本發(fā)明涉及一種磁通量發(fā)生器，并且特別地但不是唯一地，涉及一種用于增強(qiáng)電化學(xué)電池單元中的離子傳輸?shù)拇磐堪l(fā)生器。

背景技術(shù)：

1、電化學(xué)電池單元對(duì)許多電氣系統(tǒng)至關(guān)重要，特別是諸如移動(dòng)電話和筆記本電腦等便攜式設(shè)備以及越來越多的電動(dòng)車輛。

2、電子設(shè)備/車輛的便攜性取決于其電池單元的性能。通常，希望電池單元容量大并且充電時(shí)間短，以增加設(shè)備/車輛能夠獨(dú)立于外部電源運(yùn)行的時(shí)間與它們必須連接到外部電源進(jìn)行充電的時(shí)間的比率。

3、可以基于尺寸、形狀、電壓、電流和其他要求選擇各種類型和配置的電化學(xué)電池單元。常見形狀的電池單元的例子包括袋式電池單元、棱柱形電池單元、圓柱形電池單元、世偉洛克（swagelok）電池單元和硬幣電池單元。電池單元也可以連接在電池中以為應(yīng)用提供適當(dāng)?shù)碾妷汉?或電流。

4、如果電池單元充電過快，則可能出現(xiàn)許多不希望的運(yùn)行情況，諸如：枝晶形成、金屬電鍍和電流熱點(diǎn)，其中的每一種情況都可能潛在地增加短路和電池單元損壞的可能性。在避免過充電的同時(shí)對(duì)電池單元快速充電的常見方法是在第一充電階段提供恒定電流直到電池單元中達(dá)到預(yù)定電壓，并且然后在第二充電階段中保持電壓恒定，同時(shí)電流衰減，以確保電池單元達(dá)到容量。第一充電階段快速增加電池單元中的電荷，并且第二充電階段則較慢。

5、已知提供通過電化學(xué)電池單元的變化磁場(chǎng)可以增強(qiáng)電池單元的性能（參見gb201900171?a）。然而，本發(fā)明解決了與這個(gè)概念的控制和實(shí)現(xiàn)相關(guān)的技術(shù)挑戰(zhàn)。

6、本發(fā)明是根據(jù)上述考慮而設(shè)計(jì)的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種增強(qiáng)電化學(xué)電池單元中的離子傳輸?shù)拇磐堪l(fā)生器，所述磁通量發(fā)生器包括：

2、一個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng)源，每個(gè)磁場(chǎng)源被配置成產(chǎn)生相應(yīng)的磁場(chǎng)；

3、其中每個(gè)磁場(chǎng)在三個(gè)空間維度上單獨(dú)可控地可變。

4、通常，施加通過電化學(xué)電池單元的在三個(gè)空間維度上可變的變化磁場(chǎng)意味著電池單元中磁通量的方向隨時(shí)間變化。這增強(qiáng)了電池單元內(nèi)的離子傳輸并且因此可以改善電池單元的充電和/或放電速度以及電池單元的容量。

5、本發(fā)明的磁通量發(fā)生器產(chǎn)生由一個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng)一起提供的總變化磁場(chǎng)。將電化學(xué)電池單元置于總變化磁場(chǎng)中或一個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng)的選定子區(qū)域中可以增強(qiáng)電池單元的離子傳輸。有利地，在三個(gè)空間維度上獨(dú)立且可控地改變每個(gè)磁場(chǎng)允許精確且準(zhǔn)確地控制通過電化學(xué)電池單元的磁通量。這確保了可以優(yōu)化電池單元中離子傳輸?shù)脑鰪?qiáng)。

6、下面討論了本發(fā)明的任選特征。本發(fā)明包括所描述的方面和任選特征的組合，除非在明顯不允許或明確避免這樣的組合的情況下。

7、除了三個(gè)空間維度，還可以改變每個(gè)磁場(chǎng)的極性和/或強(qiáng)度，以改變總變化磁場(chǎng)的分布和/或強(qiáng)度。

