JP2022507003A - 充電方法、電子装置及び記憶媒体 - Google Patents

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Abstract

本出願の実施形態は、m回目の充放電サイクル中に、対応する第1の終了電圧を有する前記バッテリーを第1の荷電状態まで第1の充電電流で定電流充電するステップと、定電流充電の終了時の第2の終了電圧を有する前記バッテリーを第2の荷電状態まで第2の充電電流Inで定電流充電するステップと、前記バッテリーを満充電状態まで前記第2の終了電圧で定電圧充電するステップとを含む、充電方法を提供する。本出願に係るバッテリーの充電方法、電子装置及び記憶媒体によれば、バッテリーの満充電時間を短縮することができ、バッテリーが過充電を起こさないことをさらに確保することができる。

Description

本出願はバッテリー技術分野に関し、特にバッテリーの充電方法、電子装置及び記憶媒体に関する。
現在、リチウムバッテリーに一般的に応用される充電方法は、予め設定された定電流でリチウムイオンバッテリーをある電圧(充電制限電圧として理解することができる)まで持続的に充電した後、この電圧でリチウムイオンバッテリーを満充電状態まで定電圧充電することである。この場合、バッテリーの充電サイクル回数及び使用時間の増加に伴って、バッテリーのインピーダンスが増大するため、バッテリーの定電流充電の時間が短縮され、定電圧充電の時間が延長され、バッテリーの総充電時間がますます長くなってしまう。
これに鑑みて、バッテリーの満充電時間を短縮し、さらにバッテリーが過充電を起こさないことを確保することができる充電方法、電子装置及び記憶媒体を提供する必要がある。
本出願の一実施形態は、バッテリーの充電方法であって、
m回目の充放電サイクル中に、対応する第1の終了電圧Vを有する前記バッテリーを第1の荷電状態SOCまで第1の充電電流Iで定電流充電するステップと、定電流充電の終了時の第2の終了電圧Vを有する前記バッテリーを第2の荷電状態SOCまで第2の充電電流Iで定電流充電するステップと、前記バッテリーを満充電状態まで前記第2の終了電圧Vで定電圧充電するステップとを含み、ただし、I=I+k×I、0<k≦1、nは0以上の整数であり、mは1、2、…、xのうち、nより大きい任意の2つ以上の整数であり、kの少なくとも2回の充放電サイクルでの数値が同じではなく、Iは前記バッテリー又は前記バッテリーと同じ他のバッテリーのn回目の充放電サイクル中の定電流充電段階の充電電流であるか、又は、予め設定された値であり、前記n回目の充放電サイクル中の定電流充電段階では、前記バッテリーを充電制限電圧Uclまで前記第2の充電電流Iのみで定電流充電するか、又は、前記バッテリーを第3の荷電状態SOCまで前記第2の充電電流Iのみで定電流充電し、前記第3の荷電状態SOCに対応する第3の終了電圧Vを有し、SOCは前記バッテリー又は前記バッテリーと同じ他のバッテリーがm-1回目の充放電サイクル中に、充電制限電圧Uclまで定電流充電されるときの荷電状態であり、ただし、SOC≦SOC+S、SOC-S≦SOC≦SOC+S≦100%、0≦S≦10%である、バッテリーの充電方法を提供する。
本出願のいくつかの実施形態によれば、SOCは、さらに、前記バッテリーと同じ他のバッテリーの前記n回目の充放電サイクル中の定電流充電段階の終了時の荷電状態であるか、又は、予め設定された値であってもよい。
本出願のいくつかの実施形態によれば、前記kは、以下の式:
k=k×m+k2、0≦k≦0.001、0≦k≦0.2
を満たす。
本出願のいくつかの実施形態によれば、前記第1の充電電流Iは、以下の式:I=I+(Um-1-U)/R、m>1、又は、I=Im-1+(Um-1-Um-2)/R、m>2を満たす。ただし、Uは前記バッテリー又は前記バッテリーと同じ他のバッテリーがn回目の充放電サイクル中に、前記充電制限電圧Uclまで定電流充電されるときの第1の陽極電位であり、Um-1は前記バッテリー又は前記バッテリーと同じ他のバッテリーがm-1回目の充放電サイクル中に、前記充電制限電圧Uclまで定電流充電されるときの第2の陽極電位であり、Rは前記バッテリー又は前記バッテリーと同じ他のバッテリーのn回目の充放電サイクル中の陽極インピーダンスであり、Im-1は前記バッテリー又は前記バッテリーと同じ他のバッテリーのm-1回目の充放電サイクル中の定電流充電段階の充電電流であるか、又は、予め設定された値であり、Um-2は前記バッテリー又は前記バッテリーと同じ他のバッテリーがm-2回目の充放電サイクル中に、前記充電制限電圧Uclまで定電流充電されるときの第3の陽極電位である。
本出願のいくつかの実施形態によれば、バッテリーを前記第1の荷電状態SOCまで前記第1の充電電流Iで定電流充電するときのバッテリー容量はQであり、Q=SOC×Q、Qは前記バッテリーの現在の実際容量である。
本出願のいくつかの実施形態によれば、前記充電方法は、前記バッテリーを前記第2の充電電流Iまで前記第1の終了電圧Vで定電圧充電するステップをさらに含む。
本出願のいくつかの実施形態によれば、前記充電方法は、前記第3の終了電圧Vと前記充電制限電圧Uclとの大きさを比較するステップと、比較結果に基づいて、前記バッテリーのm回目の充放電サイクルの前の充電方式を決定するステップをさらに含む。
本出願のいくつかの実施形態によれば、比較結果に基づいて、前記バッテリーのm回目の充放電サイクルの前の充電方式を決定する前記ステップは、n(n≦m-1)回目の充放電サイクル中に、前記第3の終了電圧Vが前記充電制限電圧Uclより小さいと、前記バッテリーを前記充電制限電圧Uclまで前記第2の充電電流Iで定電流充電し続け、前記バッテリーを満充電状態まで前記充電制限電圧Uclで定電圧充電する第1の充電ステップと、次の充放電サイクルに入り、対応する前記第3の終了電圧Vを有する前記バッテリーを前記第3の荷電状態SOCまで前記第2の充電電流Iで定電流充電する第2の充電ステップと、前記第3の終了電圧Vが前記充電制限電圧Ucl以上になるまで、前記第1の充電ステップ及び前記第2の充電ステップを繰り返して行う繰り返しステップとを含む。
本出願のいくつかの実施形態によれば、比較結果に基づいて、前記バッテリーのm回目の充放電サイクルの前の充電方式を決定する前記ステップは、前記第3の終了電圧Vが前記充電制限電圧Ucl以上であると、前記バッテリーを満充電状態まで前記第3の終了電圧Vで定電圧充電し、前記第1の荷電状態SOCを取得して前記第1の充電電流Iを計算するステップをさらに含む。
本出願のいくつかの実施形態によれば、前記充電方法は、n回目の充放電サイクル中に、バッテリー電圧が前記充電制限電圧Uclになるまで前記バッテリーが定電流充電されるときの第4の荷電状態SOCを取得するステップと、前記第3の荷電状態SOCと前記第4の荷電状態SOCとの大きさを比較するステップと、比較結果に基づいて、前記バッテリーのm回目の充放電サイクルの前の充電方式を決定するステップとをさらに含む。
本出願のいくつかの実施形態によれば、比較結果に基づいて、前記バッテリーのm回目の充放電サイクルの前の充電方式を決定する前記ステップは、n(n≦m-1)回目の充放電サイクル中に、前記第3の荷電状態SOCが第4の荷電状態SOCより小さいと、次の充放電サイクルに入り、対応する前記第4の荷電状態SOCを有する前記バッテリーを前記充電制限電圧Uclまで前記第2の充電電流Iで定電流充電し、前記バッテリーを満充電状態まで前記充電制限電圧Uclで定電圧充電する充電ステップと、前記第3の荷電状態SOCが前記第4の荷電状態SOC以上になるまで、前記充電ステップを繰り返して行う繰り返しステップとを含む。
本出願のいくつかの実施形態によれば、比較結果に基づいて、前記バッテリーのm回目の充放電サイクルの前の充電方式を決定する前記ステップは、前記第3の荷電状態SOCが前記第4の荷電状態SOC以上になるとき、前記第1の荷電状態SOCを取得して前記第1の充電電流Iを計算するステップを含む。
本出願の他の実施形態は、バッテリーの充電方法であって、m回目の充放電サイクル中に、前記バッテリーを第1の終了電圧Vまで第1の充電電流Iで定電流充電するステップと、前記バッテリーを第2の終了電圧Vまで第2の充電電流Iで定電流充電し、前記バッテリーを満充電状態まで前記第2の終了電圧Vで定電圧充電するステップとを含み、ただし、I=I+k×I、0<k≦1、k=k×m+k、0≦k≦0.002、0≦k≦1であり、kの少なくとも2回の充放電サイクルでの数値が同じではなく、Iは予め設定された値であるか、又は、前記バッテリー又は前記バッテリーと同じ他のバッテリーのn回目の充放電サイクル中の定電流充電段階の充電電流であり、前記n回目の充放電サイクル中の定電流充電段階では、前記バッテリーを第3の終了電圧Vまで前記第2の充電電流Iのみで定電流充電し、ただし、V=Ucl+b、V=Ucl+b、0≦b≦0.5、Uclは前記バッテリー又は前記他のバッテリーの充電制限電圧であるか、又は、予め設定された値であり、nは0以上の整数であり、mは1、2、…、xのうち、nより大きい任意の2つ以上の整数であり、bの少なくとも2回の充放電サイクルでの数値が同じではない、バッテリーの充電方法を提供する。
本出願のいくつかの実施形態によれば、前記第1の充電電流Iは、以下の式:I=I+(Um-1-U)/R、m>1、又は、I=Im-1+(Um-1-Um-2)/R、m>2を満たす。ただし、Uは前記バッテリー又は前記バッテリーと同じ他のバッテリーがn回目の充放電サイクル中に、前記充電制限電圧Uclまで定電流充電されるときの第1の陽極電位であり、Um-1は前記バッテリー又は前記バッテリーと同じ他のバッテリーがm-1回目の充放電サイクル中に、前記充電制限電圧Uclまで定電流充電されるときの第2の陽極電位であり、Rは前記バッテリー又は前記バッテリーと同じ他のバッテリーのn回目の充放電サイクル中の陽極インピーダンスであり、Im-1は前記バッテリー又は前記バッテリーと同じ他のバッテリーのm-1回目の充放電サイクル中の定電流充電段階の充電電流であるか、又は、予め設定された値であり、Um-2は前記バッテリー又は前記バッテリーと同じ他のバッテリーがm-2回目の充放電サイクル中に、前記充電制限電圧Uclまで定電流充電されるときの第3の陽極電位である。
本出願のいくつかの実施形態によれば、前記bは、以下の式:b=b×m+b、0≦b≦0.0005、0≦b≦0.1を満たす。
本出願のいくつかの実施形態によれば、前記第1の終了電圧Vは、前記バッテリーのm-1回目の充放電サイクル中のバッテリーインピーダンスRを取得し、前記充電制限電圧Ucl、前記バッテリーインピーダンスR、前記第1の充電電流I及び前記第2の充電電流Iに基づいて前記第1の終了電圧Vを決定する方法によって取得される。
本出願のいくつかの実施形態によれば、前記第1の終了電圧Vは、以下の式:V=Ucl+R×(I-I)を満たす。
本出願のいくつかの実施形態によれば、前記第2の終了電圧V及びVは、それぞれ以下の式:V=OCV+(Ucl-OCV)×K、V=OCV+(Ucl-OCV)×Kを満たす。ただし、OCVは前記バッテリー又は前記他のバッテリーのx回目の充放電サイクル中の定電流充電段階の終了時の第1の開回路電圧であり、Kは前記バッテリー又は前記他のバッテリーのインピーダンス増加率であり、1≦x<m-1であり、OCVは前記バッテリー又は前記他のバッテリーのy回目の充放電サイクル中の定電流充電段階の終了時の第2の開回路電圧であり、Kは前記バッテリー又は前記他のバッテリーのインピーダンス増加率であり、1≦y<n-1である。
