锂离子电池充电控制的制作方法
【技术领域】
[0001] 本文公开的主题通常涉及用于一个或多个电化学电池的技术。
【背景技术】
[0002] 电化学电池包括，例如锂离子电池。这种电池能够被重复地充电和放电。锂离子 电池的容量可能随着时间的推移而减小。本文描述的各种技术和方法涉及包括例如锂离子 充电控制的电化学电池。
【发明内容】
[0003] -种方法，可以包括：接收锂离子电池的负电极的电位值；以及对于锂离子电池 的电池充电过程，至少部分地基于负电极的电位值调整恒定电压阶段的电压。还公开了各 种其他的装置、系统、方法等。
【附图说明】
[0004] 通过参照下面结合附图的示例进行的描述时，所描述的实现方式的特征和优点将 变得更容易理解。
[0005] 图1是管理电路系统、给一个或多个锂离子电池充电的充电阶段、电位图以及方 法的图；
[0006] 图2是方法的示例的图；
[0007] 图3是装置的示例和电源电池电路系统的示例的图；
[0008] 图4是智能蓄电池系统的示例和智能蓄电池的示例的图；
[0009] 图5是智能蓄电池电路系统的示例的图；
[0010] 图6是系统的部件的布置的示例的图；
[0011] 图7是系统的部件的布置以及其相互作用的示例的图；
[0012] 图8是包括具有E⑶、电池组以及电动机和发电机的系统的车辆的示例的图；
[0013] 图9是包括一个或多个参考电极的电池的示例的图；
[0014] 图10是与控制方法相关的示例平面图的图；以及
[0015] 图11是包括一个或多个处理器的系统的示例的图。
【具体实施方式】
[0016] 下面的描述包括目前预期的用于实现所述实现方式的最佳方式。该描述不作为限 制意义，而在于仅作为描述各种实现方式的一般原则的目的。本发明的范围应参照授权的 权利要求来确定。
[0017] 图1示出了用于管理一个或多个电化学电池112的充电的管理电路系统110的示 例、示例充电阶段图120、方法130的示例以及示例电位图160。
[0018] 如图1中所示，管理电路系统110包括具有10个管脚的集成电路。管脚可以包 括充电电流感应输入、蓄电池管理输入电源、充电状态输出、逻辑使能、电池温度传感器偏 置、电池温度传感器输入、定时器设置、电池管理OV参考、电池电压感应、以及驱动输出。关 于保护特征，电池温度传感器偏置可以提供电压参考以偏置外部的热敏电阻以用于连续电 池温度监测和资格预审，同时电池温度传感器输入特征可以提供输入给外部的热敏电阻以 用于连续电池温度监测和资格预审(可选地可以通过施加设置电压禁用），以及安全定时器 (例如预处理、快速充电、耗用时间终止等河以通过电容器调节。温度感测电路可以具有自 己的参考以使得其对电源电压输入中的波动不受影响(例如，当没有施加电源时温度感测 电路被从系统中移除的情况下，消除了 一个或多个电池的额外放电)。
[0019] 对于逻辑，逻辑使能特征可以提供输入，例如强制充电终止、启动充电、清除故障 或禁用自动再充电。例如，逻辑使能输入管脚（EN)可以提供特征以在充电周期、启动充电 周期或启动再充电周期期间随时终止充电。逻辑输入(例如高或低)可以表示充电周期的终 止。
[0020] 图1中还示出充电阶段图120的示例，作为一个示例，其表示充电如何可以包括预 处理（PC)阶段，恒定电流（CC)阶段和恒定电压（CV)阶段。
[0021] 电池电压感应功能(例如部分地通过标识为"VMll"的管脚实现）能够在例如与基 于电池的负极端子(如图，例如标识为Vss的管脚）的参考相对的电池的正极端子(例如具有 焦炭或石墨阳极的单系列电池组、双系列电池组等）处提供监测电压。因此，管理电路系统 110能够测量作为阴极电位（Vcattode，如施加在管脚Vrell上）和阳极电位（Vanmte，如施加在管 脚Vss上)之间的差的电压(例如AV)。如对于方法130所阐述的，特定的电压（AVmj河以 是对于AV的限制。在图1的示例中，如果施加在管脚Vss上的阳极电位（Vanmte)变化，那么 管理电路系统110和方法130不包括用于调整AVkk或者调整Vrall的测量结果或AV的机 制。例如，如果施加在管脚Vss上的阳极电位（V_de)增大，那么开始恒定电压（CV)阶段所 需要的施加在管脚Vrell上的阴极电位（Vcattode)也可能会增大，可能达到超过阴极上限的电 位。
[0022] 作为示例，管理电路系统110可以独立操作或者连同一个或多个其他电路(例 如主机控制器等）一起操作。管理电路系统可以施加恒定电流接着是恒定电压以给一个 或多个电池充电。作为示例，充电器电路系统可以包括MPC7384X系列芯片（Microchip Technology,Inc.，亚利桑那州钱德勒），这在题为"AdvancedSingleorDualCell Lithium-Ion/Lithium-PolymerChargeManagementControllers，'(Microchip Technology,Inc.，2004)的文件中有所描述，在此通过引用合并到本申请中。正如此处描述 的，术语"锂离子电池"包括，例如，"锂聚合物"和"锂离子聚合物"。管理电路系统可以设 置有蓄电池、封装件、装置、作为专用电源电路系统的一部分(例如蓄电池充电器）等。
[0023] 管理电路系统可以被配置为在不同程度上管理荷电状态（SOC)失配和容量/能量 (C/E);应注意随着电池数量和负载电流的增加，失配的电位也增大。尽管SOC可能更常见， 但是每种类型的失配问题可能将电池组的容量(mA?h)限制到最弱的电池的容量。
