[發(fā)明專利]平衡鋰離子或鋰聚合物電池的充電的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200680002230.5
• 申請(qǐng)日: 2006-01-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101103487A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅歇·佩勒克
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 佩勒克股份有限公司
• 主分類號(hào): H01M10/44
• 分類號(hào): H01M10/44
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 王波波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及可再充電電池的充電的領(lǐng)域，并且以隨時(shí)間對(duì)鋰離子或鋰聚合物電池的電池單元進(jìn)行充電或平衡充電的方法作為其目的。

背景技術(shù)

包括多個(gè)組成電池單元的電池的最佳充電提出了難以解決的問(wèn)題，尤其是在串聯(lián)的單元或電池單元的數(shù)目較多時(shí)。

在鋰離子或鋰聚合物電池的情況下，除了不同單元或電池單元的充電優(yōu)化的問(wèn)題，還增加了在過(guò)充(特別是由過(guò)熱或過(guò)壓所形成的過(guò)充)情況下，所造成的上述單元難以彌補(bǔ)的受損可能。

一方面，眾所周知在使用串聯(lián)的鋰離子或鋰聚合物單元的電池中，充電之后每一個(gè)單元或電池單元的電容量性能不同，并且這些差異隨著充電和放電周期而增長(zhǎng)，直到電池的壽命結(jié)束為止。

另一方面，眾所周知鋰離子和鋰聚合物電池不能夠在充電時(shí)過(guò)充，也不能夠在使用(放電)時(shí)過(guò)放(undercharge)。作為示例而不是限制，對(duì)于串聯(lián)的鋰離子和鋰聚合物電池的每一個(gè)單元的過(guò)充，最大殘留電壓值是4.20伏特，以及用以停止放電從而避免電池受損的殘留電壓是2.70伏特。

正如我們所知，通常，對(duì)于每一個(gè)鋰離子或鋰聚合物單元或電池單元，在單元或電池單元的端處的電壓反映了存儲(chǔ)在所述單元或電池單元中的電容量。這種電壓的指示沒(méi)有給出安培/小時(shí)或瓦特/小時(shí)的電容量精確值，而給出了在測(cè)量該電壓時(shí)所述單元的電容量的百分比。

附圖1示出了表示在鋰離子單元的端處的電壓相對(duì)于其電容量的發(fā)展的曲線(在具有恒定電流的放電曲線的情況下，時(shí)間正比于存儲(chǔ)在所述鋰離子單元中的電容量的百分比)，其中，0秒＝＞95％(4.129伏特)，6150秒＝＞50％(3.760伏特)以及12300秒＝＞0％(3.600伏特)。需要注意，電容量曲線在快速下降之前的一大部分幾乎是線性的。為了控制鋰離子單元或電池單元的充電和放電的操作，在幾乎為線性的部分中執(zhí)行操作，這可以認(rèn)為電壓反映了電容量。

根據(jù)三個(gè)前述點(diǎn)中形成的指示，可以確認(rèn)，在由多于三個(gè)或四個(gè)串聯(lián)的鋰離子或鋰聚合物單元組成的電池中，在最高充電單元達(dá)到4.20伏特時(shí)，電池的充電將結(jié)束，或者相反地，在放電期間，在最小電容量的單元達(dá)到2.70伏特時(shí)，放電停止：因此，具有最小電容量的單元將確定電池的整個(gè)電容量。這可以理解為，當(dāng)電池具有大量串聯(lián)單元時(shí)，實(shí)際上可能并未使用所有電池電容量，因?yàn)樽钚‰娙萘繂卧韵拗品绞酱_定了電池的整個(gè)電容量。此外，該現(xiàn)象隨著充電/放電周期增加而愈加嚴(yán)重。

這種不平衡充電的現(xiàn)象本質(zhì)上是由電池組成單元之間的電容量差異和內(nèi)部電阻引起的，這些差異是由鋰離子或鋰聚合物單元的生產(chǎn)質(zhì)量的不同而引起的。

為了優(yōu)化電池電容量隨時(shí)間的變化(這對(duì)于使用成本非常重要)，必須通過(guò)在停止充電之前、實(shí)現(xiàn)電池的所有單元或所有電池單元的再次平衡，來(lái)克服上述問(wèn)題。這種平衡將允許所有單元的100％充電，無(wú)論它們的電容量如何。

在現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用中，這種平衡發(fā)生在充電結(jié)束處，導(dǎo)出(derive)充電到100％的單元的充電電流，即，當(dāng)該單元達(dá)到4.20伏特時(shí)導(dǎo)出充電電流。因此，各單元在達(dá)到4.20伏特時(shí)停止充電，因而可在充電操作結(jié)束處獲得所有單元的100％的充電。

然而，這種公知的在充電結(jié)束處的平衡技術(shù)具有明顯的缺陷。

因此，這種平衡系統(tǒng)要求較大的電阻能夠耗散隨后的電流，并且在充電電流仍然較大時(shí)，所需耗散更大，這是在電池單元非常不平衡時(shí)出現(xiàn)的。

此外，這種極大耗散功率會(huì)產(chǎn)生隨后的溫度增高，這對(duì)于集成了分流電阻的電池是很麻煩的。

此外，盡管在充電操作結(jié)束時(shí)注入較大充電電流，可能會(huì)發(fā)生在達(dá)到充電結(jié)束條件時(shí)電池未平衡。

此外，應(yīng)該注意，鋰離子電池或鋰聚合物電池在充電結(jié)束時(shí)可能不安全，這是因?yàn)橛捎谄浔举|(zhì)和其所存儲(chǔ)的能量的量，電池單元實(shí)際上充電至其最大電平。

因此，該條件和該情況下用于平衡缺乏電荷的電池單元的高充電電流的施加導(dǎo)致所述單元過(guò)熱，這會(huì)在極限情況下導(dǎo)致這些單元爆炸。

最后，高強(qiáng)度充電電流的施加加速了電池單元的老化，因此降低了其性能。

此外，在較高功率的應(yīng)用中，電池的再充電時(shí)間(尤其是對(duì)于完全再充電)很長(zhǎng)，甚至非常長(zhǎng)。因此，經(jīng)常發(fā)生放電的兩個(gè)階段之間的有效充電時(shí)間太短而不能夠終止充電操作的情況，因此盡管尚未補(bǔ)償單元或電池單元之間的不平衡，充電也中斷了(在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，平衡系統(tǒng)出現(xiàn)在充電結(jié)束處的情況下)。這些現(xiàn)象的重復(fù)導(dǎo)致所述電池的性能快速下降。

發(fā)明內(nèi)容