TW201203659A

TW201203659A - Method and device for charging a battery and a battery charger

Info

Publication number: TW201203659A
Application number: TW100111941A
Authority: TW
Inventors: Crijn Bouman
Original assignee: Epyon B V
Priority date: 2010-04-02
Filing date: 2011-04-01
Publication date: 2012-01-16
Also published as: WO2011122946A2; WO2011122946A3; NL2004503C2

Description

201203659 六、發明說明：【發明所屬之技術領域】本發明關於用於對電池進行充電的方法和裝置。更特別而言，該方法關於用於在沒有損壞電池或縮短其壽命的情況下而縮短在充電前或在充電過程開始時具有低溫的（鐘離子)電池的充電時間的方法。【先前技術】對於電池的短充電時間是在某些應用為期望，例如：當電池對要被使用的電氣載具（vehkle)供電。然@，短充電時間需要大電》，其具有對電池壽命的影響。此負面效應甚至在電池溫度為較低時而提高，造成例如習知為電池内的鐘電鍍的效應所引起之對於電池的損壞。，【發明内容】本發明之一個目的是提供一種用於對電池進行充電的方法和裝置，尤指鋰離子電;也，減小在低起始溫度的充電時間，且對電池壽命具有最小影響。本發明之再一個目的是提供一種用以改善在某個既定充電型態或使用方案下的電池壽命的方法。本發明提出一種用於對電池進行充電的方法，包含：與至少一個電氣載具通訊以接收電池資料；從電池知識庫請求介於電池溫度與諸如電池壽命和充電速度的參數中的至少一者之間的關係；基於該關係與從電氣載具所接收的 4 201203659 電池資料來計算最佳充電方法；基於計算的最佳充電方法來決定是否要對電池加熱、對電池加熱或進行充電、或是實行二者。根據本發明之一種系統包含充電器，其連接到載具且可與遠載具（更明確為電池的電池管理系統（BMS))通訊，藉由诸如無線通訊系統的一些通道，透過充電纜線（單獨接點或經由如同充電電流的相同接腳的通訊）或用於該通訊的任何其他系統。於是，可從BMS得到電池溫度與其他電池資料且基於此專溫度與電池資料來修正充電電流。該種系統可透過資料處理方法之應用而使充電速度為最佳化，資料處理方法在電池壽命、充電速度與電池溫度之間作出折衷方案。資料處理裝置可在特別情況下決定電池應首先經加熱且然後進行快速充電，因為此將比沒有加熱的情況而給予較快速充電。

电池而在電池中產生耗散能量於是，耗散發生在此不僅具有優點為熱量是確實在其所

不需要在電池與充電器 ’使得可得到高效率， ’而且具有優點為者中之修改的任何附加硬體。 201203659

的運接。此可為充電 DC匯流排（例如：當 ’·i尺典型在充電器與電池之間的連接例如關於載具的導電連接器或DC匯: :吏用機載(。n-board)充電器或馬達控制器以供充幻。此外，可使用電感耦合。此類的電感耦合已經供應AC電流，其可用、對电池加熱。為此，整流器及’或低通濾波器可經接通或斷開。電池可為牽引（traction)電池，特別是鋰離子電池，且更具體而言為磷酸鋰鐵(LiFeP〇4)電池。電池可具有刪，其可變更或暫時斷開或改變到不同模式以接受pwM訊號。此可藉由改變BMS的軟體而達成。電池可為用於峰值削取的電網儲存緩衝器的部分者，特別是與載具充電站有關聯。加熱亦可發生在充電期間、充電結束、及/或接近充電結束時，以對其用於冷狀態的電池加熱，諸如冷天候、冷儲存倉庫、高緯度、太空、在極地區域、夜間或接近諸：在人造冰轨道上的冷卻機器。此外’經加熱的電池在使用

