平衡锂离子或锂聚合物电池的充电的方法

专利名称：平衡锂离子或锂聚合物电池的充电的方法
技术领域：
本发明涉及可再充电电池的充电的领域，并且以随时间对锂离子 或锂聚合物电池的电池单元进行充电或平衡充电的方法作为其目的。
背景技术：
包括多个组成电池单元的电池的最佳充电提出了难以解决的问 题，尤其是在串联的单元或电池单元的数目较多时。
在锂离子或锂聚合物电池的情况下，除了不同单元或电池单元的 充电优化的问题，还增加了在过充(特别是由过热或过压所形成的过 充)情况下，所造成的上述单元难以弥补的受损可能。
一方面，众所周知在使用串联的锂离子或锂聚合物单元的电池 中，充电之后每一个单元或电池单元的电容量性能不同，并且这些差 异随着充电和放电周期而增长，直到电池的寿命结束为止。
另一方面，众所周知锂离子和锂聚合物电池不能够在充电时过
充，也不能够在使用(放电)时过放(undercharged作为示例而不 是限制，对于串联的锂离子和锂聚合物电池的每一个单元的过充，最 大残留电压值是4. 20伏特，以及用以停止放电从而避免电池受损的残 留电压是2. 70伏特。
正如我们所知，通常，对于每一个锂离子或锂聚合物单元或电池 单元，在单元或电池单元的端处的电压反映了存储在所述单元或电池 单元中的电容量。这种电压的指示没有给出安培/小时或瓦特/小时的 电容量精确值，而给出了在测量该电压时所述单元的电容量的百分比。
附图1示出了表示在锂离子单元的端处的电压相对于其电容量的 发展的曲线(在具有恒定电流的放电曲线的情况下，时间正比于存储 在所述锂离子单元中的电容量的百分比)，其中，0秒=〉95% (4.129
伏特)，6150秒=〉50% (3.760伏特)以及12300秒=〉0°/。 (3. 600伏特)。 需要注意，电容量曲线在快速下降之前的一大部分几乎是线性的。为 了控制锂离子单元或电池单元的充电和放电的操作，在几乎为线性的 部分中执行操作，这可以认为电压反映了电容量。
根据三个前述点中形成的指示，可以确认，在由多于三个或四个 串联的锂离子或锂聚合物单元组成的电池中，在最高充电单元达到 4.20伏特时，电池的充电将结束，或者相反地，在放电期间，在最小 电容量的单元达到2.70伏特时，放电停止因此，具有最小电容量的 单元将确定电池的整个电容量。这可以理解为，当电池具有大量串联 单元时，实际上可能并未使用所有电池电容量，因为最小电容量单元 以限制方式确定了电池的整个电容量。此外，该现象随着充电/放电周 期增加而愈加严重。
这种不平衡充电的现象本质上是由电池组成单元之间的电容量 差异和内部电阻引起的，这些差异是由锂离子或锂聚合物单元的生产 质量的不同而引起的。
为了优化电池电容量随时间的变化(这对于使用成本非常重要)， 必须通过在停止充电之前、实现电池的所有单元或所有电池单元的再 次平衡，来克服上述问题。这种平衡将允许所有单元的100%充电，无 论它们的电容量如何。
在现有技术应用中，这种平衡发生在充电结束处，导出(derive) 充电到100%的单元的充电电流，g口，当该单元达到4.20伏特时导出 充电电流。因此，各单元在达到4.20伏特时停止充电，因而可在充电 操作结束处获得所有单元的100%的充电。
然而，这种公知的在充电结束处的平衡技术具有明显的缺陷。
因此，这种平衡系统要求较大的电阻能够耗散随后的电流，并且 在充电电流仍然较大时，所需耗散更大，这是在电池单元非常不平衡 时出现的。
此外，这种极大耗散功率会产生随后的温度增高，这对于集成了 分流电阻的电池是很麻烦的。
此外，尽管在充电操作结束时注入较大充电电流，可能会发生在
达到充电结束条件时电池未平衡。
此外，应该注意，锂离子电池或锂聚合物电池在充电结束时可能 不安全，这是因为由于其本质和其所存储的能量的量，电池单元实际 上充电至其最大电平。
因此，该条件和该情况下用于平衡缺乏电荷的电池单元的高充电 电流的施加导致所述单元过热，这会在极限情况下导致这些单元爆炸。
最后，高强度充电电流的施加加速了电池单元的老化，因此降低 了其性能。