本出願のいくつかの実施形態によれば、前記充電方法は、前記バッテリーを前記第2の充電電流Iまで前記第1の終了電圧Vで定電圧充電するステップをさらに含む。
本出願のいくつかの実施形態によれば、前記充電方法は、前記第3の終了電圧Vと前記充電制限電圧Uclとの大きさを比較するステップと、比較結果に基づいて、前記バッテリーのm回目の充放電サイクルの前の充電方式を決定するステップとをさらに含む。
本出願のいくつかの実施形態によれば、比較結果に基づいて、前記バッテリーのm回目の充放電サイクルの前の充電方式を決定する前記ステップは、n(n≦m-1)回目の充放電サイクル中に、前記第3の終了電圧Vが前記充電制限電圧Uclより小さいと、前記バッテリーを前記充電制限電圧Uclまで前記第2の充電電流Iで定電流充電し続け、前記バッテリーを満充電状態まで前記充電制限電圧Uclで定電圧充電する第1の充電ステップと、次の充放電サイクルに入り、前記バッテリーを前記第3の終了電圧Vまで前記第2の充電電流Iで定電流充電する第2の充電ステップと、前記第3の終了電圧Vが前記充電制限電圧Ucl以上になるまで、前記第1の充電ステップ及び前記第2の充電ステップを繰り返して行う繰り返しステップとを含む。
本出願のいくつかの実施形態によれば、比較結果に基づいて、前記バッテリーのm回目の充放電サイクルの前の充電方式を決定する前記ステップは、前記第3の終了電圧Vが前記充電制限電圧Ucl以上であると、前記バッテリーを満充電状態まで前記第3の終了電圧Vで定電圧充電し、前記第1の充電電流Iを計算するステップをさらに含む。
本出願の一実施形態は、電子装置であって、バッテリーと、プロセッサとを備え、前記プロセッサは、上述の充電方法をロードして実行するために用いられる、電子装置を提供する。
本出願の一実施形態は、少なくとも1つのコンピュータ命令が記憶される記憶媒体であって、前記コンピュータ命令は、プロセッサによりロードされ、上述のバッテリーの充電方法を実行するために用いられる、記憶媒体を提供する。
本出願の実施形態に係るバッテリーの充電方法は、バッテリーの定電流段階の充電電流を増大させることで、バッテリーの定電流充電時間を短縮し、バッテリーの総充電時間をさらに短縮することができる。また、本出願の実施形態に係る充電方法は、バッテリーの定電流段階の終了電圧を上げることで、バッテリーの総充電時間をさらに短縮することができる。このようにして、本出願の実施形態に係るバッテリーの充電方法、電子装置及び記憶媒体は、バッテリーの満充電時間を短縮することができ、さらにバッテリーが過充電を起こさないことを確保することができる。
本出願の一実施形態による電子装置の構造模式図である。 本出願の一実施形態によるバッテリーの充電方法のフローチャートである。 本出願の他の実施形態によるバッテリーの充電方法のフローチャートである。 本出願の他の実施形態によるバッテリーの充電方法のフローチャート 本出願の他の実施形態によるバッテリーの充電方法のフローチャートである。 本出願の他の実施形態によるバッテリーの充電方法のフローチャートである。 本出願の他の実施形態によるバッテリーの充電方法のフローチャートである。 本出願の他の実施形態によるバッテリーの充電方法のフローチャートである。 本出願の他の実施形態によるバッテリーの充電方法のフローチャートである。 本出願の他の実施形態によるバッテリーの充電方法のフローチャートである。 本出願の一実施形態による充電システムのモジュール図である。 以下の発明を実施するための形態では、上記図面を参照しながら、本出願についてさらに詳細に説明する。
以下、本出願の実施形態における図面を参照して、本出願の実施形態における技術的解決手段を明確で、完全に説明し、明らかに、説明された実施形態は本出願の一部の実施形態であり、全ての実施形態ではない。
本出願における実施形態に基づいて、創造的労働をしない前提で当業者に得られた全ての他の実施形態は、いずれも本出願の保護範囲に属する。
図1を参照し、充電システム10が電子装置100に実行されている。前記電子装置100は、プロセッサ11及びバッテリー13を含むがこれらに限られない。上記素子の間は、バスを介して接続されてもよいし、直接接続されてもよい。
なお、図1は、電子装置100を例示的に説明するものに過ぎない。他の実施形態では、電子装置100は、より多く又は少ない素子をさらに備えてもよく、又は、異なる素子構成を有してもよい。前記電子装置100は、電動バイク、電動自転車、電気自動車、携帯電話、タブレットコンピュータ、パーソナルデジタルアシスタント、パソコン、又は、任意の他の適切な充電可能式装置であってもよい。
一実施形態では、前記バッテリー13は充電式バッテリーであり、前記電子装置100に電気エネルギーを供給するために用いられる。たとえば、前記バッテリー13は、鉛蓄バッテリー、ニッケルカドミウムバッテリー、ニッケル水素バッテリー、リチウムイオンバッテリー、又は、リチウムポリマーバッテリーなどであってもよい。前記バッテリー13が充電システム10を介して前記プロセッサ11に論理的に接続され、それにより、前記充電システム10によって、充電、放電及び電力管理などの機能を実現する。前記バッテリー13は、バッテリーコア(図示しない)を備える。
図2を参照し、図2は本出願の一実施形態によるバッテリーの充電方法のフローチャートであり、該充電方法での定電流充電段階は、荷電状態(SOC、stage of charge)で終了される。前記バッテリーの充電方法は、以下のステップを含んでもよい。
ステップS21:m回目の充放電サイクル中に、前記バッテリーを第1の荷電状態SOCまで第1の充電電流Iで定電流充電する。
本実施の形態の前記充電システム10は、m回目の充放電サイクル中に、前記バッテリー13を第1の荷電状態SOCまで第1の充電電流Iで定電流充電する。ここで、前記バッテリー13は、対応する第1の終了電圧Vを有する。
本実施の形態では、前記SOCは、前記バッテリー13又は前記バッテリー13と同じ他のバッテリー(例えば、同じ機種のバッテリー)がm-1回目の充放電サイクル中に、充電制限電圧Uclまで定電流充電されるときの荷電状態である。Uclは背景技術に記載の充電制限電圧、又は、バッテリー製品情報に記載の充電制限電圧として理解することができる。
本実施の形態では、前記Iは、以下の式を満たす。
=I+k×I (1)
ただし、0<k≦1、kは、充放電サイクル数とともに変化することができ、すなわち、異なる充放電サイクル中に、k値は同じではなくてもよく、得られた第1の充電電流Iも同じではなく、又は、異なる充放電サイクル中に、第1の充電電流Iは同じであってもよく、同じではなくてもよい。
nは0以上の整数であり、mは1、2、…、xのうち、nより大きい任意の2つ以上の整数であり、kの少なくとも2回の充放電サイクルでの数値が同じではなく、すなわち、少なくとも2回の充放電サイクル中に、用いられる第1の充電電流Iは同じではない。
本実施の形態では、前記kは、以下の式を満たす。
k=k×m+k (2)
ただし、0≦k≦0.001、0≦k≦0.2である。式(2)により、k値がサイクル数mとともに変化でき、すなわち、異なる充放電サイクル中に、k値が同じであってもよく、同じではなくてもよいことが示される。
1つの好適な実施形態では、前記Iは前記バッテリー13又は前記バッテリー13と同じ他のバッテリー(例えば、同じ機種のバッテリー)のn回目の充放電サイクル中の定電流充電段階の充電電流である。他の好適な実施形態では、前記第2の充電電流Iは、予め設定された値であってもよい。
一実施形態では、前記充電システム10が前記第1の荷電状態SOCまで前記第1の充電電流Iで前記バッテリー13を定電流充電するときのバッテリー容量は、Qである。
本実施の形態では、前記Qは、以下の式を満たす。
=SOC×Q (3)
ただし、Qは前記バッテリー13の現在の実際容量である。
本実施の形態では、前記充電システム10は、さらに、前記バッテリー13の各充放電サイクル中の放電容量又は現在の実際容量を取得するために用いられる。
具体的には、前記バッテリー13の各充放電サイクル中の現在の実際容量は、対応する充放電サイクル中の前記バッテリー13の実際なバッテリー容量であり、すなわち、前記バッテリー13の各サイクル中に、満充電状態から満放電状態までのバッテリー13の最大容量であり、前記放電容量は、電量メータによって測定することができる。
前記充電システム10は、前記バッテリー13の各充放電サイクル中の実際容量を取得し、バッテリーの温度及びレートなどを記録し、既知の異なる温度と異なるレートでの容量との対応関係に基づいて、前記バッテリー13の実際容量に対して変換計算を行い、さらに前記バッテリー13の実際の充電温度及び充電レートでの最大容量を取得する。該最大容量は上記の実際容量である。
前記バッテリー13の実際容量が前記バッテリー13の使用時間又は充放電サイクル回数の増加とともに変化し、バッテリーの実際容量がバッテリーコアの老化やエージングと直接的な関係を有する。これによって、前記充電システム10は、前記バッテリー13の各充放電サイクル中の実際容量を取得することができる。
他の実施形態では、前記充電システム10は、前記バッテリー13を前記第1の荷電状態SOCまで前記第1の充電電流Iで定電流充電するとき、前記バッテリー13を第2の充電電流Iまで前記第1の終了電圧Vで定電圧充電する。
ステップS22:前記バッテリーを第2の荷電状態SOCまで第2の充電電流Iで定電流充電する。
具体的には、前記充電システム10は、前記バッテリー13を第2の荷電状態SOCまで前記第2の充電電流Iで定電流充電する。ただし、前記バッテリー13は、定電流充電の終了時の第2の終了電圧Vを有する。
前記n回目の充放電サイクル中の定電流充電段階では、前記バッテリー13を充電制限電圧Uclまで前記第2の充電電流Iのみで定電流充電するか、又は、前記バッテリーを第3の荷電状態SOCまで前記第2の充電電流Iのみで定電流充電し、前記第3の荷電状態SOCに対応する第3の終了電圧Vを有する。すなわち、n回目の充放電サイクル中の定電流充電段階では、前記バッテリー13を第3の荷電状態SOCまで前記第2の充電電流Iのみで定電流充電してもよく、通常の方法(充電制限電圧Uclまで定電流充電される)を用いてバッテリー13を充電制限電圧Uclまで充電してもよい。ただし、SOC≦SOC+S、SOC-S≦SOC≦SOC+S≦100%、0≦S≦10%である。他の実施形態では、0≦S≦5%である。
1つの好適な実施形態では、前記第3の荷電状態SOCは、前記バッテリー13と同じ他のバッテリー(すなわち、機種が同じバッテリー)の前記n回目の充放電サイクル中の定電流充電段階の終了時の荷電状態であってもよい。他の好適な実施形態では、前記第3の荷電状態SOCは、予め設定された値であってもよい。
ステップS23:前記バッテリーを満充電状態まで前記第2の終了電圧Vで定電圧充電する。
