鋰離子電池充電控制的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本文公開的主題通常涉及用于一個或多個電化學(xué)電池的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 電化學(xué)電池包括，例如鋰離子電池。這種電池能夠被重復(fù)地充電和放電。鋰離子 電池的容量可能隨著時間的推移而減小。本文描述的各種技術(shù)和方法涉及包括例如鋰離子 充電控制的電化學(xué)電池。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] -種方法，可以包括：接收鋰離子電池的負(fù)電極的電位值；以及對于鋰離子電池 的電池充電過程，至少部分地基于負(fù)電極的電位值調(diào)整恒定電壓階段的電壓。還公開了各 種其他的裝置、系統(tǒng)、方法等。
【附圖說明】
[0004] 通過參照下面結(jié)合附圖的示例進(jìn)行的描述時，所描述的實(shí)現(xiàn)方式的特征和優(yōu)點(diǎn)將 變得更容易理解。
[0005] 圖1是管理電路系統(tǒng)、給一個或多個鋰離子電池充電的充電階段、電位圖以及方 法的圖；
[0006] 圖2是方法的示例的圖；
[0007] 圖3是裝置的示例和電源電池電路系統(tǒng)的示例的圖；
[0008] 圖4是智能蓄電池系統(tǒng)的示例和智能蓄電池的示例的圖；
[0009] 圖5是智能蓄電池電路系統(tǒng)的示例的圖；
[0010] 圖6是系統(tǒng)的部件的布置的示例的圖；
[0011] 圖7是系統(tǒng)的部件的布置以及其相互作用的示例的圖；
[0012] 圖8是包括具有E⑶、電池組以及電動機(jī)和發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)的車輛的示例的圖；
[0013] 圖9是包括一個或多個參考電極的電池的示例的圖；
[0014] 圖10是與控制方法相關(guān)的示例平面圖的圖；以及
[0015] 圖11是包括一個或多個處理器的系統(tǒng)的示例的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面的描述包括目前預(yù)期的用于實(shí)現(xiàn)所述實(shí)現(xiàn)方式的最佳方式。該描述不作為限 制意義，而在于僅作為描述各種實(shí)現(xiàn)方式的一般原則的目的。本發(fā)明的范圍應(yīng)參照授權(quán)的 權(quán)利要求來確定。
[0017] 圖1示出了用于管理一個或多個電化學(xué)電池112的充電的管理電路系統(tǒng)110的示 例、示例充電階段圖120、方法130的示例以及示例電位圖160。
[0018] 如圖1中所示，管理電路系統(tǒng)110包括具有10個管腳的集成電路。管腳可以包 括充電電流感應(yīng)輸入、蓄電池管理輸入電源、充電狀態(tài)輸出、邏輯使能、電池溫度傳感器偏 置、電池溫度傳感器輸入、定時器設(shè)置、電池管理OV參考、電池電壓感應(yīng)、以及驅(qū)動輸出。關(guān) 于保護(hù)特征，電池溫度傳感器偏置可以提供電壓參考以偏置外部的熱敏電阻以用于連續(xù)電 池溫度監(jiān)測和資格預(yù)審，同時電池溫度傳感器輸入特征可以提供輸入給外部的熱敏電阻以 用于連續(xù)電池溫度監(jiān)測和資格預(yù)審(可選地可以通過施加設(shè)置電壓禁用），以及安全定時器 (例如預(yù)處理、快速充電、耗用時間終止等河以通過電容器調(diào)節(jié)。溫度感測電路可以具有自 己的參考以使得其對電源電壓輸入中的波動不受影響(例如，當(dāng)沒有施加電源時溫度感測 電路被從系統(tǒng)中移除的情況下，消除了 一個或多個電池的額外放電)。
[0019] 對于邏輯，邏輯使能特征可以提供輸入，例如強(qiáng)制充電終止、啟動充電、清除故障 或禁用自動再充電。例如，邏輯使能輸入管腳（EN)可以提供特征以在充電周期、啟動充電 周期或啟動再充電周期期間隨時終止充電。邏輯輸入(例如高或低)可以表示充電周期的終 止。
[0020] 圖1中還示出充電階段圖120的示例，作為一個示例，其表示充電如何可以包括預(yù) 處理（PC)階段，恒定電流（CC)階段和恒定電壓（CV)階段。