。舉例 W充電電池溫度資訊可透過任何機構而通訊到控制器。來說’資訊可透過充電親線從載具或電池而通訊到 201203659 〇α '貝汛可透過電腦網路而通訊，諸如：LAN或網際網路連接。載具可經配備有無線通訊裝置，其將此資訊直接或間接（例如：透過網際網路伺服器）通訊到充電器。較佳而言，朝向電池的平均電流為正，用於加熱期間對電池進行充電。此導致更短的整體充電時間、以及更大的能量有效性。為此目的之適合波形是單向DC電流。電流實際值可能經改變，如將在下文所解說，但是能量流通僅為朝向電池，使彳寸在加熱期間並未發生任何放電（耗費額外時間）。為了得到可控制的單向電流，可應用脈衝寬度調變 (PWM)。此波形通常可由標準電池充電器所供應，且其引起相當尚的耗散’因此促成快速的溫度上升，且結果為短的充電時間。PWM的工作週期以及因此平均電流可於是為依據電池溫度來控制。有利的是，當使PWM脈衝的邊緣具圓角（r〇unding)時，以避免或至少降低其歸因於諧波的電磁干擾。使脈衝具圓角可藉由利用（寄生或内部）電容或電感而達成，但是更複雜的（數位）充電設備可為可程式規劃以產生任何期望的波形。除了脈衝PWM，還可應用脈衝密度調變（pDM)，且甚至可想到使用正弦波的脈衝，再者可應用pwM (其於是例如引起相位切割訊號）或PDM。波形的選取可取決於使用的充電器、及對於要充電的電池的環境的特定諧波之靈敏度。 s平均電流可能為相依於電池的溫度，其可為基於起始衣蜒'凰度與估計累積耗散而測量或估計。期望（平均）電流、 201203659 與作為估計累積耗散的期望（最大）溫度可進而從外部來源 (諸如：載具或電池管理系統）或具有電池特性的外部資料庫所得到。平均電流對溫度的相依性可對於各個特定電池而經調適，但是較佳為至少在一個溫度區間，平均電流是對於每5 到15度且特別是約每1〇度的溫度升高而加倍。當電池為高於臨限溫度，可應用恆定電流充電或遞減 (連續/非切換）電流充電，遞減電流充電是例如由恆定電壓充電所得到。僅由充電器的電池或電網規格所限制之在某個位準的恆定電流充電導致最快速能量轉移為可能。恆定電流充電可發生在PWM充電的峰值，但是ΡγΜ充電的峰值亦可能經選取為高於恆定電流位準。此為可能，由於藉著其包含無電流區間的PWM訊號，構件（尤其是充電器的彼等者）= 經操作為高於其最大值，其通常為對於恆定電流電壓或功率而確定。根據本發明，當電池溫度超過高臨限溫度或預定電壓或預定充電狀態或預定充電時間，可應用電流降低。電流降低通常導致在電池内的減小耗散。㈣，避免充電過：期間的溫度過高。此類的電流降低可藉由應用恒定電壓（C力充電或悝定溫度充電所達成。本發明更提出一種電池充電設備，其構成以實行如上所述的方法。該種充電設備可為可程式規劃或可控制的充電設備。 8 201203659 當應用PWM，該種設備可為高於其標稱位準而操作，由於PWM包含低電流的時間槽，其中構件可冷卻而致使能夠承受在導通電流的時間槽中的較高峰值。還可能將電池充電設備構成以在同一時間對複數個電池進行充電，其中，當對於第一載具的PWM訊號為低時，對於第二載具的PWM訊號是設定為高。於是，充電器的輸出疋在要充電的電池之間切換。在此情況可達到的實際電流位準是取決於充電器在對複數個電池進行充電時的總工乍週d還可忐在電池的充電電流、與用於該電池的加熱凡件之間切換。藉此，可達到最佳充電時間。【實施方式】用於與電氣載具的電池交換能量的系統和方法、以及在系統中使用的能量交換站、資料處理裝置和組態裝置是在台灣專利巾請㈣丨咖5742號中揭示，此件台灣專利申請案是以參照方式將其整體納入本文。圖U顯示根據本發明的—種系統的第—示意概觀2。 :系統的最簡單實施例包含充電器4,其連接到載具3且可 7載具（更明確為電池的BMS)通訊，藉由諸如無線通訊系 ♦的-些通道，透過充電I線5 (單獨接點或是經由如同充 2流的相同接腳的通訊)或用於該通訊的任何其他系統。電：：可從得到電池溫度，且基於此等溫度來… 的路…主兄電益具有局部儲存關於此低選所有料與演算法，且可自主決定應用此等者。對於舞 201203659 如選擇標準充雷雷'ώ 心. L以及載具優先化的其他任務，仍可連接到达知飼服器。 #用1^ 4還可能具有縮減的局部情報與資料儲存。要卢…、的决疋疋由遇端決策與儲存設施6 (以虛線顯不）所作成，而且對對於此肩算法的所有參數是藉由此施所“及決定。此具有優點為充電器可作成更便宜， ==少的邏輯與f料儲存。此外，“領域的諸多失數僅嘗試一次升級，由於對於演算法的編碼與處作替代’而非所有充電器均須為分別升級。甚者，充電器可經連接到溫度感測裝置7，其可整入在 :池中、或形成電池管理系統的一部分。在另—個實施例，缺少選用式的溫度感測裝置’且充電器不能從載且的 :到實際溫度。在此實施例(其可能無關於遠端祠服器㈣在而運作），電池的溫度將必須基於其他方法而估計或測量。此等方法可為下列方法中的一者或組合： •使用由充電器所測量的周圍溫度。較佳而言，在此處，估計是藉由其針對於提高可靠度而將環境溫度與電池溫度相關聯的統計資料所支援。模型化由充電電流所引起的電池溫度變化之精破模型是必需以在充電過估計為準確； β •使用-些紅外線感測裝置以測量由汽車的電池部分所散發的熱量； •若不論什麼理由均無法得到局部溫度測量，則從遠端伺服器可得到的天氣測量或預報可被用於溫度估計。此 10 201203659 外，對於此解決方式，將較佳具有介於周圍溫度度之間的一些種類的統計關係.； •在電池的内部電阻與其溫度之間可作 —曰雷分刑★ σ 種關係。一也型式為已知，就可估計其溫與健康狀態（SOH)為已知，萨疋田其年齡電壓上升(或下降)以作為用二:力某預疋電流且测量瞬間 )作為用於溫度估計的基礎； •當汽車的軸送回多個溫度值，此等值的平均值、最大值或最小值可祐蚀田& & … 了破使用作為用於充電演算法的輸入一在多個溫度值之間的差異為已知，演算法可經設計以料，、將不曰對電池中的最溫暖部分進行過度加熱，甚至a杏其他部：的低溫仍然將限制平均充電電流時亦如此；疋- 田知道愈多關於電池組的構成以及不同溫度的相對位置：上述的平均值可為經加權的平均值，其中加權可為基於感測器位置的知識、充電演算法的最佳性知識、或1 他先前的知識。此電池資料還可與周圍溫度值作結合，舉例來：’用於平均來自電池組中心的一個溫度值與周圍溫度以得到在電池組中的平均溫度。在電池上A行低頻p WM訊號的方法可用諸多方式來貫她，而無損本發明的實質。下列者含有PWM系統的可能實施例：八有DC輸出的功率轉換器之輸出可藉由電驛（re]ay) 所連接及從電池所斷開。

為了避免磨損’該電驛可由固態電驛、MOSFET、IGBT 或其他半導體技術來取代。 11 201203659 •由於該功率轉換器可能容易受到由上述切換裝置所引起的損壞’ PWM訊號可藉由將低功率pwM訊號施加到功率轉換器的控制輸入所產生。 •當所使用的功率轉換器是由機載充電器所實施，本發明的構想仍然可藉由將被饋送到機載充電器的ac電流接通及斷開而應用。必須留意的I ’機載充電器其本身未應用-些溫度修正，由於此可能不必要地提高充電時間。若用於得到溫度測量的上述方法均不存在，則可能間接導出溫度，由於電池的j_v特性隨著其溫度而改變。此實施例略過溫度的測量且僅僅使用高充電電流。冑因於較高的内部電p且’將較早達到某個電壓臨限。當功率轉換器在此限為切離，且在其為再次接通前而實施某個時間延遲，溫度相依PWM脈衝充電的構想為仍然無損，但是溫度感測為免除。