[发明专利]用于组合电池芯和组合电池芯系统的充电方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于组合电池芯和组合电池芯系统的充电方法，该组合电池芯包括串联连接的多个蓄电池。

背景技术

高能量密度的蓄电池已广泛用作用于诸如便携式电话和笔记本个人电脑的小的信息装备的电源。蓄电池通常串联连接，其数量与目标设备所需的电压以及电流相对应，或通常用作组合电池芯，其中它们串联或并联连接。因为前述小的信息装备的电源电压约为数V至10V，所以组合电池芯中的串联连接的数量为1至3。

另一方面，近些年，将蓄电池用于需要高功率或高电压的目的和用于信息装备的电源的应用得到了迅速的扩张，需要高功率或高电压的应用诸如是家庭电气器具、电动工具(power tool)、助力自行车以及混合动力车辆(hybrid electric vehicle)。与之相伴的是，组合电池芯中串联连接的数量增大了，并且串联连接10个或更多电池不罕见。

串联连接电池的突出问题是单独的电池(称作电池芯)之间的波动。波动包括例如电容量波动、阻抗波动、以及充电状态(SOC)波动。可能导致这些波动的错误的波动是电压波动，其是SOC波动之一。

如果具有不同电容量的电池串联连接，或多个电池在不同的SOC下连接，则在组合电池满充的状态下，生成了电压比平均电压高的电池芯或电压比平均电压低的电池芯。具有较高电压的电池芯变成过度充电状态，由此加强了退化。如果重复充电，则由于过度充电而加强了退化的电池芯具有减小的电容量，使得过度充电更进一步，由此加速了退化。结果，与电池芯的使用寿命相比，组合电池的循环使用寿命被极度缩短。

因此，要求组合电池芯使用保护电路来控制其电池芯不被过度充电。与过度充电一样，优选地，控制组合电池芯的所有电池芯不处于关于诸如过度放电和过热(overheating)的其它电池异常的异常范围内。

附带地，作为用于非水电解质蓄电池中的充电控制方法，通常使用恒流恒压型方法。根据恒流恒压型方法，执行恒流充电，直到电池达到满充电压，其后，执行恒压充电，电池电压维持于某一设定电压。根据恒流恒压型方法，当对电池芯充电时，电池芯电压决不会达到过度充电区。即使通过增大充电电流来执行快速充电，虽然达到满充电压所需的时间缩短了，但是不会达到更高电压。

另一方面，如果根据恒流恒压方法对组合电池芯进行充电，则产生前述电压波动。当对充电电源执行反馈控制时，通常，在恒压充电下，组合电池芯的电压被控制为恒定。因此，在具有低电压的电池芯和具有高电压的电池芯串联连接的任何组合电池芯中，具有高电压的电池芯达到过度充电区。

理想地，如果能够对组合电池芯的所有电池芯执行恒压充电控制，则由于电压波动的过度充电问题决不会发生。然而，为了对组合电池芯的所有电池芯的电压执行恒压充电，需要在反馈环中采取如下复杂的处理，以控制充电电源：(i)测量所有电池芯的电压；(ii)通过比较各电池芯电压来选择最高电池芯电压；(iii)将最高电池芯电压与参考电压进行比较；以及(iv)基于(iii)的比较结果控制充电电源的输出电压。即使能够在反馈环中采用该处理，就响应速度、稳定性、以及对诸如噪声的干扰的抵抗力来说，反馈环也具有多个不稳定因素。因此，存在可靠性问题，且随着组合电池芯中串联连接的电池芯的数量增大，电路配置变得复杂，就成本和尺寸来说，这是不利的。

在大多数应用的组合电池芯系统中，提供分开的组合电池芯和充电器，且组合电池芯和充电器仅在充电时相连接。然而，包含关于所有电池芯电压的信息的复杂反馈信息不能在组合电池芯和充电器之间容易地传输。

被重新充电的电池芯之间的电压波动随电池芯之间的SOC波动增大而增大，或者电池芯的电压相对于满充附近的SOC的改变率增大，或充电电流增大。因此，如果企图对由电池芯构成的组合电池进行快速充电，该电池芯具有容许电池芯电压在重新充电的结束期陡峭上升的特性，则特别是那些问题会变得突出。因为通常，组合电池芯具有关于电池芯之间的电压波动的问题，所以在比电池芯的满充电压高的电压侧设定充电禁止电池芯电压。然而，如果电池芯间的电压波动增大，则在重新充电期间，电池芯的部分超越充电禁止电池芯电压，使得有些时候，充电中途停止。