[发明专利]电气化车辆电池的振动辅助充电

说明书

本公开涉及一种电气化车辆(301、401、501)，包括：电池组(303、403、503)，其适合于可连接到电源(311、411、511)进行充电，其中电池组包括多个蓄电池；振动发生装置(305、415、517)，其布置在电池组的外部，并且布置成当振动发生装置处于振动操作状态中时产生该多个蓄电池的振动；以及控制单元(307、407、507)，其中，控制单元配置成确保振动发生装置至少在电池组充电的持续时间中处于振动操作状态中；其中，振动发生装置布置成在处于主要操作状态时执行除了产生振动以外的功能。本公开还涉及一种为这样的电气化车辆的电池组充电的方法。

技术领域

本发明涉及一种布置成提供车辆电池的快速充电的电气化车辆。本发明还涉及一种在这种电气化车辆中为车辆电池充电的方法。

背景技术

车辆工业不断出现电气化趋势，部分原因是为了应对日益严格的尾气排放管理所带来的挑战。由于电动机越来越多地被用作车辆的主要推进系统，因此需要容量更大的电池，以提供更远的全电动范围或“电动自主(electrical autonomy)”。

限制更普遍地采用广泛电气化的车辆的一个因素是为容量较大的电池充电所需的时间。例如，使用家用充电器为插电式混合动力车辆完全充电通常需要几个小时。通过使用可以提供更高充电速率的特定充电基础设施，充电时间可以缩短。然而，可实现的充电速率(C率)不仅受限于基础设施的可用性，而且还受限于蓄电池中使用的化学成分，这从根本上限制了可实现的或最佳的充电速率。

现代混合动力或全电气化车辆通常使用锂离子电池。由于锂离子在电解液中的扩散速度太慢，导致在表面附近形成浓度梯度，因此使用高C率充电会消耗可插入电极表面附近的锂离子浓度。即使锂离子在电解质中大量存在，它们也不能进入电极上发生的氧化还原反应。对于大多数电化学电池，通过扩散进行的质量转移是电解质中最主要的过程。如果给予时间，随着新的锂离子扩散到电极表面，形成的浓度梯度消失，插入反应可以继续进行。

锂离子在电解液和活性材料中的缓慢扩散速度增加了电池中的不同极化(浓度、欧姆和活化)。这导致与充电期间的C率有关的电压下降，导致过电位和相关的电解质降解，或者简单地导致容量损失，因为将更早地达到截止电压。此外，在高C速率下长期充电会导致电池温度的增加，并相应地增加电池中与温度相关的降解过程。虽然本文相对于锂离子电池进行了描述，但在任何电化学电池中都可能出现类似的浓度梯度，从而导致类似的电池降解和不理想容量问题。

为解决这些问题，已经提出了一些方法。例如，混合充电协议是已知的，其中电池在短时间内快速充电，直到某种预定的充电状态(SOC)，然后以较慢的速度进一步充电。这种协议使浓度梯度有时间消失。

US 5436548描述了不同实施方式中的电池充电和放电系统。电池充电系统包括电源和用于使电池振动的构件。振动构件可以位于电池本身，也可以位于电池外部并与电源电连接。振动构件在充电期间使电池振动，以提高电池的可交付容量。在另一个实施方式中，描述了一种电池放电系统。在这里，电池在放电期间被振动，以提高可用容量。在电池放电系统中，振动源可以定位在电池封装本身中，或者在由电池供电的负载或电气设备中。

目前仍然需要改进车辆电池组的充电构件和方法。

发明内容