為了電流的確定、時間延遲的確定與電流的致動，在沒有根本變更本發明構想的情況下，可運用來自上述的實施例的構想。圖1 b顯示用於實行根據本發明的方法之—種系統的第二示意概觀8’其中DC電源供應器（充電器）9被耦接到電 .罔或DC匯流排1 〇。電池1 j的BMS j 2感測電池的溫度且將此資訊傳遞到充電器9。此充電器9是經擴增為具有溫度充電控制器（TCC)13eTCCl3識別BMS12且設定DC電源供應器的電流與電壓。TCC 13是基於溫度與電池型式而決定PWM工作週期應為何者，且控制DC電源供應器9而因此接通及斷開。PWM工作週期是基於關於電池溫度的充電 12 201203659 電流的指數衰減而確定。在夕個電池為充電的一個實施例中，若對於一個載具的電力為“接通”而對於其他載具為“切斷”.，二或多個載具可用單一個電源所充電。圖2a到2f顯示運用本發明的系統的流程圖。圖2a顯示一個實施例，其中系統可透過資料處理方法之；C用而使充電速度為最佳化，資料處理方法是在電池壽印充電速度與電池溫度之間作出折衷方案。在此特定實施例巾的資料處理裝置決定電池應先經加熱且然後進行决速充包，因為如此將比在無預熱情況下給予較快速充電。圖2b顯示一個實施例，其中系統可透過資料處理方法之應用而使電池哥命為最佳4匕，資料處理方法是在電池壽〇P充電速度、與電池溫度之間作出折衷方案。在此特定 Λ她例的貝料處理裝置決定電池應先經預熱且然後進行快速充電，因為如此將比在沒有預熱的情況下而致能較長的電池壽命。圖2c顯示一個實施例，其中系統可透過資料處理方法之應用而使充電速度為最佳化，資料處理方法是在電池壽印充电速度、與電池溫度之間作出折衷方案。在此特定只她例中的資料處理裝置初始決定慢速充電為足夠，但當來自服務提供者的輸入為經接收時而決定加速充電，藉由初始應用短暫的電池預熱且然後為加速的快速充電。圖2d顯示—個實施例’其中系統可透過資料處理方法之應用而使充電速度為最佳化，資料處理方法是在電池壽 13 201203659 〇p充電速度、與電池溫度之間作出折衷方案。在此特定實施例中的資料處理裝置初始決定慢速充電為足夠，但當來自公用電網參數的輸入為經接收時而決定加速充電，藉由初始應用短暫的電池預熱且然後為加速的快速充電。圖2e顯示—個實施例’其中系統可透過資料處理方法之應用而使充電速度為最佳π，資料處理方法是在電池壽命、充電速度.、與電池溫度之間作出折衷方案。在此特定實施例中的資料處理裝置初始決定慢速充電為^夠，但當來自公用電網參數的輸入為經接收時而決定加速充電，藉由初始應用短暫的電池預熱且然後為加速的快速充電。圖2f顯示一個實施例，其中能量交換站具有超過一個輸出且可基於資料處理方法之應用而使在二個輸出的充電為最佳化’資料處理方法是在電池壽命、充電速度'與電池溫度之間作出折衷方案。圖3 a顯示在根據本發明之電池充電期間的電流的示意充電曲線。充電曲線包含三個下述的模式。低溫模式 A，其中電池被加熱。圖la示意顯示在模式A期間，電流波形不-定必須為方波。正常充電模式β，其中穩定的充電電流是經使用而不產生超過無法避免的損失。高溫模式c，其中電池電流被降低以防止電池為過熱。穩定（遞減）的充電電流是經使用而不產生超過無法避免的損失。低溫PWM模式A是典型在充電過程的開始或早期。意圖對電池加熱《電池亦在此階段期間進行充電。阿瑞尼斯定律（Arrhenius’s law)陳述在電池中的化學過裎為強烈相依 201203659 於溫度。可炎；至〉凰在30分鐘期間進行充電的電池I法較低溫度那麼怏祛 _ ; 的。广夹連進仃充電。企圖此舉可能會造成對電池才貝裒因此，在充電開始時對電池加熱致使能夠較快速，電尤其，對於在溫度每攝氏10度下降而約為除以二 *平句充電屯流提供良好結果。舉例來說於攝氏Μ度，电ζ也疋以16 Α進行充電。