此外，在较高功率的应用中，电池的再充电时间(尤其是对于完 全再充电)很长，甚至非常长。因此，经常发生放电的两个阶段之间 的有效充电时间太短而不能够终止充电操作的情况，因此尽管尚未补 偿单元或电池单元之间的不平衡，充电也中断了 (在根据现有技术， 平衡系统出现在充电结束处的情况下)。这些现象的重复导致所述电池 的性能快速下降。

发明内容
本发明的目的是提出一种优化的充电解决方案，该方案具有上述 优点并克服关于现有技术所述的缺点。
因此，本发明以n个电池单元的平衡充电的方法作为其目的，其 中n》2， n个电池单元组成锂离子或锂聚合物电池并且串联，每一个 电池单元包括并联安装的一个或多个单元，该方法的特征在于，对于 每个充电操作，其包括从所述充电操作开始之后的时刻t,开始直到 该操作正常结束或预期中断为止，持续地或周期地提供不同电池单元 的充电电平的监督；以及根据所述充电电平的预先评估的函数，执行 所有电池单元的统一供应(s叩ply)，或者通过作为其电流充电电平的 函数，以不同方式供应所述电池，来平衡所述电池单元的所述充电电 平。
不同电池单元的中间充电开始的时刻L可以通过制造而固定，或 者来自生产之后的单独调节，或者如果希望，可由用户或技术人员调 节(专门的维护人员)。
显而易见的是，时刻tl越接近充电操作开始的时刻t。，则越快 地平衡且均衡不同电池单元的充电电平，并因此避免了显著的不均衡， 尤其是在正常结束之前中断充电的情况下(充电事故、故障、用户故 意结束充电、…)。
因此，基于各种考虑，将时刻t,固定为紧接在对充电装置或电池 单元执行了特定数目的测试之后，与充电操作开始相邻。
然而，还可以设置当不同电池单元具有非常类似的特性和/或 当不需要对充电的时间限制时，时刻t,将在时间上与时刻t。偏移电池 单元的理论最大充电时间的一小部分，从而以不同电池单元的最终平 衡来限制受控供应阶段、以及不同顺序测量、估计和不同馈送操作的 周期数目。
最后，还可以设置时刻t,在电池的使用寿命期间改变，在电池 较新时，t,与充电或重新充电开始处的时刻t。相对较远，而在电池寿 命结束时(通常在几百次充电/放电周期之后)，t,更接近该时刻t。。
因此，对于高质量的新电池，包括该新电池的不同电池单元通常 具有基本类似的特性和属性。
结果，以半平衡的方式进行充电，并且在充电结束时仅需要通过 不同供应来进行稍微平衡。
然而，随着电池老化，即使是在新的时候具有基本类似电池单元 的电池，也成为特性和属性基本上彼此不同的电池单元，而这在充电 期间没有补偿或平衡的情况下，在充电结束时导致非常不定的充电电 平。在这种情况下，根据本发明的平衡充电将在充电早期启动，实际 上紧接在充电或重新充电操作开始之后启动。
因此，如果希望，可设置自动修改，例如通过随着每个后继充电 操作来使根据本发明的平衡充电的时刻t,减小时间间隔t,-t。，因此可 以以传统方式进行在t。和t,之间的充电，而不需要控制和调节不同电 池单元的供应。
还可以在开始使用新电池时或者在制造商运输新电池之前，设置 测试，以指示出或固定初始值t,或可以确定该值的参数。
根据两个不同的技术实施方式，可以按照两个不同的方式执行上 述方法的步骤。
因此，通过使用主要基于模拟技术的解决方案，以持续的方式执 行充电电平的监督，并且只要且一旦最大和最小充电单元之间的充电 电平差超出预定阈值，在时刻t,之后，执行不同供应。
作为修改，在确认所需充电电平的不平衡条件均具备时，使用信 号的数字处理和数字处理单元的过程管理的优选解决方案，通过重复 的测量和在预定时间期间提供的不同供应，执行充电电平的监督。
该第二解决方案可以简化实践该方法所需的材料和软件实施方式。
对于该第二解决方案，该方法优选地包括对于电池的每一个电 池单元，以连续方式在电池的整个充电时间的分数持续时间内顺序逐 个触发，顺序包括所述电池单元的充电电平的更新评估，其后，根 据其充电电平的函数，并且与电池的其他电池单元的所有充电电平相 关联，进行统一或不同的供应，贯穿整个充电操作期间，在时刻t,处 开始，重复此操作。
根据本发明的有利实施例，所述方法至少包括在数字处理单元的 管理下执行以下操作，并且该方法从时刻t,处开始
_优选地以固定间隔，通过测量存储在每一个电池单元中的能量 的指示参数，评估存储在每一个电池单元中的能量；
