Spôsob vyváženého nabíjania lítium-iontovej alebo lítium-polymérovej batérie

Číslo patentu: E 7397

Dátum: 18.11.2004

Autor: Pellenc Roger

Je ešte 15 strán.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

§pôsob vyváženého nabíjania lítium-iontove alebo lítium- ol méroveVynález se týka oblasti nabíjania alebo nabitia batérií, ktoré sú schopné opäť sa nabíjat a jeho predmetom je spôsob vyváženého nabíjania článkovOptimalizované elektrické nabíjania batérie, ktoré sa skladajú z niekoľkých článkov, sa stretáva s obtiažne riešiteľnými problémami najmä vtedy, keď počet článkov alebo článkov zapojených do série je vysoký.V prípade lítium-iontovej batérie alebo lítium-polymérovej batérie ešte vznikajú problémy optimalizácie nabitia určitých prvkov alebo článkov, kedy sa vyskytujú riziká nevratného poškodenia týchto prvkov alebo uvedených článkov v prípade preťaženia, najmä prehriatím alebo prepätím.Jednak je známe, že v batériách, ktoré používajú lítium-iontové prvky alebo lítium-polymérové prvky V sérii, nie sú kapacitné výkony každého prvku alebo článku po nabití identické a že sa tieto rozdiely zväčšujú cyklus po cykle nabíjania a vybitia, až nakoniec ohrožujú životnosť batérie.Tiež je známe, že lítium-iontové a lítium-polymérové batérie sa neprebíjajú pri nabíjaní a to ani pri nabíjaní, ani pri používaní (vybití). Ako príklad nijak obmedzujúci sa uvádza maximálna dosiahnutá hodnota napätia pri preťažení pre každý z článkov lítium-iontovej batérie a lítiumpolymérovej batérie zapojených v sérii 4,20 voltu a dosiahnutie napätia pre zastavenie vybíjania a tým i vylúčenia poškodenia batérie je 2,70 voltu.Ďalej je známe, že u každého z prvkov alebo článkov lítium-iontovej alebo lítium-polymérovej batérie je napätie na svorkách prvku alebo článku ukazateľom akumulovanej kapacity v príslušnom prvku alebo článku. Tentoúdaj o napätí neuvádza presnú hodnotu kapacity v ampér~hodinách alebo Watt hodinách, ale udáva percento kapacity príslušného prvku V okamžiku merania tohto napätia.Obrázok 1 na pripojených výkresoch znázorňuje krivku znázorňujúcu vývoj napätia na svorkách lítium-iontového prvku vzhľadom k jeho kapacite(ide o krívku vybitia pri stálom prúde, čas je úmerný percentu akumulovanejenergie v príslušnom lítium-iontovom prvku, kde O sec 2 95 (4,129 voltu), 6 150 sekúnd 50 (3,760 voltu) a 12 300 sekúnd z 0 (3,600 voltu). Je možné pozorovať, že na veľkej častí tejto krivky je kapacita skoro lineárna predtým, než rýchlo degraduje. Za účelom kontroly operácií nabíjania a vybíjania prvku alebo lítium-iontového článku sa operuje v lineárnej časti,čo potvrdzuje, že napätie je ukazateľom kapacity.Vzhľadom kúdajom uvedeným V troch predchádzajúcich bodoch je možné overiť, že u batérie pozostávajúcej z viac než troch až štyroch lítiumiontových alebo lítium-polymerových článkov zapojených v sérii, sa zastaví nabíjanie batérie vtedy, ked najviac nabitý prvok dosiahne 4,20 voltu a naopak pri vybíjaní sa operácia zastaví vtedy, keď prvok s najmenšou kapacitou dosiahne napätie 2,70 voltu. Je to teda prvok s najnižšou kapacitou,ktorý určuje globálnu kapacitu batérie. Je teda možné pochopiť, že ak má batéria veľký počet prvkov zapojených v sérii, riziko nevyužívania celkovej kapacity batérie je reálne, pretože je to prvok s najnižšou kapacitou, ktorý určuje obmedzujúcim spôsobom celkovú kapacitu batérie. Tento jav sa ešte zväčšuje pri opätovaných cykloch nabitia/vybitia.Tento nerovnovážny jav pri nabíjaní v podstate vyvolávaný rozdielmi kapacity a vnútorného odporu medzi stavebnými prvkami batérie a rozdiely sú dôsledkom variácie kvality zhotovených lítium-iontových alebo lítiumpolymérových prvkov.Za účelom optimalizácie kapacity batérie, čo je veľmi dôležité pre náklady na Využívanie, je nutné riešiť tento vyššie zmienený problém tým, že sa pred zastavením nabíjania uskutoční opätne vyrovnanie všetkých prvkov alebo všetkých článkov batérie. Toto vyrovnanie by malo umožniť nabitíe všetkých článkov na 100 , či už je ich kapacita akákoľvek.V praxi podľa súčasného stavu techniky sa toto vyrovnanie uskutočňuje na konci nabíjania deriváciou nabíjacieho prúdu prvku nabitého na 100 , teda vtedy, ked tento prvok dosiahne napätie 4,20 voltu. Tak sa nabíjanieprvkov zastaví, ked dosiahnú 4,20 voltu a nabitie všetkých prvkov na konci operácie nabíjania je 100 .Táto známa technika vyrovnávania na