8、任選地，隨時(shí)間連續(xù)或遞增地單獨(dú)可控地改變每個(gè)磁場(chǎng)。例如，每個(gè)磁場(chǎng)可以具有正弦波形函數(shù)或階梯波形函數(shù)。

9、任選地，每個(gè)磁場(chǎng)被單獨(dú)可控地被改變?yōu)槊}沖、旋轉(zhuǎn)和/或振蕩。每個(gè)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)可以圍繞具有垂直于相應(yīng)磁場(chǎng)方向的分量的軸線。每個(gè)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)可以圍繞具有平行于相應(yīng)磁場(chǎng)方向的分量的軸線。每個(gè)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)可以圍繞具有垂直于電化學(xué)電池單元內(nèi)電流方向的分量的軸線。每個(gè)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)可以圍繞具有平行于電化學(xué)電池單元的電流方向的分量的軸線。每個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)可以由旋轉(zhuǎn)的永磁體、或臨時(shí)磁體、或電磁體提供，或者可以由電磁體的陣列提供，所述電磁體被順序激活以有效地旋轉(zhuǎn)相應(yīng)磁場(chǎng)。

10、任選地，一個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng)源是多個(gè)磁場(chǎng)源。在這種情況下，由磁通量發(fā)生器產(chǎn)生的總變化磁場(chǎng)通過由多個(gè)磁場(chǎng)源產(chǎn)生的多個(gè)變化磁場(chǎng)提供。

11、任選地，所述多個(gè)磁場(chǎng)源被布置在共用平面中。例如，磁通量發(fā)生器可以包括被配置成支撐多個(gè)磁場(chǎng)源的平面（即，平坦）機(jī)械支架。磁場(chǎng)源可以被布置成陣列或網(wǎng)格。方便地，這種平面磁通量發(fā)生器可以布置為平行于例如一個(gè)或多個(gè)平坦電化學(xué)電池單元（例如，袋式或棱柱形），用于增強(qiáng)離子傳輸。可替代地，相應(yīng)的電化學(xué)電池單元（例如，圓柱形）可以布置在每個(gè)或一些磁場(chǎng)源的上方（即，與其隔開并且在其附近）以實(shí)現(xiàn)相同的有利效果。

12、任選地，磁通量發(fā)生器被集成在電化學(xué)電池單元內(nèi)部。例如，當(dāng)電化學(xué)電池單元是平坦電池單元（例如，袋式或棱柱形）時(shí)，磁場(chǎng)源可以被布置在電化學(xué)電池單元的各層之間（例如，在其電極之間以及其電解質(zhì)內(nèi)），或者被布置在封閉電化學(xué)電池單元的電極和電解質(zhì)的電池單元外殼的內(nèi)壁上。

13、方便地，將磁通量發(fā)生器集成在電化學(xué)電池單元內(nèi)部可以確保電池單元被由磁通量發(fā)生器產(chǎn)生的總變化磁場(chǎng)均勻滲透。這可以優(yōu)化電池單元內(nèi)離子傳輸?shù)脑鰪?qiáng)。

14、任選地，磁通量發(fā)生器是曲形的以至少部分包圍電化學(xué)電池單元。也就是說，圍繞曲形、弧形、圓形或多邊形布置磁場(chǎng)源，以提供磁通量發(fā)生器的曲形形狀。曲形、弧形、圓形或多邊形可以分別由曲形、半圓形、圓形或多邊形機(jī)械支架提供。方便地，這種布置允許曲形磁通量發(fā)生器至少部分地圍繞電化學(xué)電池單元，諸如圓柱形電化學(xué)電池單元。例如，磁場(chǎng)源可以包括八邊形機(jī)械支架，并且磁場(chǎng)源可以被布置在八邊形支架的相應(yīng)內(nèi)面上，以提供中心空空間，例如用于接收?qǐng)A柱形電化學(xué)電池單元。方便地，這可以確保接收在磁通量發(fā)生器的中心空空間內(nèi)的電化學(xué)電池單元被總變化磁場(chǎng)均勻滲透。

