CN117678141A - 充电装置及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于操作充电装置的方法，所述方法包括以下步骤：供应用于对二次电池充电的充电脉冲；以及在供应所述充电脉冲的同时，在所述充电脉冲之间供应用于使所述二次电池放电的放电脉冲，其中，所述充电脉冲和所述放电脉冲从所述二次电池的激活开始交替供应。
Description
技术领域
本发明涉及充电装置及其操作方法，更具体地，涉及促进放电状态的二次电池中的固体电解质界面(SEI)层的形成的充电装置及其操作方法。
背景技术
在基于可再生能源(特别是光伏发电或风力发电)的电能生产中，朝着对有效地存储所产生的能量的要求越来越高的方向转变，以便在需要时使所存储的电能根据需要尽可能多地可用。
通常，称为二次电池的锂离子电池具有高充电循环次数、长寿命和高存储容量。
锂离子电池根据其设计放电至其容量的30％。也就是说，如果电池以其30％或更低的阈值放电，那么由于锂离子电池受到不可逆地损坏，因此存储在电池中的30％的固有能量无法被用户使用。如果电池以该阈值或更低的阈值放电，则离子可能与电极材料(铜、铝)分离，并且电极可能由此被破坏。
为了生产和运输诸如锂离子电池的电池，需要经过包括老化过程、化成过程、开路电压(OCV)检查过程、内阻(IR)检查过程、分级过程等的若干过程。
在这些过程中，化成过程重复将所生产的0伏电池充电至4.2V的电池电压并将其再次放电至2.7V数次以最终将其以3.7V运输的过程。因此，由于在该过程中确定电池的特性和质量，所以化成过程是用于确定电池质量的非常重要的过程。
然而，在化成过程中，锂离子电池仅充电至其容量的80％，原因是当达到充电结束电压时，电流通常受到限制。因此，由于剩余的20％的容量以较小的安培数充电，使得从时间的角度较少的能量存储或积累到电池中，因此存在的问题是电池充电到100％需要耗费成倍增加的较长的时间。
发明内容
[技术问题]
本发明的目的在于提供一种促进在放电状态的二次电池中形成固体电解质界面(SEI)层的充电装置及其操作方法。
本发明的目的不限于上述目的，并且上面未提及的本发明的其它目的和优点可通过以下描述来理解，并且将通过本发明的示例性实施例更清楚地理解。还将易于理解的是，本发明的目的和优点可通过权利要求中指示的手段和组合来实现。
[技术方案]
根据本发明的用于操作充电装置的方法包括以下步骤：供应用于对二次电池充电的充电脉冲；以及在供应所述充电脉冲的同时，在所述充电脉冲之间供应用于使所述二次电池放电的放电脉冲，其中，所述充电脉冲和所述放电脉冲可从所述二次电池的激活开始时间点交替供应。
所述激活开始时间点可以是为了在所述二次电池的放电状态下开始形成固体电解质界面(SEI)层而供应所述充电脉冲中的第一个充电脉冲的时间点。
所述充电脉冲的充电电流可以是所述二次电池的额定电流的1倍至3倍。
所述充电脉冲可具有20ms至100ms的充电保持时间。
所述放电脉冲的放电电流可以是所述二次电池的额定电流的0.2倍至0.5倍。
所述放电脉冲可具有5ms至30ms的放电保持时间。
所述充电脉冲的充电保持时间可以是所述放电脉冲的放电保持时间的1.5倍至5倍。
当所述充电脉冲的充电电流是所述二次电池的额定电流的3倍时，所述充电脉冲的充电保持时间可最短，并且当所述充电脉冲的所述充电电流是所述二次电池的所述额定电流的1倍时，所述充电脉冲的充电保持时间最长，并且当所述放电脉冲的放电电流是所述二次电池的所述额定电流的0.5倍时，所述放电脉冲的放电保持时间可最短，并且当所述放电脉冲的所述放电电流是所述二次电池的所述额定电流的0.2倍时，所述放电脉冲的放电保持时间最长。
所述放电脉冲中的每个的放电量可以是所述充电脉冲中的每个的充电量的0.04倍至0.16倍。
