基于放电脉冲期间的电池测量的自适应电池充电的制作方法

基于放电脉冲期间的电池测量的自适应电池充电
1.相关申请
2.本发明申请主张2019年9月23日提交的美国临时专利申请no.62/904,225的优先权，该专利申请的内容出于所有目的以其全部作为参考并入本文。
技术领域
3.本说明书涉及电池充电，并且具体地涉及基于在电池充电期间所施加的放电脉冲期间所进行的电池测量的自适应电池充电。


背景技术：

4.电池技术的进步尚未跟上市场需求。仍需要改善电池系统的性能。具体地，需要改善电池充电速度以及电池寿命(就年限而言和就充电/放电循环而言)。


技术实现要素：

5.根据本说明书的实施方式，提供了给电池充电的方法，所述方法包括：对电池施加充电电流；在施加充电电流之后，对电池施加至少一个放电脉冲；在所述至少一个放电脉冲的接通周期(on period)期间测量至少一个电池参数；基于所测量的至少一个电池参数适配一个或多个充电参数；和基于所适配的一个或多个充电参数对电池充电。
6.对电池施加充电电流可以包括对电池施加脉冲充电电流。
7.对电池施加充电电流可以包括对电池施加恒定充电电流。
8.对电池施加充电电流可以包括对电池施加交流电(ac)。
9.测量至少一个电池参数可以包括在至少一个放电脉冲的接通周期期间，确定对应于电池的电压的变化率，其中所述电压对应于电池的闭路电压(ccv)。
10.适配一个或多个充电参数可以包括适配以下中的一种或多种：对应于放电脉冲的放电电流和放电脉冲的接通周期。
11.适配一个或多个充电参数可以包括在施加放电脉冲之后，适配将施加于电池的充电脉冲的一个或多个参数。
12.适配充电脉冲的一个或多个参数可以包括适配以下中的一种或多种：充电脉冲的接通周期、频率或工作周期(duty cycle)。
13.适配一个或多个充电参数可以包括在施加放电脉冲之后，适配将施加于电池的充电电流值。
14.所述电池可以是锂离子电池或硅阳极电池之一。
15.根据本说明书的另一个实施方式，提供了给电池充电的设备，所述设备包括：至少一个处理器；和配置为存储指令的非暂存性计算机-可读存储介质(永久性计算机-可读存储介质，non-transitory computer-readable storage medium)，其中响应于由至少一个处理器对指令的执行，指令引起至少一个处理器实施操作或控制操作进行，所述操作包括：对电池施加充电电流；在施加充电电流之后，对电池施加至少一个放电脉冲；在所述至少一
个放电脉冲的接通周期期间测量至少一个电池参数；基于至少一个电池参数适配一个或多个充电参数；和基于所适配的一个或多个充电参数对电池充电。
16.所述充电电流可以是脉冲充电电流。
17.所述充电电流可以是恒定充电电流。
18.所述充电电流可以是交流电(ac)。
19.测量至少一个电池参数的操作可以包括在至少一个放电脉冲的接通周期期间，确定对应于电池的电压的变化率的操作，并且其中所述电压对应于电池的闭路电压(ccv)。
20.适配一个或多个充电参数的操作可以包括适配以下中的一种或多种的操作：对应于放电脉冲的放电电流和放电脉冲的接通周期。
21.适配一个或多个充电参数的操作可以包括在施加放电脉冲之后，适配将施加于电池的充电脉冲的一个或多个参数的操作。
22.充电脉冲的一个或多个参数可以包括以下中的一种或多种：充电脉冲的接通周期、频率或工作周期。
23.适配一个或多个充电参数的操作可以包括在施加放电脉冲之后，适配将施加于电池的充电电流的操作。
24.所述电池可以是锂离子电池或硅阳极电池之一。
附图说明
25.关于以下讨论以及具体地附图，强调的是所示细节出于说明性讨论的目的而表示实例，并且为了提供原理的描述和本发明公开的概念性方面而呈现。对此，并不试图显示超出本发明公开的基本理解所需的实施细节。结合附图，以下讨论使得可以如何实践根据本发明的实施方式对于本领域技术人员是显而易见的。类似或相同的参考数字可以用于在多幅附图和支持性描述中标识或另外指示类似或相同的元素。在附图中：
26.图1示出了根据本说明书的非限制性实施方式的实例电池系统的框图。
27.图2示出了根据本说明书的非限制性实施方式的电池充电的实例实施方式。
28.图3示出了根据本说明书的非限制性实施方式的自适应电池充电的实例方法的流程图。
29.图4示出了根据本说明书的非限制性实施方式的实例电池电压曲线。
30.图5是根据本说明书的非限制性实施方式，在放电脉冲期间测量电池的闭路电压(ccv)以及随后适配电池充电的实例方法的流程图。
31.图6是根据本说明书的非限制性实施方式，在放电脉冲期间测量电池的闭路电压(ccv)以及随后适配电池充电的另一种实例方法的流程图。
32.图7示出了根据本说明书的非限制性实施方式，对应于所适配的放电脉冲的实例电池电压曲线。
具体实施方式
33.在以下描述中，出于解释的目的，描述了多个实例和具体细节以便提供对本发明公开的彻底理解。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是如权利要求中所表达的本发明公开可以包括这些实例中的一些或全部特征(以单独方式或与以下所描述的其它特征组
合的方式)，并且可以进一步包括本文所描述的特征和概念的修改和等价形式。