[0024] 在图1的示例中，电池112可以包括如聚环氧乙烷或聚丙烯腈的含有锂盐的高 分子复合材料。这样的一个或多个电池可以被称作锂离子蓄电池或锂离子聚合物蓄电池 或锂聚合物蓄电池(例如"LiPo蓄电池"或"LiPo电池")。LiPo电池有时被称为层压电池 (laminatecell)，根据其预期用途可以被配置的非常薄或相当大。一个或多个LiPo电池 可以被包在有弹性的铝箔复合袋(例如具有大约0.Imm量级的厚度）中。LiPo电池可以包 括在平面夹层中（例如由长度、宽度和高度尺寸定义）堆叠电极和电解质材料而形成的堆叠 结构。堆叠层可以以平展的，滚制的或其他配置被封装在封装件(例如成袋状的封装件130) 中。LiPo电池容量可以包括在例如约50mA*hrs(例如对于如用于蓝牙耳机的小电池）至 用于电动车辆(例如电动或混合动力）的约IOA?hrs或更大范围内的容量。
[0025] 对于锂离子电池的功能，在放电期间锂离子从负电极移动到正电极，并且当被充 电时反方向移动。作为示例，LiPo电池可以包括聚乙烯（PE)、聚丙烯（PP)、PP/PE、或其他 材料作为隔板。一些LiPo电池包括含有电解质溶液的聚合物凝胶，其被涂覆在电极的表面 上。对于LiPo电池，密堆积可以允许高密度。
[0026] 对于锂离子电池，当电池电压下降到低值(例如约I. 5V)时，在阳极的反应能产生 气体(例如过放电或"0D")。如果电压继续下降(例如在约IV以下)，那么铜基阳极电流集电 器的铜能够开始熔解并且可以短路电池。当电池电压增大到高值(例如约4. 6V)时，由于电 解质可以开始分解，所以可以在阴极发生放气(例如过充电或"0C")。作为示例，可以将一个 或多个锂离子电池连接到外部热保险丝以用于过充电保护(例如除通过管理电路系统控制 以外)。对于电位图160,其示出了在充电结束电压（AV-CE)和放电结束电压（AV-DE)之 间存在的正常的操作范围。在图1的示例中，正常操作范围位于过充电区域（OC)和过放电 区域（OD)之间。正如所提到的，在这些区域中的任一区域中可以发生损坏。
[0027] 对于图1的示例方法130,例如方法130涉及使用如管理电路系统110的电路系统 给一个或多个如电池112的锂离子电池进行再充电并且如充电阶段图120完成充电阶段。
[0028] 如图1中所示，方法130在用于开始一个或多个电池的再充电的开始方块132中 开始。开始方块132块定义发起预处理（PC)阶段以及，在此之后的恒定电流（CC)阶段。监 测方块136接着用于监测在恒定电流（CC)阶段期间的一个或多个电池的电压。判定方块 140依赖于监测的电压与特定的电压（AVkk)进行比较。判定方块140提供关于再充电过 程应当何时终止恒定电流（CC)阶段并且开始恒定电压（CV)阶段的判定。
[0029] 判定方块140可以从用于存储一个或多个特定电压（AVKEe)的值的一个或多个存 储寄存器138中接收特定电压（AVkk)的值。在图1的示例中，一个或多个存储寄存器138 可以存储如4. 1V、4. 2V、8. 2V、8. 4V等(例如作为一个或多个预设电压调节选项)的值。存储 在一个或多个存储寄存器138中的一个值或多个值可以取决于一个电池或多个电池的特 征或电池数量(例如其中n=2，n*4.IV提供8. 2V的值)。在图1的示例中，特定的值（AVkes) 可以基于特定的锂离子电池(或多个电池）在充电期间能达到的最大电压以防止在正电极 处的过充电副反应和在正电极处的材料相变。正如一些示例，考虑具有约4. 2V的最大的操 作电位的LiCoO2阴极材料以及具有约4. 3V的最大的操作电位的LiMnO4阴极材料。
[0030] 在图1的示例中，管理电路系统110可以参考相对于规定为OV参考电位的管理电 路参考电位（Vss)的所有输入和输出。在电路系统110中，管脚中的一个标识为Vss的管脚电 连接到一个或多个电池112的"负极"电极。具体地，管脚与一个或多个电池112的一个或 多个阳极电连接。因此，在方法130中，测量相对于负电极(S卩，一个或多个电池112的一个 或多个阳极(例如施加在标识为Vss的管脚上)）的由监测方块136监测(例如在标识为Veell 的管脚处）的电压。这种方法依赖于一个或多个电池112的一个或多个负电极（即，阳极） (例如Vss)具有近似OV的电位并且保持在接近OV的假设。在这种假设下，当Veell-Vss=AVkec 时，可以达到判定方块140的条件。然而，如果一个或多个电池112发生变化，阳极的电位 可能不再保持恒定。例如，如果阳极的电位增大，那么在管理电路系统110的标识为Vss的 管脚处的电位也会增大。在这种条件下，满足由AVkk指定的标准，阴极的电位必须比施加 到管理电路系统110的标识为Vrall的管脚的电位要高。根据在阳极的电位中增加的量，阴 极的电位可能会超过为阴极推荐的上限。
[0031] 如图1中的示例所示，当判定方块140判定被监测的电压(例如AV=Veell-Vss)等于 特定的电压（AVkk)时，方法130继续到开始方块144以开始恒定电压（CV)阶段。
[0032] 对于恒定电压（CV)阶段，方法130继续在监测方块148中以监测充电电流，如充 电阶段图120中所示充电电流可能随着时间而下降。如图所示，当恒定电压（CV)阶段终止 时另一判定方块152提供判定。例如，存储寄存器