根据本发明的充电装置可包括：输入模块，用于输入二次电池的额定容量信息和所述二次电池的激活开始命令；充电/放电模块，用于供应对所述二次电池充电的充电脉冲和在所述充电脉冲之间的使所述二次电池放电的放电脉冲；以及控制模块，用于根据所述额定容量信息来设置所述充电脉冲的充电电流和所述放电脉冲的放电电流，并且控制所述充电/放电模块使得从输入所述激活开始命令时的激活开始时间点起，所述充电脉冲和所述放电脉冲被交替地供应给所述二次电池。
所述激活开始时间点可以是为了在所述二次电池的放电状态下开始形成固体电解质界面(SEI)层而供应所述充电脉冲中的第一个充电脉冲的时间点。
[有益效果]
根据本发明的充电装置及其操作方法的优点在于，可通过在非常短的时间内交替地供应比二次电池的额定电流高三倍的充电脉冲和放电脉冲来增加二次电池的寿命和容量，以便在二次电池的放电状态下开始形成固体电解质界面(SEI)层。
另外，本发明的效果不限于上述效果，并且根据下面描述的内容，各种效果可包括在对本领域普通技术人员易于理解的范围内。
附图说明
图1是示出根据本发明的锂二次电池的化成过程的视图。
图2是示出根据本发明的充电装置的控制配置的控制框图。
图3是示出从根据本发明的充电装置输出的充电脉冲和放电脉冲的时序图。
图4至图7是示出根据本发明的各种示例性实施例的从充电装置输出的充电脉冲和放电脉冲的时序图。
图8是示出用于操作根据本发明的充电装置的方法的流程图。
具体实施方式
由于本发明可进行各种改变并具有各种示例性实施例，因此将在附图中示出并详细描述具体示例性实施例。然而，这并不旨在将本发明限制于具体实施例，并且应当理解为包括本发明的精神和技术范围内所包括的所有修改、等同方案或替代方案。在描述每个附图时，类似的附图标记用于类似的元件。
诸如第一、第二、A和B的术语可用于描述各种元件，但元件不应受术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开的目的。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，并且类似地，第二元件也可被称为第一元件。术语“和/或”包括多个相关描述项目的组合或多个相关描述项目中的任何一个。
应理解，当元件被称为“连接”或“结合”到另一元件时，它可直接连接或结合到另一元件，但其它元件可存在于它们中间。同时，应理解，当元件被称为“直接连接”或“直接结合”到另一元件时，在它们中间不存在其它元件。
本申请中使用的术语仅用于描述具体示例性实施例，并不旨在限制本发明。除非上下文另有明确规定，否则单数形式的表述包括复数表述。在本申请中，应当理解，术语“包括”、“具有”等旨在表示存在说明书中描述的特征、数量、步骤、操作、组件、部分或其组合，但并不预先排除存在或添加一个或更多个其它特征、数量、步骤、操作、组件、部分或其组合的可能性。
除非另有定义，否则在此使用的所有术语(包括技术或科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。诸如在常用词典中定义的那些术语应被解释为具有与相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且除非在本申请中明确定义，否则它不以理想或过度正式的含义解释。
在下文中，将参照附图详细描述根据本发明的优选示例性实施例。
图1是示出根据本发明的锂二次电池的化成过程的视图。
图1A是在制造锂二次电池之后不具有电特性的状态，图1B是化成过程，并且是开始形成固体电解质界面(SEI)层以便在锂二次电池中具有电特性的状态，并且图1C示出在化成过程完成之后具有电特性的锂二次电池。
这里，固体电解质界面(SEI)层是决定锂二次电池的容量、性能和寿命的重要因素。
也就是说，在图1B中，为了激活锂二次电池，可将充电脉冲和放电脉冲交替地供应给阴极和阳极，使得可在阳极侧产生固体电解质界面(SEI)层。
这里，当锂二次电池稍后充电时，固体电解质界面(SEI)层可防止锂离子(Li+)与阳极处的其它材料反应。