34.单词“示例性的”在本文中用于表示“作为实例、情况或说明使用”。本文作为“示例性的”所描述的任何实施方式不必需视为比其它实施方式优选或有利的。同样地，术语“实施方式”不需要所有实施方式包括所讨论的特征、优势或运行方式。
35.提供本文所使用的术语仅描述具体实施方式而不意欲限制本文所公开的任何实施方式。除非上下文中明确指出，否则如本文所使用的，单数形式的“一个”和“所述”也旨在包括复数形式。将进一步理解当在本文中使用时，术语“包含”和/或“包括”指明了所表示的特征、整数、步骤、操作、元素和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元素、部件和/或它的组的存在或添加。
36.除非另外定义，否则本文所使用的所有技术和科学术语具有与本发明公开所属领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。
37.图1示出了根据本说明书的非限制性实施方式的实例电池系统100。电池系统100包括电池105。在一些实施方式中，电池105可以是单体电芯。在一些实施方式中，电池105可以是电池组，其可以包括多个可充电电池组电池。在一些实施方式中，所述电池组内部的电池组电池可以以多种构造布置，例如，串联电池组电池、并联电池组电池或者串联和并联电池组电池的组合。在一些实施方式中，电池105可以包括彼此串联或并联连接的多个电池模块，每个电池模块还可以包括以不同的串联和并联构造布置的电池组电池。
38.在一些实施方式中，电池105可以是锂离子电池或硅阳极电池之一。在一些实施方式中，电池105可以包括(但不限于)锂金属电池组电池、钠离子电池组电池、镍镉电池组电池、镍金属氢化物电池组电池、铅酸电池组电池、固态电池组电池等。本文所描述的系统、方法和装置不受限于电池105中的电池组电池的数目和类型。
39.电池系统100还包括控制器110，其可操作性地偶联至电池105。根据本文所述的方法，控制器110可以控制电池105的充电。例如，控制器可以实施图3中所示的实例方法300、图5中所示的实例方法500或者图6中所示的实例方法600的操作或者控制所述操作的进行。控制器110可以包括处理器115以控制电池105根据本说明书的充电。控制器110还可以包括非暂存性计算机-可读存储介质120，其可以存储指令，所述指令是通过控制器110的处理器115可执行的以实施根据本文所述的方法相对于电池105的充电的操作或者控制所述操作的进行。计算机-可读存储介质120可以是计算机存储器或存储装置，其可以是任何适合的存储设备，如(但不限于)rom、prom、eeprom、ram、闪速存储器、磁盘驱动器等。在一些实施方式中，处理器115可以执行计算机-可读存储介质120中存储的指令，所述指令可以引起控制器110实施图3中所示的实例方法300、图5中所示的实例方法500或者图6中所示的实例方法600或者控制所述方法的进行。
40.在一些实施方式中，控制器110可以通过使用任何充电协议来帮助电池105充电，所述充电协议包括(但不限于)cc-cv充电协议、脉冲充电协议、恒定电流协议、恒定电压协议等。
41.在一些实施方式中，控制器110可以是微控制器并且可以包括处理指令和数据的中央处理器(例如，处理器115)，存储指令和数据的在板存储器、用于得自电池系统100的其它模块的模拟数据转化的数模转换器和用于控制电池系统100的多个模块的驱动电路。
42.在一些实施方式中，控制器110(例如，处理器115)还可以监测(例如，测量)电池
105的多个参数，并且使用所监测的参数来控制电池105的操作。通过控制器110所监测的多个参数可以包括(但不限于)电压、电流、充电状态(soc)、温度、健康状态等。另外，控制器110(例如，处理器115)可以计算多个值，其包括(但不限于)充电电流限制(ccl)、放电电流限制(dcl)、自上一充电或放电循环所递送的能量、内阻抗和对电池105以及当电池105为电池组时，对各个电池组电池所递送或存储的电荷(库仑计)。
43.在一些实施方式中，控制器110可以作为电池105的电池管理系统(bms)来运行，并且实施通过bms所实施的所有这些功能。
44.bms在本质上是电池的“大脑(brain)”并且控制电池的充电和放电以及其它操作。控制器110可以通过监测电池105和/或包含在电池105内的电池组电池之内所发生的实时电化学和宏观动力学过程，起到实时适配电池105的充电和放电的主动bms的作用。控制器110可以实施如共同拥有的美国专利申请no.15/644,498和共同拥有的美国专利申请no.15/939,018中所述的主动bms功能(例如，控制电池105的充电和放电)。
45.在一些实施方式中，控制器110可以实施可以用于确定如何可以根据本文中所公开的方法适配充电参数的电池模型。可以在电池特性鉴定或电池训练期间建立这种电池模型。例如，在特性鉴定阶段，可以将电池105缓慢充电几个循环，并且可以根据这些缓慢充电循环来确定优化的电池充电参数(例如，对于充电速度、电池循环寿命和/或电池使用寿命优化)。可以记录这些优化的充电参数，并且可以建立电池模型。在一个实例中，可以相对于放电脉冲参数和/或充电脉冲参数以及电池模型的组成来存储电池参数，如电池的容量和ccv(例如，在放电脉冲期间)。如本文所公开的，可以通过控制器110使用这种电池模型来适配电池充电。
