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用于估計二次電池的參數(shù)的設備和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了用于估計二次電池的參數(shù)的方法和設備。所述設備包括：傳感器，用于測量第一放電深度(DOD')下的開路電壓(OCVm)，其中所述開路電壓(OCVm)定義為所述第一放電深度(DOD')下的預定原始正極電壓(Vc,o)和負極電壓(Va)之差；以及控制單元，用于基于所述原始正極電壓(Vc,o)和所述開路電壓(OCVm)計算負極電壓(Va)，確定原始負極電壓(Va,o)等于所述負極電壓(Va)，并且確定對應于所述原始負極電壓(Va,o)的第二放電深度(DOD″)，從而根據(jù)所述第一放電深度(DOD')和所述第二放電深度(DOD″)之差確定所述二次電池的容量退化(△capa)。
【專利說明】用于估計二次電池的參數(shù)的設備和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及一種二次電池，更具體地，涉及用于估計代表二次電池電狀態(tài)的參數(shù)的設備和方法。
[0002]本申請要求2012年4月30日在韓國提交的韓國專利申請N0.10-2012-0045868和2013年3月15日在韓國提交的韓國專利申請N0.10-2013-0028284的優(yōu)先權(quán)，這些專利申請的內(nèi)容以引用方式并入本文。

【背景技術(shù)】
[0003]電池通過氧化還原反應產(chǎn)生電能并且以各種方式被廣泛使用。例如，電池被應用于諸如蜂窩電話、筆記本、數(shù)碼相機、攝像機、平板計算機和電動工具的便攜式裝置；諸如電動自行車、摩托車、電動車輛、混合動力車、電動船和電動飛機等的電驅(qū)動設備；用于存儲由新再生能量或剩余能量所產(chǎn)生的電力的電力存儲裝置；用于向諸如服務器計算機和通信基站等各種信息通信裝置穩(wěn)定供電的不間斷電源。
[0004]電池包括三個基本部件:負極，其包含在放電期間發(fā)射電子的同時被氧化的材料；正極，其包含在放電期間接受電子的同時被還原的材料；電解質(zhì)，其允許操作離子在負極和正極之間傳遞。電池可分為一次電池和二次電池，一次電池在放電之后不能被重新使用，二次電池允許重復進行充放電，因為它們的電化學反應至少是部分可逆的。
[0005]二次電池包括本領(lǐng)域熟知的鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳鋅電池、鎳鐵電池、氧化銀電池、鎳金屬氫化物電池、鋅錳氧化物電池、鋅溴化物電池、金屬空氣電池、鋰二次電池等。在這些電池之中，鋰二次電池由于其相比于其它二次電池的高能量密度、高電池電壓和長生命周期而受到最多的關(guān)注。
[0006]同時，二次電池的放電深度(DoD)相對表現(xiàn)出基于二次電池的原始容量的O至I的范圍內(nèi)的二次電池的放電容量。
[0007]這里，原始容量是通過在從最大充電電壓放電至最終放電電壓的同時將壽命開始(BOL)狀態(tài)下流出二次電池的電流量求積分而獲得的值。
[0008]例如，如果二次電池的原始容量是100mAh并且在二次電池被完全充電之后從二次電池釋放的放電電流的積分值是700mAh，將計算出放電深度(DoD)是0.7。
[0009]參與二次電池的電化學反應的化學物質(zhì)(例如，鋰離子)隨著充放電周期增加不可逆地消失。損失的化學物質(zhì)造成二次電池的容量退化，并且如果二次電池遭遇容量退化，則二次電池的電壓在放電深度(DoD)達到I之前達到最終放電電壓。因此，在達到最終放電電壓時的放電深度(DoD)與容量退化成比例地減小。
[0010]例如，如果二次電池的最終放電電壓是3.0V并且二次電池的容量退化增進達20%，則當二次電池的放電深度(DoD)增大至0.80時，二次電池的電壓減小至3.0V，g卩，最終放電電壓。
[0011]二次電池的容量退化是準確計算二次電池的充電狀態(tài)(SOC)所需的參數(shù)。SOC是相對地代表反映容量退化的、基于二次電池的整體容量的O至I的范圍內(nèi)的二次電池的目前剩余容量的參數(shù)。
[0012]可如以下等式I中一樣，使用二次電池的放電深度(DoD)計算二次電池的SOC。
[0013]等式I
[0014]SOC = (DoDmax-DoD) /DoDmax
[0015]DoDmax = 1- Δ Capa
[0016]這里，SOC是代表二次電池的目前充電狀態(tài)的參數(shù)，DoDmax是代表當二次電池達到最終放電電壓時的放電深度(DoD)的參數(shù)，DoD是代表目前放電深度(DoD)的參數(shù)，ACapa是代表在O至I的范圍內(nèi)的二次電池的容量退化的參數(shù)。
[0017]在等式I中，由于DoD是可測量的參數(shù)，因此最終根據(jù)用Λ Capa表達的二次電池的容量退化來確定二次電池的S0C。
[0018]可通過在被充電至最大充電電壓的二次電池被充分放電至最終放電電壓的同時將從二次電池拉出的電流量求積分然后將積分后的電流量與原始容量進行比較，更準確地計算二次電池的容量退化。
[0019]然而，在實際使用二次電池的情況下，鮮少出現(xiàn)可使得準確計算二次電池的容量退化的完全放電事件。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中，使用間接估計二次電池的容量退化的方法。
[0020]例如，由于二次電池的內(nèi)部電阻與容量退化相關(guān)，因此可通過二次電池的取樣電壓和電流估計二次電池的內(nèi)部電阻，并且可根據(jù)估計的內(nèi)部電阻估計二次電池的容量退化。
[0021]然而，以此方式不能精確地測量二次電池的容量退化，此外，估計容量退化的準確度根據(jù)二次電池的溫度變化而下降。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0022]摶術(shù)問是頁
[0023]本公開涉及提供用于估計二次電池的參數(shù)的設備和方法，其允許在實際使用二次電池的環(huán)境下簡單且準確地估計二次電池的容量退化。
[0024]本公開還涉及提供用于估計二次電池的參數(shù)的設備和方法，其允許通過使用估計的容量退化來估計二次電池的開路電壓、放電深度(DoD)或充電狀態(tài)(SOC)。
[0025]技術(shù)方案
[0026]在本公開的一方面，提供了一種用于估計二次電池的參數(shù)的設備，所述設備包括:傳感器，其被配置為測量所述二次電池在第一放電深度(D0D’)下的開路電壓(OCVm)，所述開路電壓(OCVm)對應于所述第一放電深度(D0D’)下的預定原始正極電壓(V。，。)和負極電壓(Va)之差；控制單元，其被配置為根據(jù)所述原始正極電壓(V。，。)和所述開路電壓(OCVm)計算負極電壓(Va)，確定原始負極電壓(Va，。)等于所述負極電壓(Va)，確定對應于所述原始負極電壓(\。)的第二放電深度(D0D")，并且根據(jù)所述第一放電深度(D0D’)和所述第二放電深度(D0D")之差確定所述二次電池的容量退化(Λ capa)。
[0027]在本公開中，原始正極電壓(V。，。)和原始負極電壓(Va，。)分別是通過實驗測得的值，是預先當二次電池基本上沒有容量退化時根據(jù)放電深度(DoD)被測得的正極電壓和負極電壓。
[0028]可基于電勢可為O (例如，鋰電極)的參考電壓測量原始正極電壓(\。)和原始負極電壓(\。)。
[0029]當二次電池的放電/充電周期還沒有啟動(壽命開始:B0L)時，僅在制造二次電池之后，二次電池可基本上沒有容量退化。