此外，固体电解质界面(SEI)层可执行一种离子隧穿(ion tunneling)功能，并且可仅使锂离子(Li+)通过。
也就是说，固体电解质界面(SEI)层可在通过化成过程(即锂二次电池的初始充电过程)在放电状态下激活电池的过程中形成。
首先，当在锂二次电池充电期间向锂二次电池供应充电脉冲时，锂离子(Li+)可从锂二次电池的阴极传递到阳极，并且它们可与阳极电解质中的添加剂反应以在阳极界面的前侧上形成薄的固体电解质界面(SEI)层。
也就是说，固体电解质界面(SEI)层是当电池的离子移动量增加时形成的非导体，并且一旦形成，它就可防止锂离子(Li+)在稍后电池充电期间与阳极处的其它材料反应。
图2是示出根据本发明的充电装置的控制配置的控制框图，图3是示出从根据本发明的充电装置输出的充电脉冲和放电脉冲的时序图。
参照图2和图3，充电装置100可包括输入模块110、充电/放电模块120和控制模块130。
在示例性实施例中，充电装置100被描述为应用于用于激活二次电池(例如，锂二次电池)的化成过程，但不限于此。
输入模块110可输入不具有电特性的二次电池的额定容量信息和二次电池的激活开始命令。
首先，二次电池的额定容量信息可包括二次电池的最大充电容量和额定电流中的至少一个，但不限于此。
这里，激活开始命令可以是开始二次电池的初始充电和放电的命令。
结果，输入模块110可输入用于在二次电池的放电状态下开始形成固体电解质界面(SEI)层的激活开始命令。
充电/放电模块120可根据控制模块130的控制来供应用于对二次电池充电的充电脉冲cp和用于使二次电池放电的放电脉冲dp。
控制模块130可根据额定容量信息来设置充电脉冲cp的充电电流Ic和放电脉冲dp的放电电流Id。
此后，当输入激活开始命令时，控制模块130可控制充电/放电模块120，使得高电流充电脉冲cp和放电脉冲dp从激活开始时间点TP交替地供应给二次电池。
这里，控制模块130可基于额定电流来设置和确定充电电流Ic和放电电流Id。
首先，充电电流Ic可以是额定电流的1倍至3倍，并且当其小于额定电流的1倍时，二次电池的充电时间会变长，并且当其大于额定电流的3倍时，二次电池的充电时间会变短，但由于过充电可能发生盐反应。
此外，放电电流Id可以是额定电流的0.2倍至0.5倍，并且当其小于额定电流的0.2倍时，二次电池的放电时间会变长，并且当其大于额定电流的0.5倍时，二次电池的放电时间会变短，但由于过载可能产生盐。
此时，控制模块130可根据充电电流Ic确定充电保持时间ct。
例如，当充电电流Ic是额定电流的3倍时，充电电流Ic的充电保持时间ct可保持比当充电电流Ic是额定电流的1倍时更长。
充电电流Ic的充电保持时间ct可以是20ms至100ms，并且如果其快于20ms，则充电电流Ic会大于额定电流的3倍，导致过充电，并且如果其比100ms长，则由于充电电流Ic小于额定电流的1倍因此充电时间会更长。
此外，控制模块130可根据放电电流Id确定放电保持时间dt。
例如，当放电电流Id是额定电流的0.5倍时，放电电流Id的放电保持时间dt可保持比当放电电流Id是额定电流的0.2倍时更短。
放电电流Id的放电保持时间dt可以是5ms至30ms，如果其快于5ms，则放电电流Id的放电效果会降低，并且如果其比30ms长，则放电电流Id的放电时间会更长。
此外，充电脉冲cp的充电保持时间ct可以是放电脉冲dp的放电保持时间dt的1.5倍至5倍，但不限于此。
此外，放电脉冲dp中的每个的放电量可以是充电脉冲cp中的每个的充电量的0.04倍至0.16倍。
这里，充电量和放电量可由电流和保持时间确定，并且可根据二次电池的额定容量来调整，但不限于此。
因此，充电装置100向不具有电特性的二次电池顺序地供应充电脉冲cp和放电脉冲dp，使得可在二次电池中形成固体电解质界面(SEI)层以使其具有二次电池的电特性。