於攝& 10度，電池是以8 Α進行充電’於攝氏〇度，電池是以4 A進行充電：於攝氏零下 b 4池是以2 A進行充電；且於攝氏零下20度，電池疋乂 1 A I丁充電；諸如此類。此函數可藉由使用其他的函數而為近似’諸如：步進或多項式、線性或量角函數。相較於使用AC t流，使用低溫p WM來對電池加熱的禅益是在於此模式可使用其為通常在充電器中所使用的構件而實行。相較於使用大充電電流，使用低溫pwM來對電池加熱的裨益是在於當使用PWM充電時將降低對於電池的損壞。當使用大電流，内部的電池電壓將上升而損壞電池。使用PWM充電將造成較低的電壓.，因為平均電流為較低。此當同時對電池加熱時而產生在電池上的較少應變。在一個實施例中，使脈衝具圓角以降低電磁干擾。脈衝可為正弦波。脈衝的圓角化（r〇undness)可藉由控制充電電流所產生’而不是仰賴低通濾波器。在另一個實施例中，充電脈衝的高度可作成高於構件 (例如：功率轉換器、纜線、充電連接器）的規格，因為構件具有歸因於PWM而用來冷卻的休止期間。以此方式，在未 15 201203659 將構件磨損超過無法避免的情況下，观的工作週期而使用在175Αβ 的充電-可以可以(因更為二：期此情況將出現在低的周圍溫度，充電器還此;^額定而經使用’因為周圍空氣溫度較低。構件力孰還可被用以對充電器的構件或載具的其他冷天氣時操縱。 “其更為可撓性且更容易在若電Si能使用充電器裝置在電池之間切換充電電流。 :池：者僅具有一個大電池的一半容量，充電電流亦為因此，充電連接器、纜線與充電器可為較小。中。期的頻率是通常在0.01 Hzai〇〇kHz的範圍且使用儘離子電池而"，低頻率是有利以防止（寄生）電容 =用儘可能多的真實歐姆電阻。過低頻率將造成過高的電壓上升而損壞電池。工作週期的頻率‘心。"的時間）還可經選取以匹配充電器的響應時間。舉例來說，充電器的爬升(ramp_up)時間疋一秒鐘，可使用0.1 ΗΖ的頻率。低溫PWM模式通常隨後為模式Β，其中充電電流不受溫度所限制。在典型情形中’穩定的充電電流是經使用而不產生超過無法避免的損失。在此模式中，電流可能仍舛 :著溫度而升高，但是工作週期不存在。此為特別有用，當電流足夠大以對電池加熱且在此情形的pwM將造成過高的溫度或對於充電過程稍後階段的過高溫度。在第三模式C’電流為逐漸降低以阻止在電池中產生熱 16 201203659 量。關於使用P WM以降低（丰斗低（千均）充電電流，PWM引入池中的不必要損失’而降牧電降低電流之目的是要降低損失。告溫度對於充電系統是主要沾Μ n 士田後為模式C。要的限制因素時’模…直接隨充電器的（部分）充電輸出遽波器可在使用模式 ^時而經重新組態以致能較佳的pwM性能。重新組丁藉由將濾波器部分者# @ > ' Τ 苓方通而達成《此可藉由使用將電及，或電容器㈣斷開的開關(例如電釋、電晶體)而心另個實知例具有隔㈣^ f ^ & I㈣心流（galvanic)隔離為維持。电構件而並不重要。重要的 Μ㈣到的、&:在載具或充電器中的隔離谓測疋在充電期間為（暫時、林 ^ 了）不肊。此因為隔離監視器可成到脈衝電流所混淆。 θ又另一個實施例使用雷、冰雷网 tju φ /電壓、阻抗、或頻率響應作為用來調節PWM的一鍤古_v « t 雷^種方式。阻抗可藉由將AC電流或AC 作為阻抗測量。“尤其，而其本身可被使用 :例來说，在pWM接通階段，電壓上升是經監視。當電塵跨過某個臨限，電電，1L被降低或設疋為零。電壓於是將日± ^ —段時間期間過後或當電壓下降為低於一個臨限卞，電k被切換回到再次為接通。圖b μ貝不一個情況，其中溫度在充電期間為下降（例如知因於低的環培，θ谇兄恤度），且充電切換回到pwM，如以D所指示。 17 201203659 。圖4a顯示根據本發明的一種系統的又一個示意圖】“ ^可為微控制器、（網頁）饲服器、功率轉換器16的邛。