[0030]優(yōu)選地，根據(jù)本公開的用于估計二次電池的參數(shù)的設備還可包括:存儲單元，其中存儲針對各放電深度(DoD)測得的原始正極電壓(V。，。)和原始負極電壓(Va，。)作為分布曲線數(shù)據(jù)。
[0031]下文中，針對各放電深度(DoD)測得的原始正極電壓(V。，。)和原始負極電壓(Va，。)將被分別稱為原始正極電壓分布曲線(profile)和原始負極電壓分布曲線。
[0032]負極電壓(Va)意指在二次電池的負極處形成的當前電壓并且可從原始正極電壓(V。，。)和開路電壓(OCVm)之差進行計算。
[0033]第一放電深度(DoD’ )對應于通過安培計數(shù)計算的二次電池的經(jīng)積分的電流量與二次電池的原始容量的相對比率。
[0034]優(yōu)選地，傳感器可在二次電池充電或放電的同時測量電流，并且將測得的電流提供到控制單元。另外，控制單元可通過對測得的放電電流求積分來計算第一放電深度(DoD’)。存儲單元可存儲二次電池的原始容量，控制單元可在計算第一放電深度(DoD’)時參考存儲在存儲單元中的二次電池的原始容量。充當測量開路電壓(OCVm)的參考的第一放電深度(DoD’)的電平可被預設成固定值或根據(jù)需要而變化。
[0035]在另一方面，控制單元可將二次電池的原始負極電壓分布曲線移位多達所確定的容量退化，從原始正極電壓分布曲線和移位后的原始負極電壓分布曲線獲得二次電池的劣化的開路電壓分布曲線，并且可選地將劣化的開路電壓分布曲線存儲在存儲單元中。
[0036]在另一方面，控制單元可測量二次電池的開路電壓，使用測得的開路電壓從劣化的開路電壓分布曲線確定二次電池的放電深度(DoD)，并且可選地使用所確定的放電深度(DoD)和所確定的容量退化(Λ capa)估計二次電池的S0C。
[0037]在本公開中，控制單元可存儲、傳輸或顯示從由所確定的容量退化、所確定的開路電壓、所確定的放電深度(DoD)和所確定的SOC組成的組中選擇的至少一個參數(shù)。
[0038]在本公開的另一方面，還提供了一種用于估計二次電池的參數(shù)的方法，所述方法包括:測量所述二次電池在第一放電深度(D0D’)下的開路電壓(0CVJ，所述開路電壓(OCVffl)對應于所述第一放電深度(D0D’)下預定的原始正極電壓(V。，。)和負極電壓(Va)之差；根據(jù)所述原始正極電壓(\。)和所述開路電壓(OCVm)計算負極電壓(Va)，確定原始負極電壓(\。)等于所述負極電壓(Va);獲得對應于所述原始負極電壓(Va，。)的第二放電深度(DOD");確定根據(jù)所述第一放電深度(D0D’)和所述第二放電深度(DOD")之差的所述二次電池的容量退化(Λ capa)。
[0039]選擇性地，所述用于估計二次電池的參數(shù)的方法還可包括將所述二次電池的原始負極電壓分布曲線移位多達所確定的容量退化，從原始正極電壓和移位后的原始負極電壓獲得所述二次電池的劣化的開路電壓分布曲線。
[0040]選擇性地，所述用于估計二次電池的參數(shù)的方法還可包括測量所述二次電池的開路電壓，使用所測量的開路電壓根據(jù)劣化的開路電壓分布曲線確定所述二次電池的放電深度，并且可選地使用所確定的放電深度和所確定的容量退化估計所述二次電池的S0C。
[0041]選擇性地，所述用于估計二次電池的參數(shù)的方法還可包括測量所述二次電池的放電深度(DoD)，使用所測得的放電深度(DoD)根據(jù)所述劣化的開路電壓分布曲線確定所述二次電池的開路電壓。
[0042]選擇性地，所述用于估計二次電池的參數(shù)的方法還可包括存儲、顯示或傳輸從由所確定的容量退化、所確定的開路電壓、所確定的放電深度(DoD)和所確定的SOC組成的組中選擇的所確定的至少一個參數(shù)。
[0043]在本公開中，所述二次電池可包括具有不同的操作電壓范圍的第一正極材料和第二正極材料的共混正極材料。
[0044]優(yōu)選地，所述第一正極材料和所述第二正極材料中的至少一個可具有帶電壓平臺的電壓分布曲線。
[0045]第一正極材料和第二正極材料具有根據(jù)電壓變化的與其反應的不同濃度的操作離子并且允許由當在本征電壓范圍內(nèi)進入空閑狀態(tài)或無負載狀態(tài)時在第一正極材料和第二正極材料之間傳遞操作離子而出現(xiàn)的電壓松弛。二次電池可在包括本征電壓范圍的電壓范圍內(nèi)進行充電或放電。
[0046]這里，操作離子意指當具有共混正極材料的二次電池在充電或放電時與第一正極材料和第二正極材料執(zhí)行電化學反應的離子。操作離子可根據(jù)二次電池的種類而不同。例如，在鋰二次電池的情況下，操作離子可以是鋰離子。
[0047]電化學反應可根據(jù)二次電池的操作機制而不同。在實施例中，電化學反應可意指操作離子添入到第一正極材料和/或第二正極材料中或脫出第一正極材料和/或第二正極材料。在這種情況下，添入到第一正極材料和第二正極材料中的操作離子的濃度或脫出第一正極材料和第二正極材料的操作離子的濃度可根據(jù)二次電池的電壓變化而不同。換句話講，第一正極材料和第二正極材料具有針對操作離子的不同操作電壓范圍。例如，在二次電池放電的狀況下，在某個電壓范圍，操作離子可優(yōu)先添入到第一正極材料而非第二正極材料中，而在另一個電壓范圍，情況會相反。又如，在二次電池充電的狀況下，在某個電壓范圍，操作離子可優(yōu)先脫出第二正極材料而非第一正極材料，而在另一個電壓范圍，情況會相反。
[0048]上述空閑狀態(tài)是指這樣的狀態(tài):從二次電池向裝載了該二次電池的設備的主負載引導的高放電電流被中斷，但從二次電池向設備包含的電子裝置引導所需的小放電電流。如果二次電池進入空閑狀態(tài)，則從二次電池引出的放電電流非常小。當二次電池進入空閑狀態(tài)時，從二次電池引出的電流的幅值可以是恒定的，基本上恒定的或可變的。
[0049]例如，空閑狀態(tài)可以指以下情況:(i)當二次電池被裝載在電動車輛中時，盡管二次電池沒有在駕駛員啟動電動車輛之后就向發(fā)動機供應放電電流，但小放電電流被供應到裝載在電動車輛中的計算機單元或音頻儀器；(ii)駕駛電動車輛的駕駛員在遇到交通信號時立刻停止電動車輛或者將電動車輛停在停車場；(iii)當上面裝載有二次電池的信息通信裝置在沒有關(guān)閉的情況下在預定時間內(nèi)不操作時，信息通信裝置的處理器轉(zhuǎn)到休眠模式以節(jié)省能量。
[0050]無負載狀態(tài)意指因為二次電池停止充電或放電所以二次電池的容量基本上沒有改變的狀態(tài)。
[0051]電壓松弛(voltage relaxat1n)是指當二次電池進入空閑狀態(tài)或無負載狀態(tài)時在第一正極材料和第二正極材料之間產(chǎn)生電勢差的現(xiàn)象，其中，所述電勢差造成操作離子在正極材料之間傳遞使得電勢差隨著時間推移而減小。
[0052]這里，當包括共混正極材料并且在本征電壓范圍內(nèi)放電的二次電池轉(zhuǎn)到空閑狀態(tài)或無負載狀態(tài)時，出現(xiàn)電壓松弛。如果二次電池在本征電壓范圍內(nèi)放電，則在第一正極材料和第二正極材料之中，更優(yōu)先與操作離子反應的正極材料的反應容量變得幾乎被耗盡，所以另一個正極材料開始與操作離子反應。
[0053]在這種狀況下，如果二次電池轉(zhuǎn)到空閑狀態(tài)或無負載狀態(tài)，則在第一正極材料和第二正極材料的表面附近存在的操作離子以不同的擴散速度向著對應正極材料的中心擴散，從而在正極材料之間產(chǎn)生電勢差。產(chǎn)生的電勢差造成操作離子在正極材料之間傳遞，結(jié)果引起消除了正極材料電勢差的電壓松弛。
[0054]考慮到電壓松弛現(xiàn)象，還可通過以下觀點定義空閑狀態(tài)或無負載狀態(tài)。換句話講，如果從二次電池引出放電電流，則操作離子添入到正極材料中。然而，如果放電電流的幅值足夠小，盡管操作離子添入到正極材料中，但針對電壓松弛的正極材料之間的操作離子傳遞可保持。因此小放電電流的流動沒有干擾正極材料之間出現(xiàn)電壓松弛的狀態(tài)和沒有流動放電電流的狀態(tài)可分別被定義為空閑狀態(tài)或無負載狀態(tài)。