_评估能量的不同量或测量参数的不同值的比较分析；
-确定充电最迟的电池单元，需要的话，确定充电最早的电池单
元；
-以统一方式，或者利用除最迟或最早之外的电池单元的充电电 流的限制，通过导出在电池单元的电平处所述电流的一部分或所有电 流，供应串联安装的不同电池单元；
-顺序重复所述不同操作，直到获得电池的充电结束条件或者检 测到缺省条件、故障或超出允许阈值为止。
申请人的实验和工作示出了这种顺序平衡方法可以使组成电池 的所有单元或电池单元在充电的给定瞬时以相同的百分比充电，并因 此在正常充电结束时实现了组成电池的所有单元的100%容量，并且这
与各单元自身电容量无关。
类似地，在充电操作正常结束之前中断充电操作的情况下，将确 保对于所有电池单元基本相同的充电电平。


从下面关于优选实施例的、通过非限制示例给出的、并且参考示 意图来解释的描述中，可以更好地理解本发明，图中
图1示出了表示在锂离子单元的端处的电压相对于其电容量的演 变的曲线；
图2是用于实践本发明的设备的概要图3是根据本发明修改实施例的图2所示的设备的更详细的图； 图4是示意地示出了根据本发明一个实施例的方法的不同步骤的
流程图；(在该流程图中，必须将术语"单元"理解为具有并联的多个
单元的单元或电池单元)以及
图5作为非限制示例示出了对于十二个电池单元的电池、在根据
本发明的所实施的平衡方法充电周期期间执行的操作的时序图。
具体实施例方式
本发明的目的是n个电池单元l的充电或平衡充电的方法，其中 n》2， n个电池单元l组成锂离子或锂聚合物电池2并且串联，每一 个电池单元1包括并联安装的一个或多个单元。
根据本发明的有利实施例，对于每个充电操作，该方法至少包括 在数字处理单元的管理下执行下面的操作，并且该方法从充电开始之 后的时刻t,处开始
-优选地以固定间隔，通过测量存储在每一个电池单元1中的能 量的指示参数，评估存储在每一个电池单元1中的能量；
_评估能量的不同量或测量参数的不同值的比较分析；
-确定充电最迟的电池单元1，或者需要的话，确定充电最早的 电池单元1;
_以统一方式，或者利用除充电最迟或最早之外的电池单元1的
充电电流的限制，通过导出电池单元的所述电流的一部分或所有电流， 供应串联安装的不同电池单元1;
-顺序重复所述不同操作，直到获得电池2的充电结束条件或者
检测到缺省条件、故障或超出允许阈值为止。
优选地，在每一个电池单元l中测量到的并且用于评估存储在电 池单元1中的能量的参数是在所述电池单元1的接线端处的电压。
如上所述，充电电流的限制可以影响所有充电量高于最小充电电 池的电池单元，也可以是不同程度的供应限制。
然而，为了进一步展开有效的平衡阶段，本发明优选地提供仅最
早充电条件的电池单元(在给定分数持续时间n期间)将经过充电的 限制(在接下来的部分持续时间n+l期间)。因此，充电电平稍高于最 小充电电池单元的电池单元将继续它们正常的充电。
通过[最少充电电池单元的值+delta (△)]，可以从例如相对于 给定阈值的这些电池单元的充电电平的状况(在值上)推导出经过暂 时的充电限制和没有经过充电限制的电池单元之间的区别(在整个充 电时间的部分时间期间)。
此外，通过采用从时刻t,开始在电池的充电期间限制最大充电电 池单元的充电电流的策略，代替等到所述充电结束，本发明可以避免 电池2由于较迟的平衡引起的过热可能，并且确保在充电结束处电池 单元1中的平衡电压。
此外，通过在时刻t,处开始平衡，并通过在充电操作的接下来阶 段中始终继续其动作，可以确保在时刻tl之后不久就基本平衡了电 池，并且在接下来的充电阶段中始终平衡，也即，即使在充电正常结 束之前中断了充电的情况下，也是如此。根据本发明的优选特征，利 用每一个通过并联安装与所述电池单元1之一相关联的导出电路4(每 一个充电单元1具备一个电路4)，执行最早充电的电池单元中的电流 的导出，所述每一个电路4结合了开关构件5，并且如果希望，也可 以结合至少一个可以调节的、用于耗散电能的组件6，例如电阻(图2 和3)。
开关构件5可以是例如从由电磁或电子继电器、双极性晶体管或
具有场效应的晶体管等组成的组中选出的。