此外，充电装置100在非常短的时间内供应高电流的充电脉冲cp和放电脉冲dp，使得可降低吸热反应和放热反应，可降低由于过充电引起的盐产生，并且可使在阳极表面上形成的固体电解质界面变厚以增加寿命。
图4至图7是示出根据本发明的各种示例性实施例的从充电装置输出的充电脉冲和放电脉冲的时序图。
首先，图4所示的充电脉冲cp和放电脉冲dp具有与图3所示的充电脉冲cp和放电脉冲dp的脉冲形状不同的脉冲形状。
这里，充电脉冲cp可具有如第一充电电流Ic1和第二充电电流Ic2的不同电流大小，并且可交替地供应给二次电池。
在这种情况下，如图2和图3所示，第一充电电流Ic1和第二充电电流Ic2可被确定为在二次电池的额定电流的1倍至3倍之间。
此外，放电脉冲dp可具有如第一放电电流Id1和第二放电电流Id2的不同电流大小，并且可交替地供应给二次电池。
如图2和图3所示，第一放电电流Id1和第二放电电流Id2可被确定为在二次电池的额定电流的0.2倍至0.5倍之间，并且可根据第一充电电流Ic1和第二充电电流Ic2而变化，但不限于此。
图5所示的充电脉冲cp和放电脉冲dp具有与图3所示的充电脉冲cp和放电脉冲dp的脉冲形状不同的脉冲形状。
充电脉冲cp可具有如第一充电电流Ic1和第二充电电流Ic2的不同电流大小，并且可交替地供应给二次电池。
在这种情况下，如图2和图3所示，第一充电电流Ic1和第二充电电流Ic2可被确定为在二次电池的额定电流的1倍至3倍之间。
此时，具有第一充电电流Ic1的充电脉冲cp的充电保持时间ct1可比具有第二充电电流Ic2的充电脉冲cp的充电保持时间ct2短。
可考虑调整具有第一充电电流Ic1的充电脉冲cp的充电保持时间ct1和具有第二充电电流ic2的充电脉冲cp的充电保持时间ct2，以使充电脉冲cp的相应充电量相同。
因此，放电脉冲dp的放电电流Id和放电保持时间dt可保持与图3所示的放电脉冲dp的放电电流Id和放电保持时间dt相同。
在图5中，已经描述了充电脉冲cp变化，但放电脉冲dp可变化，并且不限于此。
图6所示的充电脉冲cp和放电脉冲dp具有与图4所示的充电脉冲cp和放电脉冲dp的脉冲形状不同的脉冲形状。
可看出，充电脉冲cp逐渐增加直到第一充电电流Ic1，并且放电脉冲dp以第二充电电流Id逐渐减小。
虽然图6所示的充电脉冲cp和放电脉冲dp被示出为逐渐增加或减少，但由于充电保持时间ct和放电保持时间dt非常短，因此充电脉冲cp和放电脉冲dp可具有图5所示的关于充电和放电的效果。
图7所示的充电脉冲cp和放电脉冲dp具有与图3所示的充电脉冲cp和放电脉冲dp的脉冲形状不同的脉冲形状。
图7所示的充电脉冲cp和放电脉冲dp具有与图3不同的梯形形状，但可具有如图3所示的充电和放电效果。
图8是示出用于操作根据本发明的充电装置的方法的流程图。
参照图8，充电装置100可具有输入到其中的二次电池的额定容量信息和激活开始命令(S110)。
充电装置100可根据额定容量信息来设置充电脉冲cp的充电电流Ic和放电脉冲dp的放电电流Id(S120)。
也就是说，充电装置100的控制模块130可根据额定容量信息来设置充电脉冲cp的充电电流Ic和放电脉冲dp的放电电流Id。
二次电池的额定容量信息可包括二次电池的最大充电容量和额定电流中的至少一个，但不限于此。
控制模块130可基于额定电流来设置和确定充电电流Ic和放电电流Id。另外，控制模块130可根据充电电流Ic确定充电保持时间ct并且根据放电电流Id确定放电保持时间dt。
充电装置100可根据激活开始命令交替地供应充电脉冲cp和放电脉冲dp(S130)。
也就是说，控制模块130向不具有电特性的二次电池顺序地供应充电脉冲cp和放电脉冲dp，使得可在二次电池中形成固体电解质界面(SEI)层以使其具有二次电池的电特性。
当二次电池的充电完成时，充电装置100可切断充电脉冲cp和放电脉冲dp的供应(S140)。