[0055]本征電壓范圍可根據(jù)諸如第一正極材料和第二正極材料的種類、二次電池的充電或放電電流的幅值、當二次電池進入空閑狀態(tài)或無負載狀態(tài)時二次電池的SOC等各種因素而不同。
[0056]在本公開中，第一正極材料和第二正極材料在本征電壓范圍內(nèi)表現(xiàn)出的電壓松弛現(xiàn)象可在滿足以下條件中的至少一個的正極材料之間出現(xiàn)。
[0057]例如，如果當測量第一正極材料和第二正極材料的dQ/dV分布時在正極材料的dQ/dV分布中表現(xiàn)的主峰的位置和/或強度互不相同，則會出現(xiàn)電壓松弛。然而，本領(lǐng)域熟知的dQ/dV分布是指正極材料根據(jù)電壓的容量特性。因此，其表現(xiàn)在dQ/dV分布中的主峰具有不同位置和/或不同強度的正極材料可被視為具有不同的操作電壓范圍。主峰的位置差異可根據(jù)第一正極材料和第二正極材料的種類而不同，例如，主峰的位置可彼此相差0.1V至4V。
[0058]又如，如果當在相對于包括共混正極材料的二次電池的1-100%的SOC下測得放電電阻時放電電阻分布曲線具有凸起圖案(所謂的突出形狀)，則會出現(xiàn)電壓松弛。
[0059]又如，如果當相對于包括共混正極材料的二次電池測量各SOC的放電電阻時放電電阻分布曲線在凸起圖案之前和之后具有至少兩個拐點，則會出現(xiàn)電壓松弛。
[0060]又如，如果包括共混正極材料的二次電池具有帶至少一個電壓平臺的充電或放電分布曲線，則會出現(xiàn)電壓松弛。這里，電壓平臺意指其中存在拐點并且在拐點之前和之后的電壓變化小的電壓范圍。
[0061]又如，如果包括在共混正極材料中的第一正極材料和第二正極材料中的至少一個具有帶電壓平臺的電壓分布曲線，則會出現(xiàn)電壓松弛。
[0062]在本公開中，可用作第一正極材料和第二正極材料的材料不受具體限制，如果它們可造成本征電壓范圍內(nèi)的電壓松弛的話。
[0063]在實施例中，第一正極材料可以是用一般化學式A [AxMy] 02+z表達的堿金屬化合物，其中，A包括L1、Na和K中的至少一個⑷包括從由N1、Co、Mn、Ca、Mg、Al、T1、S1、Fe、Mo、V、Zr、Zn、Cu、Mo、Sc、Zr、Ru 和 Cr 組成的組中的至少一個元素；x 彡 O、I < x+y ^ 2、_0.I ^ z ^ 2 ；X、1、Z和包括在M中的成分的化學計量系數(shù)被選擇成使得堿金屬化合物保持電中性。
[0064]可供選擇地,第一正極材料可以是用XLiM1O2-(1-X)Li2M2O3表達的堿金屬化合物，其中，M1包括帶有+3的平均氧化態(tài)的至少一個元素；M2包括帶有+4的平均氧化態(tài)的至少一個元素；O彡X彡1，該化合物在US 6，677，082、US 6, 680, 143等中有所公開。
[0065]在另一個實施例中，第二正極材料可以是用一般化學式LiaM1xFehM2yPpyM3zCVz表達的鋰金屬磷酸鹽，其中，M1包括從由T1、S1、Mn、Co、Fe、V、Cr、Mo、N1、Nd、Mg和Al組成的組中選擇的至少一個元素；M2包括從由T1、S1、Mn、Co、Fe、V、Cr、Mo、N1、Nd、Mg和Al As、Sb、S1、Ge、V和S組成的組中選擇的至少一個元素；M3包括從含有F的鹵族中選擇的至少一個元素；0<a彡2、0彡X彡1、0 ( y〈l、0 ( z〈l ;a、x、y、z和包括在M^M2和M3中的成分的化學計量系數(shù)被選擇成使得鋰金屬磷酸鹽保持電中性，或者第二正極材料可以是用一般化學式Li具(PO4) 3表達的鋰金屬磷酸鹽，其中，M包括從由T1、S1、Mn、Fe、Co、V、Cr、Mo、N1、Mg和Al組成的組中選擇的至少一個元素。
[0066]在另一個實施例中，第一正極材料可以是用Li [LiaNibCoeMnJ 02+z (a ^ O ；a+b+c+d=I ;b、c和d中的至少一個不是零；-0.1 ^ z ^ 2)表達的堿金屬化合物。另外，第二正極材料可以是從由LiFePCV LiMnxFeyPO4(0<x+y ( I)和Li3Fe2 (PO4) 3組成的組中選擇的至少一個。
[0067]在另一個實施例中，第一正極材料和/或第二正極材料可包括涂層。該涂層可包括碳層、或氧化物層或氟化物層，其包含從由T1、S1、Mn、Co、Fe、V、Cr、Mo、N1、Nd、Mg、Al、As、Sb、S1、Ge、V和S組成的組中選擇的至少一個元素。
[0068]在本公開中，可在考慮到將要制造的二次電池的用途、造成正極材料之間的電壓松弛所需的正極材料的電化學特性、其中出現(xiàn)電壓松弛的本征電壓范圍等的情況下，根據(jù)電化學設計條件合適地調(diào)節(jié)第一正極材料和第二正極材料的共混比率。
[0069]另外，能夠被包括在共混正極材料中的正極材料的數(shù)量不限于兩種。另外，為了改善共混正極材料的性質(zhì)，可以在沒有具體限制的情況下在共混正極材料中添加諸如導電劑和粘合劑的其它添加劑。因此，包括能夠在本征電壓范圍內(nèi)造成空閑狀態(tài)或無負載狀態(tài)下的電壓松弛的至少兩種正極材料的共混正極材料應該被理解為在本公開的范圍內(nèi)，而不管正極材料的數(shù)量或者是否存在其它添加劑，如本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的。
[0070]二次電池可被裝載到用電能驅(qū)動的各種電驅(qū)動設備上，電驅(qū)動設備的種類不受具體限制。
[0071]在實施例中，電驅(qū)動設備可以是諸如蜂窩電話、筆記本和平板計算機的移動計算機裝置；或者諸如數(shù)碼相機、攝像機和音頻/視頻再生裝置的手持多媒體裝置。
[0072]在另一個實施例中，電驅(qū)動設備可以是諸如電動車輛、混合動力車輛、電動自行車、摩托車、電動火車、電動船和電動飛機的電驅(qū)動設備；或者諸如電鉆和電磨機的安裝電機的電動工具。
[0073]在另一個實施例中，電驅(qū)動設備可以是安裝在電網(wǎng)上的大功率存儲裝置，用于將新再生能量或剩余能量存儲在電站中，或者是在諸如斷電的緊急情況下用于向諸如服務器計算機和移動通信裝置的各種信息通信裝置供電的不間斷電源。
[0074]在本公開中，二次電池可包括包含共混正極材料的正極、負極和隔板。二次電池還可包括具有操作離子的電解質(zhì)。電解質(zhì)不受具體限制，如果它具有操作離子并且會通過操作離子造成正極和負極處的電化學氧化或還原反應。
[0075]二次電池還可包括用于密封正極、負極和隔板的封裝。封裝不受具體限制，如果它具有化學和物理穩(wěn)定性和機械耐久性的話。二次電池的外觀由封裝的結(jié)構(gòu)來確定。封裝的結(jié)構(gòu)可選自本領(lǐng)域已知的各種結(jié)構(gòu)并且可代表性地分別具有諸如圓柱形形狀、矩形形狀、袋子形狀、硬幣形狀或其彎曲形狀的結(jié)構(gòu)。
[0076]有益.效果
[0077]根據(jù)本公開，可以簡單并準確地估計用作控制二次電池時的參數(shù)的容量退化、開路電壓、放電深度(DoD)、充電狀態(tài)(SOC)等。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0078]附圖示出本公開的優(yōu)選實施例并且與以上內(nèi)容一起用于提供對本公開的技術(shù)精神的進一步理解。然而，本公開不被理解為限于附圖。
[0079]圖1是示出根據(jù)放電深度(DoD)的BOL (壽命開始)狀態(tài)和EOL (壽命結(jié)束)狀態(tài)下鋰二次電池的開路電壓分布曲線的曲線圖。