此外，可以优化与分配在大部分充电持续时间上、甚至分配在几 乎全部充电持续时间上的平衡不同电池单元1的充电相连的能量导 出、开关组件5以及与其相关的耗散组件6。
根据本发明的优选实施例，从时刻tl开始，通过在电池2的所
有充电过程中重复，顺序平衡的充电更精确地包括下面的操作
a) 通过在其接线端处测量电压，逐个监督电池2的所有电池单
元l，这不需要连接用于导出或平衡的电阻6;
b) 检测充电最迟的电池单元1;
c) 相对于充电最迟或最少充电的电池单元1，检测具有大于电容 量差(例如与10mV的电压差(dVs)相对应)的预定阈值的过充的电 池单元1;
d) 分别将检测到具有大于阈值的过充的每一个电池单元1与相 应的平衡电阻6相连，以便在预定顺序时间(例如2秒)期间内减少 每一个所述电池单元1的充电电流(例如大约10%);
e) 在预定顺序持续时间流逝之后断开所有电池单元1的平衡电
阻6;
f) 在电池单元l的电压的稳定延迟之后重复步骤a)至e)。 当电池单元组件的整个充电电流的强度降到低于预定阈值(例如
50mA)时，正常地停止电池的充电。
作为实践本发明的方式的示例，将不同导出电路4的功率选择为 接近下式所提供的值-
Psd max = V max cell求％氺AH
Tc
其中
Psd max-以瓦特为单位，耗散优化的最大功率； Vmax celh以伏特为单位，在充电期间在电池单元的接线端处测 量的最大电压；
%二以百分数表示的比值，与在充电期间希望补偿的两个电池单元 之间的最大差相对应；
AH二以Ah (安培-小时)为单位的标称电池容量； TF以小时为单位的电池充电时间。
此外，为了对每一个电池单元l的充电的精确且渐进的调整，由 相应的测量模块7，的装置7精确地测量每一个电池单元1的接线端 处的电压，优选地在数字化之后，将测量模块7'的输出信号发送到 数字处理单元3，数字处理单元3在接下来的周期中根据模块7'所提 供的所述输出信号的比较的函数，控制不同导出电路4的开关部件5。
根据本发明的非常有利的实施例，作为示例参考图4和5，从时 刻t开始，并且在该时刻之后的所有充电操作期间，在由两个半操作 周期组成的循环中重复操作，在每一个循环中连续地执行操作，第一 半周期包括下面操作的连续执行连续地读取不同电池单元1的电压， 并且触发与前一周期充电最迟的电池单元1的电压差大于阈值(dVs) 的每一个电池单元1的平衡电阻6，并且第二半周期包括下面的操作 连续地断开不同电池单元1的平衡电阻6，并且在下一周期的第一半 周期期间的读取之前等待不同电池单元l的电压的稳定，两个半周期 优选地具有实质上相同的持续时间，例如大约2秒。
由于从时刻t,开始在充电电池2充电期间两个半周期的操作周期 重复(具有例如4秒的周期持续时间)，也就是说直到发生充电结束或 安全信息，所有电池单元1 (以及包括每一个电池单元的构成单元) 在任意时刻具有较低的容量扩散(源于电池单元之间的恒定电荷的连 接)，并以最佳方式恢复其最大性能。
此外，根据本发明的方法，可以在充电开始处允许电池单元l之 间的较大充电差、以及分布在时刻t,与电池2的充电过程结束之间的 持续时间上的"调节"或平衡。
根据第一修改，如果具有最高电压的电池单元l的电压和具有最 小电压的电池单元1的电压之间的电压差dV小于比第一预定阈值VI (例如10mV)大的第二预定固定值V2 (例如100mV)，则电压差dVs 的阈值等于第一预定固定值V1。
此外，如果具有最高电压的电池单元1的电压和具有最小电压的 电池单元1的电压之间的电压差dV大于第二预定阈值V2 (例如
100mV)，则电压差dVs的阈值等于比所述第二值V2小的第三预定固定
值V3 (例如30mV)。
优选地，第三预定固定值V3大于所述预定固定第一值V1。 根据第二修改，按照可选方式，如果在周期内所述电压差dV还
大于第四固定预定值V4 (例如10mV)，则电压差dVs的阈值与在前一
周期测量到的、具有最高电压的电池单元1的电压和具有最小电压的 电池单元1的电压之间的电压差的给定部分dV相对应。
有利地，在上述两个变体的每一个中，并且如上所述，每一次， 仅在电流导出的抑制后的给定延迟(例如2秒)之后进行不同电池单 元1的电压测量，以便可以在所述电池单元1的接线端处获得电压稳 定。