46.在一些实施方式中，控制器110可以包括基于人工智能的逻辑(例如，通过处理器115实施)，并且控制器110可以是自学习控制器。这种控制器可以在电池真实充电期间建立电池模型，并且可以学习如何基于电池模型中的数据和/或基于电池充电期间实施的真实电池测量来适配电池充电。
47.可以配置控制器110以产生控制脉冲，将所述控制脉冲提供给多个开关(附图中未显示)以控制所述开关的操作，从而产生充电脉冲和/或放电脉冲以对电池105充电。根据本发明，在一个实例中，控制器110可以调节控制脉冲的频率(例如，脉冲周期)。例如，控制器110可以控制每个控制脉冲的接通周期和断开周期的持续时间，其导致对充电脉冲和/或放电脉冲的脉冲周期的调节。在一些实施方式中，例如，所述开关可以是场效应晶体管(fet)装置。可以控制所述开关(接通，断开)以对电池105提供充电和/或放电脉冲。
48.电池系统100还包括测量模块125(例如，传感器和相关电路)以测量电池105和/或电池105的电池组电池的多个参数。在一些实施方式中，将测量模块125可操作性地偶联至电池105和控制器110，并且可以通过控制器110控制测量模块125，从而根据本文中所公开的方法实施多种测量相关操作以对电池105充电或放电。测量模块125可以包括多种传感器，如(但不限于)安培计、伏特计、温度传感器、库仑计等。在一些实例中，测量模块125还可以包括一些机械传感器，如(但不限于)压电传感器(用于确定电池膨胀，其指示电池组中的不平衡或电池内部的机械应力)。
49.可以通过测量模块125测量并且通过控制器110控制的多个参数可以包括电池105以及电池105的各个电池组电池的电压(例如，开路电压(ocv)、闭路电压(ccv)、电流(例如，
充电电流或放电电流)、温度、充电状态(soc)等)。
50.在一些实施方式中，可以作为控制器110的组件实现测量模块125。在这些实施方式中，可以配置控制器110以测量和确定电池105的多个参数(如电流、电压、温度、soc等)值。
51.电池系统100还可以包括电源130，其可以是(例如)专用适配器，如ac-至-dc墙式适配器。在大多数情况下，考虑特定电池充电需要设计这些适配器，并因此电源130的源能力使得电池，如电池105能够具有正确的基于容量的充电电流。在一些实施方式中，电源130可以是(例如)非专用适配器，如不必需考虑任何具体电池容量所设计的通用充电器。作为另一个实例，电源130可以是通讯或计算机总线电压信号，其旨在为并联或串联连接至总线的一些设备供电。这类电压电源的一个非限制性实例是通用串行总线(usb)连接，其提供了电压总线(vbus)信号，从该信号可以引入受限的量的电流。电源130的另一个实例可以是usb-c连接器，它是24-针usb连接器系统，它以其双面旋转-对称连接器(two-fold rotational-symmetrical connector)而著称。控制器110可以与电源130连接以获得电能来辅助根据本发明的电池105的充电。
52.在一些实施方式中，电源103可以是电动车辆的充电装置(例如，充电站或电动车辆(ev)充电器)。
53.电池系统100还可以包括控制器110的通讯接口135以与电池105内的硬件通讯，并且与电池105相关负荷通讯。例如，通讯接口135可以使得控制器110能够与电池105相关负荷的主控制器通讯。所述负荷可以包括(但不限于)移动电话、电动车辆、笔记本电脑、私人助理装置或者电池105供电的任何其它装置或系统。简单来说，通讯接口135可以使得控制器110能够与电池105驱动的装置或系统的中央处理器通讯。根据本文中所公开的方法，这种通讯可以至少控制或协调电池105的充电和/或放电。
54.据考虑本领域的常规技术人员可以改变电池系统100的实施方式，并且这些改变在本发明公开的范围内。例如，可以作为电源130的组件实现控制器110。在一些实施方式中，可以将控制器110安放在电源130的外壳中(例如，ev充电站)。类似地，在其它实施方式中，可以作为电池105的组件实现控制器110。在一些实施方式中，可以将控制器110安放在电池105的外壳中。在一些实施方式中，可以作为可以与电源130(例如，ev充电站)连接的单独模块(例如，附加模块)实现控制器110，从而根据本文中所公开的方法实施电池105的自适应充电。
55.另一种这种实例改变可以是可以在两种不同的控制器，如充电控制器和放电控制器中实现控制器110的功能性。根据本文中所公开的方法，在电池充电期间，充电控制器可以是可操作的以对电池施加充电电流，并且放电控制器可以对电池施加放电电流或放电脉冲。充电控制器和放电控制器之一可以实施图3中所示的实例方法300、图5中所示的实例方法500或者图6中所示的实例方法600的其余操作或者控制所述其余操作的进行。在一个实例中，可以作为电源130(例如，ev充电站)的组件实现充电控制器，并且可以在可以与电池105和电源130连接的单独附加模块中实现放电控制器。
56.图2示出了根据本说明书的非限制性实施的电池充电的实例实施方式200。