[0080]圖2是示出當鋰二次電池劣化時原始負極電壓分布曲線移位的示圖。
[0081]圖3是示出與鋰二次電池的實際開路電壓分布曲線十分吻合的根據(jù)本公開的假設而估計的鋰二次電池的開路電壓分布曲線的示圖。
[0082]圖4和圖5是示出可有效應用于使用單種正極材料的鋰二次電池的本公開的假設的示圖。
[0083]圖6是示出根據(jù)本公開的實施例的設備的框圖。
[0084]圖7和圖8是概念性示出第一放電深度(DoD’)和第二放電深度(DoD")之差對應于二次電池的容量退化(Acapa)的曲線圖。
[0085]圖9是示出用于顯示根據(jù)本公開的實施例確定的鋰二次電池的參數(shù)的圖形界面的各種示例的曲線圖。
[0086]圖10和圖11是示出根據(jù)本公開的實施例的用于估計二次電池的參數(shù)的方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0087]下文中，將參照附圖詳細描述本公開的優(yōu)選實施例。在描述之前，應該理解，說明書和所附權(quán)利要求書中使用的術(shù)語不應該被解釋為限于一般字典上的含義，而是以允許發(fā)明人為了進行最佳說明而適當定義術(shù)語的原理為基礎，基于與本公開的技術(shù)方面對應的含義和構(gòu)思進行理解。因此，本文提出的描述只是僅僅出于例證目的的優(yōu)選示例，而不意圖限制本公開的范圍，所以應該理解，在不脫離本公開的精神和范圍的情況下，可以有其它等同形式和修改形式。
[0088]以下描述的實施例是基于本公開應用于鋰二次電池的情況。這里，鋰二次電池是其中鋰離子在充電和放電期間充當操作離子以引起在正極和負極處的電化學反應的二次電池的一般名稱。操作離子是指在二次電池充電或放電的同時參與電化學氧化還原反應的離子，并且可以是例如鋰。因此，即使二次電池根據(jù)鋰二次電池中使用的電介質(zhì)或隔板的種類、包封二次電池所使用的封裝的種類、或鋰二次電池的內(nèi)部或外部結(jié)構(gòu)而被不同地命名，則這種二次電池也應該被理解為被包括在鋰二次電池的范圍內(nèi)，如果鋰離子用作操作離子的話。
[0089]另外，本公開還可應用于除了鋰二次電池之外的各種二次電池。因此，所有種類的二次電池應該被理解為被包括在本公開的范圍內(nèi)，如果即使它們的操作離子不是鋰離子也可應用本公開的精神的話。
[0090]此外，二次電池不限于其部件的數(shù)量。因此，二次電池的范圍應該被理解為包括以負極、電解質(zhì)和正極為基本單元的單元電池胞(unit cell)、單元電池胞的組件、具有串聯(lián)和/或并聯(lián)連接的多個組件的模塊、具有串聯(lián)和/或并聯(lián)連接的多個模塊的電池組、具有串聯(lián)和/或并聯(lián)連接的多個電池組的電池系統(tǒng)等。
[0091]圖1示出鋰二次電池的兩個開路電壓分布曲線。一個是在執(zhí)行用于激活鋰二次電池的三個充電/放電周期之后(即，在BOL狀態(tài)下)根據(jù)放電深度(DoD)測得的開路電壓分布曲線OCVrall m(DoD)。如果鋰二次電池處于BOL狀態(tài)，則鋰二次電池基本上沒有容量退化。另外，另一個是通過執(zhí)行了 621個充電/放電周期使鋰二次電池的容量下降7.2%之后的根據(jù)放電深度(DoD)測得的開路電壓分布曲線OCVrell m(D0D)。為了方便起見，假設執(zhí)行了 621個充電/放電周期的鋰二次電池處于EOL(壽命結(jié)束)狀態(tài)。如果鋰二次電池進入EOL狀態(tài)，則需要用新的鋰二次電池替換它。
[0092]在圖1中，水平軸上標注的DoD表達鋰二次電池的放電深度(DoD)?；贠CVm11B0l(DoD)，如果DoD變成1，則這意味著鋰二次電池完全放電，如果DoD是0，則這意味著鋰二次電池充分充電。
[0093]在DoD是O的狀態(tài)下，鋰二次電池放電，放電深度(DoD)緩慢增大。因此，隨著放電深度(DoD)增大，鋰二次電池的開路電壓減小，并且如果鋰二次電池在達到最終放電電壓之前一直放電，則放電深度(DoD)變成I。放電深度(DoD)代表經(jīng)積分的流出鋰二次電池的電流量相比于鋰二次電池的原始容量的相對比率。另外，原始容量意指當鋰二次電池基本上沒有容量退化時(例如，在BOL狀態(tài)下)測得的容量。
[0094]鋰二次電池包括具有共混正極材料的正極和具有石墨的負極。在共混正極材料中，將具有分層結(jié)構(gòu)的鋰過渡金屬氧化物LiLxNiaCobMncO2 (X彡O ;a = b = c = 1/3 ;下文中，被稱為NMC正極材料)和具有橄欖石結(jié)構(gòu)的LiFePO4 (被稱為LFP正極材料)以7:3的比率(重量比率)共混。下文中，說明書中提到的鋰二次電池與上述的鋰二次電池具有相同的規(guī)格。
[0095]同時，包含在共混正極材料中的正極材料可選自以上提到的各種材料，負極材料也可以不同地選自已知材料。
[0096]參照圖1，處于BOL狀態(tài)的鋰二次電池的開路電壓分布曲線OCVeell m (DoD)具有至少一個電壓平臺(參見虛線框)。電壓平臺意指具有拐點并且其分布曲線基本上水平的區(qū)域。在OCVrell m(D0D)中，電壓平臺位于基于開路電壓的3.0OV和3.50V之間的大致中心。OCVc611eol(DoD)相比于OCVeell m (DoD)向右移位并且看上去好像電壓平臺消失。圖1支持如果鋰二次電池的充電/放電周期增加使得鋰二次電池劣化，則開路電壓分布曲線也變化。
[0097]在測量共混正極材料中包括的兩種正極材料的dQ/dV分布時當在dQ/dV分布中表現(xiàn)出的正極材料的主峰的位置和/或主峰的強度互不相同時，出現(xiàn)電壓平臺。這里，本領(lǐng)域已知的dQ/dV分布表現(xiàn)各種操作電壓下的正極材料的容量特性。主峰位置的差異可根據(jù)正極材料的種類而變化。在另一方面，當測量各放電深度(DoD)下的包含共混正極材料的二次電池的放電電阻時，如果放電電阻分布曲線具有凸起圖案，則出現(xiàn)電壓平臺。在另一方面，當測量各DoD下的包含共混正極材料的二次電池的放電電阻時，如果放電電阻分布曲線在凸起圖案的頂部之前和之后具有至少兩個拐點，則出現(xiàn)電壓平臺。在又一方面，當包括在共混正極材料中的至少一種正極材料被用作半電池(其負極是鋰電極)的正極材料時，如果半電池的電壓分布曲線具有電壓平臺，則出現(xiàn)電壓平臺。
[0098]圖2是用于說明二次電池的容量退化的電化學含義的示圖。
[0099]在圖2中，描繪了三個開路電壓分布曲線。用標號①標注的開路電壓分布曲線表示隨放電深度(DoD)的變化而變化的處于BOL狀態(tài)的鋰二次電池的正極的開路電壓分布曲線。下文中，正極的開路電壓分布曲線將被命名為原始正極電壓分布曲線Vc^(DoD)。另外，用標號②標注的開路電壓分布曲線表示隨放電深度(DoD)的變化而變化的處于BOL狀態(tài)的鋰二次電池的負極的開路電壓分布曲線。下文中，負極的開路電壓分布曲線將被命名為原始負極電壓分布曲線\ JDoD)。另外，用標號③標注的開路電壓分布曲線表示隨放電深度(DoD)的變化而變化的容量劣化了 20%的鋰二次電池的負極的開路電壓分布曲線。下文中，容量退化的二次電池的負極的開路電壓分布曲線被命名為負極電壓分布曲線Va(DoD)。作為參考，可通過以下步驟獲得正極和負極的開路電壓分布曲線:測量正極和具有參考電勢(OV)的鋰金屬之間以及負極和將鋰二次電池充電至4.2V之后的鋰金屬之間的電壓，然后在用恒定電流進行充電的同時周期性使電池進入無負載狀態(tài)，接著靜置電池達預定時間。
