充电装置及电池的充电及再生方法与流程

本发明所揭示内容主张于2021年6月24日所申请的非临时专利申请案no.17/357,764的优先权益。该前述申请案系完整并入作为参考。本发明一般来说是关于一种充电装置、一种电池单体充电方法、和一种电池单体再生方法。更特定而言，本发明所揭示内容是针对一种能够提供通过使用具有预定分布状况(profile)的充电电流对该电池单体充电，而使具有不良(adverse)内部电气电阻的电池单体再生的方法的充电装置。

背景技术：

1、在本发明所揭示内容中，“电池单体”(battery cell)、“电池”(battery)、“单体”(cell)是可互换用于指称能够将以电荷的形式所储存的能量维持在一定电位的电化学装置。而且，该电化学装置是能够(经由放电程序)以电流(其时常通过接收或消耗该所储存能量的电负载)的形式排出或释放该所储存的能量。该电池经由该放电程序提供给该负载的该电流，可指称为该电池的输出电流。该输出电流可在可能会或可能不会变化的一定输出电压下提供。在电池中所储存的该能量由于该放电程序而耗尽之后，可对该电池施加充电或再充电程序，以恢复或提高其内的该能量位准。该充电程序一般来说涉及从外部来源在一定电位(指称为充电电压)下，向该所耗尽的电池施加电流(指称为充电电流)。在该充电程序之后，该电池再次维持可经由另一回合(round)放电程序释放的能量。

2、电池可能已重复经历以上所述的该等充电与放电程序，以随着时间将能量提供给一个或多个负载。此类电池可能称为“二次单体”(secondary cell)或“二次电池”(secondary battery)。在对特定电池重复该等充电与放电程序许多次之后，该电池的性能可能老化、劣化、或退化。举例来说，该电池可能在正在充电与放电一定次数之后，在其容量上经历减少。亦即，二次单体如与其为较新时相比，可能无法在其内维持同样多的能量。在一些情况下，该电池的该老化或劣化可能表明在该电池性能上的退化上，例如该电池能够提供的较低输出电流和/或较低输出电压。或者或此外，该劣化可以恢复该电池中所维持的该能量所需的较长时间、较大充电电压、和/或较大充电电流表明。再者，内含液体的二次单体可能例如在该二次单体系经受充电或放电时产生气体(如氢气或甲烷)，导致产气的问题。

3、几种技术已导入以减轻或减缓对于铅酸电池的该电池劣化程序。举例来说，若减少或去除该电池的该等电极上所积累的硫酸盐，则电池性能可能系提高，且其寿命延长多达3倍。尽管如此，对于锂基电池或金属燃料单体，一直没有减缓或减轻电池劣化的有效充电方法提出。

技术实现思路

1、本发明所揭示内容的目的提供一种使用提供安全且有效电池充电程序的预定义算法的电池充电及/或再生设备。

2、在一个方案中，提供一种电池充电设备。该设备包括一正电极，其配置成连接到该电池的一正端子；以及一负电极，其配置成连接到该电池的一负端子。该设备还包括一充电电流产生器，其配置成产生通过该正电极和该负电极对该电池充电的一充电电流。该充电程序可在称为充电持续时间的时段内有效，并通过采用该充电电流向该电池添加电荷而对该电池充电。具体而言，该充电电流是基于该电池的至少两个参数(即充电常数和初始充电状态)产生。该充电常数是一正数，而该初始充电状态是该充电程序的初始条件(代表在该充电持续时间的开始时向该电池所添加的该电荷)。

3、在一些具体实施例中，该所添加电荷与该初始充电状态的比率的自然对数，实质上等于该充电常数以及该充电持续时间的长度与实数负一(-1)的乘积。亦即，该设备采用下文中所说明的该方程式(4)，以控制(govern)该充电程序。

4、在一些具体实施例中，该设备还包括一电池诊断模块。该电池诊断模块系配置成诊断该电池，以判定包括该充电常数和该初始充电状态的电池参数。在一些具体实施例中，该电池诊断模块亦可收集或侦测用于该设备的附加电池参数，以判该定充电持续时间。

5、在一些具体实施例中，该设备还包括一模式开关。该模式开关具有两个定位，并系能够在第一定位与第二定位间切换。经由该模式开关，该设备系可以下列两种模式的一配置。当该模式开关系切换成该第一定位时，该设备系在电池充电模式下，其中该正电极和该负电极系耦合到该充电电流产生器。当该模式开关系切换成该第二定位时，该设备系在电池诊断模式下，其中该正电极和该负电极系耦合到该电池诊断模块。

6、在一些具体实施例中，通过该充电电流产生器而产生的该充电电流包含一脉冲(impulse)充电电流。

7、在一些具体实施例中，通过该充电电流产生器而产生的该充电电流包含一冲击(impact)充电电流。

8、在一些具体实施例中，通过该充电电流产生器而产生的该充电电流包含一非线性不对称充电电流。

9、在另一个方案中，提供一种电池充电方法。该方法涉及提供具有正电极和负电极的充电装置。该方法也涉及通过将该正电极和该负电极分别耦合到该电池的正端子以及该电池的负端子，而将该充电装置与该电池连接。该方法也涉及判定初始充电状态和充电常数。该方法还涉及在时段内将充电电流提供给该电池，以向该电池添加电荷。具体而言，该充电电流系以该所添加电荷与该初始充电状态的比率的自然对数，实质上等于该充电常数以及该时段的长度与实数负一(-1)的乘积的方式提供给该电池。亦即，下文中所说明的该方程式(4)正在决定该充电程序。

10、在又另一个方案中，提供一种电池再生方法。该方法涉及提供具有正电极和负电极的一充电装置。该方法也涉及通过将该正电极和该负电极分别耦合到该电池的正端子以及该电池的负端子，而将该充电装置与该电池连接。该方法还涉及对该电池进行再生操作，其中该再生操作涉及：1)判定初始充电状态；2)判定充电常数；3)及时判定再生持续时间；以及4)将再生电流提供给该电池达该再生持续时间，以向该电池添加电荷。具体而言，该所添加电荷与该初始充电状态的比率的自然对数，实质上等于该充电常数和再生持续时间与负一的乘积。亦即，下文中所说明的该方程式(4)控制该再生操作中所使用的该再生电流。

11、在一些具体实施例中，该电池再生方法还涉及判定该电池在该再生操作之后的电阻减少。该电阻减少代表该电池在该再生操作的前和之后的内部电阻的改变。而且，该方法也涉及在该电阻减少是大于预定阈值的情况下，进行后续回合的该再生操作。

12、在一些具体实施例中，该电阻减少是该内部电阻在该再生操作的前和之后的该改变的绝对值。在一些其他具体实施例中，该电阻减少是该内部电阻在该再生操作的前和之后的该改变的百分比。

13、在一些具体实施例中，使电池再生的该方法还涉及重复执行该再生操作以及判定该电阻减少，直到该电阻减少被判定为小于或等于该预定阈值。

14、在一些具体实施例中，用于该等后续一个或多个回合再生操作的任一该等电池参数(如该初始充电状态、该充电常数、或该再生持续时间)，皆可无需主动判定。而是，该方法可参照来自前一回合再生操作的该参数的该值。举例来说，该方法可仅将来自前一回合再生操作的一个或多个相同参数值重复用于该目前回合。