57.如图2可见，为了对电池充电，将充电电流应用于电池(例如，电池105)。通过正弦波205表示充电电流205。然而，在一些实施方式中，将一系列(例如，一连串)充电脉冲(例
如，脉冲充电电流)施加于电池。在一些实施方式中，可以施加恒定电流(cc)以对电池充电。换言之，在一些实施方式中，可以以恒定电流(cc)充电模式起始电池充电。在一些实施方式中，可以施加交流电(ac)来对电池105充电。可以通过控制器实施或控制对电池105施加充电电流。例如，控制器110可以施加充电电流以对电池105充电。控制器110可以从电源130获得电能以引起电池105的充电。
58.在一些实施方式中，为了引起电池充电，可以基于电池特性鉴定来确定充电电流或充电脉冲的充电参数，如(但不限于)频率、幅度、脉冲宽度等。例如，控制器110可以根据电池(例如，电池105)的类型、电池规格、充电硬件(例如，电源)规格或限制等确定初始充电参数。
59.在施加充电电流之后，可以对电池施加至少一个放电脉冲210。在一些实施方式中，在施加至少一个放电脉冲210之前，控制器110可以对电池105施加特定时间量的充电电流。例如，在决定施加至少一个放电脉冲之前，控制器110可以对电池105施加特定时间量的一连串充电脉冲。在一些实施方式中，可以在对电池施加多个充电脉冲之后并且施加至少一个放电脉冲之前采取暂停(具有预定或动态持续时间)。在一些实施方式中，在充电脉冲和放电脉冲的施加之间可以不存在暂停。在一些实施方式中，代替充电脉冲或除充电脉冲之外，可以将恒定电流施加于电池，随后施加放电脉冲以对电池充电。
60.在一些实施方式中，控制器110可以基于一个或多个电池参数，如(但不限于)电池105的充电状态(soc)确定何时施加至少一个放电脉冲。在一些实施方式中，在检测电池的soc改变特定量后，控制器110可以决定施加至少一个放电脉冲。例如，在电池105的soc每1％改变后，控制器110可以对电池105施加一个或多个放电脉冲。在其它实例中，在电池105的soc每0.5％、2％、5％或任何其它百分比变化后，控制器110可以对电池105施加放电脉冲，并因此在电池的soc值的每特定变化后，适配电池充电过程。
61.在一些实施方式中，控制器110可以基于电池测量确定要施加的放电脉冲210的参数，所述测量可以包括(但不限于)电池105的soc、温度或对应于电池105的电压测量，如开路电压(ocv)或闭路电压(ccv)等。在一些实施方式中，控制器110可以从可以在电池特性鉴定期间所产生的对照表中选择放电脉冲210的脉冲参数，如幅度、脉冲宽度等。在一些实施方式中，控制器110可以在施加于电池105的放电脉冲210之前，基于充电电流值或充电脉冲参数，确定要施加于电池105的放电脉冲210的参数。
62.在施加放电脉冲210后，控制器110可以(例如，使用测量模块125)测量放电脉冲210接通周期期间的一个或多个电池参数。基于所测量的电池参数，控制器110可以适配电池的充电。在一些实施方式中，控制器110可以基于所测量的电池参数在放电脉冲210之后适配要施加于电池的充电脉冲的参数。充电脉冲的这些参数可以包括(但不限于)充电脉冲的接通周期、频率或工作周期。在一些实施方式中，控制器110可以在施加放电脉冲之后适配或改变要施加于电池的充电电流。例如，控制器110可以在施加放电脉冲之后升高或降低要施加于电池的充电电流。
63.在一些实施方式中，在放电脉冲210接通周期期间所测量的电池参数可以包括电池的电池电压(例如，闭路电压(ccv))的变化率。例如，在施加放电脉冲210之后，控制器110可以确定观察电流是否已变为恒定或达到特定值。在确定后，控制器110可以确定或测量电池105的ccv的变化率。例如，控制器110可以获得如通过测量模块125的伏特计所测量的ccv
值，并且可以基于那些值确定ccv的变化率。在一些实施方式中，控制器110可以确定电压的变化率的二阶导数或三阶导数(或其它阶导数)。基于所测量的电压(ccv)的变化率或其导数，控制器110可以适配充电参数。
64.据考虑电池的ccv的变化率指示了电池在充电的同时在电池内部所建立的极化。换言之，当在电池充电期间对电池施加放电电流或放电脉冲时，电压变化或者电压变化率指示了电池的健康状态。因此，基于电池健康状态(或极化状态)的确定，可以适配电池充电。
65.在图2中，电压曲线215示出了电压的第一变化率(α1)，其指示了处于极化状态的电池，并且电压曲线220示出了电压的第二变化率(α2)，其指示了处于低极化或非极化状态的电池。因此，通过分析(放电脉冲期间)电压的变化率，可以估计电池的极化，并因此可以估计电池的健康状态。基于电池的健康状态，可以适配电池充电。
66.在一些实施方式中，基于放电脉冲210接通周期期间所测量的ccv的变化率，控制器110可以适配放电脉冲210本身。例如，控制器110可以适配(升高或降低)对应于放电脉冲210的放电电流和/或放电脉冲210的接通周期。