具体的には、前記充電システム10は、m回目の充放電サイクル中に、前記バッテリー13を第2の荷電状態SOCまで前記第2の充電電流Iで定電流充電するとき、前記バッテリー13を満充電状態まで前記第2の終了電圧Vで定電圧充電し、前記バッテリー13がリチウム析出を生じず、過充電現象を起こさないことを確保する。
図3を参照し、他の実施形態では、前記充電システム10は、以下のステップによって、前記バッテリー13のm回目の充放電サイクル中の第1の充電電流Iを決定してもよく、具体的なステップは、以下のとおりである。
ステップS31:前記バッテリー又は前記バッテリーと同じ他のバッテリーがn回目の充放電サイクル中に、充電制限電圧Uclまで定電流充電されるときの第1の陽極電位Uを取得する。
具体的には、前記充電システム10は、前記バッテリー13のn回目の充放電サイクル中の陽極無分極充電曲線、陽極インピーダンス、及び前記バッテリー13の定電流充電段階の終了時に対応する第2の充電電流Iを取得するために用いられる。
1つの好適な実施形態では、インピーダンステストによって、前記バッテリー13又は前記バッテリーと同じ他のバッテリーのn回目の充放電サイクル中の陽極インピーダンスRを得てもよい。
本実施の形態では、前記陽極無分極充電曲線は、小さいレート(例えば、0.01C)で前記バッテリー13を充電する充電過程において、前記バッテリー13の荷電状態と、それに対応する陽極電位とのマッピング関係を表してもよい。
これによって、前記充電システム10は、前記陽極無分極充電曲線に基づいて、前記バッテリー13又は前記バッテリーと同じ他のバッテリーがn回目の充放電サイクル中に、充電制限電圧Ucl(背景技術に記載の充電制限電圧として理解することができる)まで定電流充電されるときに対応する第1の陽極電位Uを取得してもよい。
ステップS32:前記バッテリー又は前記バッテリーと同じ他のバッテリーがm-1回目の充放電サイクル中に、充電制限電圧Uclまで定電流充電されるときの第2の陽極電位Um-1を取得する。
具体的には、前記充電システム10は、前記バッテリー13のn回目の充放電サイクル中の陽極無分極充電曲線及び陽極インピーダンスRを取得するために用いられる。前記充電システム10は、前記陽極無分極充電曲線に基づいて、前記バッテリー13又は前記バッテリーと同じ他のバッテリーがm-1回目の充放電サイクル中に、充電制限電圧Uclまで定電流充電されるときに対応する第2の陽極電位Um-1を取得してもよい。
ステップS33:前記第1の陽極電位U、前記第2の陽極電位Um-1、前記陽極インピーダンスR及び前記第2の充電電流Iに基づいて、前記バッテリー13のm回目の充放電サイクル中の前記第1の充電電流Iを計算する。
一実施形態では、前記充電システム10は、前記第1の陽極電位U、前記第2の陽極電位Um-1、前記陽極インピーダンスR及び前記第2の充電電流Iに基づいて、前記バッテリーのm回目の充放電サイクル中の第1の充電電流Iを計算し、前記第1の充電電流Iで前記バッテリー13を充電してもよい。具体的には、以下の式に基づいて計算して、前記第1の充電電流Iを得てもよい。
=I+(Um-1-U)/R (4)
ただし、mが1より大きく、これによって、前記充電システム10は、計算式(4)に基づいて、前記第1の充電電流Iを得ることができ、さらに、決定された第1の充電電流Iに基づいて前記バッテリー13を充電することができる。
図4を参照し、他の実施形態では、前記充電システム10は、さらに、以下のステップによって、前記バッテリー13のm回目の充放電サイクル中の第1の充電電流Iを決定してもよく、具体的なステップは、以下のとおりである。
ステップS41:前記バッテリー又は前記バッテリーと同じ他のバッテリーのm-1回目の充放電サイクル中の定電流充電段階の第3の充電電流Im-1を取得する。
一実施形態では、前記充電システム10は、前記バッテリー13又は前記バッテリー13と同じ他のバッテリーのm-1回目の充放電サイクル中の定電流充電段階の第3の充電電流Im-1を取得するために用いられる。他の好適な実施形態では、前記第3の充電電流Im-1は、予め設定された値であってもよい。
ステップS42:前記バッテリー又は前記バッテリーと同じ他のバッテリーがm-1回目の充放電サイクル中に、充電制限電圧Uclまで定電流充電されるときの第2の陽極電位Um-1を取得する。
具体的には、前記充電システム10は、前記バッテリー13のn回目の充放電サイクル中の陽極無分極充電曲線及び陽極インピーダンスRを取得するために用いられる。
さらに、前記充電システム10は、前記陽極無分極充電曲線に基づいて、前記バッテリー13又は前記バッテリーと同じ他のバッテリーがm-1回目の充放電サイクル中に、充電制限電圧Uclまで定電流充電されるときに対応する第2の陽極電位Um-1を取得することができる。
ステップS43:前記バッテリー又は前記バッテリーと同じ他のバッテリーがm-2回目の充放電サイクル中に、充電制限電圧Uclまで定電流充電されるときの第3の陽極電位Um-2を取得する。
本実施の形態では、前記充電システム10は、前記陽極無分極充電曲線に基づいて、前記バッテリー13又は前記バッテリーと同じ他のバッテリーがm-2回目の充放電サイクル中に、充電制限電圧Uclまで定電流充電されるときに対応する第3の陽極電位Um-2を取得するために用いられる。
ステップS44:前記第2の陽極電位Um-1、前記第3の陽極電位Um-2、前記陽極インピーダンスR及び前記第3の充電電流Im-1に基づいて、前記バッテリー13のm回目の充放電サイクル中の前記第1の充電電流Iを計算する。
一実施形態では、前記充電システム10は、前記第2の陽極電位Um-1、前記第3の陽極電位Um-2、前記陽極インピーダンスR及び前記第3の充電電流Im-1に基づいて、前記バッテリーのm回目の充放電サイクル中の第1の充電電流Iを計算し、前記第1の充電電流Iで前記バッテリー13を充電してもよい。陽極インピーダンスRは、三電極系により測定されてもよく、メモリ又はプロセッサに予め記憶されてもよい。具体的には、以下の式に基づいて計算して、前記第1の充電電流Iを得てもよい。
=Im-1+(Um-1-Um-2)/R (5)
ただし、mが2より大きく、これによって、前記充電システム10は、計算式(5)に基づいて、前記第1の充電電流Iを得ることができ、さらに、決定された第1の充電電流Iに基づいて、前記バッテリー13を充電することができる。
図5を参照し、一実施形態では、前記充電システム10は、以下のステップによって、前記バッテリー13のm回目の充放電サイクルの前の充電方式を決定してもよく、具体的なステップは、以下のとおりである。
ステップS51:前記第3の終了電圧Vと前記充電制限電圧Uclとの大きさを比較し、比較結果を得る。
本実施の形態では、前記バッテリー13の充電過程において、前記充電システム10は、前記第3の終了電圧Vと前記充電制限電圧Uclとの大きさを比較する。
ステップS52:比較結果に基づいて、前記バッテリーのm回目の充放電サイクルの前の充電方式を決定する。
前記充電システム10は、前記第3の終了電圧Vと前記充電制限電圧Uclとの比較結果に基づいて、前記バッテリーのm回目の充放電サイクルの前の充電方式を決定するために用いられる。
本実施の形態では、前記第3の終了電圧Vが前記充電制限電圧Uclより小さいと、前記充電システム10は、以下のステップを用いて前記バッテリー13を充電し、具体的なステップは、以下のとおりである。
第1の充電ステップ:n回目の充放電サイクル中に、前記第3の終了電圧Vが前記充電制限電圧Uclより小さいと、前記充電システム10が前記バッテリー13を前記充電制限電圧Uclまで前記第2の充電電流Iで定電流充電し続け、、次に、前記充電システム10が前記バッテリー13を満充電状態まで前記充電制限電圧Uclで定電圧充電する。ここで、n≦m-1である。
第2の充電ステップ:次の充放電サイクルに入り、前記充電システム10が対応する前記第3の終了電圧Vを有する前記バッテリー13を前記第3の荷電状態SOCまで前記第2の充電電流Iで定電流充電する。
繰り返しステップ:前記第3の終了電圧Vが前記充電制限電圧Ucl以上になるまで、前記充電システム10が前記第1の充電ステップ及び前記第2の充電ステップを繰り返して行う。
本実施の形態では、前記第3の終了電圧Vが前記充電制限電圧Ucl以上であると、前記充電システム10が前記バッテリー13を満充電状態まで前記第3の終了電圧Vで定電圧充電する。また、前記充電システム10は、前記第1の荷電状態SOCを取得して前記第1の充電電流Iを計算する。
図6を参照し、他の実施形態では、前記充電システム10は、さらに、以下のステップによって、前記バッテリー13のm回目の充放電サイクルの前の充電方式を決定してもよく、具体的なステップは、以下のとおりである。
ステップS61:n回目の充放電サイクル中に、バッテリー電圧が前記充電制限電圧Uclになるまで前記バッテリーが定電流充電されるときの第4の荷電状態SOCを取得する。
本実施の形態では、前記充電システム10は、n回目の充放電サイクル中に、バッテリー電圧が前記充電制限電圧Uclになるまで前記バッテリー13が定電流充電されるときの第4の荷電状態SOCを取得する。
ステップS62:前記第3の荷電状態SOCと前記第4の荷電状態SOCとの大きさを比較する。
本実施の形態では、前記バッテリー13の充電過程において、前記充電システム10が前記第3の荷電状態SOCと前記第4の荷電状態SOCとの大きさを比較する。
ステップS63:比較結果に基づいて、前記バッテリーのm回目の充放電サイクルの前の充電方式を決定する。
前記充電システム10は、前記第3の荷電状態SOCと前記第4の荷電状態SOCとの比較結果に基づいて、前記バッテリーのm回目の充放電サイクルの前の充電方式を決定するために用いられる。
本実施の形態では、前記第3の荷電状態SOCが前記第4の荷電状態SOCより小さいと、前記充電システム10は、以下のステップを用いて前記バッテリー13を充電し、具体的なステップは、以下のとおりである。
充電ステップ:n回目の充放電サイクル中に、前記第3の荷電状態SOCが前記第4の荷電状態SOCより小さいと、次の充放電サイクルに入り、対応する前記第4の荷電状態SOCを有する前記バッテリー13を前記充電制限電圧Uclまで前記第2の充電電流Iで定電流充電し、次に、前記バッテリーを前記充電制限電圧Uclで満充電状態まで定電圧充電する。ここで、n≦m-1である。
繰り返しステップ:前記第3の荷電状態SOCが前記第4の荷電状態SOC以上になるまで、前記充電ステップを繰り返して行う。
本実施の形態では、前記充電システム10は、前記第3の荷電状態SOCが前記第4の荷電状態SOC以上であると、前記第1の荷電状態SOCを取得して前記第1の充電電流Iを計算する。
図7を参照し、図7は本出願の他の実施形態によるバッテリーの充電方法のフローチャートであり、該充電方法での定電流充電段階が電圧で終了される。本実施の形態の充電方法は、以下のステップを含んでもよい。
ステップS71:m回目の充放電サイクル中に、前記バッテリーを第1の終了電圧Vまで第1の充電電流Iで定電流充電する。
m回目の充放電サイクル中に、本実施の形態の前記充電システム10は、前記バッテリー13を前記第1の終了電圧Vまで前記第1の充電電流Iで定電流充電する。
本実施の形態では、前記第1の充電電流Iは、以下の式を満たす。
=I+k×I (6)
ただし、0<k≦1であり、kの少なくとも2回の充放電サイクルでの数値が同じではない。