[0100]參照圖2，可發(fā)現(xiàn)，負極電壓分布曲線Va(DoD)是通過將原始負極電壓分布曲線Va,0(DoD)向右移位多達0.20而獲得的分布曲線。換句話講，盡管基于處于BOL狀態(tài)的鋰二次電池的容量只放電了 80%的容量，但負極的開路電壓增大至對應于最終放電電壓的大約1.5V。另外，當與Vy(DoD)進行比較時，可發(fā)現(xiàn)，Va(DoD)具有與^tj(DoD)基本上相同的形狀，盡管分布曲線有移位。因此，Va(DoD)可被視為大致與VaJDoD-0.2)相同。如本領(lǐng)域已知的，當鋰二次電池放電時伴隨的容量減少是由鋰的電化學反應造成的。因此，根據(jù)盡管基于處于BOL狀態(tài)的鋰二次電池的容量只放電了 80%的容量，但負極的開路電壓成為最終放電電壓的事實，要理解，因為在鋰二次電池放電的同時能夠參與電化學氧化還原的可用鋰的量根據(jù)鋰二次電池的劣化而不可逆地減少，所以會造成鋰二次電池的容量退化。
[0101]以上的實驗結(jié)果實現(xiàn)了以下假設:如果鋰二次電池劣化，則負極的開路電壓分布曲線根據(jù)鋰二次電池的容量退化而移位。
[0102]圖3示出該假設與鋰二次電池的開路電壓的實際變化十分吻合。
[0103]圖3示出估計的兩個開路電壓分布曲線和測得的兩個開路電壓分布曲線。根據(jù)放電深度(DoD)的變化顯示每個開路電壓分布曲線。首先，用實線描繪的開路電壓分布曲線是處于BOL狀態(tài)的鋰二次電池的估計的開路電壓分布曲線OCVm1U(DoD)，其對應于圖2中描繪的Vy(DoD)和Vy(DoD)之差。接下來，用虛線描繪的開路電壓分布曲線是容量退化了20%的鋰二次電池的開路電壓分布曲線OCVm11(DoD),其對應于圖2中描繪的Vc^(DoD)和Va(DoD)之差。另外，用〇描繪的開路電壓分布曲線對應于處于BOL狀態(tài)的鋰二次電池的測得的開路電壓分布曲線0CV。#。一(DoD)。最后，用Λ描繪的開路電壓分布曲線對應于容量退化了 20%的鋰二次電池的測得的開路電壓分布曲線OCVc^u(DoD)tj參照圖3，在BLO狀態(tài)下和容量退化了 20%的狀態(tài)下，都可發(fā)現(xiàn)，估計的開路電壓分布曲線與測得的開路電壓分布曲線十分匹配。圖3中描繪的結(jié)果通過實驗支持以下假設:如果鋰二次電池的容量減少，則負極的開路電壓分布曲線根據(jù)容量退化的程度而移位。
[0104]圖4和圖5示出本公開的假設也可有效應用于使用單種正極材料的鋰二次電池。
[0105]圖4示出使用正極的單種正極材料(S卩，NMC正極材料)的鋰二次電池的Vc, 0 (DoD)、Va, 0 (DoD)和 Va(DoD)。
[0106]這里，Vcj0(DoD)和VaJD0D)分別代表當鋰二次電池處于BOL狀態(tài)(即，鋰二次電池基本上沒有容量退化)時針對各放電深度(DoD)測得的正極和負極的開路電壓分布曲線。另外，Va(DoD)代表當鋰二次電池的容量退化了 20%時針對各放電深度(DoD)測得的負極的開路電壓分布曲線。
[0107]圖5示出與通過使用圖4中描繪的開路電壓分布曲線估計的開路電壓分布曲線對應的0CVMll，。(DoD)和OCVrall (DoD)以及與實際測得的開路電壓分布曲線對應的OCVcell, ^(DoD)和 OCVcell,m (DoD)。
[0108]圖4和圖5中描繪的結(jié)果通過實驗支持如果鋰二次電池的容量退化，則負極的開路電壓分布曲線根據(jù)容量退化的程度而移位的假設可應用于包括單種正極材料的鋰二次電池。
[0109]下文中，將基于以上公開描述用于估計為控制二次電池操作而使用的各種參數(shù)的設備和方法。
[0110]圖6是示出根據(jù)本公開的實施例的用于估計二次電池100的參數(shù)的設備的框圖。
[0111]參照圖6，根據(jù)本公開的實施例的設備100電連接到二次電池110。二次電池110是能夠重復進行充電和放電的電池，本公開不限于特定種類的電池。優(yōu)選地，二次電池110可以是鋰二次電池。
[0112]設備100包括傳感器120和控制單元130。傳感器120可包括選自由電壓測量單元140、電流測量單元150和溫度測量單元160組成的組中的至少一個。
[0113]電壓測量單元140和/或電流測量單元150和/或溫度測量單元160在控制單元130的控制下測量二次電池110的電壓和/或電流和/或溫度并且將測得的值提供到控制單元130。
[0114]設備100還可包括作為可選部件的存儲單元170。存儲單元170存儲并且更新當控制單元130估計參數(shù)時使用的程序、當執(zhí)行程序時需要的數(shù)據(jù)、或當執(zhí)行程序時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。
[0115]優(yōu)選地，存儲單元170可預先存儲當二次電池110基本上沒有容量退化時測得的各放電深度(DoD)下的多個原始正極電壓(V。，。)和各放電深度(DoD)下的多個原始負極電壓(\。)作為分布曲線數(shù)據(jù)。另外，存儲單元170可預先存儲關(guān)于當二次電池110基本上沒有容量退化時測得的原始容量的數(shù)據(jù)。可通過將完全充電的、基本上沒有容量退化的二次電池連續(xù)放電至最終放電電壓的同時對放電電流求積分來計算原始容量。
[0116]例如，當二次電池的放電/充電周期還沒有啟動(壽命開始:B0L)時，或者當充電/放電周期非常小(例如，小于10)時，僅在制造二次電池之后，二次電池基本上沒有容量退化。
[0117]可基于電勢可以是0(例如，鋰電極)的參考電壓測量原始正極電壓(VcJ和原始負極電壓(\。)。
[0118]下文中，各放電深度(DoD)下測得的多個原始正極電壓(V。，。)和多個原始負極電壓(\。)分別被命名為原始正極電壓分布曲線Vy(DoD)和原始負極電壓分布曲線Va, ο (DoD)0
[0119]存儲單元170不受具體限制，只要它可存儲數(shù)據(jù)即可，例如，DRAM、SRAM、ROM、EEPR0M、閃速存儲器、寄存器等。
[0120]傳感器120通過電壓測量單元140測量第一放電深度(DoD’)下的二次電池的開路電壓(OCVm)并且將測得的電壓提供到控制單元130。
[0121]這里，開路電壓(OCVm)對應于在第一放電深度(DoD’)下預定的原始正極電壓(V。，。)和目前負極電壓(Va)之差。
[0122]優(yōu)選地，第一放電深度(DoD’)可以是當處于放電或充電模式的二次電池停止足夠長的時間以建立開路電壓測量狀況時，僅在二次電池停止其操作之前計算的放電深度(DoD)。
[0123]開路電壓測量狀況可包括二次電池110的無負載狀況保持預定時間、二次電池110的溫度落入預定范圍內(nèi)、流入或流出二次電池110的電流小、流入或流出二次電池110的小電流狀態(tài)保持預定時間等的情況中的至少一個。
[0124]無負載的保持時間、二次電池110的溫度、電流幅值和小電流的保持時間的所需范圍可通過反復試驗來確定并且可被存儲在能由控制單元130訪問的存儲單元170中。
[0125]為了監(jiān)測是否建立了開路電壓測量狀況，控制單元130可對二次電池110停止其操作的時間進行計數(shù)，和/或通過傳感器120的溫度測量單元160接收測得的二次電池110的溫度以監(jiān)測二次電池110的溫度，和/或通過傳感器120的電流測量單元150接收測得的二次電池110的電流以監(jiān)測二次電池100的電流根據(jù)時間的變化。
[0126]可通過控制單元130的安培計數(shù)來計算第一放電深度(DoD’)。
[0127]為此，傳感器120可在二次電池110充電或放電的同時通過電流測量單元150測量流入或流出二次電池I1的電流，并且將測得的電流提供到控制單元130。
[0128]然后，控制單元130基于二次電池110的完全充電狀態(tài)計算經(jīng)積分的流出電池110的電流量。另外，控制單元130可通過參照存儲在存儲單元170中的二次電池110的原始容量計算經(jīng)積分的電流量相比于原始容量的相對比率，計算二次電池的放電深度(DoD)。