在上述示例性实施例中描述的特征、结构、效果等被包括在本发明的至少一个示例性实施例中，并且不必仅局限于一个示例性实施例。此外，每个示例性实施例中所示的特征、结构、效果等可通过由示例性实施例所属领域的普通技术人员甚至相对于其它示例性实施例进行组合或修改来实现。因此，与这些组合和修改相关的内容应被解释为包括在本发明的范围内。
另外，尽管已经参照示例性实施例描述了以上描述，但这些仅是示例并且不限制本发明，并且本发明所属领域的普通技术人员将知晓，在不脱离本实施例的必要特征的情况下，上面未例示的各种修改和应用是可能的。例如，可修改和实现在示例性实施例中具体示出的每个组件。此外，与这些修改和应用相关的差异应被解释为包括在所附权利要求中限定的本发明的范围内。
Claims (11)
1.一种用于操作充电装置的方法，所述方法包括：
供应用于对二次电池充电的充电脉冲；以及
在供应所述充电脉冲的同时，在所述充电脉冲之间供应用于使所述二次电池放电的放电脉冲，
其中，所述充电脉冲和所述放电脉冲从所述二次电池的激活开始时间点交替供应。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述激活开始时间点是为了在所述二次电池的放电状态下开始形成固体电解质界面层而供应所述充电脉冲中的第一个充电脉冲的时间点。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述充电脉冲的充电电流是所述二次电池的额定电流的1倍至3倍。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述充电脉冲具有20ms至100ms的充电保持时间。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述放电脉冲的放电电流是所述二次电池的额定电流的0.2倍至0.5倍。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述放电脉冲具有5ms至30ms的放电保持时间。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述充电脉冲的充电保持时间是所述放电脉冲的放电保持时间的1.5倍至5倍。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述充电脉冲的充电电流是所述二次电池的额定电流的3倍时，所述充电脉冲的充电保持时间最短，并且当所述充电脉冲的所述充电电流是所述二次电池的所述额定电流的1倍时，所述充电脉冲的充电保持时间最长，并且当所述放电脉冲的放电电流是所述二次电池的所述额定电流的0.5倍时，所述放电脉冲的放电保持时间最短，并且当所述放电脉冲的所述放电电流是所述二次电池的所述额定电流的0.2倍时，所述放电脉冲的放电保持时间最长。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述放电脉冲中的每个的放电量是所述充电脉冲中的每个的充电量的0.04倍至0.16倍。
10.一种充电装置，包括：
输入模块，用于输入二次电池的额定容量信息和所述二次电池的激活开始命令；
充电/放电模块，用于供应对所述二次电池充电的充电脉冲和在所述充电脉冲之间的使所述二次电池放电的放电脉冲；以及
控制模块，用于根据所述额定容量信息来设置所述充电脉冲的充电电流和所述放电脉冲的放电电流，并且控制所述充电/放电模块使得从输入所述激活开始命令时的激活开始时间点起，所述充电脉冲和所述放电脉冲被交替地供应给所述二次电池。
11.根据权利要求10所述的充电装置，其中，所述激活开始时间点是为了在所述二次电池的放电状态下开始形成固体电解质界面层而供应所述充电脉冲中的第一个充电脉冲的时间点。
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