本実施の形態では、前記kは、以下の式を満たす。
k=k×m+k (7)
ただし、0≦k≦0.002、0≦k≦1である。式(7)により、k値がサイクル数mとともに変化することができ、すなわち、異なる充放電サイクル中に、k値が同じであってもよく、同じではなくてもよいことが示される。
他の実施形態では、前記充電システム10は、前記バッテリー13を第2の充電電流Iまで前記第1の終了電圧Vで定電圧充電してもよい。
ステップS72:前記バッテリーを第2の終了電圧Vまで第2の充電電流Iで定電流充電する。
本実施の形態では、前記充電システム10は、前記バッテリー13を第2の終了電圧Vまで前記第2の充電電流Iで定電流充電する。
本実施の形態では、前記Iは前記バッテリー13又は前記バッテリー13と同じ他のバッテリー(例えば、同じ機種のバッテリー)のn回目の充放電サイクル中の定電流充電段階の充電電流であり、前記n回目の充放電サイクル中の定電流充電段階では、前記バッテリー13を第3の終了電圧Vまで前記第2の充電電流Iで定電流充電する。他の実施形態では、前記第2の充電電流Iは、予め設定された値であってもよい。
本実施の形態では、前記第1の終了電圧V及び第2の終了電圧Vは、それぞれ以下の式を満たす。
=Ucl+b (8)
=Ucl+b (9)
ただし、0≦b≦0.5であり、bの少なくとも2回の充放電サイクルでの数値が同じではない。
前記Uclは前記バッテリー13又は前記バッテリーと同じ他のバッテリーの充電制限電圧であるか、又は、予め設定された値であり、nは0以上の整数であり、mは1、2、…、xのうち、nより大きい任意の2つ以上の整数である。
本実施の形態では、前記bは、以下の式を満たす。
b=b×m+b (10)
ただし、0≦b≦0.0005であり、0≦b≦0.1である。式(10)により、b値がサイクル数mとともに変化することができ、すなわち、異なる充放電サイクル中に、b値が同じであってもよく、同じではなくてもよいことが示される。
ステップS73:前記バッテリーを満充電状態まで前記第2の終了電圧Vで定電圧充電する。
本実施の形態では、前記充電システム10は、前記バッテリー13を満充電状態まで前記第2の終了電圧Vで定電圧充電する。
図8を参照し、他の実施形態では、前記充電システム10は、以下のステップによって前記第1の終了電圧Vを決定してもよく、具体的なステップは、以下のとおりである。
ステップS81:前記バッテリーのm-1回目の充放電サイクル中のバッテリーインピーダンスRを取得する。
一実施形態では、前記充電システム10は、前記バッテリー13のm-1回目の充放電サイクル中のバッテリーインピーダンスRを取得するために用いられる。
ステップS82:前記充電制限電圧Ucl、前記バッテリーインピーダンスR、前記第1の充電電流I及び前記第2の充電電流Iに基づいて前記バッテリーの第1の終了電圧Vを決定する。
具体的には、一実施形態では、前記充電システム10は、以下の式に基づいて計算して前記第1の終了電圧Vを得てもよい。
=Ucl+R×(I-I) (11)
ただし、Rは前記バッテリーのm-1回目の充放電サイクル中のバッテリーインピーダンスであり、充電過程においてのバッテリーインピーダンスであってもよく、放電過程においてのバッテリーインピーダンスであってもよい。これによって、前記充電システム10は、式(11)に基づいて計算して前記第1の終了電圧Vを得てもよく、さらに、m回目の充放電サイクル中に、前記第1の終了電圧Vを用いて前記バッテリー13の定電流充電段階を終了することができる。
図9を参照し、他の実施形態では、前記充電システム10は、以下のステップによって前記第2の終了電圧Vを決定してもよく、具体的なステップは、以下のとおりである。
ステップS91:前記バッテリー又は前記バッテリーと同じ他のバッテリーのx(1≦x<m-1)回目の充放電サイクル中の定電流充電段階の終了時の第1の開回路電圧OCVを取得する。
一実施形態では、前記充電システム10は、前記バッテリーのn回目の充放電サイクル中の定電流充電段階の終了時の開回路電圧OCVを取得する。
具体的には、前記充電システム10は、前記バッテリー13又は前記バッテリーと同じ他のバッテリーの第1の開回路電圧と荷電状態との対応関係、及びバッテリー電圧と荷電状態との対応関係を取得する。
さらに、前記充電システム10は、さらに、前記バッテリー13の開回路電圧と荷電状態との対応関係、及びバッテリー電圧と荷電状態との対応関係に基づいて、前記バッテリー13のx回目の充放電サイクル中の異なる温度に対応する充電レートでの定電流充電段階の終了時の第1の開回路電圧OCVを取得する。すなわち、充電システム10は、上記2つの対応関係に基づいて、バッテリー13のx回目の充放電サイクル中の該環境温度に対応する充電レートでの第1の開回路電圧OCVを取得する。
前記バッテリー13の開回路電圧と荷電状態との対応関係について以下のように説明する。前記バッテリー13を充電する前、バッテリーの開回路電圧及び荷電状態を収集し、バッテリーの開回路電圧とその荷電状態とのマッピング関係を予め作成する。前記バッテリー13のバッテリー電圧と荷電状態との対応関係について以下のように説明する。前記バッテリー13を充電する前、バッテリーの電圧及び荷電状態を収集し、バッテリーの電圧とその荷電状態とのマッピング関係を予め作成する。
これによって、バッテリーの各充放電サイクル中の異なる温度での定電流充電段階の終了時の第1の開回路電圧OCVを取得することができる。
ステップS92:前記バッテリー又は前記バッテリーと同じ他のバッテリーのインピーダンス増加率Kを取得する。
具体的には、本実施の形態では、前記充電システム10は、前記バッテリー13のx回目の充放電サイクル中の異なる温度でのバッテリーインピーダンスを取得し、第1のバッテリーインピーダンスRとする。
これによって、前記充電システム10は、バッテリーの異なる温度での任意の荷電状態でのバッテリーインピーダンスを取得することができる。
本実施の形態では、前記充電システム10は、さらに、前記バッテリー13のm-1回目の充放電サイクル中のバッテリーインピーダンスを取得し、第2のバッテリーインピーダンスRとし、ただし、1≦x<m-1である。
前記充電システム10は、前記第1のバッテリーインピーダンスR及び前記第2のバッテリーインピーダンスRに基づいて、前記バッテリー13のインピーダンス増加率を決定してもよい。
具体的には、前記充電システム10は、同じ温度及び荷電状態での前記第1のバッテリーインピーダンスR及び前記第2のバッテリーインピーダンスRを取得することで、前記バッテリー13のインピーダンス増加率Kを決定する。
本実施の形態では、前記バッテリー13のインピーダンス増加率をKとすると、Kは、以下の式を満たす。
=R/R (12)
ステップS93:前記開回路電圧OCV及び前記インピーダンス増加率Kに基づいて前記第2の終了電圧を計算する。
具体的には、前記第2の終了電圧Vは、以下の式を満たす。
=OCV+(Ucl-OCV)×K (13)
図10を参照し、一実施形態では、前記充電システム10は、以下のステップによって前記第3の終了電圧Vを決定してもよく、具体的なステップは、以下のとおりである。
ステップS101:前記バッテリー又は前記バッテリーと同じ他のバッテリーのy回目の充放電サイクル中の定電流充電段階の終了時の第2の開回路電圧OCVを取得する。ここで、1≦y<n-1である。
一実施形態では、前記充電システム10は、上記作成された開回路電圧と荷電状態のマッピング関係に基づいて、前記バッテリーのy回目の充放電サイクル中の定電流充電段階の終了時の第2の開回路電圧OCVを取得してもよい。
ステップS102:前記バッテリー又は前記バッテリーと同じ他のバッテリーのインピーダンス増加率Kを取得する。
ステップS103:前記開回路電圧OCV及び前記インピーダンス増加率Kに基づいて前記第3の終了電圧Vを計算する。
具体的には、前記第3の終了電圧Vは、以下の式を満たす。
=OCV+(Ucl-OCV)×K (13)
ただし、K=R/Rであり、Rは前記バッテリー13のy回目の充放電サイクル中の同じ温度及び同じ荷電状態での第3のバッテリーインピーダンスであり、Rは前記バッテリー13のn-1回目の充放電サイクル中の同じ温度及び同じ荷電状態での第4のバッテリーインピーダンスであり、ただし、1≦y≦n-1である。
本実施の形態では、前記充電システム10は、さらに、前記第3のバッテリーインピーダンスR及び前記第のバッテリーインピーダンスRを取得する。前記充電システム10は、前記第3のバッテリーインピーダンスR及び前記第4のバッテリーインピーダンスRに基づいて、前記バッテリー13のインピーダンス増加率Kを決定してもよい。
これによって、前記充電システム10は、式(13)に基づいて計算して前記第3の終了電圧Vを得てもよく、さらにm回目の充放電サイクル中に、前記第3の終了電圧Vを用いて前記バッテリー13の定電流充電段階を終了してもよい。
本出願の発明目的、技術的解決手段及び技術的効果をより明瞭にするために、以下、図面及び実施例を参照しながら、本出願についてさらに詳細に説明する。本出願の各比較例及び各実施例で用いられるバッテリー系は、LiCoOを陰極とし、グラファイトを陽極とし、セパレータ、電解液及び包装ケースと組み合わせ、原材料混合、コーティング、組み立て、フォーメーション(化成)及びエージングなどのプロセスにより製造される。充電過程においての陰陽極の電位差をテストして比較するために、一部のバッテリーコアが巻き取られる過程において陰陽極の電磁シートの間に参照電極を追加し、三電極系バッテリーを製作する。なお、本出願の各比較例及び各実施例は、他の化学系のバッテリーを用いてもよく、すなわち、マンガン酸リチウム、リン酸鉄リチウム、三元系材料など、他の物質を陰極材料としてもよく、本出願は、これに限定されるものではない。本出願では、各比較例及び各実施例のバッテリーの充電制限電圧4.45Vを例とするが、本出願の充電方法は、様々な電圧系バッテリーに適用することができ、4.45V系に限られない。4.45V系バッテリーに対して、比較例の従来技術での充電方法(定電流定電圧充電)及び本出願の充電方法の実施例を用いてサイクル性能テストを行い、その充電過程においての充電速度及び容量減衰程度を比較する。
以下に記述される比較例1及び2は、従来技術での充電方法を用いてバッテリーを充電することである。
比較例1
なお、比較例1に開示されているのは、新鮮なバッテリーを用いて従来技術の充電方法(すなわち、各充放電サイクル中の定電流充電段階において、同じ固定電流で充電し、固定電圧で終了する)を行う具体的な実施過程である。
環境温度:25℃、充電過程:
ステップ1、バッテリーの電圧が終了電圧4.45V(充電制限電圧として理解することができる)に達するまで、1.5Cの定電流でバッテリーを充電し、
ステップ2、バッテリーの電流が終了電流0.05Cに達するまで、4.45Vの定電圧でバッテリーを充電し続け、
ステップ3、バッテリーを5分間静置し、
ステップ4、バッテリーの電圧が3.0Vになるまで、1.0Cの定電流でバッテリーを放電し、
ステップ5、続いてバッテリーを5分間静置し、
ステップ6、上記5つのステップを500サイクル繰り返す。
