碱性单元中可能超过2V并且在铅酸电池中可能超过3V；
在VSIP期间，电压和电流都不恒定达高于3min的时段。
在VSIP期间，单元温度Tcell与环境温度Tamb之间的温差保持在25℃以下(Tcell-Tamb<35℃)；
VSIP运行参数能够根据单元化学成分、SOC、SOH以及SOS调整；
可以使用人工智能(AI，诸如机器学习、深度学习、…)来执行VSIP参数调整；
VSIP应用于个体电池单元以及串联和并联布置的单元(电池模块、电池组、电源墙(power wall)、…)；
VSIP应用于多种电池单元化学成分，包括但不限于LIB、固态锂电池、钠基阳极单元、锌基阳极单元、碱性单元、酸性单元以及高温单元(即，熔融金属单元)、…；
两个相继的VSIP电流和电压曲线可以彼此不同。
由根据本发明的快速充电VSIP方法提供的优点是：
-VSIP是通用充电技术，其应用于所有类型的可再充电电池，包括：铅酸单元、碱性单元、锂离子单元、锂聚合物单元以及固态锂单元，并且应用于任何应用，包括但不限于ME、EM以及ESS。
-VSIP在60min以下和30分钟以下对电池进行完全充电(从0至100％ SOC)，同时保持单元温度低于50℃(安全)并提供长的寿命期限。
-VSIP可以适用于特定应用(应力测试)的电池质量控制(QC)。
-由于VSIP是一种自适应充电方法，因此，它在任何运行条件(功率曲线、温度、…)下都延长了电池的寿命期限。
-VSIP相对于电池单元的额定能量密度增加了这些电池单元的能量密度。
-尽管VSIP被设计用于快速充电，但它也应用于更长的充电时间tch>60min。
快速充电循环性能指标Φ还提供为：
其中，
Φ＝归一化循环性能指标
I＝循环次数
ti＝第i循环的充电时间(hr)
＝第i循环的放电容量(Ah)
Qnom＝标称容量(Ah)
n＝当降低到～80％以下时的循环次数。
已经描述了一种基于电压阶跃间歇脉冲(VSIP)来对LIB进行安全快速充电的新技术。
VSIP是具有能够手动或使用人工智能方法和技术调整的参数的自适应充电技术。
VSIP 100％ SOC充电低于20min是可能的，同时保持低温(<45℃)和长循环寿命(>1300#)。
可以在10min以下执行部分充电(ΔSOC<100％)。
在VSIP充电的情况下，可以安全地达到4.5V以上的电压。
在VSIP充电期间，没有锂镀敷(lithium plating)的迹象。
利用VSIP充电，在ΔSOC≤100％的情况下可以实现超过1000次充电-放电循环。
VSIP可以用于：1)单元的质量控制；2)单个单元以及串联和并联布置的单元(电池模块和电池组)；3)储存容量增强。
快速充电性能指标可以用作比较快速充电协议的度量。
此外，利用根据本发明的基于NLV的快速充电方法，不再需要为串联连接的电池单元的充电提供单元平衡，因为现在控制的是充电电压。因此，本发明的快速充电方法提供了电池单元之间的内在平衡。
附图说明
示出现有技术的附图：
图1是现有技术充电方法的示意性描述；
图2示出了典型的CCCV充电和CC放电曲线；
图3示出了多级恒定电流充电曲线(MSCC)；
图4和图5示出了快速充电中的CCCV极限；
示出本发明的附图：
图6示出了VSIP充电和CC放电循环期间的典型电压和电流曲线；
图7示出了VSIP充电和CC放电期间的典型电压和电流曲线(此处，完全充电时间为26min)；
图8示出了VSIP充电期间的典型电压和电流曲线；
图9示出了具有多个电压级Vj的VSIP期间的典型电压曲线(此处，总充电时间约为35min)；
图10示出了VSIP充电期间的详细的电压和电流曲线，示出了电压和电流的间歇性。
图11示出了VSIP充电期间的详细的电压和电流曲线，示出了静置时间；
图12示出了静置时间期间的电压和电流曲线，示出了电压降；
图13示出了j级处的电流曲线；
图14示出了子阶跃(sub-step)j,p处的电流曲线；
图15示出了在许多循环内在～17min中VSIP充电期间的典型的ΔV(j)＝Vj+1-Vj对比时间曲线；
图16示出了26mn内的VSIP充电期间的电压和所得容量；