67.例如，放电脉冲210的接通周期被认为由两个部分组成：(a)接通周期的探测阶段部分-在此期间，控制器110可以实施电池测量(例如，电池的ccv的变化率)和(ii)接通周期的适配阶段部分-在此期间，控制器110可以基于探测阶段部分期间所实施的电池测量适配放电脉冲210的参数本身。例如，在放电脉冲的接通周期的探测阶段部分期间，控制器110可以确定电池105的ccv的变化率与ccv的理想变化率的偏差。基于所述确定，控制器110可以适配放电脉冲210的接通周期的适配阶段部分(例如，可以使放电脉冲210的接通周期更长或更短)。相对于图4-7，更详细地示出了基于放电脉冲210接通周期期间所进行的电池测量的放电脉冲210的适配。
68.图3是显示根据本说明书的非限制性实施方式对电池自适应充电的实例方法的流程图。可以通过控制器110实施图3中所示的方法300以对电池105自适应充电。
69.方法300在305开始，在此将充电电流施加于电池。在一些实例中，将恒定电流(cc)施加于电池。在一些实施方式中，将一连串充电脉冲(脉冲充电电流)施加于电池。在一些实施方式中，将恒定充电电流(cc)施加于电池。在一些实施方式中，将交流电施加于电池。
70.在310，在施加充电电流后，将至少一个放电脉冲施加于电池。如上所述，在一些实施方式中，在确定soc值已改变特定量后，可以施加放电脉冲。
71.在315，在放电脉冲的接通周期期间，测量至少一个电池参数。在一些实施方式中，在至少一个放电脉冲的接通周期期间，作为电池参数测量对应于电池的电压(例如，闭路电压)的变化率。
72.在320，基于所测量的电池参数适配一个或多个充电参数。在一些实施方式中，可以基于如在放电脉冲的接通周期期间所测量的电池的电压(ccv)的变化率来适配充电参数。在一些实施方式中，可以适配的充电参数可以包括对应于放电脉冲的放电电流和放电脉冲的接通周期。在一些实施方式中，可以适配的充电参数可以包括在施加放电脉冲后，将施加于电池的充电脉冲的一个或多个参数。充电脉冲的一个或多个参数可以包括(但不限于)充电脉冲的接通周期、频率或工作周期。在一些实施方式中，可以适配的充电参数可以包括在施加放电脉冲后将施加于电池的充电电流。可以基于所测量的电池参数，如电池的
ccv的变化率升高或降低充电电流值。类似地，可以基于电池的ccv的变化率升高或降低对应于放电脉冲本身的放电电流值。类似地，可以改变在放电脉冲之后要施加的参数值，如(但不限于)充电脉冲的接通周期、频率或工作周期。
73.在325，可以基于所适配的一个或多个充电参数对电池充电。例如，可以以所适配的充电参数对电池充电，直至再次基于如本文所描述的放电脉冲期间的测量适配充电参数，或者直至电池充满。换言之，充电参数适配是可以在相同充电循环中实施几次的连续过程。例如，如上所述，当soc改变特定值或量(例如，1％、2％、5％等)时，可以将放电脉冲施加于电池。因此，每当soc改变特定值或量(例如，1％、2％、5％等)时，可以进行充电参数适配。
74.图4示出了根据本发明的电池(例如，电池105)的实例电压曲线400，其示出了在如本文所公开的施加放电脉冲后，电池的闭路电压(ccv)的变化。如图4可见，显示放电脉冲施加后电池的ccv的变化的电压曲线400由多个部分405、410、415、420和425组成。电压曲线400示出了在将放电电流施加于电池后，电池的ccv的变化或者ccv的变化率。电压曲线部分405可以反映充电电流断开且放电电流接通的时间之间的无功周期(例如，等待周期)中的电压变化。由于电压曲线部分405基于所施加的充电电流(例如，充电脉冲)结束和放电电流(例如，放电脉冲)开始之间的等待期，因此它是可变的。因此，所述等待期是可以控制的变量之一，其控制了电池的整个充电过程。
75.在施加放电脉冲后，控制器(例如，控制器110)可以在进行电池参数(例如，电压变化率)测量前，等待放电电流稳定(例如，获得目标值)。电压曲线部分410可以反映施加放电脉冲的时间至放电电流稳定的时间的电压变化。如电压曲线部分所示，该时间段的电压降是由于电池的欧姆电阻，并且在电池充电期间通常是恒定的。电压曲线部分410还可以被称为目标放电电流形成部分(target discharging current development portion)。
76.当控制器110确定放电电流已达到目标值时，控制器110可以开始测量电池参数(例如，电池的电压或ccv的变化率)。电压曲线部分415可以反映电压曲线400上对应于正在通过控制器110确定电压的变化率以确定电池内部极化的时间段的部分。例如，如电压曲线部分415所示并且基于所确定的ccv的变化率，控制器110可以确定电池的ccv的变化率，控制器110可以确定以调整放电脉冲本身，例如，调整放电电流值和/或放电脉冲的接通周期，或者调整随后将施用于电池的充电脉冲的充电参数。例如，控制器110可以在电压曲线部分415期间确定电压的变化率尚未达到理想值(基于电池模型)，因此控制器110可以决定延长放电脉冲的接通周期。
77.如图4可见，电压曲线400还包括另一个电压曲线部分420，其不同于电压曲线部分415。电压曲线部分420指示了电池电压的第二变化率，其不同于如电压曲线部分415所示的电池电压的变化率。控制器110还可以确定对应于电压曲线部分420的时间段期间的电压的变化率，以评价电池状态并因此适配充电过程。据考虑电压曲线400可以包括进行电池参数测量所对应的任何数目的部分(类似于所示部分415和420)。简单来说，控制器110可以控制或实施电池参数测量直至电压的变化率稳定或获得目标值。电压曲线部分425指示了电压的变化率的稳定，在此之后可以施加充电参数已适配的充电电流(例如，脉冲充电电流)以对电池充电。简单来说，如稳定的电压曲线部分425所示，当对应于电池的ccv不显著降低(例如，ccv保持基本恒定)时，控制器可以决定停止施加放电电流并且转换为向电池施加充电电流。