以下に記述される具体的な実施例1~4は、新鮮なバッテリーを用いて対応する充電パラメータを取得し、本発明の実施例での充電方法を用いて該新鮮なバッテリーを充電する。なお、実施例1~4は、充電過程においての環境温度が比較例1と同じであり、一定に維持される。前記新鮮なバッテリーとは、出荷したばかりで、使用されていないバッテリーであるか、又は、出荷後に充放電サイクル回数が所定の回数(例えば、10回であり、他の回数であってもよい)より小さいバッテリーである
実施例1
(1)パラメータ設定
SOC及びSOCのパラメータ取得過程:
環境温度:25℃、
新鮮なバッテリーを選択してパラメータSOC(又は、SOC、SOC=SOC)を取得し、具体的な取得過程は、以下のとおりである。
ステップ1:バッテリーの電圧が3.0Vになるまで、1.0Cの定電流でバッテリーを放電し、
ステップ2:バッテリーを5分間静置し、
ステップ3:バッテリーの電圧が終了電圧4.45V(充電制限電圧として理解することができる)になるまで、1.5Cの定電流でバッテリーを充電し、
ステップ4:バッテリーの電流が終了電流0.05Cに達するまで、4.45Vの定電圧でバッテリーを充電し続け、
以上の充電過程において、バッテリーの定電流充電の終了時のSOCをSOCとして計算して取得し、SOCは70.6%である。
バッテリーのサイクル中のIは、以下の規則に従って変化する。
=I+(k×m+k)×I、ただし、n=1、I=1.5C、1≦m≦80、k=0、k=0、81≦m≦500、k=0.0003、k=0である。
(2)充電過程
環境温度:25℃、
充電過程:
ステップ1:バッテリーの前の充電サイクル中の定電流段階の充電電圧がUcl(例えば、4.45V)であるときのSOCをSOCとして取得し、バッテリーの現在の実際容量Qを取得し、
ステップ2:バッテリーの荷電状態がSOC(すなわち、バッテリーの容量がSOC×Qである)になるまで、バッテリーをIの定電流で充電し、Iは、予め設定された式に従ってサイクル回数mとともに変化し、
ステップ3:ステップ2での定電流段階の充電電圧がUclのSOCを次のサイクルの充電過程においてのSOCとして取得し、
ステップ4:バッテリーの荷電状態がSOC(すなわち、70.6%)に達し、すなわち、バッテリーの総容量が70.6%×Qになるまで、1.5Cの定電流でバッテリーを充電し、
ステップ5:ステップ4での定電流充電段階の終了電圧V(すなわち、第2の充電電圧)を取得し、
ステップ6:バッテリーの総容量がQになるまで、Vの定電圧でバッテリーを定電圧充電し、
ステップ7:バッテリーを5分間静置し、
ステップ8:バッテリーの電圧が3.0Vになるまで、1.0Cの定電流でバッテリーを放電し、
ステップ9:ステップ8での放電容量を取得してバッテリーの実際容量Qを次の充電サイクルの終了容量として得、
ステップ10:上記ステップ2~ステップ9を500サイクル繰り返す。
実施例2
(1)パラメータ設定
SOC及びSOCのパラメータ取得過程:
実施例1のSOC(又は、SOC、SOC=SOC)のパラメータ取得過程と同様であり、該バッテリーの定電流充電の終了時のSOC、すなわち、70.6%を得る。
バッテリーのサイクル中のIが以下の規則に従って変化するように設定する。
=I+(Um-1-U)/R、ただし、n=1、I=1.5C、Rはバッテリーのフレッシュ(Fresh)な状態での陽極インピーダンスであり、その数値がR=30mOhmであり、Um-1及びUはバッテリーのm-1回目及び1回目の充放電サイクル中の定電流充電段階の終了時の陽極電位であり、U=0.09V、Um-1は、前記バッテリーがm-1回目の充放電サイクル中に、バッテリーの電圧Ucl(例えば、Ucl=4.45V)まで定電流充電されるSOC、及び予め記憶される陽極電位とSOCとの対応関係に基づいてリアルタイムに抽出する必要がある。
(2)充電過程
実施例1の充電過程と同様であり、相違点は、実施例2で設定されたI、及び充電過程において取得される対応するSOCとQを用いることである。
実施例3
(1)パラメータ設定
バッテリーのサイクル中のI、V、V、Vが以下の規則に従って変化するように設定する。
の変化規則は実施例1と同様であり、
=Ucl+b×m+b、ただし、Ucl=4.45V、1≦m≦80、b=0、b=0、81≦m≦500、b=0.00004、b=0であり、
=Ucl+b×m+b、ただし、Ucl=4.45V、1≦m≦80、b=0、b=0、81≦m≦500、b=0.0002、b=0であり、
=Ucl+b×m+b、ただし、Ucl=4.45V、1≦m≦80、b=0、b=0、81≦m≦500、b=0.0002、b=0である。
(2)充電過程
ステップ1:バッテリーの現在の実際容量Qを取得し、
ステップ2:バッテリーの電圧が終了電圧Vに達するまで、Iの定電流でバッテリーを充電し、I、Vは、予め設定された式に従ってサイクル回数mとともに変化し、
ステップ3:バッテリーの充電電圧がVになるまで、1.5Cの定電流でバッテリーを充電し、Vは、予め設定された式に従ってサイクル回数mとともに変化し、
ステップ4:バッテリーの総容量がQになるまで、Vの定電圧でバッテリーを充電し続け、
ステップ5:バッテリーを5分間静置し、
ステップ6:バッテリーの電圧が3.0Vになるまで、1.0Cの定電流でバッテリーを放電し、
ステップ7:ステップ6での放電容量を取得してバッテリーの実際容量Qを次の充電サイクルの終了容量として得、
ステップ8:上記ステップ2~ステップ7を500サイクル繰り返す。
実施例4
(1)パラメータ設定
バッテリーのサイクル中のI、V、V、Vが以下の規則に従って変化するように設定する。
の変化規則は実施例2と同様であり、
=Ucl+R×(I-I)、Ucl=4.45V、n=3、I=1.5C、Iはサイクル回数とともに変化し、Rはバッテリーのサイクル中の定電流充電の終了時のバッテリーインピーダンスであり、
=OCV+(Ucl-OCV)×K
=OCV+(Ucl-OCV)×K
cl=4.45V、OCV=4.10V、OCV=4.10V、K及びKはバッテリーのインピーダンス増加率であり、バッテリーのサイクル中にバッテリーの実際なインピーダンスをリアルタイムに収集して増加率を計算する必要があり、K=R/R、Rはm-1回目の充電過程においてSOCが50%であるときのバッテリーのバッテリーインピーダンスであり、Rは1回目の充電過程においてSOCが50%であるときのバッテリーのバッテリーインピーダンスであり、数値R=60mOhmである。K=R/R、Rは1回目の充電過程においてSOCが50%であるときのバッテリーのバッテリーインピーダンスであり、R=60mOhm、Rはn-1回目の充電過程においてSOCが50%であるときのバッテリーのバッテリーインピーダンスである。
(2)充電過程
ステップ1:バッテリーの現在の実際容量Q及びバッテリーの現在のインピーダンス増加率Kを取得し、
ステップ2:バッテリーの電圧が終了電圧Vに達するまで、Iの定電流でバッテリーを充電し、I、Vは、予め設定された式に従ってサイクル回数mとともに変化し、
ステップ3:バッテリーの充電電圧がVになるまで、1.5Cの定電流でバッテリーを充電し、Vは、予め設定された式に従ってサイクル回数mとともに変化し、
ステップ4:バッテリーの総容量がQになるまで、Vの定電圧でバッテリーを充電し続け、
ステップ5:ステップ3及びステップ4でのバッテリーのインピーダンス増加率を計算し、次の充電サイクル中のV、V及びVを計算するために、バッテリーの定電流充電の終了時のバッテリーインピーダンスRを取得し、
ステップ6:バッテリーを5分間静置し、
ステップ7:バッテリーの電圧が3.0Vになるまで、1.0Cの定電流でバッテリーを放電し続け、
ステップ8:ステップ7での放電容量を取得してバッテリーの実際容量Qを次の充電サイクルの終了容量として得、
ステップ9:上記ステップ2~ステップ8を500サイクル繰り返す。
比較例2
なお、比較例2に開示されているのは、100回サイクル後のバッテリーを用いて、従来技術の充電方法を行う具体的な実施過程である。
環境温度:25℃、
充電過程:
比較例1の充電過程と同様であり、相違点は、100回サイクル後のバッテリーを用いて、比較例1の充電過程を行うことである。
なお、実施例5、7~9に開示されているのは、新鮮なバッテリーを用いて対応するパラメータを取得することであり、実施例6に開示されているのは、100回サイクル後のバッテリーを用いて、対応するパラメータを取得し、本出願の充電方法に基づいて、この100回サイクル後のバッテリーを充電する具体的な実施過程であり、また、充電過程においての環境温度が比較例1同じであり、一定に維持されることである。
実施例5
(1)パラメータ設定
実施例1のパラメータ取得過程と同様であり、相違点は、mが101から500まで徐々に増加することである。
(2)充電過程
実施例1の充電過程と同様であり、相違点は、100回サイクル後のバッテリーを用いて充電し、mが101から500まで徐々に増加することである。
実施例6
なお、前記実施例6に開示されているのは、100回サイクル後のバッテリーを用いて、対応する充電パラメータを取得することである。
(1)パラメータ設定
SOCのパラメータ取得過程:
実施例1のSOCのパラメータ取得過程と同様であり、相違点は、100回サイクル後のバッテリーを用いてパラメータSOC(又は、SOC、SOC=SOC)を取得し、該バッテリーの定電流充電の終了時のSOC 68.7%を得、すなわち、SOCが68.7%であることである。
バッテリーのサイクル中のIが以下の規則に従って変化するように設定する。
=I+(Um-1-U)/R、ただし、n=100、I=1.5C、Rはバッテリーサイクルの100回目の陽極インピーダンスであり、その数値がR=30mOhmであり、Um-1及びUはバッテリーのm-1回目及び100回目の充放電サイクル中の定電流充電段階の終了時の陽極電位であり、U=0.09V、Um-1は、前記バッテリーがm-1回目の充放電サイクル中に、バッテリーの電圧Ucl(例えば、Ucl=4.45V)まで定電流充電されるときのSOC、及び予め記憶される陽極電位とSOCとの対応関係に基づいてリアルタイムに抽出する必要がある。
(2)充電過程
実施例1の充電過程と同様であり、相違点は、100回サイクル後のバッテリーを用いて充電し、mが101から500まで徐々に増加することである。
実施例7
(1)パラメータ設定
実施例2のパラメータ取得過程と同様であり、相違点は、mが101から500まで徐々に増加することである。
(2)充電過程
実施例2の充電過程と同様であり、相違点は、100回サイクル後のバッテリーを用いて充電し、mが101から500まで徐々に増加することである。
実施例8
(1)パラメータ設定
実施例3のパラメータ取得過程と同様であり、相違点は、mが101から500まで徐々に増加することである。
(2)充電過程
実施例3の充電過程と同様であり、相違点は、100回サイクル後のバッテリーを用いて充電し、mが101から500まで徐々に増加することである。
実施例9
(1)パラメータ取得過程
実施例4のパラメータ取得過程と同様であり、相違点は、mが101から500まで徐々に増加することである。
(2)充電過程
実施例4の充電過程と同様であり、相違点は、100回サイクル後のバッテリーを用いて充電し、mが101から500まで徐々に増加することである。