konci nabíjania však vykazuje značne nevýhody.Systémy vyrovnávania vyžadujú odpory so značným výkonom, aby mohli rozptyľovať výsledné prúdy a to tým viac, keď sa spustí systém vyrovnávania a nabíjania, prúdy sú ešte vysoké, čo sa prejaví tým, že prvky batérie sú veľmi nevyrovnané.Naviac tento veľký rozptyl spôsobuje náväzné zvýšenie teploty, čo môže byť nevhodné V prípade kompaktných batérií s derivačnými odpormi.Môže sa tiež stať, že cez zavádzanie veľkých nabíjacích prúdov na konci nabíjania nie je batéria vyrovnaná, i keď boli podmienky nabíjania splnené.V aplikáciách s veľkými výkonmi sú doby opätovného nabíjania batérie,najmä kompletné opätné nabíjania, veľmi dlhé, až príliš dlhé. Často sa stáva,že efektívna doba nabíjania medzi dvomi fázami vybitia je príliš krátka pre ukončenie operácie nabíjania a nabíjanie sa teda preruší, i ked nevyváženosť medzi prvkami alebo článkami nie je ešte dost kompenzovaná (v prípade systému vyrovnávania na konci operácie nabíjania podľa súčasného stavu techniky). Opakovanie tohto javu vedie k rýchlej degradácii výkonovCieľom vynálezu je vytvorit návrh, ako vyriešiť optimalizované nabíjanie, ktoré by malo zmienené výhody a prekonalo vyššie uvedené nevýhody v porovnaní s doterajšim stavom techniky.Za týmto účelom je predmetom vynálezu spôsob vyváženého nabíjania n článkov, kde n z 2, lítium-iontovej alebo lítium-polymérovej batérie, ktoré sú zapojené do série a každý článok pozostáva z jedného prvku alebo niekoľkých prvkov namontovaných vedľa seba, vyznačený tým, že sa od počiatku nabíjania batérie a behom celého priebehu tejto operácie výhodne uskutočňuje nepretržitá kontrola úrovne nabíjania rôznych článkov a na základe predbežného vyhodnotenia týchto úrovní nabíjania sa uskutočňuje budjednotné napájanie všetkých článkov alebo vyrovnávanie uvedených úrovnínabíjania týchto článkov ich rozdielnym napájaním vzhľadom k ich súčasnej úrovni nabíjania.Etapy spôsobu môžu byt uskutočňované dvomi rôznymi postupmi, ktoré sa zakladajú na dvoch rôznych technologických uskutočneniach.Riešenie založené V podstate na analogickej technológii spočíva V kontrole úrovní nabíjania, ktorá sa uskutočňuje kontinuálne a diferencované napájanie sa uskutočňuje tak dlho, dokiaľ rozdiely úrovní nabíjania medzi článkom alebo článkami najviac nabitými a článkom alebo článkami najmenej nabitými prekračujú predom stanovenú prahovú hodnotu.Varianta riešenia, ktorá je výhodným uskutočnením vynálezu, využíva digitálne spracovanie signálov a riadenie spôsobu nabíjania digitálnou spracovateľskou jednotkou, pričom kontrola úrovní nabíjania sa uskutočňuje opakovaným meraním a diferencovaným napájaním aplíkovaným po predom stanovenú dobu v prípade overovania podmienok nevyrovnaností úrovní dosiahnutého nabíjania.Toto druhé riešenie umožňuje zjednodušiť ako materiálne, tak i počítačové vybavenie potrebné pre uskutočňovanie tohto spôsobu.V súvislosti s týmto druhým riešením spočíva spôsob s Výhodou v tom,že každý článok batérie, jeden po druhom, sa postupne spínajú behom zlomku celkovej doby nabíjania batérie, pričom časové sekvencie Zahrnujú opätné vyhodnotenie úrovne nabitia príslušného článku, po ktorom V závislosti na úrovni nabíjania a so zreteľom k všetkým úrovniam nabíjania ostatných článkov batérie nasleduje jednotné alebo diferencované napájanie podľa opakovacieho cyklu behom operácie nabíjania.Podľa výhodného spôsobu uskutočnenia vynálezu zahrnuje uvedený spôsob uskutočňovania týchto nasledujúcich operácií pri riadení digitálnou spracovateľskou jednotkou a to od začiatku nabíjania- Vyhodnotenie množstva energie akumulovanej v každom článku najmäv pravideľných intervaloch, ktoré sa uskutočňuje meraním parametru, ktoré toto množstvo znázorňuje- komparatívna analýza rôznych vyhodnotených množstiev energie alebo rôznych hodnôt nameraného parametru u každého článku- určenie článku, ktorý sa najviac v nabíjaní oneskoruje a prípadnečlánku alebo článkov, ktoré sú nabité najviac

MPK / Značky

MPK: H01M 10/42

Značky: spôsob, nabíjania, vyváženého, lítium-iontovej, lítium-polymérovej, baterie

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/23-e7397-sposob-vyvazeneho-nabijania-litium-iontovej-alebo-litium-polymerovej-baterie.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Spôsob vyváženého nabíjania lítium-iontovej alebo lítium-polymérovej batérie</a>

Podobne patenty