78.在一些实施方式中，控制器110可以使用如通过不同电压曲线部分(例如，电压曲线部分415和420)所示的电压降比例来适配充电参数。例如，控制器110可以计算放电脉冲的接通周期期间的不同的电压变化率比例，并且可以基于所确定的比例适配充电参数。在一些实施方式中，可以通过控制器110对于自适应电池充电建立并实施考虑这些比例的数学模型。
79.图5是显示根据本说明书的非限制性实施方式，在放电脉冲期间测量电池的闭路电压(ccv)以及随后适配充电参数的实例方法的流程图。可以通过控制器110实施图5中所示的方法500以对电池105自适应充电。
80.方法500在505开始，在此在施加充电电流之后，将至少一个放电脉冲施加于电池。
81.在510，确定电池的放电电流值。
82.在515，确定电池的放电电流是否已达到目标值。如果确定放电电流尚未达到目标值，则再次确定放电电流值直至确定放电电流已达到目标值。放电电流的目标值可以基于电池特性鉴定，并且可以基于电池类型、电池寿命、电池健康、电池soc等而改变。
83.一旦确定放电电流已达到目标值，则在520，可以获得一个或多个闭路电压(ccv)值。例如，可以通过测量模块125测量对应于电池105的ccv，并且可以通过控制器110获得如通过测量模块125所测量的ccv值。
84.在525，可以确定ccv值是否指示ccv电压曲线的第一电压曲线部分(例如，部分415)。简单来说，基于所获得的ccv值，可以确定ccv值是否指示第一电压曲线斜率。例如，控制器110可以基于ccv值计算电压变化率的一阶导数，并且基于所计算的电压变化率的一阶导数，控制器110可以确定是否形成第一电压曲线斜率，其中所述第一斜率对应于第一电压曲线部分(例如，部分415)。如果尚未确定形成第一斜率，则继续获得ccv值的过程直至确定形成第一斜率。
85.在530，确定形成第一斜率或第一电压曲线部分，则确定第一电压曲线部分期间的电压降。
86.在535，确定了从第一电压曲线部分(例如，部分415)向第二电压曲线部分(例如，部分420)的变化。例如，控制器110可以基于ccv值确定电压曲线斜率的变化，其可以指示从第一电压曲线部分向第二电压曲线部分的转变。简单来说，控制器110可以确定电压曲线斜率(ccv的变化率的导数)，其可以指示转变。
87.在540，一旦确定形成第二斜率，则确定了第二电压曲线部分期间的电压降。如前所述，据考虑电压曲线400可以在电压或电压变化率稳定前包括任意数目的部分(类似于所示部分415和420)，并因此在540，可以确定这n个部分期间的电压降直至检测到稳定的电池的ccv。
88.在545，检测到稳定的电压曲线部分(例如，部分425)。例如，控制器110可以基于ccv值确定电压变化率已稳定，例如，电压变化率已变得基本恒定，或者已获得目标值。
89.在550，可以基于电压曲线的不同斜率或电压部分期间所计算的电压降确定充电参数的适配。在一些实施方式中，可以适配的充电参数可以包括对应于放电脉冲的放电电流和放电脉冲本身的接通周期。在一些实施方式中，可以适配的充电参数可以包括在施加放电脉冲后，将施加于电池的充电脉冲的一个或多个参数。充电脉冲的一个或多个参数可以包括(但不限于)充电脉冲的接通周期、频率或工作周期。在一些实施方式中，可以适配的
充电参数可以包括在施加放电脉冲后将施加于电池的充电电流。例如，控制器可以确定充电参数各自的偏差值，各自的偏差值表示要补偿初始所选(例如，在电池参数测量之前所选)的充电参数值以适配充电参数并因此适配电池充电过程的各自的值。
90.在555，可以如所计算适配充电参数，并且可以基于所适配的充电参数对电池充电。
91.图6是显示根据本说明书的非限制性实施方式，在放电脉冲期间测量电池的闭路电压(ccv)以及随后适配电池充电的另一个实例方法的流程图。可以通过控制器110实施图6中所示的方法600以对电池105自适应充电。
92.方法600在605开始，在此在施加充电电流之后，将至少一个放电脉冲施加于电池。
93.在610，确定电池的放电电流值。
94.在615，确定电池的放电电流是否已达到目标值。如果确定放电电流尚未达到目标值，则再次确定放电电流值直至确定放电电流已达到目标值。放电电流的目标值可以基于电池特性鉴定，并且可以基于电池类型、电池寿命、电池健康、电池soc等而改变。
95.一旦确定放电电流已达到目标值，则在620，可以获得一个或多个闭路电压(ccv)值。例如，可以通过测量模块125测量对应于电池105的ccv，并且可以通过控制器110获得如通过测量模块125所测量的ccv值。
96.在625，可以确定ccv值是否指示ccv电压曲线(例如，曲线400)的第一电压曲线部分(例如，部分415)。简单来说，基于所获得的ccv值，可以确定ccv值是否指示第一电压曲线斜率。例如，控制器110可以基于ccv值计算电压变化率的一阶导数，并且基于所计算的电压变化率的一阶导数，控制器110可以确定是否形成第一电压曲线斜率，其中所述第一斜率对应于第一电压曲线部分(例如，部分415)。如果尚未确定形成第一斜率，则继续获得ccv值的过程直至确定形成第一斜率。