图17示出了26mn内的VSIP充电之后12Ah单元的放电曲线；
图18示出了线性伏安法对比VSIP；
图19示出了可以彼此不同的两个相继的VSIP充电曲线；
图20示出了VSIP充电电压和电流曲线(60min)；
图21示出了VSIP充电电压和电流曲线(45min)；
图22示出了VSIP充电电压和电流曲线(30min)；
图23示出了VSIP充电电压和电流曲线(20min)；
图24示出了利用VSIP在～16min内进行的80％部分充电；
图25示出了在30min内在VSIP充电期间的温度曲线：LIB的质量控制(QC)的应力测试；
图26示出了良好质量单元在20min内在VPC期间的温度曲线；
图27示出了VSIP增强了单元的容量；
图28和图29示出了将VSIP应用于并联的多单元系统；
图30和图31示出了将VSIP应用于串联的多单元系统；
图32示出了循环性能指标；
图33是VSIP流程图，具有贝叶斯优化；
图34是快速充电VSIP系统的示意图；
图35示出了在约30min内在NLV充电期间测得的4个串联单元的电压曲线。
具体实施方式
为了利用基于人工智能(AI)的方法来对实现根据本发明的快速充电方法的控制器进行编程，提出了责任准则(duty criteria)的列表：
-固定充电时间tch
-在tch内到达目标容量
-保持温度受到控制(<60℃)
-实现目标循环次数
-确保电池安全
-增强容量
根据本发明的快速充电方法中的变量是：
-VSIP控制方程
-A＝ΔV/Δt＝f(i,V,Δi/Δt,T,SOC,SOH)
-充电电流极限
-用于下一电压阶跃的电流触发器
-静置时间
-温度极限
-电压极限
-目标容量极限
使用贝叶斯优化来调整非线性伏安法(Non Linear Voltammetry，NLV)变量。
在各个循环调整NLV变量，以满足以下准则：
参照图6和图7，在第一实施方式中，根据本发明的快速充电(VSIP)方法是在VSIP充电、CC放电循环内在充电序列期间实现的。在这些曲线中，C-rate代表电池单元中的电流。
如图8和图9所示，持续时间约为26min的VSIP充电序列包括多个增加的电压级，各个电压级V1、…、Vj、Vj+1、…、Vk包括恒定的电压平台。
如图10和图11所示，在VSIP充电序列中在各个电压平台期间，电压曲线是恒定的，并且在两个相继的平台之间降低至低恒定电压，而C-rate曲线包括在各个平台期间的降低并在两个平台之间的静置时段期间降低至零。
在静置时间期间，如示出详细的电流和电压曲线的图12所示，可以控制电压，以使具有如上所述计算的恒定负值。
如图13所示，电压级j包括响应于施加到电池单元的端子的电压平台的电流脉冲1、2、3、…、nj。
在电压平台Vj期间，子阶跃j,p处的电流从降低至/>如图15所示。
对于利用根据本发明的快速充电方法操作的大量充电循环，在相继的电压级Vj、Vj+1内在相继的电压平台之间经历的电压变化ΔV总体上随时间减小，如图15所示。
如图16所示，在持续26min完全充电时间的电压充电VSIP序列期间，充电容量Qch连续增加，同时对应电压曲线包括相继的电压级，各个电压级包括电压平台以及静置时间。如图17所示，在随后的放电序列期间，放电容量Qdis随着施加到电池单元的端子的电压而减小。
根据本发明的VSIP快速充电方法明显不同于常规的线性伏安法(LinearVoltammetry，LV)方法，其中，相应的截然不同的电压和电流曲线在图18中示出。如图19所示，一充电/放电VSIP循环与另一充电/放电VSIP循环的相应电流和电压曲线可以不同。
当充电时间被修改(例如，从60min、45min、30min到20min)时，也观察到电压和电流曲线的可变性(参照相应的图20、图21、图22和图23)。对于60min充电时间，充电序列包括4个电压级(图20)，对于45min充电时间，充电序列包括8个电压级(图21)。对于30min充电时间，充电序列包括10个电压级(图22)，对于20min充电时间，充电序列包括4个电压级(图23)。