実験過程において、各比較例及び実施例1~9のバッテリーの異なる充電段階でのパラメータ(例えば、電圧、電流、時間など)を記録し、結果を以下の表1に記録する。
<表1>各比較例及び実施例1~9の定電流段階の終了条件及び各段階の充電時間
Figure 2022507003000002
Figure 2022507003000003
以下に記述される具体的な実施例10~19と実施例1~9の主な相違点は、m回目の充放電サイクルに定電圧充電ステップが追加され、すなわち、前記バッテリーを前記第2の充電電流Iまで前記第1の終了電圧Vで定電圧充電することである。具体的には、実施例10~13は、新鮮なバッテリーを用いて対応する充電パラメータを取得し、本発明の実施例での充電方法を用いて該新鮮なバッテリーを充電する。
実施例10
(1)パラメータ設定
実施例1のパラメータ取得過程と同様である。
(2)充電過程
実施例1の充電過程と同様であり、相違点は、実施例10では、実施例1のステップ3とステップ4との間に定電圧充電段階が追加され、すなわち、バッテリーの電流が1.5C(すなわち、第2の充電電流I)になるまで、バッテリーを一定の電圧Vで充電することである。
実施例11
(1)パラメータ設定
実施例2のパラメータ取得過程と同様である。
(2)充電過程
実施例10の充電過程と同様であり、相違点は、実施例11で設定されたI、充電過程において対応するSOCとQを取得することである。
実施例12
(1)パラメータ設定
実施例3のパラメータ取得過程と同様である。
(2)充電過程
実施例3の充電過程と同様であり、相違点は、実施例12では、実施例3のステップ2とステップ3との間に定電圧充電段階が追加され、すなわち、バッテリーの電流が1.5C(すなわち、第2の充電電流I)になるまで、一定の電圧Vでバッテリーを充電することである。
実施例13
(1)パラメータ設定
実施例4のパラメータ取得過程と同様である。
(2)充電過程
実施例4の充電過程と同様であり、相違点は、実施例13の実施例4のステップ2とステップ3との間に定電圧充電段階が追加され、すなわち、バッテリーの電流が1.5C(すなわち、第2の充電電流I)になるまで、一定の電圧Vでバッテリーを充電することである。
以下に記述される具体的な実施例14~18は、100回サイクル後のバッテリーを用いて、対応する充電パラメータを取得し、本発明の実施例での充電方法を用いてこの100回サイクル後のバッテリーを充電する。
なお、実施例14、16~18に開示されているのは、新鮮なバッテリーを用いて対応するパラメータを取得することであり、実施例15に開示されているのは、100回サイクル後のバッテリーを用いて、対応するパラメータを取得し、本出願の充電方法に基づいて、この100回サイクル後のバッテリーを充電する具体的な実施過程であり、また、充電過程においての環境温度が比較例1と同じであり、一定に維持される。
実施例14
(1)パラメータ設定
実施例1のパラメータ取得過程と同様であり、相違点は、mが101から500まで徐々に増加することである。
(2)充電過程
実施例10の充電過程と同様であり、相違点は、100回サイクル後のバッテリーを用いて充電し、mが101から500まで徐々に増加することである。
実施例15
なお、前記実施例15に開示されているのは、100回サイクル後のバッテリーを用いて、対応する充電パラメータを取得することである。
(1)パラメータ設定
実施例6のパラメータ取得過程と同様であり、相違点は、mが101から500まで徐々に増加することである。
(2)充電過程
実施例10の充電過程と同様であり、相違点は、100回サイクル後のバッテリーを用いて充電し、mが101から500まで徐々に増加することである。
実施例16
(1)パラメータ設定
実施例2のパラメータ取得過程と同様であり、相違点は、mが101から500まで徐々に増加することである。
(2)充電過程
実施例10の充電過程と同様であり、相違点は、100回サイクル後のバッテリーを用いて充電し、mが101から500まで徐々に増加することである。
実施例17
(1)パラメータ設定
実施例3のパラメータ取得過程と同様であり、相違点は、mが101から500まで徐々に増加することである。
(2)充電過程
実施例3の充電過程と同様であり、相違点は、100回サイクル後のバッテリーを用いて充電し、mが101から500まで徐々に増加することである。
実施例18
(1)パラメータ設定
実施例4のパラメータ取得過程と同様であり、相違点は、mが101から500まで徐々に増加することである。
(2)充電過程
実施例4の充電過程と同様であり、相違点は、100回サイクル後のバッテリーを用いて充電し、mが101から500まで徐々に増加することである。
実験過程において、各比較例及び実施例10~18のバッテリーの異なる充電段階でのパラメータ(例えば、電圧、電流、時間など)を記録し、結果を以下の表2に記録する。
<表2>各比較例及び実施例10~18の定電流段階の終了条件及び各段階の充電時間
Figure 2022507003000004
表1の実験データから分かるように、本実施例1~18で使用される充電方法を用いて、第1の段階の定電流充電電流を増加させ、第1の段階の定電流充電時間を短縮し、第2の段階の定電流充電時間を延長させ、第2の段階の定電圧充電時間を短縮し、さらにバッテリーの充電時間を短縮し、バッテリーの充電レートを上げることができる。
比較例1、2の充電方法では、バッテリーインピーダンスが徐々に増大するとともに、バッテリーの定電流段階の充電時間が縮まれ、定電圧段階の充電時間が延長され、総充電時間が延長される。比較例1、2に比べて、具体的な実施例1~18で使用される充電方法を用い、すなわち、定電流充電段階の充電電流を増大させることで、定電流段階の充電時間をさらに短縮し、定電圧段階の充電時間を大幅に短縮することができ、バッテリーの満充電時間をさらに大幅に短縮することができ、その充電速度が比較例での充電速度より著しく速い。
実施例1~9に比べて、充放電サイクル回数が所定の回数に達するとき、実施例10~18の総充電時間の変化が著しい。
これによって、本実施例1~18での充電方法を用いてバッテリーを充電するとき、第1の段階の定電流充電の時間を短縮するとともに、第2の段階の定電圧充電時間を大幅に短縮し、バッテリーの満充電時間を短縮することができ、バッテリーの実際容量によって充電終了を制御し、バッテリーが過充電を起こさないことを確保し、バッテリーの耐用年数に影響を与えない。
図11を参照し、本実施の形態では、前記充電システム10が1つ又は複数のモジュールに分割されてもよく、前記1つ又は複数のモジュールが前記プロセッサ11に記憶され、前記プロセッサ11により実行され、本出願を完了する。前記1つ又は複数のモジュールは、特定の機能を完了可能な一連のコンピュータプログラム命令セグメントであってもよく、前記命令セグメントは、前記充電システム10の前記電子装置100での実行過程を説明するために用いられる。たとえば、前記充電システム10が図10での取得モジュール101、比較モジュール102、決定モジュール103、定電流充電モジュール104及び定電圧充電モジュール105に分割されてもよい。
前記取得モジュール101は、バッテリーのn回目の充放電サイクル中の異なる温度に対応する充電レートでの定電流充電段階の終了時の第1の荷電状態及び第1の充電電流を取得するために用いられる。
前記取得モジュール101は、バッテリーのn回目の充放電サイクル中の陽極無分極充電曲線、陽極インピーダンスR及び定電流充電段階の終了時の第1の荷電状態及び第2の充電電流Iを取得し、前記陽極無分極充電曲線、及び前記第1の荷電状態に基づいて、n回目の充放電サイクル中に、前記バッテリーが前記充電制限電圧Uclまで定電流充電されるときの第1の陽極電位Uを取得するために用いられる。
前記取得モジュール101は、さらに、バッテリーのm-1回目の充放電サイクル中の充電曲線及び定電流充電段階の終了時の第2の荷電状態を取得し、前記バッテリーの陽極無分極充電曲線及び前記第2の荷電状態に基づいて、前記バッテリーがm-1回目の充放電サイクル中に、前記充電制限電圧Uclまで定電流充電されるときの第2の陽極電位Um-1を取得するために用いられる。
前記取得モジュール101は、さらに、バッテリーがm-2回目の充放電サイクル中に、前記充電制限電圧Uclまで定電流充電されるときの第3の陽極電位Um-2を取得するために用いられる。
前記取得モジュール101は、さらに、バッテリーのm-1回目の充放電サイクル中の定電流充電段階の第3の充電電流Im-1を取得するために用いられる。前記決定モジュール102は、前記第1の陽極電位U、前記第2の陽極電位Um-1、前記陽極インピーダンスR及び前記第2の充電電流Iに基づいて、前記バッテリーのm回目の充放電サイクル中の第1の充電電流Iを決定するために用いられる。
前記決定モジュール102は、さらに、前記第2の陽極電位Um-1、第3の陽極電位Um-2、前記陽極インピーダンスR及び前記第3の充電電流Im-1に基づいて、前記バッテリーのm回目の充放電サイクル中の第1の充電電流Iを決定するために用いられる。
前記制御モジュール103は、m回目の充放電サイクル中に、前記第1の充電電流Iに基づいて前記バッテリーを充電するために用いられる。
前記定電流充電モジュール104は、バッテリー13の電圧が終了電圧又は終了容量に達するまで、バッテリー13を定電流充電するために用いられる。前記定電圧充電モジュール105は、さらに、バッテリー13の電流が終了電流又は終了容量に達するまで、バッテリー13を定電圧充電するために用いられる。
前記充電システム10によってバッテリー13に対して充電管理を行うことができ、バッテリーの充電効率を向上させ、耐用年数を延長させ、信頼性を向上させる。具体的内容については、上記バッテリーの充電方法の実施例を参照することができ、ここで、詳しく説明しない。
一実施形態では、前記プロセッサ11は、中央処理ユニット(Central Processing Uit、CPU)であってもよく、他の汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ(Digital Signal Processor、DSP)、専用集積回路(Application Specific Itegrated Circuit、ASIC)、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(Field-Programmable Gate Array、FPGA)又は、他のプログラマブルロジックデバイス、離散ゲート、又は、トランジスタロジックデバイス、離散ハードウェアユニットなどであってもよい。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサーであってもよく、又は、前記プロセッサ12は、他の任意の一般的なプロセッサなどであってもよい。