[0129]例如，如果二次電池的初始容量是100mAh并且經(jīng)積分的流出二次電池110的電流量是800mAh，則放電深度(DoD)變成0.8。
[0130]控制單元130可將計算出的放電深度(DoD)存儲在存儲單元170中并且在二次電池110在操作的同時不斷更新數(shù)據(jù)。
[0131]如果由傳感器120提供在第一放電深度(D0D’)下測得的開路電壓(OCVm)，則控制單元120從存儲單元170中針對各放電深度(DoD)存儲的多個原始正極電壓(V。，。)中識別與第一放電深度(D0D’)對應的原始正極電壓(V。，。)。
[0132]另外，控制單元120從識別的原始正極電壓(V。，。)中減去測得的開路電壓(OCVni)以計算二次電池110的負極的目前負極電壓(Va)，并且確定計算出的值作為二次電池110的原始負極電壓(\。)。
[0133]此外，控制單元120獲得與從存儲單元170中針對各放電深度(DoD)存儲的多個原始負極電壓(\。)確定的原始負極電壓(Va，。)對應的第二放電深度(DOD")。
[0134]另外，控制單元120計算第一放電深度(D0D’)和第二放電深度(DOD")之差。
[0135]第一放電深度(D0D’)和第二放電深度(DOD")之差定量地表示二次電池110的負極處形成的負極電壓分布曲線Va(DoD)從二次電池的原始負極電壓分布曲線Vy(DoD)移位了多少。另外，原始負極電壓分布曲線Vy(DoD)的移位量代表二次電池110的容量退化的程度。
[0136]因此，控制單元120可確定第一放電深度(D0D’)和第二放電深度(DOD")之差為二次電池110的容量退化(Λ capa)。
[0137]圖7是概念性示出第一放電深度(D0D’)和第二放電深度(DOD")之差對應于二次電池110的容量退化(Λ capa)的曲線圖。
[0138]在圖7中，分布曲線①表示根據(jù)放電深度(DoD)測得的二次電池110的原始正極電壓分布曲線V。，。(DoD)，分布曲線②表示根據(jù)放電深度(DoD)測得的二次電池110的原始負極電壓分布曲線Vy(DoD)。
[0139]獲得其UDoD)和Vy(DoD)的二次電池包括分別在正極和負極中的NMC正極材料和碳，通過使用電勢電壓為OV的鋰電極作為參考電極來測量它們的電壓分布曲線。分布曲線①和②與圖4的曲線圖①和②基本上相同。
[0140]參照圖7，位置A標記當測量二次電池110的開路電壓的點，并且在測量開路電壓時的點處，二次電池I1具有0.85的放電深度(DoD)。這里，0.85的放電深度(DoD)對應于之前實施例的第一放電深度(DoD’)。可從存儲單元170中查閱當?shù)谝环烹娚疃?DoD’)是0.85時的二次電池110的原始正極電壓(V。，。)，可通過測量知道當放電深度(DoD)是0.85時的開路電壓(OCVm)。由于二次電池110的開路電壓(OCVm)對應于正極電壓和負極電壓之差，因此可通過等式V。，。(0.85)-OCVm(0.85)容易地計算當放電深度(DoD)是0.85時的負極電壓Va(0.85)。同時，負極電壓(Va)位于通過將分布曲線②移位多達二次電池110的容量退化來獲得的分布曲線上?？赏ㄟ^識別與在分布曲線②上的負極電壓Va(0.85)具有相同幅值的原始負極電壓對應的第二放電深度(DoD")，容易地獲得分布曲線②的移位量。換句話講，第二放電深度(DoD")是如虛線指示的T1M(VaO).85))，分布曲線②的移位量是0.85-V_1a；o(Va(0.85))，這個值對應于二次電池110的容量退化Λ capa。
[0141]圖8是概念性示出即使二次電池110包括共混正極材料，第一放電深度(D0D’)和第二放電深度(DOD")之差也對應于二次電池110的容量退化(Λ capa)的曲線圖。
[0142]在圖8中，分布曲線①表示根據(jù)放電深度(DoD)測得的二次電池110的原始正極電壓分布曲線V。，。(DoD)，分布曲線②表示根據(jù)放電深度(DoD)測得的二次電池110的原始負極電壓分布曲線Vy(DoD)。
[0143]獲得其V。，。(DoD)和Va，。(DoD)的二次電池包括在正極中包括其中NMC正極材料和LFP正極材料以7:3的比率(重量比率)共混的共混正極材料并且在負極中也包括碳，通過使用電勢電壓為OV的鋰電極作為參考電極來測量它們的電壓分布曲線。分布曲線①和②與圖2的曲線圖①和②基本上相同。
[0144]參照圖8，即使二次電池包括共混正極材料，如果當?shù)谝环烹娚疃?DoD’)是0.85時測量開路電壓OCVm(0.85)，則分布曲線②的移位量是0.85-V\o(Va(0.85))，可發(fā)現(xiàn)，這個值對應于二次電池110的容量退化Λ capa。
[0145]在本公開的另一方面，控制單元130可通過將二次電池110的原始負極電壓分布曲線Vy(DoD)移位多達確定的容量退化Λ capa并且從原始正極電壓分布曲線Vc^(DoD)中減去移位后的原始負極電壓分布曲線tJDoD-A capa)來獲得二次電池110的劣化的開路電壓分布曲線?？刂茊卧?30可將劣化的開路電壓分布曲線選擇性地存儲在存儲單元170中并且每當更新Λ capa時更新二次電池110的開路電壓分布曲線。
[0146]在本公開的另一方面，控制單元130可通過使用通過安培計數(shù)計算出的經(jīng)積分的電流量計算二次電池110的放電深度(DoD)，并且參考存儲在存儲單元170中的劣化的開路電壓分布曲線確定與計算出的放電深度(DoD)對應的二次電池110的開路電壓。
[0147]在本公開的另一方面，控制單元130可測量二次電池的開路電壓OCVni，并且參考存儲在存儲單元170中的劣化的開路電壓分布曲線從測得的開路電壓OCVni確定二次電池的放電深度(DoD)。如果劣化的開路電壓分布曲線被表達為0CVrall，aged(DoD)，則從測得的開路電壓OCVm測得的放電深度(DoD)是Oar1eelUged(OCVm)。
[0148]在本公開的另一方面，控制單元130可使用參照劣化的開路電壓分布曲線OCVcellj aged (DoD)從測得的開路電壓OCVm確定的放電深度(DoD)和確定的容量退化(Δ capa)通過以下的等式2來確定二次電池的SOC。
[0149]等式2
[0150]SOC = (DoDmax-DoD) /DoDmax
[0151]DoDmax = 1- Δ Capa
[0152]這里，SOC代表二次電池的充電狀態(tài)，DoDmax代表當二次電池達到最終放電電壓時的放電深度(DoD)。DoD代表從測得的開路電壓OCVm確定的目前放電深度并且Λ Capa代表根據(jù)本公開確定的容量退化。
[0153]另外，控制單元130可以可選地將確定的SOC存儲在存儲單元170中并進行更新。
[0154]在本公開的另一方面，控制單元130可電連接到顯示單元180并且通過顯示單元180將如上所述確定的二次電池110的參數(shù)作為圖形界面顯示。
[0155]這里，所述參數(shù)包括從由二次電池110的容量退化、開路電壓、放電深度(DoD)和SOC組成的組中選擇的至少一個。
[0156]顯示單元180可不包括在設備100中，而是可包括在外部裝置中。在這種情況下，顯示單元180和控制單元130沒有直接連接，而是經(jīng)由包括在外部裝置中的控制裝置間接連接。因此，顯示單元180和控制單元130之間的電連接應該被理解為包括這種間接連接。
[0157]同時，如果控制單元130不能夠通過顯示單元180直接顯示二次電池110的參數(shù)，則參數(shù)可被傳輸?shù)桨@示單元180的外部裝置。在這種情況下，控制單元130可連接到外部裝置并且允許與外部裝置進行數(shù)據(jù)傳輸，外部裝置可從控制單元130接收二次電池110的參數(shù)，外部裝置可通過與其連接的顯示單元將接收到的參數(shù)作為圖形界面顯示。