[0021] 電池電壓感應(yīng)功能(例如部分地通過標(biāo)識為"VMll"的管腳實(shí)現(xiàn)）能夠在例如與基 于電池的負(fù)極端子(如圖，例如標(biāo)識為Vss的管腳）的參考相對的電池的正極端子(例如具有 焦炭或石墨陽極的單系列電池組、雙系列電池組等）處提供監(jiān)測電壓。因此，管理電路系統(tǒng) 110能夠測量作為陰極電位（Vcattode，如施加在管腳Vrell上）和陽極電位（Vanmte，如施加在管 腳Vss上)之間的差的電壓(例如AV)。如對于方法130所闡述的，特定的電壓（AVmj河以 是對于AV的限制。在圖1的示例中，如果施加在管腳Vss上的陽極電位（Vanmte)變化，那么 管理電路系統(tǒng)110和方法130不包括用于調(diào)整AVkk或者調(diào)整Vrall的測量結(jié)果或AV的機(jī) 制。例如，如果施加在管腳Vss上的陽極電位（V_de)增大，那么開始恒定電壓（CV)階段所 需要的施加在管腳Vrell上的陰極電位（Vcattode)也可能會增大，可能達(dá)到超過陰極上限的電 位。
[0022] 作為示例，管理電路系統(tǒng)110可以獨(dú)立操作或者連同一個或多個其他電路(例 如主機(jī)控制器等）一起操作。管理電路系統(tǒng)可以施加恒定電流接著是恒定電壓以給一個 或多個電池充電。作為示例，充電器電路系統(tǒng)可以包括MPC7384X系列芯片（Microchip Technology,Inc.，亞利桑那州錢德勒），這在題為"AdvancedSingleorDualCell Lithium-Ion/Lithium-PolymerChargeManagementControllers，'(Microchip Technology,Inc.，2004)的文件中有所描述，在此通過引用合并到本申請中。正如此處描述 的，術(shù)語"鋰離子電池"包括，例如，"鋰聚合物"和"鋰離子聚合物"。管理電路系統(tǒng)可以設(shè) 置有蓄電池、封裝件、裝置、作為專用電源電路系統(tǒng)的一部分(例如蓄電池充電器）等。
[0023] 管理電路系統(tǒng)可以被配置為在不同程度上管理荷電狀態(tài)（SOC)失配和容量/能量 (C/E);應(yīng)注意隨著電池數(shù)量和負(fù)載電流的增加，失配的電位也增大。盡管SOC可能更常見， 但是每種類型的失配問題可能將電池組的容量(mA?h)限制到最弱的電池的容量。
[0024] 在圖1的示例中，電池112可以包括如聚環(huán)氧乙烷或聚丙烯腈的含有鋰鹽的高 分子復(fù)合材料。這樣的一個或多個電池可以被稱作鋰離子蓄電池或鋰離子聚合物蓄電池 或鋰聚合物蓄電池(例如"LiPo蓄電池"或"LiPo電池")。LiPo電池有時被稱為層壓電池 (laminatecell)，根據(jù)其預(yù)期用途可以被配置的非常薄或相當(dāng)大。一個或多個LiPo電池 可以被包在有彈性的鋁箔復(fù)合袋(例如具有大約0.Imm量級的厚度）中。LiPo電池可以包 括在平面夾層中（例如由長度、寬度和高度尺寸定義）堆疊電極和電解質(zhì)材料而形成的堆疊 結(jié)構(gòu)。堆疊層可以以平展的，滾制的或其他配置被封裝在封裝件(例如成袋狀的封裝件130) 中。LiPo電池容量可以包括在例如約50mA*hrs(例如對于如用于藍(lán)牙耳機(jī)的小電池）至 用于電動車輛(例如電動或混合動力）的約IOA?hrs或更大范圍內(nèi)的容量。
[0025] 對于鋰離子電池的功能，在放電期間鋰離子從負(fù)電極移動到正電極，并且當(dāng)被充 電時反方向移動。作為示例，LiPo電池可以包括聚乙烯（PE)、聚丙烯（PP)、PP/PE、或其他 材料作為隔板。一些LiPo電池包括含有電解質(zhì)溶液的聚合物凝膠，其被涂覆在電極的表面 上。對于LiPo電池，密堆積可以允許高密度。