为了使电池2的电池单元1避免经受可能的过压，流程图与图4 所示相对应的充电管理程序可以包括在充电幵始之前、且在充电期间 和充电结束处执行特定数目的测试。
因此，在充电操作开始执行之前，在开始处，充电方法可以包括 测量在充电时与电池2相连的充电器8的无载电压Vo;以及如果所述 无载电压Vo大于[nX每个电池单元1的最大允许电压Vmax]，停止所 述充电过程，同时可能地触发相应的告警和/或消息显示。
类似地，在循环或下一周期的执行之前，所述方法还可以包括 确认是否电池2的电池单元1的至少一个在其接线端处具有大于最大 允许电压Vmax (例如并且不局限于4.23V)的电压；以及在肯定确认 时，中断充电过程，如果希望，还可以触发相应的告警和/或消息显示。
本发明还以一种实践上述方法的设备作为其目的，在图2和3中 示意地示出了其主要组成单元。
该设备一方面主要包括电压测量模块7'的装置7，每个模块与 串联形成电池2的电池单元1之一相连，并测量电池单元1的接线端 处的电压；另一方面包括多个导出电路4，每一个与相应电池单元1 的接线端并联安装，并且适用于选择性地打开和闭合；最后包括单元 3，用于所述过程的数字处理和管理，所述单元3从用于测量电压的模 块7'的所述装置7接收测量信号，并且控制每一个导出电路4的状
态[闭合/打开]。
模块7，包括例如电路，用于以至少50mV的测量精度、利用运算
放大器进行电压的不同测量。
优选地，每一个导出电路4包括开关构件5，组成由数字处理单 元3控制其状态的开关；也可以包括至少一个用于耗散电能的组件6， 例如一个或多个电阻。
如附图3所示，并且根据本发明的优选实施例，用于测量电压的 模块7'的装置7—方面包括n个模拟模块7'，用于测量电压，每一 个直接与电池2的电池单元1相关联；另一方面包括复用电路9，其 输入与所述模块7'的输出相连；最后包括模拟/数字转换电路10，在 其输入处与复用电路9的输出相连，并且在其出口与数字处理和管理 单元3相连。
作为优选应用，并且不限制本发明，图2和3所示的设备可以集 成在自持(self-contained)电源工具组件中。
关于这一点，需要注意，如果希望将所述电池单元l的充电调节 为与长时间存储相兼容的电平，还可以使用分别与电池2的电池单元 l相关联的导出电路(derivation circuit) 4，而不使用所述电池2。
当然，本发明并不局限于所述和在附图中所示的实施例。可以进 行修改，尤其是关于各种单元的组成或者由技术等效物替代，而不脱 离本发明的保护范围。
权利要求
1.一种平衡充电n个电池单元的方法，其中n≥2，n个电池单元组成锂离子或锂聚合物电池并且串联，每一个电池单元包括并联安装的一个或多个单元，该方法的特征在于，对于每个充电操作，其包括从所述充电操作开始之后的时刻t1开始到该操作的正常结束或预期中断，持续地或周期地提供不同电池单元(1)的充电电平的监督；以及根据所述充电电平的预先评估的函数，执行所有电池单元(1)的统一供应，或者通过作为其电流充电电平的函数，以不同方式供应所述电池，来平衡所述电池单元(1)的所述充电电平。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其包括对于电池 的每一个电池单元(1)，以连续方式在电池(2)的整个充电时间的部 分持续时间内逐个顺序触发，顺序包括.，所述电池单元(1)的充电电 平的更新评估，其后，根据其充电电平的函数，并且与电池的其他电 池单元(1)的所有充电电平相关联的，进行统一或不同的供应，从时 刻t,开始，贯穿接下来的整个充电操作期间，重复此操作。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，其至少包括 在数字处理单元(3)的管理下执行以下操作，并且该方法从时刻t, 开始--优选地以固定间隔，通过测量存储在每一个电池单元(1)中 的能量的指示参数，评估存储在每一个电池单元(1)中的能量；-比较分析每一个电池单元(1)的评估能量的不同量或测量参 数的不同值；-确定充电最迟的电池单元(1)，需要的话，确定充电最早的电 池单元(1);-以统一方式，或者利用除最迟或最早之外的电池单元(1)的 充电电流的限制，通过导出在电池单元的电平处所述电流的一部分或 所有电流，供应串联安装的不同电池单元(1);-顺序重复所述不同操作，直到获得电池(2)的充电结束条件 或者检测到缺省条件、故障或超出允许阈值为止。