[0158]圖形界面不受限制，只要它可向用戶顯示二次電池的參數(shù)即可。圖9示出圖形界面的各種示例。
[0159]如圖9中所示，圖形界面可通過使用條圖形(a)的長度、儀表指針(b)、數(shù)字(C)等來顯示二次電池110的參數(shù)。
[0160]控制單元130可選擇性地包括本領(lǐng)域中熟知的處理器、ASIC(專用集成電路)、其它芯片集、邏輯電路、寄存器、通信調(diào)制解調(diào)器、數(shù)據(jù)處理裝置等以執(zhí)行以下描述的各種控制邏輯。另外，當控制邏輯被實現(xiàn)為軟件時，控制單元130可被實現(xiàn)為程序模塊的集合體。此時，程序模塊被存儲在存儲器中并且由處理器執(zhí)行。存儲器單元可存在于處理器的里面或外面并且可通過各種裝置連接到處理器。另外，存儲器可被包括在本公開的存儲單元170(參見圖6)中。此外，存儲器是命名存儲信息的裝置的一般名稱，而不管裝置的種類如何，并不限于特定的存儲器裝置。
[0161]下文中，基于以上構(gòu)造，將詳細描述根據(jù)本公開的實施例的用于估計二次電池的參數(shù)的方法。
[0162]由上述的設備100執(zhí)行用于估計二次電池的參數(shù)的方法，這里將不再描述以上已經(jīng)說明的任何特征。
[0163]另外，通過用于估計二次電池的參數(shù)的方法執(zhí)行的步驟可由設備100的控制單元130執(zhí)行，因此，顯而易見，各步驟可被包括在設備100中作為控制單元130的功能。
[0164]圖10和圖11是示出用于估計二次電池的參數(shù)的方法的流程圖。
[0165]首先，在步驟SlO中，控制單元130確定二次電池110是否進入接通(key-on)狀態(tài)。
[0166]這里，接通狀態(tài)意指僅在處于無負載狀態(tài)的二次電池110進入充電或放電模式之前的狀態(tài)。
[0167]接通狀態(tài)可以是例如啟動鍵導通以使安裝有二次電池110的電動車(EV)、混合動力車(HEV)或插電式混合動力車(PHEV)操作的狀態(tài)。又如，接通狀態(tài)可以是移動裝置的電源鍵導通的狀態(tài)。
[0168]如果經(jīng)檢查二次電池110進入接通狀態(tài)，則控制單元130前進至步驟S20。
[0169]在步驟S20中，控制單元130確定是否建立了開路電壓測量狀況。
[0170]當二次電池110長時間停止其操作以穩(wěn)定二次電池110的電壓時或者當流入或流出二次電池110的電流非常小以致二次電池110的極化電壓可忽略時，建立開路電壓測量狀況。
[0171]開路電壓測量狀況可包括二次電池110的無負載狀況保持預定時間、二次電池110的溫度落入預定范圍內(nèi)、流入或流出二次電池110的電流小、流入或流出二次電池110的小電流的狀態(tài)保持預定時間等的狀況中的至少一個。
[0172]無負載的保持時間、二次電池110的溫度、電流幅值和小電流的保持時間的所需范圍可通過反復試驗來確定并且可被存儲在能由控制單元130訪問的存儲單元170中。
[0173]控制單元130可將二次電池110的切斷(key-off)時間存儲在存儲單元170中，然后當二次電池110進入接通狀態(tài)時，控制單元可參考存儲的切斷時間計算二次電池110的無負載狀態(tài)保持時間并且將計算出的無負載狀態(tài)保持時間與存儲在存儲單元170中的所需時間范圍進行比較，以確定是否建立了開路電壓測量狀況。
[0174]控制單元130可按規(guī)則間隔通過傳感器120接收測得的二次電池110的溫度，并且將接收到的測得的溫度與存儲在存儲單元170中的所需溫度范圍進行比較，以確定是否建立了開路電壓測量狀況。
[0175]控制單元130可按規(guī)則間隔通過傳感器120接收測得的二次電池110的電流，并且將接收到的測得的電流與存儲在存儲單元170中的所需電流范圍進行比較，以確定是否建立了開路電壓測量狀況。
[0176]當傳感器120提供的被測電流落入存儲在存儲單元170中的所需電流范圍內(nèi)時，控制單元130可對有電流流動的時間求積分并且將積分時間與存儲在存儲單元170中的期望時間范圍進行比較，以確定是否建立了開路電壓測量狀況。
[0177]可以組合兩個或更多個開路電壓測量狀況。在這種情況下，可確定，當滿足兩個或更多個狀況時，建立開路電壓測量狀況。
[0178]盡管在圖中未示出，但控制單元130可在二次電池110充電或放電的同時通過傳感器120接收測得的流入或流出二次電池110的電流，通過對接收到的測得的電流求積分計算放電深度(DoD)，并且將計算出的放電深度(DoD)存儲在存儲單元170中并進行更新。
[0179]在步驟S20中，如果確定建立了開路電壓測量狀況，則控制單元130前進至步驟S30。
[0180]在步驟S30中，控制單元130基于建立開路電壓測量狀況的時間從存儲單元170讀取最近計算出的放電深度(DoD)，并且確定該放電深度(DoD)為第一放電深度(DoD’)。
[0181]在步驟S40中，當二次電池110處于第一放電深度(DoD’)狀態(tài)時，控制單元130控制傳感器120以測量二次電池110的開路電壓OCVm，并且將測得的開路電壓OCVm存儲在存儲單元170中。
[0182]在步驟S50中，控制單元130參考針對各放電深度(DoD)存儲在存儲單元170中的原始正極電壓(\。)確定對應于第一放電深度(DoD’)的原始正極電壓(V。，。)，并且從確定的原始正極電壓(\。)中減去測得的開路電壓OCVm以確定二次電池110的負極電壓Va。
[0183]在步驟S60中，控制單元130確定所確定的負極電壓Va為二次電池110的原始負極電壓\0。
[0184]在步驟S70中，控制單元130參考針對各放電深度(DoD)存儲在存儲單元170中的原始負極電壓(\。)識別對應于所確定的原始負極電壓(\。)的放電深度(DoD)，并且確定所識別的放電深度(DoD)是第二放電深度(DoD")。
[0185]在步驟S80中，控制單元130可用第一放電深度(D0D’)和第二放電深度(DOD")之差確定二次電池110的容量退化Λ capa。
[0186]在步驟S90中，控制單元130可將所確定的容量退化Λ capa存儲在存儲單元170中，和/或在顯示單元180上將所確定的容量退化Λ capa作為圖形界面顯示，和/或?qū)⑺_定的容量退化Λ capa傳輸?shù)酵獠垦b置。
[0187]如圖11中所示，控制單元130可進一步選擇性地執(zhí)行以下步驟中的至少一個。當選擇性地執(zhí)行兩個或更多個步驟時，這些步驟可不按固定時間次序執(zhí)行，可根據(jù)需要變化步驟的次序。
[0188]在步驟S100中，控制單元130可將二次電池110的原始負極電壓分布曲線Va,0(DoD)移位多達預定容量退化Λ capa，并且從原始正極電壓分布曲線Vy(DoD)中減去移位后的原始負極電壓分布曲線\ JDoD- Δ capa)，以確定二次電池110的劣化的開路電壓分布曲線0CVeell，aged (DoD)。另外,控制單元130可每當更新Λ capa時更新二次電池110的劣化的開路電壓分布曲線0CVMll，aged (DoD)。
[0189]在步驟S110中，控制單元130可將劣化的開路電壓分布曲線0CVeell，aged (DoD)存儲在存儲單元170中，和/或在顯示單元180上將劣化的開路電壓分布曲線0CVMll，aged(DoD)作為圖形界面顯示，和/或?qū)⒘踊拈_路電壓分布曲線OCVraaagral(D0D)傳輸?shù)酵獠垦b置。
[0190]在步驟S120中，控制單元130可使用通過安培計數(shù)計算出的經(jīng)積分的電流量計算二次電池110的放電深度(DoD)，并且參考存儲在存儲單元170中的劣化的開路電壓分布曲線OCVc^aged(DoD)確定與計算出的放電深度(DoD)對應的二次電池110的開路電壓。