刀（諸如.半導體驅動器或其用以控制半導體驅動器的電：器件)。控制器15可為類比或數位電路，諸如：多諧振動器夕蟲振動器可藉由取決於(電池)溫度而改變時間常數與振幅所控制，例如藉由改變電阻器或電容器的值。尤其，多諧振動器的電阻器中的一或多者可為NTc、pTc、或電晶體(例如：場效電晶體)’或是電容器中的一或多者可為可變電容器（變容器）。 PTC與NTC可被使用為取決於（電池）溫度以改變多諧振動器.的行為（例如因& PTC # NTC被置放接近或在電池内）。電晶體與變容器為電壓相依且可被使用為取決於電池電壓以改變多諧振動器的行為，電池電壓可為電池溫度的才曰不。對此，電池電壓可傳遞到AM情測電路。此等構件可為接近或在電池17内，而電路的其餘部分為接近充電器 (其可能在載具外側）。電池17具有溫度18，其為由溫度感測器19所確定，溫度感測器19將感測值傳送到控制器圖4b顯示控制器15可如何為模糊（fuzzy)邏輯電路或其具有模糊邏輯程式規劃的邏輯電路。取決於參數（例如：恤度、電壓、設定電流）的隸屬（membership)，可實施不同或組合的控制演算法，例如：包含自圖3a與3b的模式A、 B與C。控制器15可使用訓練資料或真實生活情況來作訓練。控制器1 5可因此最佳包含一種適應系統，諸如：神經網路 18 201203659 控制器可為雲端運算網路的一部分。。且/或將對於部分決策的解決方二：=其本身的決策可“或使用資料庫’其擁有關於載具、雷制^ 15 的資訊。電池與％境參數圖4c顯示一個實施例2〇，其結構可具有對於不同充電模式/階段的方塊:—的:事體= 溫度變化)可使得系統切換操作在其他模式中的一或二如圖切顯示另一個實施例21，其中電流控制從（選用式） =或軟體得到輸人，基於種種的因素而改變電流。_ 來况’低溫模組可改變電流的工作週期。在正常溫度下，工作週期為10〇%(全電流），但在較低溫度，工作=成為，小、溫控制可在如果發生高溫時而降低電流值（振幅）。尚電壓控制模組可在如果發生高電壓（怪定電壓充電）時而降低充電電流。時間目標模組可在如果載具不急著離開時而降低電Α。用純與高溫控制的模組可為用力溫度控制的單一個模組。控制器可使用網路連接（例如：TCp/Ip)而經連接到功率轉換器。在控制器與功率轉換器之間的連.接可為類比式，諸如.直接P WM控制訊號或參數式（〇_ i 〇 v用於振幅且〇_ i 〇 V用於工作週期及/或頻率）。在控制器與功率轉換器之間的連接可為數位控制，諸如：RS232、RS485、I2C、CAN或 SPI。在控制器與功率轉換器之間的連接可為提供參數訊號 (0-100%用於振幅且0_100〇/〇用於工作週期）的PWM控制。控制器可直接控制一個開關（例如：電驛或半導體）控制訊號， 19 201203659 其切換功率轉換器的輪入或輸出電流。此可在載而功率轉換器的其餘者是在載具内或外。在控制器 :換器之間的連接可為光學式(例如：使用咖或光耦合器）。此為特別關注在維持電流隔離。控制器可控制二率轉換器在二個載具之間切換的一個開關。’以此…可使用單一個功率轉換器來對多個載具進行充電。功率轉換器可在載具内或在充電站或另外型式的充電器中。功率轉換器可為—般電源供應胃，諸如：切換模式電源供應器。電源供應器可為相位控制調光器。 ‘圖4e顯示如何使用此類的調光器來提供基本方式以改爰脈衝電流的頻率（藉由跳過一些相位脈衝）與振幅。。。諸如上述的調光器、焊接變壓器或低成本的電源供應, 器之不穩疋的電源供應器可被使用以產生pWM訊號。選用而呂，當+ f要任何PWM日寺，可經接通或斷開的穩定階段可被附加以穩定功率。I系統可包括為了穩定電流的穩定電源供應器以及用來產生pWM訊號的任一種訊號產生器。 PWM可為由馬達控制器所產纟，馬達控制器可作用為充電電路或其—部分。