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在每一个电池单 元(1)中测量的并且用于评估存储在电池单元(1)中的能量的参数 是在所述电池单元(1)的接线端处的电压。
5. 根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，利用每一个 通过并联安装与所述电池单元(1)之一相关联的导出电路(4)，执行 最早充电的电池单元中的电流的导出，所述每一个电路(4)结合了开 关构件(5)，并且如果希望，也可以结合至少一个可以调节的、用于 耗散电能的组件(6)，例如电阻。
6. 根据权利要求4和5所述的方法，其特征在于，通过从时刻 t,开始在电池(2)的充电过程中重复，顺序平衡的充电更精确地包括 下面的操作a) 通过在其接线端处测量电压，逐个监督电池(2)的所有电池 单元(1)，这不需要连接用于导出或平衡的电阻(6);b) 检测充电最迟的电池单元(1);c) 相对于充电最迟或最少充电的电池单元(1)，检测具有大于 电容量差(例如与10mV的电压差(dVs)相对应)的预定阈值的过充 的电池单元(1);d) 分别将检测到具有大于阈值的过充的每一个电池单元(1)与 相应的平衡电阻(6)相连，以便在预定顺序时间(例如2秒)期间内 减少每一个所述电池单元(1)的充电电流(例如大约10%);e) 在预定顺序持续时间流逝之后断开所有电池单元(1)的平衡 电阻(6);f) 在电池单元(1)的电压的稳定延迟之后重复步骤a)至e)。
7. 根据权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，当电池 单元(1)组件的整个充电电流强度降到低于预定阈值(例如50mA) 时，正常地停止电池(2)的充电。
8. 根据权利要求5和6之一所述的方法，其特征在于，由相应 的测量模块(7')的装置(7)精确地测量每一个电池单元(1)的接 线端处的电压，优选地在数字化之后，将测量模块7'的输出信号发 送到数字处理单元(3)，数字处理单元(3)在接下来的周期中根据模块(7')所提供的所述输出信号的比较的函数，控制不同导出电路(4) 的开关部件5。
9. 根据权利要求3至6之一所述的方法，其特征在于，从时刻 开始t,，并在所有充电操作期间，在由两个半操作周期组成的循环中 重复操作，在每一个循环中连续地执行操作，第一半周期包括下面操作的连续执行连续地读取不同电池单元(1)的电压，并且触发与前一周期充电最迟的电池单元(1)的电压差大于阈值(dVs)的每一个 电池单元(1)的平衡电阻(6)，并且第二半周期包括下面的操作连 续地断开不同电池单元(1)的平衡电阻(6)，并且在下一周期的第一 半周期期间的读取之前等待不同电池单元(1)的电压的稳定，两个半 周期优选地具有实质上相同的持续时间，例如大约2秒。
10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，如果具有最高电 压的电池单元(1)的电压和具有最小电压的电池单元(1)的电压之 间的电压差(dV)小于比第一预定阈值(VI)(例如10mV)大的第二 预定固定值(V2)(例如100mV)，则电压差(dVs)的阈值等于第一预 定固定值(Vl)。
11. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于，如果具有最高 电压的电池单元(1)的电压和具有最小电压的电池单元(1)的电压 之间的电压差(dV)大于第二预定阈值(V2)(例如100mV)，则电压 差(dVs)的阈值等于比所述第二值(V2)小的第三预定固定值(V3)(例如30mV)。
