[发明专利]基于实时电池特性的电池充电

说明书

本申请涉及基于实时电池特性的电池充电。具体地，电池充电电路可以产生脉冲充电电流以在充电期间对电池充电，可以在不断开来自电池的脉冲充电电流的情况下进行EIS测量。换句话说，脉冲充电电流可以用于两种用途，用于电池充电和用作EIS测量的驱动信号。EIS测量可用于改变脉冲充电电流的参数以改善电池寿命。在某些情况下，可以瞬间改变脉冲充电电流的参数用于进行EIS测量的目的，然后在进行适合电池充电的参数的测量之后恢复。

本申请是申请日为2017年04月10日的题为“基于实时电池特性的电池充电”的中国专利申请号201780034688.7的分案申请。

相关申请的引用

根据35U.S.C.§119(e)，本申请有权并要求申请日为2016年4月8日提交的美国临时申请号62/319,973的权益，其内容为了所有目的通过引用其全部内容并入本文。

根据35U.S.C.§119(e)，本申请有权并要求申请日为2017年1月23日提交的美国临时申请号62/449,445的权益，其内容为了所有目的通过引用其全部内容并入本文。

背景技术

电化学阻抗谱(EIS)用于测试可充电电池例如锂离子电池已有多年。EIS非常适合观察电极和电池动力学中的反应。在EIS中，测量在一系列频率范围内的电池阻抗。通过检查得到的频率响应曲线，可以显示电池的能量存储和耗散性能。例如，可以从电池的频率响应的奈奎斯特图估计如欧姆电阻和电荷转移电阻的阻抗参数。

可以使用EIS测量的其他参数涉及双层效应，其是在电极和电解质之间的界面处形成两个相反极性的层。存储在一侧的电荷相对于存储在另一侧的电荷在值上是相等的但符号相反。如果两相中的一相是液体，则存在溶剂化离子可以达到的最小距离。该最小距离的区域是所谓的亥姆霍兹平面。亥姆霍兹平面外部的区域称为外亥姆霍兹层。离子可以位于平面下方的距离处。该区域称为内亥姆霍兹层。EIS用于表征双层。将从这种表征中提取的参数与该现象的数学模型一起使用。电化学插入、嵌入和合金化是涉及内层的所有过程。

使用EIS可测量的另一组参数是在电池充电、放电期间改变的扩散和反应参数，并且还取决于电池寿命、健康状况和温度。用于参数化电化学系统的常用实验装置是循环伏安法和恒电流循环。在循环伏安法中，电位差以固定斜率连续变化，称为扫描速率。一旦达到最大或最小电位差，扫描速率就会改变符号。在此过程中，电流强度被记录为电位的函数，并且通常，形状取决于扫描速率。在恒电流循环实验中，施加电流强度并且恒定。电位将作为通过系统的总电荷的函数来测量。通常，该曲线的形状是电流强度的函数。一旦达到最大或最小电位差，电流强度就会改变符号。这种曲线的形状与反应机理、反应物从相的大部分到界面的输送以及产物在相反方向上的输送有关。

对于在电池循环期间使用的整个电位范围，电极材料必须在电池电解质中稳定，反之亦然。由于称为固体电解质界面(SEI)的保护层的形成，实现了这种稳定性。它可以是氧化/还原产物，在这种情况下它消耗电池的一部分电荷，或者通过使颗粒与电解质接触而形成的化学产物。SEI影响电极的动力学行为，循环期间消耗的不可逆电荷和循环寿命。

附图说明

关于随后的讨论，特别是附图，强调所示的细节代表用于说明性讨论目的的实例，并且为了提供本公开的原理和概念方面的描述而呈现。在这方面，没有试图示出超出对本公开的基本理解所需的实现细节。结合附图进行的讨论使得本领域技术人员明白如何实施根据本公开的实施方式。相似或相同的

附图标记可用于标识或以其他方式引用各种附图和支持描述中的相似或相同的元件。在附图中：

图1示出了根据本公开的实施方式的电池充电系统。

图2示出了根据本公开的实施方式的图1中所示的电池充电系统的变型。

图3示出了使用脉冲充电的根据本公开的实施方式的电池充电系统。

图4描绘了脉冲串的说明性实例。