15、提供一個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng)源的磁體的選擇沒有特別限制，因?yàn)槊總€(gè)磁場(chǎng)源可以產(chǎn)生相應(yīng)的磁場(chǎng)，所述磁場(chǎng)在三個(gè)空間維度上單獨(dú)可控地可變。例如，一個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng)源中的至少一個(gè)可以是臨時(shí)磁體。

16、任選地，所述一個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng)源中的至少一個(gè)是永磁體，所述永磁體耦合到用于移動(dòng)所述永磁體的機(jī)構(gòu)。通常，可以通過改變相應(yīng)機(jī)構(gòu)移動(dòng)永磁體的方向和/或速度來改變由永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)。為了完全“關(guān)閉”永磁體的瞬態(tài)特性，將它保持靜態(tài)。

17、任選地，一個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng)源中的至少一個(gè)是電磁體。電磁體可以是任何類型的電磁體。電磁體通常包括圍繞芯纏繞的導(dǎo)線線圈。例如，芯可以是金屬芯（例如，鐵磁芯），或者它可以是在電磁體中心處的空氣填充空間，即空氣芯。每個(gè)電磁體被配置成耦合到電源。控制每個(gè)電磁體可以涉及改變電功率的量和/或由電源向其供應(yīng)的電流的方向。例如，可能希望關(guān)閉一個(gè)或多個(gè)電磁體（即，不向它們供電）以改變總變化磁場(chǎng)。另加地或可替代地，可能希望向相應(yīng)的不同電磁體提供具有不同方向的電流，以改變相應(yīng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁極性。

18、任選地，每個(gè)電磁體是空氣芯電磁體。在此，空氣芯電磁體意指導(dǎo)線線圈（即，螺線管），所述導(dǎo)線線圈包括由線圈限定的中心空氣填充空間并且不包括實(shí)心芯，諸如鐵磁芯。當(dāng)所述一個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng)源是多個(gè)磁場(chǎng)源時(shí)，可以通過以下方式提供磁通量發(fā)生器：堆疊多個(gè)空氣芯電磁體以提供所有空氣芯電磁體共用的共享空氣芯?？諝庑?共享空氣芯可以容納電化學(xué)電池單元，例如圓柱形電池單元。

19、當(dāng)電化學(xué)電池單元是圓柱形的并且每個(gè)磁場(chǎng)源是電磁體時(shí)，那么磁通量發(fā)生器可以通過圍繞和/或穿過圓柱形電化學(xué)電池單元的各層（例如，電極和/或電解質(zhì)）纏繞每個(gè)電磁體而集成在電池單元內(nèi)部。

20、任選地，磁通量發(fā)生器進(jìn)一步包括控制器，所述控制器被配置成控制所述/每個(gè)磁場(chǎng)的三個(gè)空間維度中的每一個(gè)。例如，磁通量發(fā)生器可以被配置成為所述/每個(gè)磁場(chǎng)的三個(gè)空間維度中的每一個(gè)選擇值。另外地，控制器可以被配置成為所述/每個(gè)磁場(chǎng)的極性、強(qiáng)度、相位、振幅和/或頻率中的任何一種或任何組合選擇值?？刂破骺梢员慌渲贸苫趯?duì)位于一個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng)中的至少一個(gè)內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)電化學(xué)電池單元進(jìn)行的電、磁、光和/或聲測(cè)量中的任何一種或任何組合來控制所述/每個(gè)磁場(chǎng)（例如，通過為三個(gè)空間維度中的每一個(gè)選擇值以及任選地為所述/每個(gè)磁場(chǎng)的極性和/或強(qiáng)度和/或相位和/或振幅和/或頻率選擇值）。當(dāng)在三個(gè)空間維度中單獨(dú)可控地改變一個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng)中的每一個(gè)時(shí)，可以進(jìn)行電、磁、光和/或聲測(cè)量。