前記充電システム10におけるモジュールは、ソフトウェア機能ユニットの形式で実現し且つ独立した製品として販売或いは使用される場合は、コンピュータ可読記憶媒体に記録されていてもよい。このような理解に基づき、本出願において上記実施例を実現する方法のフローの全部または一部は、コンピュータプログラムによって関連ハードウェアを指示することによって達成することができる。前記コンピュータプログラムは、コンピュータ可読記憶媒体に記憶されてもよく、プロセッサにより実行されるとき、上記各方法の実施例のステップを実現することができる。前記コンピュータプログラムは、ソースコード形式、オブジェクトコード形式、実行可能ファイルまたは何らかの中間形式などであってもよいコンピュータプログラムコードを含む。前記コンピュータ可読媒体は、前記コンピュータプログラムコードを搭載した任意のエンティティ、又は、装置、記録媒体、USBメモリ、モバイルディスク、磁気ディスク、光ディスク、コンピュータメモリ、読み出し専用メモリ(ROM、Read-Only Memory)、ランダムアクセスメモリ(RAM、Rndom Access Memory)、電気搬送波信号、通信信号及びソフトウェア配布媒体などを含んでもよい。なお、前記コンピュータ可読媒体に含まれるコンテンツは、司法管轄区域内の法律および特許実践の要求に応じて適切に増減してもよく、例えば、或る司法管轄区域では、法律および特許実践に基づき、コンピュータ可読媒体は電気搬送波信号や電気通信信号を含まない。
以上に説明されるモジュールの分割は、論理機能の分割に過ぎず、実際の実装においては他の分割であってもよいことが理解できる。さらに、本出願の各実施例での各機能モジュールは、同じ処理ユニットに統合されてもよく、各モジュールの各々が物理的に単独で存在してもよく、または2つ以上のモジュールが1つのユニットに統合されてもよい。上記統合されるモジュールは、ハードウェアの形態で実現されてもよく、ハードウェアとソフトウェア機能モジュールの組合せ形態で実現されてもよい。
他の実施形態では、前記電子装置100は、メモリ(図示せず)を含んでもよく、前記1つ又は複数のモジュールがメモリに記憶されてもよく、前記プロセッサにより実行される。前記メモリは、電子装置100の内部メモリ、すなわち、前記電子装置100に内蔵された内部メモリであってもよい。他の実施例で、前記メモリは、電子装置100の外部メモリ、すなわち、前記電子装置100に外接されるメモリであってもよい。
いくつかの実施例で、前記メモリは、プロクラムコード及び様々なデータを記憶するために用いられ、たとえば、前記電子装置100にインストールされる充電システム10のプログラムコードを記憶し、電子装置100の実行過程においてプログラム、又は、データのアクセスを迅速かつ自動的に完了することを実現する。
前記メモリは、ランダムアクセスメモリを含んでもよく、ハードディスク、メモリ、プラグイン型ハードディスク、スマート・メモリカード(Smart Media(登録商標) Card、SMC)、SDメモリカード(Secure Digital、SD)、フラッシュメモリカード(Flash Card)、少なくとも1つ磁気ディスクメモリ、フラッシュメモリデバイスなどの不揮発性メモリ、又は、他の揮発性固体状態記憶デバイスを含んでもよい。
当業者にとって、本出願は上記例示的な実施例の詳細に限定されず、かつ本出願の要旨又は基本的な特徴から逸脱することなく、他の具体的な形態で本出願を実現することができることは明らかである。したがって、どの点から見ても、本出願の上記実施例を、例示的かつ非限定的なものと見なすべきであり、本出願の範囲は、上記説明に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲によって限定されるものであり、したがって、特許請求の範囲の同等要件の意味及び範囲内にある全ての変化が本出願内に含まれることを意図する。
100 電子装置
10 充電システム
11 プロセッサ
13 バッテリー
101 取得モジュール
102 比較モジュール
103 決定モジュール
104 定電流充電モジュール
105 定電圧充電モジュール
本出願の実施形態に係るバッテリーの充電方法は、バッテリーの定電流充電段階の充電電流を増大させることで、バッテリーの定電流充電時間を短縮し、バッテリーの総充電時間をさらに短縮することができる。また、本出願の実施形態に係る充電方法は、バッテリーの定電流充電段階の終了電圧を上げることで、バッテリーの総充電時間をさらに短縮することができる。このようにして、本出願の実施形態に係るバッテリーの充電方法、電子装置及び記憶媒体は、バッテリーの満充電時間を短縮することができ、さらにバッテリーが過充電を起こさないことを確保することができる。
具体的には、前記第3の終了電圧Vは、以下の式を満たす。
=OCV+(Ucl-OCV)×K14
ただし、K=R/Rであり、Rは前記バッテリー13のy回目の充放電サイクル中の同じ温度及び同じ荷電状態での第3のバッテリーインピーダンスであり、Rは前記バッテリー13のn-1回目の充放電サイクル中の同じ温度及び同じ荷電状態での第4のバッテリーインピーダンスであり、ただし、1≦y≦n-1である。
バッテリーのサイクル中のIは、以下の規則に従って変化する。
=I+(k×m+k)×I、ただし、n=1、I=1.5C、1≦m≦80、k=0、k=0、81≦m≦500、k=0.0003、k=0である。
(2)充電過程
環境温度:25℃、
充電過程:
ステップ1:バッテリーの前の充電サイクル中の定電流充電段階の充電電圧がUcl(例えば、4.45V)であるときのSOCをSOCとして取得し、バッテリーの現在の実際容量Qを取得し、
ステップ2:バッテリーの荷電状態がSOC(すなわち、バッテリーの容量がSOC×Qである)になるまで、バッテリーをIの定電流で充電し、Iは、予め設定された式に従ってサイクル回数mとともに変化し、
ステップ3:ステップ2での定電流充電段階の充電電圧がUclのSOCを次のサイクルの充電過程においてのSOCとして取得し、
ステップ4:バッテリーの荷電状態がSOC(すなわち、70.6%)に達し、すなわち、バッテリーの総容量が70.6%×Qになるまで、1.5Cの定電流でバッテリーを充電し、
ステップ5:ステップ4での定電流充電段階の終了電圧V(すなわち、第2の充電電圧)を取得し、
ステップ6:バッテリーの総容量がQになるまで、Vの定電圧でバッテリーを定電圧充電し、
ステップ7:バッテリーを5分間静置し、
ステップ8:バッテリーの電圧が3.0Vになるまで、1.0Cの定電流でバッテリーを放電し、
ステップ9:ステップ8での放電容量を取得してバッテリーの実際容量Qを次の充電サイクルの終了容量として得、
ステップ10:上記ステップ2~ステップ9を500サイクル繰り返す。
バッテリーのサイクル中のIが以下の規則に従って変化するように設定する。
=I+(Um-1-U)/R、ただし、n=1、I=1.5C、Rはバッテリーのフレッシュ(Fresh)な状態での陽極インピーダンスであり、その数値がR=30mohmであり、Um-1及びUはバッテリーのm-1回目及び1回目の充放電サイクル中の定電流充電段階の終了時の陽極電位であり、U=0.09V、Um-1は、前記バッテリーがm-1回目の充放電サイクル中に、バッテリーの電圧Ucl(例えば、Ucl=4.45V)まで定電流充電されるSOC、及び予め記憶される陽極電位とSOCとの対応関係に基づいてリアルタイムに抽出する必要がある。
実施例4
(1)パラメータ設定
バッテリーのサイクル中のI、V、V、Vが以下の規則に従って変化するように設定する。
の変化規則は実施例2と同様であり、
=Ucl+R×(I-I)、Ucl=4.45V、n=3、I=1.5C、Iはサイクル回数とともに変化し、Rはバッテリーのサイクル中の定電流充電の終了時のバッテリーインピーダンスであり、
=OCV+(Ucl-OCV)×K
=OCV+(Ucl-OCV)×K
cl=4.45V、OCV=4.10V、OCV=4.10V、K及びKはバッテリーのインピーダンス増加率であり、バッテリーのサイクル中にバッテリーの実際なインピーダンスをリアルタイムに収集して増加率を計算する必要があり、K=R/R、Rはm-1回目の充電過程においてSOCが50%であるときのバッテリーのバッテリーインピーダンスであり、Rは1回目の充電過程においてSOCが50%であるときのバッテリーのバッテリーインピーダンスであり、数値R=60mohmである。K=R/R、Rは1回目の充電過程においてSOCが50%であるときのバッテリーのバッテリーインピーダンスであり、R=60mohm、Rはn-1回目の充電過程においてSOCが50%であるときのバッテリーのバッテリーインピーダンスである。
バッテリーのサイクル中のIが以下の規則に従って変化するように設定する。
=I+(Um-1-U)/R、ただし、n=100、I=1.5C、Rはバッテリーサイクルの100回目の陽極インピーダンスであり、その数値がR=30mohmであり、Um-1及びUはバッテリーのm-1回目及び100回目の充放電サイクル中の定電流充電段階の終了時の陽極電位であり、U=0.09V、Um-1は、前記バッテリーがm-1回目の充放電サイクル中に、バッテリーの電圧Ucl(例えば、Ucl=4.45V)まで定電流充電されるときのSOC、及び予め記憶される陽極電位とSOCとの対応関係に基づいてリアルタイムに抽出する必要がある。
<表1>各比較例及び実施例1~9の定電流充電段階の終了条件及び各段階の充電時間
Figure 2022507003000016
Figure 2022507003000017
<表2>各比較例及び実施例10~18の定電流充電段階の終了条件及び各段階の充電時間
Figure 2022507003000018
比較例1、2の充電方法では、バッテリーインピーダンスが徐々に増大するとともに、バッテリーの定電流充電段階の充電時間が縮まれ、定電圧段階の充電時間が延長され、総充電時間が延長される。比較例1、2に比べて、具体的な実施例1~18で使用される充電方法を用い、すなわち、定電流充電段階の充電電流を増大させることで、定電流充電段階の充電時間をさらに短縮し、定電圧段階の充電時間を大幅に短縮することができ、バッテリーの満充電時間をさらに大幅に短縮することができ、その充電速度が比較例での充電速度より著しく速い。

Claims (24)

  1. バッテリーの充電方法であって、
    m回目の充放電サイクル中に、対応する第1の終了電圧Vを有する前記バッテリーを第1の荷電状態SOCまで第1の充電電流Iで定電流充電するステップと、定電流充電の終了時の第2の終了電圧Vを有する前記バッテリーを第2の荷電状態SOCまで第2の充電電流Iで定電流充電するステップと、前記バッテリーを満充電状態まで前記第2の終了電圧Vで定電圧充電するステップとを含み、
    ただし、I=I+k×I、0<k≦1、nは0以上の整数であり、mは1、2、…、xのうち、nより大きい任意の2つ以上の整数であり、kの少なくとも2回の充放電サイクルでの数値が同じではなく、
    は前記バッテリー又は前記バッテリーと同じ他のバッテリーのn回目の充放電サイクル中の定電流充電段階の充電電流であるか、又は、予め設定された値であり、前記n回目の充放電サイクル中の定電流充電段階では、前記バッテリーを充電制限電圧Uclまで前記第2の充電電流Iのみで定電流充電するか、又は、前記バッテリーを第3の荷電状態SOCまで前記第2の充電電流Iのみで定電流充電し、前記第3の荷電状態SOCに対応する第3の終了電圧Vを有し、
    SOCは前記バッテリー又は前記バッテリーと同じ他のバッテリーがm-1回目の充放電サイクル中に、充電制限電圧Uclまで定電流充電されるときの荷電状態であり、