[0026] 對于鋰離子電池，當(dāng)電池電壓下降到低值(例如約I. 5V)時，在陽極的反應(yīng)能產(chǎn)生 氣體(例如過放電或"0D")。如果電壓繼續(xù)下降(例如在約IV以下)，那么銅基陽極電流集電 器的銅能夠開始熔解并且可以短路電池。當(dāng)電池電壓增大到高值(例如約4. 6V)時，由于電 解質(zhì)可以開始分解，所以可以在陰極發(fā)生放氣(例如過充電或"0C")。作為示例，可以將一個 或多個鋰離子電池連接到外部熱保險絲以用于過充電保護(hù)(例如除通過管理電路系統(tǒng)控制 以外)。對于電位圖160,其示出了在充電結(jié)束電壓（AV-CE)和放電結(jié)束電壓（AV-DE)之 間存在的正常的操作范圍。在圖1的示例中，正常操作范圍位于過充電區(qū)域（OC)和過放電 區(qū)域（OD)之間。正如所提到的，在這些區(qū)域中的任一區(qū)域中可以發(fā)生損壞。
[0027] 對于圖1的示例方法130,例如方法130涉及使用如管理電路系統(tǒng)110的電路系統(tǒng) 給一個或多個如電池112的鋰離子電池進(jìn)行再充電并且如充電階段圖120完成充電階段。
[0028] 如圖1中所示，方法130在用于開始一個或多個電池的再充電的開始方塊132中 開始。開始方塊132塊定義發(fā)起預(yù)處理（PC)階段以及，在此之后的恒定電流（CC)階段。監(jiān) 測方塊136接著用于監(jiān)測在恒定電流（CC)階段期間的一個或多個電池的電壓。判定方塊 140依賴于監(jiān)測的電壓與特定的電壓（AVkk)進(jìn)行比較。判定方塊140提供關(guān)于再充電過 程應(yīng)當(dāng)何時終止恒定電流（CC)階段并且開始恒定電壓（CV)階段的判定。
[0029] 判定方塊140可以從用于存儲一個或多個特定電壓（AVKEe)的值的一個或多個存 儲寄存器138中接收特定電壓（AVkk)的值。在圖1的示例中，一個或多個存儲寄存器138 可以存儲如4. 1V、4. 2V、8. 2V、8. 4V等(例如作為一個或多個預(yù)設(shè)電壓調(diào)節(jié)選項(xiàng))的值。存儲 在一個或多個存儲寄存器138中的一個值或多個值可以取決于一個電池或多個電池的特 征或電池數(shù)量(例如其中n=2，n*4.IV提供8. 2V的值)。在圖1的示例中，特定的值（AVkes) 可以基于特定的鋰離子電池(或多個電池）在充電期間能達(dá)到的最大電壓以防止在正電極 處的過充電副反應(yīng)和在正電極處的材料相變。正如一些示例，考慮具有約4. 2V的最大的操 作電位的LiCoO2陰極材料以及具有約4. 3V的最大的操作電位的LiMnO4陰極材料。
[0030] 在圖1的示例中，管理電路系統(tǒng)110可以參考相對于規(guī)定為OV參考電位的管理電 路參考電位（Vss)的所有輸入和輸出。在電路系統(tǒng)110中，管腳中的一個標(biāo)識為Vss的管腳電 連接到一個或多個電池112的"負(fù)極"電極。具體地，管腳與一個或多個電池112的一個或 多個陽極電連接。因此，在方法130中，測量相對于負(fù)電極(S卩，一個或多個電池112的一個 或多個陽極(例如施加在標(biāo)識為Vss的管腳上)）的由監(jiān)測方塊136監(jiān)測(例如在標(biāo)識為Veell 的管腳處）的電壓。這種方法依賴于一個或多個電池112的一個或多個負(fù)電極（即，陽極） (例如Vss)具有近似OV的電位并且保持在接近OV的假設(shè)。在這種假設(shè)下，當(dāng)Veell-Vss=AVkec 時，可以達(dá)到判定方塊140的條件。然而，如果一個或多個電池112發(fā)生變化，陽極的電位 可能不再保持恒定。例如，如果陽極的電位增大，那么在管理電路系統(tǒng)110的標(biāo)識為Vss的 管腳處的電位也會增大。在這種條件下，滿足由AVkk指定的標(biāo)準(zhǔn)，陰極的電位必須比施加 到管理電路系統(tǒng)110的標(biāo)識為Vrall的管腳的電位要高。根據(jù)在陽極的電位中增加的量，陰 極的電位可能會超過為陰極推薦的上限。
[0031] 如圖1中的示例所示，當(dāng)判定方塊140判定被監(jiān)測的電壓(例如AV=Veell-Vss)等于 特定的電壓（AVkk)時，方法130繼續(xù)到開始方塊144以開始恒定電壓（CV)階段。
[0032] 對于恒定電壓（CV)階段，方法130繼續(xù)在監(jiān)測方塊148中以監(jiān)測充電電流，如充 電階段圖120中所示充電電流可能隨著時間而下降。如圖所示，當(dāng)恒定電壓（CV)階段終止 時另一判定方塊152提供判定。例如，存儲寄存器