用于电池组电荷平衡的系统和方法与流程

本发明的实施例大体上涉及用于对互连以形成电池组的电池电芯充电或放电的系统和方法，并且更具体地涉及生成高效充电或放电信号以实现电池组的电芯之间的平衡充电和/或平衡容量。

背景技术：

1、许多电动装置，例如电动工具、真空装置、任何数目个不同便携式电子装置和电动车辆等，使用可再充电电池作为操作电源。可再充电电池受到有限电池容量的限制且在耗尽后必须再充电。对电池再充电可能不方便，因为供电装置必须通常在对电池再充电所需的时间期间静止。在车辆的情况下，对高容量电池组再充电可能花费几小时。因而，已投入大量精力开发用于减少对电池再充电所需的时间的快速充电技术。然而，快速再充电系统通常为低效的，而较低速率的再充电系统会延长再充电操作，从而破坏了快速恢复服务的基本目标。

2、除上述缺点之外，许多可再充电电池还包含以串联和/或并联的某一组合连接以形成电池组的多个个别电芯。例如，可再充电电芯群组可串联连接以形成电池组，可再充电电芯群组可并联连接以形成电池组，一些可再充电电芯可串联连接以形成群组或模块，所述群组或模块随后并联连接以形成电池组，等等。无论电芯的互连如何，电池组的再充电通常包含提供分配给电芯的互连的充电信号。然而，由于电池组的电芯的物理和/或化学特性的变化，电芯的电荷可能因各种可能原因而变得不平衡，所述可能原因包含初始容量差异和不均匀的充电和放电，可能还包含充电过度和放电过度。电芯在制造时可能仅由于公差误差、制造方差、化学成分差异和制造时电芯之间的其它差异而具有容量变化。电芯还可能在充电循环期间因任何数目个原因而以不同方式改变，所述原因包含热量差异、电荷分配差异以及放电差异。因为电芯随时间和充电/放电循环推移而变得不平衡，所以差异可能导致进一步不平衡，例如来自充电过度或放电过度的电芯的进一步破坏所述电芯的进一步不平衡，可能根据所使用的充电和放电算法降低整个电池组的容量，并且具有其它有害影响。

3、正是考虑到这些观察结果，以及其它因素，本公开的各方面才得以构思和开发。

技术实现思路

1、本公开的一个方面涉及一种用于对电化学装置充电的方法。所述方法可包含以下操作：存取多个谐波分布，所述多个谐波分布各自指示包括布置在电化学组中的多个电化学电芯的多个电化学装置中的每一个的至少一个谐波与阻抗之间的关系，确定多个电化学电芯中的每一个的相对电荷值；以及基于多个电化学电芯中的每一个的相对电荷值而控制电化学组的电极处的能量信号，所述能量信号在与多个电化学电芯中的目标电化学电芯的最小阻抗值相关联的谐波下。

2、本公开的另一方面涉及一种电池组充电系统。所述系统可包含：充电信号整形电路，其与包括多个电化学电芯的电化学组通信；阻抗测量电路，其与电化学组通信以获得多个电化学电芯中的每一个的阻抗测量结果；以及控制器。控制器确定多个电化学电芯中的每一个的相对电荷值，基于多个电化学电芯中的每一个的相对电荷值而识别多个电化学电芯中的目标电化学电芯，以及基于与目标电化学电芯的最小阻抗值相关联的谐波而控制充电信号整形电路以整形用于目标电化学电芯的充电信号。

3、本公开的又一方面涉及一种用于电池组的平衡充电的方法。所述方法可包含以下操作：基于多个电化学电芯中的第一电芯的电荷的指示小于多个电化学电芯中的第二电芯的电荷的指示而获得第一电芯的最小阻抗值，以及将用于多个电化学电芯的充电信号整形为包含与第一电芯的最小阻抗值相关联的谐波，所述充电信号用于对第一电芯充电。

技术特征：

1.一种用于对电化学装置充电的方法，其包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个电化学电芯的至少一部分以串联连接方式连接。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个电化学电芯的至少一部分以并联连接方式连接。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述能量信号包括充电电流、放电电流、充电电压、放电电压、充电功率或放电功率中的一个。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述目标电化学电芯直接连接到所述电化学组的所述电极。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个电化学电芯中的至少一个其它电化学电芯连接在所述目标电化学电芯与所述电化学组的所述电极之间。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述能量信号的一部分由所述目标电化学电芯基于与所述目标阻抗值相关联的所述谐波来吸收以增加所述目标电化学电芯的所述相对电荷值。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述能量信号的一部分由所述目标电化学电芯基于与所述目标阻抗值相关联的所述谐波来吸收以减小所述目标电化学电芯的所述相对电荷值。

9.根据权利要求1所述的方法，其中控制所述能量信号使所述电化学装置的所述多个电化学电芯的所述相对电荷值平衡。

10.一种电池组充电系统，其包括：

11.根据权利要求10所述的电池组充电系统，其中所述谐波与所述电化学装置的目标实部阻抗值相关联。

12.根据权利要求10所述的电池组充电系统，其中所述谐波与所述电化学装置的目标虚部阻抗值相关联。

13.根据权利要求10所述的电池组充电系统，其中所述谐波与所述电化学装置的实部阻抗值和虚部阻抗值的组合相关联。

14.根据权利要求10所述的电池组充电系统，其中所述谐波与所述电化学装置的电抗相关联。

15.根据权利要求10所述的电池组充电系统，其中所述充电信号的一部分由所述目标电化学电芯基于与所述目标阻抗值相关联的所述谐波来吸收以增加所述目标电化学电芯的所述相对电荷值。

16.根据权利要求10所述的电池组充电系统，其中所述能量信号的一部分由所述目标电化学电芯基于与所述目标阻抗值相关联的所述谐波来吸收以减小所述目标电化学电芯的所述相对电荷值。

17.根据权利要求10所述的电池组充电系统，其进一步包括：

18.一种用于电池组的平衡充电的方法，所述方法包括：

19.根据权利要求18所述的方法，其进一步包括：

20.根据权利要求18所述的方法，其中所述多个电化学电芯中的所述第一电芯和所述第二电芯以串联连接方式连接。

21.根据权利要求18所述的方法，其中所述多个电化学电芯中的所述第一电芯和所述第二电芯以并联连接方式连接。

22.根据权利要求18所述的方法，其中整形所述充电信号包括：

23.根据权利要求18所述的方法，其中所述谐波与所述多个电化学电芯中的所述第一电芯的电抗相关联。

24.根据权利要求18所述的方法，其中所述多个电化学电芯中的所述第一电芯的所述电荷的所述指示对应于跨越所述第一电芯的所测量电压电位。

技术总结
本发明公开了一种用于对包括多个电池电芯的电池组充电(再充电)和放电的系统。所述系统可执行以下迭代过程：监测对应于所述电池组或所述电池组的电芯的最小阻抗值的频率，以及调整施加到所述电池组的充电能量信号。在一些例子中，分接头可设置在所述电池组内以监测对用于所述电池组的一个或多个电芯的所述充电能量信号的频率响应。在其它例子中，可迭代地监测所述电池组整体。此过程可维持跨越所述电池组的所述电芯的相对电荷平衡，减少对所述电池组再充电的时间，延长所述电池组的寿命，优化对所述电池组充电的电流的量，并且避免因各种低效率而损失的能量。

技术研发人员：丹尼尔·A·科诺普卡,约翰·理查·豪利特三世,杰佛瑞·J·霍特
受保护的技术使用者：英奥创公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4