21、磁通量發(fā)生器可以包括通信地連接到被配置成執(zhí)行電、磁、光和/或聲測(cè)量的傳感器單元。例如，傳感器單元可以包括霍爾傳感器、高斯傳感器、光學(xué)傳感器和/或聲學(xué)傳感器中的任何一種或任何組合。控制器可以通信地連接到傳感器單元。

22、任選地，控制器可以被配置成當(dāng)單獨(dú)可控地改變一個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng)中的每一個(gè)時(shí)監(jiān)測(cè)位于所述一個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng)中的至少一個(gè)內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)電化學(xué)電池單元中的每一個(gè)的電化學(xué)過電位?？刂破骺梢员慌渲贸蔀槊總€(gè)磁場(chǎng)的三個(gè)空間維度中的每一個(gè)選擇最佳值以使每個(gè)電化學(xué)過電位最小化。監(jiān)測(cè)可以是離散的或連續(xù)的。另外地，控制器可以為每個(gè)磁場(chǎng)的極性、強(qiáng)度、相位、振幅和/或頻率中的任何一種或任何組合選擇最佳值以使電化學(xué)過電位最小化?？刂破骺梢愿鶕?jù)使每個(gè)電化學(xué)過電位最小化的需要重復(fù)多次監(jiān)測(cè)每個(gè)電化學(xué)過電位并且選擇最佳值。

23、任選地，控制器被配置成通過直接過電位測(cè)量來監(jiān)測(cè)每個(gè)電化學(xué)過電位。例如，可以使用電化學(xué)阻抗譜法（在多種頻率下的阻抗測(cè)量或固定頻率阻抗）進(jìn)行直接過電位測(cè)量?？商娲?，可以測(cè)量所述/每個(gè)電池單元的電化學(xué)電位或電流的振幅、相移和頻率中的任何一種或任何組合以監(jiān)測(cè)電化學(xué)過電位。

24、任選地，控制器被配置成使用對(duì)一個(gè)或多個(gè)電化學(xué)電池單元進(jìn)行的電、磁、光、聲測(cè)量中的任何一種或任何組合來監(jiān)測(cè)每個(gè)電化學(xué)過電位。例如，此類測(cè)量可以用作確定每個(gè)電化學(xué)電池單元的電化學(xué)過電位的代理指標(biāo)。

25、任選地，控制器電連接到磁通量發(fā)生器和一個(gè)或多個(gè)電化學(xué)電池單元兩者。這可以允許控制器直接監(jiān)測(cè)每個(gè)電化學(xué)過電位以及控制一個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng)源單獨(dú)可控地改變其相應(yīng)磁場(chǎng)。

26、當(dāng)控制器被配置成使用對(duì)一個(gè)或多個(gè)電化學(xué)電池單元進(jìn)行的電、磁、光、聲測(cè)量中的任何一種或任何組合來監(jiān)測(cè)每個(gè)電化學(xué)過電位時(shí)，控制器可以電連接到磁通量發(fā)生器和一個(gè)或多個(gè)電化學(xué)電池單元兩者，并且另外通信地連接到被配置成執(zhí)行電、磁、光和/或聲測(cè)量的傳感器單元。例如，傳感器單元可以包括霍爾傳感器、高斯傳感器、光學(xué)傳感器和/或聲學(xué)傳感器中的任何一種或任何組合。這是因?yàn)殡?、磁、光、聲測(cè)量可以指示電化學(xué)電池單元的充電/健康狀態(tài)。例如，光學(xué)傳感器可以被配置成測(cè)量一個(gè)或多個(gè)電化學(xué)電池單元上選定位置處的變形和/或材料堆積/損失。聲學(xué)傳感器可以被配置成測(cè)量對(duì)傳輸?shù)揭粋€(gè)或多個(gè)電化學(xué)電池單元上的一個(gè)或多個(gè)選定位置/從所述一個(gè)或多個(gè)選定位置反射的聲學(xué)信號(hào)的分貝響應(yīng)。方便地，分貝響應(yīng)與一個(gè)或多個(gè)電化學(xué)電池單元上選定位置處的電荷狀態(tài)相關(guān)。