圖4f顯示一個實施例22，其中PWM可透過電容器從 '罔路所耦接進入，或是一個替代實施例23，其中變壓器可經接通或斷開。圖5顯示對於不同值的充電速度所描繪介於電池壽命 ' /、電池度之間的關係。電池退化可區分為被動退化與主動退化’被動退化是主要在高溫範圍，而主動退化是 20 201203659 主要在低溫範圍。被動退化是當電池未使用時而發型式的退化是因為諸如在電池中的擴散或氧化之過矛。。= 較高溫為加速。對此的理由是在：化學過程在較高：為進行地較快速’以提高氧化與擴散速度。主動退化是因為電池的使用而發生，I在較高溫時為減速。對此的理由’ 於：化學過程在較高溫為進行地較快速，使得f池為^ 易進行充電及放電。此意指的是，在充電期間提高溫度將使電池退化降低。如可由圖5所看出，具有對於各個充電速度的一個最佳溫唐，t卜畀杜的臨限溫度。 ^佳'·度可《取作為對於加熱所有貝知例均要被解讀為僅是舉例。本發明的在隨附的申請專利範圍中所界定。【圊式簡單說明】本电明業已關於非限制性的圖式而更詳細闡明，其中圖1a ” lb顯不應用本發明的系統的示意概觀圖；圖2汪到2 f顯子遥田| 、運用本發明的系統的流程圖；圖3a與3b顯示對於椒、根據本發明的電池的充電電流；圖4 a到4 f县茛千士尽缺士 …^、根據本發明的PWM轉換器的實施例；圖5顯示對於雷、a '的數個哥命週期曲線圖。【主要元件符號說明】 2 201203659 4 充電器 5 充電纜線 6 遠端決策與儲存設施 7 溫度感測裝置 8 系統之第二示意概觀 9 DC電源供應器（充電器） 10 電網或DC匯流排 11 電池 12 電池管理系統（BMS) 13 溫度充電控制器（TCC) 14 系統之另一示意概觀 15 控制器 ’ 16 功率轉換器 17 電池 18 溫度 19 溫度感測器 20 具有硬體或軟體結構之實施例 21 具有電流控制之另一實施例 22 具有PWM之實施例 23 具有變壓器之替代實施例 22

Claims

201203659 七、申請專利範圍：種：於對電池進行充電的方法，其包含： ::至少-個電氣载具通訊以接收電池資料；從電池知識座往$ — & 速度的參數中至少Γ者之^池溫度與諸如電池壽命和充電 ^ 者之間的關係；基於該關係與從該雷臨限溫度；接收的電池資料來計算若電池溫度為低於臨限溫度，對電池加熱；當該電池溫度高於該臨丨艮，皿度，對該電池進行充電。 2·如申請專利範圍第甘士也 ^ ^ ^ ^ ^ 員之方法，其中對該電池加熱的 /穴疋次對5哀电池加轨的括碎吐日日、匕 ‘"、的得續時間進而基於諸如期望最大時間之服務有關參數，以得到 j °哀電池的某個預定充電狀態。 3. 如申請專利範圍第丨或尺項之方法，其中對該電池加熱的決定及對該電池加埶的鋒. 符、，只時間和其他參數進而基於諸如在某個時間點的可用 J用功率之公用電網有關參數或電力價格有關參數^ 4. 如申請專利範圍第1 A 2項之方法’其中對該電池加熱的決定及對該電池加熱的持續時間進而基於諸如期望電池壽命（或諸如期望週期壽命的電池壽命形式）之電池有關參數。 5. 如申請專利範圍第1或乂 2項之方法，其中對該電池加熱的決疋以及對該電池加執的垃病&时曰 ‘"、的持續時間是進而基於功率轉換有關參數，諸如功率轉換的吳倚俠益的最大功率或最大脈衝功率❶ 6. 如申請專利範圍第1或 .^ ^ ^ < 2項之方法’其中對該電池進 23 201203659 行充電包含下列至少—者：恆定電流充電；遞減電流充電’例如由恆定電壓充電所得到。 7. ”請專利範圍第6項之方法，其中當該電池溫度超過預定向臨限溫度或箱令φ兩·斗、飞預疋電壓或預定充電狀態或預定充電時間時’施加例如由植玄带阿，* 疋電壓充電所付到之遞減電流充電。 8. 