如图24所示，根据本发明的VSIP充电方法允许在约16min内对锂离子电池单元进行80％的部分充电。
参照图25，在30min的VSIP充电期间，单元A、B以及D的温度升高超过50℃的安全极限。这些电池单元没有通过VSIP应力测试。只有单元C通过了应力测试。这意味着所有LIB单元不能被快速充电。
因此，根据本发明的VSIP充电方法还可以用作在快速充电系统中使用单元之前的应力质量控制(QC)测试。
参照图26，在优质LIB单元的充电序列期间，在约20min内达到完全充电，并且单元的温度不超过32℃。
参照图27，通过调整VSIP参数，诸如电压上限、阶跃时间、电压阶跃转变的ΔV和ΔI/Δt，可以提高放电容量而不损害安全性和寿命期限。
根据本发明的VSIP充电方法可以被实现用于在约35min内对并联组装的4个LIB单元进行充电，如具有CC放电的图28所示，并且如图29所示，该图29是图28的VSIP充电序列期间的电压和电流曲线的详细视图。
参照图30、图31和图35，根据本发明的VSIP充电方法也可以应用于在约35min内对串联的4个e-cig单元进行充电。
如图35所示，与串联连接的4个单元相对应并且在NLV充电期间测量的电压V1、V2、V3以及V4的曲线彼此非常接近，这避免了单元平衡。
注意，在这种配置中，与CCCV相比，VSIP充电方法是特别有利的，因为它不再需要耗时并且使用能量的有源单元平衡。
如图32所示，充电和放电容量根据循环次数而发生改变。快速充电循环性能指标Φ可以计算为：
其中，
Φ＝归一化循环性能指标
I＝循环次数
ti＝第i循环的充电时间(hr)
＝第i循环的放电容量(Ah)
Qnom＝标称容量(Ah)
参照图33和图34，现在描述VSIP快速充电系统的示例连同所实现的VSIP充电方法。该VSIP快速充电系统10包括功率电子变换器11，该功率电子变换器被设计用于处理由外部能量源E提供的电能并将可变电压V(t)供应至待充电的电池单元B。应注意，该电池单元B可以用串联和/或并联连接的电池单元的系统替换。
VSIP系统10还包括VSIP控制器1，该VSIP控制器被设计用于接收和处理：
-由被置于功率电子变换器11与电池单元B之间的电流电路中的电流传感器13以及由被置于电池单元B之上或之中的温度传感器12提供的测量数据；
-从用户接口6收集的指令数据，包括诸如预期C-Rate、充电电压指令以及充电时间指令的输入。
VSIP控制器1还被设计成控制变换器10内的功率电子组件，以根据VSIP方法生成充电电压曲线，直到满足用于结束9充电过程的终止准则中的至少一个终止准则。
这些VSIP终止准则5包括：
-最小C-Rate截止(cut-off)；
-超过安全电压；
-达到充电容量；
-超温。
根据可以由用户作为指令6输入的输入“C-Rate”、“电压”以及“经过的充电时间”，VSIP控制器1首先确定初始K值和电荷阶跃。
倘若没有满足充电终止准则并且没有达到C-Rate的预定阈值，则VSIP控制器1通过在电荷阶跃持续时间内施加电压来启动充电序列2，并且测量作为流入电池单元的电流的映射(image)的C-Rate。
当电流达到预设的C-rate值时，VSIP控制器1切换(commute)到不向电池单元施加电压的静置时段3。该静置时段的持续时间取决于在电流减小之前测得的C-Rate。
如果Cshift达到所确定的阈值8，则VSIP控制器1计算为维持电池单元的足够电荷所需的移位电压4。该计算基于NLV方程、使用K值和ΔC-rate。然后，施加所计算的移位电压，以将新的电压级施加至电池单元。
当然，本发明不限于上述示例，在不脱离本发明的范围的情况下可以考虑其它实施方式。

Claims (13)

1.一种用于电池单元(B)的快速充电方法，所述电池单元设有充电/放电端子，能够利用流动的充电电流I(t)向所述充电/放电端子施加充电电压V(t)，所述方法包括以下步骤：
-向所述电池单元(B)的端子施加多个恒定电压级Vj，其中，Vj+1>Vj，j＝1、2、…、k，每个电压级包括间歇的nj个电压平台，
