[发明专利]经调制的脉冲充电

说明书

公开了电池的脉冲充电，即，使用频率调制改变充电脉冲的脉冲周期。可以进行电池测量而确定充电脉冲的占空比。

相关申请的交叉引用

根据美国专利法第35章第119(e)节，本申请有权利要求提交日期为2016年7月10日提交的美国临时申请号62/360,432的权益，出于所有之目的，通过引用将其全部内容结合在此。

背景技术

“电池”或电池组可以包括若干电池单元。电池单元通常包括容纳电池单元的部件的壳体。电池单元可以包括浸没在合适的电解液中的阳极(负极)。阳极可以包括诸如多孔碳颗粒等任意合适的化合物；例如，布置在薄板中的石墨颗粒。电池单元可以进一步包括浸没在电解液中的阴极。阴极可以包括诸如氧化钴(CoO₂)颗粒等任意合适的金属氧化物化合物。

例如，当跨接负载连接电池时，电池放电。在放电过程中，离子(例如，锂离子)通过电解液从负极流至正极。电子通过负载从负极流至正极。锂离子与电子在正极处结合。当对于跨接单元所施加的给定放电电势，无更多的Li离子流经时，电池可以被视为完全放电。

在充电过程中，锂离子通过电解液从正极流至负极。电子在从正极至负极的方向上流过外部充电器。电子与锂离子在负极处结合并且沉积于此。当对于跨接单元所施加的给定充电电势，无更多的Li离子流经时，电池可以被视为完全充电并且备于使用。

附图说明

关于下面并且具体关于附图的讨论，强调了所示的细节代表示出于示意性讨论之目的的示例，并且为了提供本公开的原理和构思方面的描述而提供所示的细节。鉴于此，未做出显示除本公开的基本理解所需的内容之外的实现细节的任何尝试。结合附图的下列讨论使得本领域技术人员可以显而易见获知如何可以实践根据本公开的实施方式。在各个附图与支持性描述中，可以使用类似或相同的参考标号标示或通过其他方式指示相似或相同的元件。在所附附图中：

图1示出了根据本公开的电池充电电路。

图2A和图2B示出了测量电路的示例。

图3示出了根据本公开的脉冲充电的波形。

图4A、图4B、以及图4C示出了频率调制波形的示例。

图5示出了根据本公开的用于确定充电脉冲的占空比的细节。

图6示出了根据本公开的用于检测流过电池的电流的变化的细节。

图7示出了根据本公开的用于频率调制充电的控制器的处理。

图8和图9示出了根据本公开的脉冲宽度调制。

图10示出了根据本公开的用于脉冲宽度调制充电的控制器的处理。

具体实施方式

在电池单元的充电过程中，电荷可以积聚在电池单元中。电池单元包括耗散(放电)所累积的电荷能量的多个机构。耗散机构基本分布在电池单元内。认为，耗散机构转移能量(电荷)，以驱动负极材料、周围电解液及锂离子的电化学反应，从而将负极中的锂离子重新分布至正极。因此，可以将存储的能量转化成离子存储形式，诸如，锂离子从负端子至正端子的重新分布等。

可以以不同的速率进行电荷耗散。电池中的累积电荷的局部电平、耗散机构的局部性质等可以限定并且影响放电速率。由于这种差异，耗散时间可以因电池单元的区域不同而变化。这些耗散机构允许存储的能量同时放电。由此，最长的耗散时间应为使得存储能量耗散成化学形式的足够时间。据观察，耗散时间通常在0.1ms与100ms之间的范围内。

本公开提供了用于对电池进行脉冲充电的电路和技术。根据本公开的脉冲充电考虑了电池单元内发生的上述实时电化学和宏观动力学过程。这包括在锂离子嵌入和脱嵌过程中电极材料的弹性变形和机械阻抗变化的进展。在实时计算中，可以使用电池单元化学的模型，并且可以以微秒级实时地控制电流突发(脉冲)。