如申請專利範圍第1式固乐1玖2項之方法，其中加熱包含藉由將具有至少AC成分的雷$始4 μ & X刀旳電流施加到該電池以在該電池中產生耗散能量。 9_如申請專利範圍第8項之方法，其中在加熱期間朝向該電池的平均電流為正，用於加熱期間對該電池進行充電。 10.如申請專利範圍第1 Jg . 負之方法，其中在加熱期間的電流是單向DC電流。 11 ·如申請專利範圍第8首 j靶固弟s項之方法，其中該電流是pWM 電流。 12·如申請專利範圍第^之方法，其中該pwM的工作週期及因此該平均電流是依據該電池溫度來控制。 &如申請㈣範圍第"項之方法，其中該等讓脈衝的邊緣是對於歸因於諸波的電磁干擾而具有圓角 (rounded) 〇 14.如申請專利範圍第i 3 j旨夕古、土 # & 寸π现回珩u項之方法，其中該等脈衝是正弦波。 . Μ·如申請專利範圍第U項之方法，其中至少在一個溫度區間，該平均電流是對於每5到15度且特別是每ι〇度 24 201203659 的溫度升尚而加倍。 1 6.如申凊專利範圍第14項之方法，其中恆定電流充電是發生在該PWM充電的峰值處。 17. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該電流的值是在充電期間增大。 18. 如申請專利範圍帛1或2項之方法，其中該電池溫度是基於環境或載具溫度而測量或估計。 19. 如申請專利範圍第丨或2項之方法，其中該電池溫度是基於監視來自該電池對於充電或放電電流、電流中斷、或對於一連串不同電流的響應而測量或估計。 2〇.如申請專利範圍帛1或2項之方法，其中該電池溫度是經由資料通訊通道或電腦網路而得到。 2 1 ·—種電池充電設備，其構成以實行如申請專利範圍第1至20項中任一項之方法。申《月專利圍第2 1項之電池充電設備，其中該等脈衝具有大於對於使用的充電設備所指定的岭值。 23·如申請專利範圍第21或22項之電池充電設備，其構成以在同一時間對複數個電池進行充電，其中當對於第載具的PWM讯號為低時，對於第二載具的pwM訊號設定為高。本24·如申清專利範圍第23項之電池充電設備，其構成以田對於4電池的PWM訊號為低時，對電池的加熱元件供電。 25·如申請專喇範圍第2丨或22項之電池充電設備，其構成以從諸如載具或電池管理系統的外部裝置、或具有充 25 201203659 電概況的資料庫來讀取對於電池的充電概況。 2 6. —種載具或能量交換系統’其包含如申請專利範園第2 1至25項中任一項之充電設備。 27_—種用充電器對載具電池進行充電的方法，其包含. 在β玄充電器與該載具之間配置資料通訊連接；由該充電器從該載具請求電池型式資訊；在該充電器與電池知識庫之間配置資料通訊連接；從該電池知識庫以對於確定的電池型式來請求介於電池壽命與至少電池溫度和充電速度之間的關係式；條件；從該載具請求諸如可用的充電時間與所需充電之邊界確疋该電池可在某時間量内被加熱的溫度範圍，而留下足夠時間以符合該至少一個邊界條件；在確定的溫度範圍内，根據該關係式來確定對電池壽命具有最少影響之溫度；對該電池加熱到所確定溫度；當已經達到該所確定溫度，對該電池進行充電而直到所需充電為經充電。

電池充電器其具有通訊機構或與該載具通訊，經構統，其包含：成用於：從該載具請求電池型式資從s亥載具請求諸如可用的條件；貢訊；的充電時間與.所需充電之邊界 26 201203659 電池知硪庫，其對於複數個電池型式具有介於電池壽命與至少電池溫度和充電速度之間的關係式；確疋機構，其用於確定該電池可在某時間量内被加熱的/凰度範圍而留下足夠時間以符合該至少一個邊界條件，且用於確定s玄電池可在某時間量内被加熱的溫度範圍而留下足夠日VJ·間以符合該至少一個邊界條件；拴制機構，其用於拽制該充電器以將該電池加熱到所崔定’现度’且然後對該電池進行充電而直到所需充電找八、圖式： (如次頁） 27