-在一电压级内的两个相继的电压平台之间，使所述充电电流静置(I＝0A)达静置时段1≤p≤nj，
进行所述快速充电方法，直到达到以下条件中的任一条件：
-达到预设充电容量或充电状态(SOC)，
-所述单元的温度T(t)超过预设极限值Tlim，以及
-所述单元的电压V(t)已经超过预设极限值Vlim。
2.根据权利要求1所述的快速充电方法，其特征在于，当达到阈值/>时，启动从电压级Vj到下一级Vj+1的转变，其中，p＝nj。
3.根据权利要求2所述的快速充电方法，其特征在于，所述快速充电方法还包括以下步骤：将所述下一级Vj+1计算为Vj+1＝Vj+ΔV(j)，其中，ΔV(j)涉及电流变化 其中，p＝nj。
4.根据权利要求3所述的快速充电方法，所述快速充电方法还包括以下步骤：
-在电压级Vj期间测量所述电池单元(B)中的电流的强度(Io)，
-将强度变化(ΔI(j))计算为ΔI(j)＝Io-Ilimit，其中，Ilimit是由预定极限电流限定的，
-将电压变化(ΔV(j))计算为ΔV(j)＝Kn.ΔI(j)，其中，Kn被限定为可调系数，
-向所述电池单元(B)的所述端子施加新的电压级Vj+1＝Vj+ΔV(j)。
5.根据权利要求4所述的快速充电方法，其中，相继的K值Kn-1至Kn是通过使用机器学习技术确定的，以维持所述电池单元(B)的足够电荷。
6.根据前述权利要求中任一项所述的快速充电方法，所述快速充电方法还包括以下步骤：
-在一电压级Vj内在两个相继的电流静置时间与/>之间，检测从初始值/>下降的流动的脉冲状电流达到最终值/>的待定电压平台，其中，1≤p≤nj，
-结束所述待定电压平台，以使所述流动的脉冲状电流下降至零达静置时间其中，所述电压偏离Vj，
-在经过了所述静置时间之后，将所述电压施加回至Vj。
7.根据前述权利要求中任一项所述的快速充电方法，所述快速充电方法还包括根据包括针对C-rate、电压以及充电时间的充电指令的输入来确定初始K值和电荷阶跃的初始步骤。
8.根据权利要求7所述的快速充电方法，所述快速充电方法还包括检测Cshift阈值的步骤，从而导致通过应用非线性电压方程并且使用K值和ΔC-rate来确定移位电压的步骤。
9.根据前述权利要求中任一项所述的快速充电方法，所述快速充电方法被应用于串联和/或并联布置的电池单元的组合。
10.根据权利要求9所述的快速充电方法，所述快速充电方法被实现用于对串联连接的多个电池单元进行充电，其特征在于，所述快速充电方法提供所述电池单元之间的内在平衡。
11.一种用于对电池单元(B)进行快速充电的系统(10)，所述系统实现根据前述权利要求中任一项所述的快速充电方法，所述系统(10)包括电子变换器(11)，所述电子变换器(11)被连接至能量源(E)并且被设计用于向所述电池单元(B)的所述端子施加充电电压(V(t))，所述电子变换器(11)是由充电控制器(1)控制的，所述充电控制器被设计成处理电池单元的流动的电流(I(t))以及温度(T(t))的测量结果和充电指令数据，其特征在于，所述充电控制器还被设计成控制所述电子变换器，以进行以下操作：
-向所述电池单元(B)的端子施加多个恒定电压级Vj，其中，Vj+1>Vj，j＝1、2、…、k，每个电压级包括间歇的nj个电压平台，
-在一电压级内的两个相继的电压平台之间，使所述充电电流静置(I＝0A)达静置时段1≤p≤nj，
直到达到以下条件中的任一条件：
-达到预设充电容量或充电状态(SOC)，
-所述单元的温度(T(t))超过预设极限值Tlim，以及
-所述单元的电压(V(t))已经超过预设极限值Vlim。
12.根据权利要求11所述的系统(10)，其中，所述电子变换器包括具有处理能力的微控制器，所述处理能力使得能够(i)实现人工智能(AI)方法和(ii)在线存储和计算VSIP数据。
13.根据权利要求11或12所述的系统，所述系统被实现用于对串联连接的电池单元的系统进行充电，其中，所述充电控制器还被设计成提供所述电池单元之间的内在平衡。
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