    ただし、SOC≦SOC+S、SOC-S≦SOC≦SOC+S≦100%、0≦S≦10%である、ことを特徴とするバッテリーの充電方法。
  2. SOCは、さらに、前記バッテリーと同じ他のバッテリーの前記n回目の充放電サイクル中の定電流充電段階の終了時の荷電状態であるか、又は、予め設定された値であってもよい、ことを特徴とする請求項1に記載の充電方法。
  3. 前記kは、以下の式:
    k=k×m+k2、0≦k≦0.001、0≦k≦0.2
    を満たす、ことを特徴とする請求項1に記載の充電方法。
  4. 前記第1の充電電流Iは、以下の式: I=I+(Um-1-U)/R、m>1、又は、I=Im-1+(Um-1-Um-2)/R、m>2
    を満たし、ここで、Uは前記バッテリー又は前記バッテリーと同じ他のバッテリーがn回目の充放電サイクル中に、前記充電制限電圧Uclまで定電流充電されるときの第1の陽極電位であり、Um-1は前記バッテリー又は前記バッテリーと同じ他のバッテリーがm-1回目の充放電サイクル中に、前記充電制限電圧Uclまで定電流充電されるときの第2の陽極電位であり、Rは前記バッテリー又は前記バッテリーと同じ他のバッテリーのn回目の充放電サイクル中の陽極インピーダンスであり、Im-1は前記バッテリー又は前記バッテリーと同じ他のバッテリーのm-1回目の充放電サイクル中の定電流充電段階の充電電流であるか、又は、予め設定された値であり、Um-2は前記バッテリー又は前記バッテリーと同じ他のバッテリーがm-2回目の充放電サイクル中に、前記充電制限電圧Uclまで定電流充電されるときの第3の陽極電位である
    ことを特徴とする請求項1に記載の充電方法。
  5. バッテリーを前記第1の荷電状態SOCまで前記第1の充電電流Iで定電流充電するときのバッテリー容量はQであり、Q=SOC×Q、Qは前記バッテリーの現在の実際容量である、ことを特徴とする請求項1に記載の充電方法。
  6. 前記バッテリーを前記第2の充電電流Iまで前記第1の終了電圧Vで定電圧充電するステップをさらに含む、ことを特徴とする請求項1に記載の充電方法。
  7. 前記第3の終了電圧Vと前記充電制限電圧Uclとの大きさを比較するステップと、
    比較結果に基づいて、前記バッテリーのm回目の充放電サイクルの前の充電方式を決定するステップとをさらに含む、ことを特徴とする請求項1に記載の充電方法。
  8. 比較結果に基づいて、前記バッテリーのm回目の充放電サイクルの前の充電方式を決定する前記ステップは、
    n(n≦m-1)回目の充放電サイクル中に、前記第3の終了電圧Vが前記充電制限電圧Uclより小さいと、前記バッテリーを前記充電制限電圧Uclまで前記第2の充電電流Iで定電流充電し続け、前記バッテリーを満充電状態まで前記充電制限電圧Uclで定電圧充電する第1の充電ステップと
    次の充放電サイクルに入り、対応する前記第3の終了電圧Vを有する前記バッテリーを前記第3の荷電状態SOCまで前記第2の充電電流Iで定電流充電する第2の充電ステップと、
    前記第3の終了電圧Vが前記充電制限電圧Ucl以上になるまで、前記第1の充電ステップ及び前記第2の充電ステップを繰り返して行う繰り返しステップとを含む、ことを特徴とする請求項7に記載の充電方法。
  9. 比較結果に基づいて、前記バッテリーのm回目の充放電サイクルの前の充電方式を決定する前記ステップは、
    前記第3の終了電圧Vが前記充電制限電圧Ucl以上であると、前記バッテリーを満充電状態まで前記第3の終了電圧Vで定電圧充電し、前記第1の荷電状態SOCを取得して前記第1の充電電流Iを計算するステップをさらに含む、ことを特徴とする請求項7に記載の充電方法。
  10. n回目の充放電サイクル中に、バッテリー電圧が前記充電制限電圧Uclまで前記バッテリーが定電流充電されるときの第4の荷電状態SOCを取得するステップと、
    前記第3の荷電状態SOCと前記第4の荷電状態SOCとの大きさを比較するステップと、
    比較結果に基づいて、前記バッテリーのm回目の充放電サイクルの前の充電方式を決定するステップとをさらに含む、ことを特徴とする請求項1に記載の充電方法。
  11. 比較結果に基づいて、前記バッテリーのm回目の充放電サイクルの前の充電方式を決定する前記ステップは、
    n(n≦m-1)回目の充放電サイクル中に、前記第3の荷電状態SOCが前記第4の荷電状態SOCより小さいと、次の充放電サイクルに入り、対応する前記第4の荷電状態SOCを有する前記バッテリーを前記充電制限電圧Uclまで前記第2の充電電流Iで定電流充電し、前記バッテリーを満充電状態まで前記充電制限電圧Uclで定電圧充電する充電ステップと、
    前記第3の荷電状態SOCが前記第4の荷電状態SOC以上になるまで、前記充電ステップを繰り返して行う繰り返しステップとを含む、ことを特徴とする請求項10に記載の充電方法。
  12. 比較結果に基づいて、前記バッテリーのm回目の充放電サイクルの前の充電方式を決定する前記ステップは、
    前記第3の荷電状態SOCが前記第4の荷電状態SOC以上になるとき、前記第1の荷電状態SOCを取得して前記第1の充電電流Iを計算するステップを含む、ことを特徴とする請求項10に記載の充電方法。
  13. バッテリーの充電方法であって、
    m回目の充放電サイクル中に、前記バッテリーを第1の終了電圧Vまで第1の充電電流Iで定電流充電するステップと、前記バッテリーを第2の終了電圧Vまで前記第2の充電電流Iで定電流充電し、前記バッテリーを満充電状態まで前記第2の終了電圧Vで定電圧充電するステップとを含み、
    ただし、I=I+k×I、0<k≦1、k=k×m+k、0≦k≦0.002、0≦k≦1であり、kの少なくとも2回の充放電サイクルでの数値が同じではなく、
    は予め設定された値であるか、又は、前記バッテリー又は前記バッテリーと同じ他のバッテリーのn回目の充放電サイクル中の定電流充電段階の充電電流であり、前記n回目の充放電サイクル中の定電流充電段階では、前記バッテリーを第3の終了電圧Vまで前記第2の充電電流Iのみで定電流充電し、
    ただし、V=Ucl+b、V=Ucl+b、0≦b≦0.5、Uclは前記バッテリー又は前記他のバッテリーの充電制限電圧であるか、又は、予め設定された値であり、nは0以上の整数であり、mは1、2、…、xのうち、nより大きい任意の2つ以上の整数であり、bの少なくとも2回の充放電サイクルでの数値が同じではない、ことを特徴とするバッテリーの充電方法。
  14. 前記第1の充電電流Iは、以下の式:
    =I+(Um-1-U)/R、m>1、又は、I=Im-1+(Um-1-Um-2)/R、m>2
    を満たし、ここで、Uは前記バッテリー又は前記バッテリーと同じ他のバッテリーがn回目の充放電サイクル中に、前記充電制限電圧Uclまで定電流充電されるときの第1の陽極電位であり、Um-1は前記バッテリー又は前記バッテリーと同じ他のバッテリーがm-1回目の充放電サイクル中に、前記充電制限電圧Uclまで定電流充電されるときの第2の陽極電位であり、Rは前記バッテリー又は前記バッテリーと同じ他のバッテリーのn回目の充放電サイクル中の陽極インピーダンスであり、Im-1は前記バッテリー又は前記バッテリーと同じ他のバッテリーのm-1回目の充放電サイクル中の定電流充電段階の充電電流であるか、又は、予め設定された値であり、Um-2は前記バッテリー又は前記バッテリーと同じ他のバッテリーがm-2回目の充放電サイクル中に、前記充電制限電圧Uclまで定電流充電されるときの第3の陽極電位である
    ことを特徴とする請求項13に記載の充電方法。
  15. 前記bは、以下の式: b=b×m+b、0≦b≦0.0005、0≦b≦0.1
    を満たすことを特徴とする請求項13に記載の充電方法。
  16. 前記第1の終了電圧Vは、
    前記バッテリーのm-1回目の充放電サイクル中のバッテリーインピーダンスRを取得し、
    前記充電制限電圧Ucl、前記バッテリーインピーダンスR、前記第1の充電電流I及び前記第2の充電電流Iに基づいて前記第1の終了電圧Vを決定する方法によって取得される、ことを特徴とする請求項13に記載の充電方法。
  17. 前記第1の終了電圧Vは、以下の式:
    =Ucl+R×(I-I
    を満たすことを特徴とする請求項16に記載の充電方法。
  18. 前記第2の終了電圧V及びVは、それぞれ以下の式:
    =OCV+(Ucl-OCV)×K
    ここで、OCVは前記バッテリー又は前記他のバッテリーのx(1≦x<m-1)回目の充放電サイクル中の定電流充電段階の終了時の第1の開回路電圧であり、Kは前記バッテリー又は前記他のバッテリーのインピーダンス増加率であり、
    =OCV+(Ucl-OCV)×K
    ここで、OCVは前記バッテリー又は前記他のバッテリーのy(1≦y<n-1)回目の充放電中の定電流充電段階の終了時の第2の開回路電圧であり、Kは前記バッテリー又は前記他のバッテリーのインピーダンス増加率である、
    を満たすことを特徴とする請求項13に記載の充電方法。
  19. 前記バッテリーを前記第2の充電電流Iまで前記第1の終了電圧Vで定電圧充電するステップをさらに含む、ことを特徴とする請求項13に記載の充電方法。
  20. 前記第3の終了電圧Vと前記充電制限電圧Uclとの大きさを比較するステップと、
    比較結果に基づいて、前記バッテリーのm回目の充放電サイクルの前の充電方式を決定するステップとをさらに含む、ことを特徴とする請求項13に記載の充電方法。
  21. 比較結果に基づいて、前記バッテリーのm回目の充放電サイクルの前の充電方式を決定する前記ステップは、
    n(n≦m-1)回目の充放電サイクル中に、前記第3の終了電圧Vが前記充電制限電圧Uclより小さいと、前記バッテリーを前記充電制限電圧Uclまで前記第2の充電電流Iで定電流充電し続け、前記バッテリーを満充電状態まで前記充電制限電圧Uclで定電圧充電する第1の充電ステップと、
    次の充放電サイクルに入り、前記バッテリーを前記第3の終了電圧Vまで前記第2の充電電流Iで定電流充電する第2の充電ステップと、
    前記第3の終了電圧Vが前記充電制限電圧Ucl以上になるまで、前記第1の充電ステップ及び前記第2の充電ステップを繰り返して行う繰り返しステップとを含む、ことを特徴とする請求項20に記載の充電方法。
  22. 比較結果に基づいて、前記バッテリーのm回目の充放電サイクルの前の充電方式を決定する前記ステップは、
    前記第3の終了電圧Vが前記充電制限電圧Ucl以上であると、前記バッテリーを満充電状態まで前記第3の終了電圧Vで定電圧充電し、前記第1の充電電流Iを計算するステップをさらに含む、ことを特徴とする請求項20に記載の充電方法。
  23. 電子装置であって、
    バッテリーと、
    請求項1~22のいずれかに記載の充電方法をロードして実行するためのプロセッサとを備える、ことを特徴とする電子装置。
  24. 少なくとも1つのコンピュータ命令が記憶される記憶媒体であって、前記コンピュータ命令がプロセッサによりロードされて、請求項1~22のいずれかに記載の充電方法を実行するために用いられる、ことを特徴とする記憶媒体。
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