97.在630，一旦确定形成第一电压曲线部分，则确定第一电压曲线部分的斜率是否大于第一电压曲线部分的目标斜率。
98.在确定第一电压曲线部分的斜率大于第一电压曲线部分的目标斜率后，在635，可以调整第二电压曲线部分。简单来说，控制器110可以确定如在放电脉冲的探测阶段部分期间所见，对应于电池105的ccv的变化率的一阶导数大于目标值，除了随后要施加的充电电流或充电脉冲的参数的适配或者作为所述适配的替代，可以基于所述斜率与理想值的偏差来适配放电电流和/或放电脉冲接通周期本身。
99.在640，检测了从第一电压曲线部分(例如，部分415)向第二电压曲线部分(例如，部分420)的变化。例如，控制器110可以基于ccv值确定电压曲线斜率的变化，其可以指示从第一电压曲线部分向第二电压曲线部分的转变。简单来说，控制器110可以确定电压曲线斜率(ccv的变化率的导数)，其可以指示转变。
100.在645，一旦确定形成第二斜率，则确定了第二电压曲线部分期间的电压降。如前所述，据考虑电压曲线400可以在电压或变化率稳定前包括任意数目的部分(类似于所示部分415和420)，并因此在640，可以确定这n个部分期间的电压降直至检测到稳定的电压曲线部分。如先前相对于图4所述，可以使用基于所计算的电压降或所计算的电压变化率适配的充电参数继续方法600，并且基于所适配的充电参数对电池充电。
101.图7示出了根据本说明书的非限制性实施方式，对应于所适配的放电脉冲的实例
电池电压曲线700。如先前相对于图6的方法600所述，计算第一电压曲线部分的斜率以确定所述第一电压曲线部分的斜率是否大于所述斜率的目标值。如图7中的705示出了该第一电压曲线部分。可以确定对应于第一电压曲线部分705的电压降δv。还基于电压降，可以确定第一电压曲线部分705的斜率。如果确定第一电压曲线部分705的斜率大于目标值。换言之，如果确定对应于第一电压曲线部分705的电压变化率的导数δv/δt大于所述导数的目标值，则可以调整放电脉冲。例如，可以改变剩余的放电脉冲的放电电流或放电脉冲的接通周期，其导致产生了调整的第二电压曲线部分715，其不同于原始(适配前)第二电压曲线部分710。
102.本文所公开的方法和系统提供了对放电脉冲本身的实时(on the fly)适配，其还用于电池测量，其允许对实施放电脉冲之前可能发生的电池内部的损坏进行补偿。简单来说，基于在放电脉冲的接通周期期间进行的电池测量，如果确定电池极化大于预期，则可以施加更长时间的放电脉冲，或者可以将更高的放电电流施加于电池以减轻电池内部的极化。
103.还考虑在电池充电期间施加于电池的放电脉冲比充电脉冲的持续时间更长，因此在放电脉冲(而不是充电脉冲)期间采取测量并进行分析(例如，以确定电池的健康状态)以适配电池充电是更实际的。还指出如通过本文中的方法所公开的对电池充电参数的适配导致电池内部的温度升高显著降低(与常规电池充电技术相比)，其不仅提高了电池寿命，而且还使得能够对电池快速充电而不会损坏电池。
104.当用于硅阳极电池充电时，本文所公开的自适应电池充电方法已显示出显著有益的结果。最近，硅(si)已作为下一代电池组电池最有前景的电极材料之一出现。它为阳极提供了低电压和约4,200mah/g的高理论比容量。然而，一旦锂化，si体积膨胀多至400％，并且当锂提取(脱锂)时，它可以显著收缩。这些体积变化产生了与硅-基阳极材料的使用有关的两个关键问题：si电极的机械完整性和固体电解质界面sei的稳定性的降低。大体积变化所引起的应力导致了si阳极的裂缝和粉碎。这导致电接触减少和容量衰减。这被认为是在si阳极的早期研究中快速容量损失的主要原因。
105.在如本文所公开的施加于电池的连续充电电流期和充电脉冲周期之后实施放电脉冲使得电池内的电极能够逐渐调节至通过离子插入或除去所引起的体积变化。电极的这些体积变化发生在该控制方法期间的小双向步骤中。这还使得在活性材料的整个表面上的离子运输和插入/提取更均一。这种体积变化以更弹性的方式发生并因此防止和/或大大减少了电极上的机械应力。在一些情况下，基于脉冲序列阶段以及电池充电状态和健康程度，在非对称和对称模式之间切换双向运动。
106.如本文所公开的实时自适应放电脉冲的使用使得能够补偿si基电极的体积变化。此外，本文所公开的放电脉冲测量方法使得能够检测和估计si-基阳极的体积变化阶段(其可以基于电压测量的变化率推算)。基于这种估计，可以适配放电脉冲本身(例如，放电脉冲的适配阶段部分)和/或后续充电脉冲的充电参数。
107.将理解可以在硬件、通过软件编程的硬件、存储在非暂存性计算机可读媒介上的软件指令或以上的组合来实施以上所描述的模块、方法、系统和部分。例如，如以上所描述的系统和/或模块可以包括配置为执行在非暂存性计算机可读媒介上存储的程序指令序列的处理器。例如，所述处理器可以包括(但不限于)个人电脑或工作站或其它这种计算系统，
其包括处理器、微处理器、微控制器装置或者由包括集成电路，如(例如)专用集成电路(asic)的控制逻辑组成。可以从根据编程语言，如java、c、c 、c#.net、汇编等提供的源代码指令汇编指令。所述指令还可以包括根据(例如)visual basic