12. 根据权利要求10和11所述的方法，其特征在于，第三预定 固定值(V3)大于所述第一预定固定值(Vl)。
13. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，如果在周期内所 述电压差(dV)还大于第四固定预定值(V4)(例如10mV)，则电压差(dVs)的阈值与在前一周期测量到的、具有最高电压的电池单元(1) 的电压和具有最小电压的电池单元(1)的电压之间的电压差的给定部 分(dV)相对应。
14. 根据权利要求9至13之一所述的方法，其特征在于，仅在 电流导出的抑制后的给定延迟(例如2秒)之后进行不同电池单元(1 ) 的电压测量，以便在所述电池单元(1)的接线端处获得电压稳定。
15. 根据权利要求5或结合权利要求5的权利要求6至14之一 所述的方法，其特征在于，将不同导出电路4的功率选择为接近下式 所提供的值<formula>formula see original document page 5</formula>其中Psd maxz以瓦特为单位，耗散优化的最大功率； Vmax cell-以伏特为单位，在充电期间在电池单元的接线端处测 量的最大电压；%二以百分数表示的比值，与在充电期间希望补偿的两个电池单元 之间的最大差相对应；AH二以Ah (安培-小时)为单位的标称电池容量； Tc二以小时为单位的电池充电时间。
16. 根据权利要求3至15之一所述的方法，其特征在于，在触 发充电操作的执行之前，在开始处，该方法包括测量在充电时与电 池(2)相连的充电器(8)的待机电压(Vo);以及如果所述待机电压(Vo)大于[nX每个电池单元(1)的最大允许电压(Vmax)]，则停 止所述充电过程，以及如果希望，触发相应的告警和/或消息显示。
17. 根据权利要求9至16之一所述的方法，其特征在于，在循 环或下一周期的执行之前，该方法包括确认是否电池(2)的电池单 元(1)的至少一个在其接线端处具有大于最大允许电压(Vmax)的电 压；以及在肯定确认时，中断充电过程，如果希望，还可以触发相应 的告警和/或消息显示。
18. —种用于实践根据权利要求1至17之一的方法的设备，其 特征在于， 一方面主要包括电压测量模块(7')的装置(7)，每个模 块与串联形成电池(2)的电池单元(1)之一相连，并测量电池单元(1)的接线端处的电压；另一方面，包括多个导出电路(4)，每一个 与相应电池单元(1)的接线端并联安装，并且适用于选择性地打幵和 闭合；最后包括数字处理单元(3)，用于管理所述过程，所述单元(3) 从电压测量模块(7')的所述装置(7)接收测量信号，并且控制每 一个导出电路(4)的状态[闭合/打开]。
19. 根据权利要求18所述的设备，其特征在于，每一个导出电 路(4)包括开关构件(5)，组成由数字处理单元(3)控制其状态的 开关；也可以包括至少一个用于耗散电能的组件(6)，例如一个或多 个电阻。
20. 根据权利要求18和19之一所述的设备，其特征在于，用于 测量电压的模块(7')的装置(7) —方面包括n个模拟模块(7')， 用于测量电压，每一个直接与电池(2)的电池单元(1)相关联；另 一方面，包括复用电路(9)，其输入与所述模块(7')的输出相连; 最后包括模拟/数字转换电路(10)，在其输入处与复用电路(9)的输 出相连，并且在其输出处与数字处理和管理单元(3)相连。
21. 根据权利要求18和20之一所述的设备，其特征在于，将其 集成在自持电源工具组件中。
全文摘要
本发明涉及一种串联的锂离子或锂聚合物电池的n个电池单元的平衡充电方法。本发明的特征在于该方法包括从电池(2)的充电操作之后的时刻(t₁)开始直到所述操作正常结束或被中断为止，执行不同电池单元(1)的充电电平的监控；以及作为充电电平的预先评估的函数，执行所有电池单元(1)的统一供应，或者作为其电流充电电平的函数，通过以不同方式供应所述电池来平衡所述充电单元(1)的充电电平。
文档编号H01M10/44GK101103487SQ200680002230
公开日2008年1月9日 申请日期2006年1月10日 优先权日2005年1月14日
发明者罗歇·佩勒克 申请人:佩勒克股份有限公司