tm
语言或另一种结构化或面向对象的编程语言所提供的代码和数据对象。编程命令序列或可编程逻辑装置组态软件以及与之相关的数据可以存储在非暂存性计算机-可读媒介，如计算机存储器或存储装置中，其可以是任何适合的存储设备，如(但不限于)rom、prom、eeprom、ram、闪速存储器、磁盘驱动器等。
108.此外，可以作为单处理机或作为分布式处理机实现所述模块、处理系统和部分。此外，应理解可以在单处理机或分布式处理机(单核和/或多核，或云计算系统)上实施上述步骤。另外，以上实施方式的多幅附图中所描述的方法、系统部件、模块和子模块可以分布在多个计算机或系统中或者可以共置于单处理机或系统中。以下提供了适合于实现本文所描述的模块、部分、系统、方式或方法的示例性结构实施方式替代。
109.例如，可以作为编程通用计算机、通过微代码编程的电子装置、硬布线模拟逻辑电路、在计算机-可读媒介或信号上存储的软件、光计算装置、电子和/或光学装置的网络系统、特殊用途计算装置、集成电路装置、半导体晶片和/或在计算机-可读媒介或信号上存储的软件模块或对象实现以上所描述的模块、处理器或系统。
110.可以在通用计算机、专用计算机、编程微处理器或微控制器和外围集成电路元件、asic或其它集成电路、数字信号处理器、硬布线电子或逻辑电路，如离散单元电路、编程逻辑电路，如pld、pla、fpga、pal等上实现所述方法和系统(或它们的子部件或模块)的实施方式。通常，能够实现本文所描述的功能或步骤的任何处理器可以用于实现所述方法、系统或计算机程序产品(在非暂存性计算机可读媒介上存储的软件程序)的实施方式。
111.此外，可以使用(例如)提供可以在多种计算机平台上使用的便携式源代码的对象或面向对象的软件开发环境容易地在软件中完全或部分实现所公开的方法、系统和计算机程序产品(或者在非暂存性计算机可读媒介上存储的软件指令)的实施方式。作为另外一种选择，可以使用(例如)标准逻辑电路或vlsi设计在硬件中部分或完全实现所公开的方法、系统和计算机程序产品的实施方式。基于正在使用的系统、特定功能和/或特定软件或硬件系统、微处理器或微型计算机的速度和/或效率要求，其它硬件或软件可以用于实现实施方式。根据本文所提供的功能描述以及软件工程和计算机网络领域的常规基本知识，适用领域的技术人员可以使用任何已知或随后开发的系统或结构、装置和/或软件在硬件和/或软件中实施所述方法、系统和计算机程序产品的实施方式。
112.此外，可以在编程通用计算机、专用计算机、微处理器、网络服务器或交换机等上所执行的软件中实施所公开的方法、系统和计算机可读媒介(或计算机程序产品)的实施方式。
113.在以上说明书中，已描述了具体实施方式。然而，本领域的技术人员将理解可以在不背离如以下权利要求中所述的公开内容的范围的情况下做出多种修改和改变。因此，将以说明性而不是限制性的意义来审视说明书和附图，并且所有这些修改旨在包括在本发明的教导内容的范围内。
114.可以导致任何益处、优势或解决方案发生或变得更明显的益处、优势、问题的解决方案和任何元素不应被视为任何或全部权利要求的关键性、所要求的或基本的特征或元
素。仅通过所附权利要求，包括在本专利申请未决期间所做出的任何修正以及如所授权的那些权利要求的全部等价形式定义本发明公开。
115.此外，在本文档中，关系术语，如第一和第二、顶部和底部等仅可以用于将一个实体或动作与另一实体或动作相区别，而不必需要求或暗示这些实体或动作之间的任何真实的这种关系或顺序。术语“包含”、“具有”、“包括”、“含有”或其任何其它变化旨在覆盖非排他的包括，从而包含、具有、包括、含有一系列元素的过程、方法、制品或设备不仅仅包括那些元素，而是可以包括未明确列出的或这些过程、方法、制品或设备中固有的其它元素。位于“包含
……”
、“具有
……”
、“包括
……”
、“含有
……”
之后的元素不受更多限制地不排除包含、具有、包括、含有所述元素的过程、方法、制品或设备中其它相同元素的存在。除非在本文中另外明确说明，否则将术语“一个”定义为一个或多个。将术语“基本上”、“本质上”、“大约”、“约”或其任何其它形式定义为与本领域的技术人员的理解接近，并且在一个非限制性实施方式中，将该术语定义为在10％之内，在另一个实施方式中，定义为在5％之内，在另一个实施方式中，定义为在1％之内并且在另一个实施方式中，定义为在0.5％之内。将如本文所使用的术语“偶联的”定义为连接的，尽管不必需直接并且不必需机械连接。至少以该方式配置为某种方式“配置”的装置或结构，但是还可以以未列出的方式配置。
116.提供说明书摘要以使读者能够快速确定本技术公开的性质。提交了说明书摘要，但条件是它将不用于解释或限制权利要求的范围或含义。另外，在上述发明详述中，可以看出出于使本发明公开合理化的目的，在多个实施方式中，将多种特征集合在一起。不应将本发明公开的这种方法理解为反映以下意旨：所主张的实施方式需要比每项权利要求中明确列举的特征更多的特征。而是，如以下权利要求反映，本发明的主题在于小于单个所公开的实施方式的全部特征。因此，将以下权利要求在此并入本发明详述，其中每项权利要求作为单独所主张的主题独立存在。