[0191]在步驟S130中，控制單元130可將所確定的二次電池110的開路電壓存儲在存儲單元170中，和/或在顯示單元180上將所確定的開路電壓作為圖形界面顯示，和/或?qū)⑺_定的開路電壓傳輸?shù)酵獠垦b置。
[0192]在步驟S140中，控制單元130可測量二次電池110的開路電壓OCV111，并且參考存儲在存儲單元170中的根據(jù)放電深度(DoD)的劣化的開路電壓分布曲線0CVeell，aged (DoD)從測得的開路電壓OCVni確定二次電池的放電深度(DoD)。從測得的開路電壓OCVni計算的放電深度(DoD)是OOT1


cell, aged


(OCVffl)。
[0193]在步驟S150中，控制單元130可將所確定的放電深度(D0D)Oar1c^aged(OCVm)存儲在存儲單元170中，和/或在顯示單元180上將所確定的放電深度(DoD)OCV-Laaged(OCVni)作為圖形界面顯示，和/或?qū)⑺_定的放電深度(D0D)Oar1raaagral(OCVm)傳輸?shù)酵獠垦b置。
[0194]在步驟S160中，控制單元130可使用參照劣化的開路電壓分布曲線OCVcellj aged (DoD)從測得的開路電壓OCVm確定的放電深度(DoD)和確定的容量退化(Δ capa)來確定二次電池的S0C?？墒褂蒙鲜龅牡仁?確定二次電池的S0C。
[0195]在步驟S170中，控制單元130可將所確定的SOC存儲在存儲單元170中，和/或在顯示單元180上將所確定的SOC作為圖形界面顯示，和/或?qū)⑺_定的SOC傳輸?shù)酵獠?br> >j-U ρ?α裝直。
[0196]在以上實施例中，盡管已經(jīng)示出二次電池110的開路電壓OCVm是當建立了開路電壓測量狀況時傳感器120測得的值，但開路電壓OCVm還可以是從測得的關(guān)于二次電池110的電壓、電流和溫度的數(shù)據(jù)而估計的值。
[0197]另外，可通過等式2將二次電池110的放電深度(DoD)和充電狀態(tài)(SOC)彼此轉(zhuǎn)換。DoD是能夠在二次電池110的放電方面將二次電池110中保持的可用容量量化的參數(shù)，SOC是能夠在二次電池110的充電方面將二次電池110中保持的可用容量量化的參數(shù)。因此，放電深度(DoD)和充電狀態(tài)(SOC)可被理解為等同參數(shù)，因為它們定量地代表二次電池110的可用容量。
[0198]此外，由控制單元130確定的參數(shù)可用于控制二次電池110的充電/放電，計算最大放電功率，計算最小充電功率等，和/或可通過通信接口提供到另一個控制裝置。
[0199]另外，控制單元130的各種控制邏輯的任何組合可被構(gòu)成為計算機可讀程序代碼并且記錄在計算機可讀記錄介質(zhì)中。記錄介質(zhì)不受具體限制，如果它可被包括在計算機中的處理器訪問的話。例如，記錄介質(zhì)包括從由ROM、RAM、寄存器、CD-ROM、磁帶、硬盤、軟盤和光學數(shù)據(jù)存儲器組成的組中選擇的至少一個。計算機可讀代碼可被調(diào)制成載波信號并且在特定時間被包括在通信載體中并且還可被分布曲線于、存儲在通過網(wǎng)絡連接的計算機中并且由這些計算機執(zhí)行。本領(lǐng)域的編程人員可容易地推斷出用于實現(xiàn)組合控制邏輯的程序代碼。
[0200]在本公開的各種實施例中，命名為“單元”的部件應該被理解為是功能上可區(qū)分的元件而不是物理上可區(qū)分的元件。因此，各部件可選擇性地與另一個部件形成一體，或者各部件可被劃分成有效執(zhí)行一個或多個控制邏輯的子部件。然而，即使部件形成一體或被劃分，但對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言顯而易見的是，這種形成一體或被劃分的部件應該被理解為在本公開的范圍內(nèi)，如果它們的功能被認為具有與本公開基本相同的特征的話。
[0201] 已經(jīng)詳細描述了本公開。然而，應該理解，【具體實施方式】和具體示例在指明本公開的優(yōu)選實施例的同時只是以例證方式提供的，因為根據(jù)本【具體實施方式】，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在本公開的精神和范圍內(nèi)的各種變化和修改將變得清楚。
【權(quán)利要求】
1.一種用于估計二次電池的參數(shù)的設備，所述設備包括: 傳感器，其被配置為測量所述二次電池在第一放電深度(DOD’)下的開路電壓(OCVm)，所述開路電壓(OCVm)對應于所述第一放電深度(D0D’)下的預定原始正極電壓(V。，。)和負極電壓(Va)之差； 控制單元，其被配置為根據(jù)所述原始正極電壓(V。，。)和所述開路電壓(OCVm)計算負極電壓(Va)，確定原始負極電壓(Va，。)等于所述負極電壓(Va)，確定對應于所述原始負極電壓(Va,0)的第二放電深度(DOD")，并且根據(jù)所述第一放電深度(D0D’)和所述第二放電深度(DOD")之差確定所述二次電池的容量退化(Λ capa)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于估計二次電池的參數(shù)的設備， 其中所述控制單元從所述原始正極電壓的分布曲線和移位多達所述容量退化的所述原始負極電壓的分布曲線獲得所述二次電池的劣化的開路電壓分布曲線。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于估計二次電池的參數(shù)的設備， 其中所述控制單元測量所述二次電池的開路電壓，并且使用所測量的開路電壓根據(jù)所述劣化的開路電壓分布曲線確定所述二次電池的放電深度(DoD)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于估計二次電池的參數(shù)的設備， 其中所述控制單元測量所述二次電池的放電深度(DoD)，并且使用所測量的放電深度(DoD)根據(jù)所述劣化的開路電壓分布曲線確定所述二次電池的開路電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于估計二次電池的參數(shù)的設備， 其中所述控制單元測量所述二次電池的放電深度(DoD)，并且使用所測量放電深度(DoD)和所確定的容量退化確定所述二次電池的充電狀態(tài)(SOC)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于估計二次電池的參數(shù)的設備，所述設備還包括: 存儲單元，其中存儲根據(jù)放電深度(DoD)的變化的所述原始正極電壓(V。，。)的分布曲線數(shù)據(jù)和根據(jù)放電深度(DoD)的變化的所述原始負極電壓(\。)的分布曲線數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項所述的用于估計二次電池的參數(shù)的設備， 其中所述控制單元存儲、顯示或傳輸所確定的容量退化、所確定的開路電壓、所確定的放電深度(DoD)或所確定的S0C。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于估計二次電池的參數(shù)的設備， 其中所述二次電池包括具有第一正極材料和第二正極材料的共混正極材料，以及 其中所述第一正極材料和所述第二正極材料具有不同的操作電壓范圍。
9.一種電驅(qū)動設備，其包括根據(jù)權(quán)利要求1至8中的任一項定義的用于估計二次電池的參數(shù)的設備。
10.一種用于估計二次電池的參數(shù)的方法，所述方法包括: 測量所述二次電池在第一放電深度(D0D’)下的開路電壓(OCVm)，所述開路電壓(OCVm)對應于所述第一放電深度(D0D’)下預定的原始正極電壓(V。，。)和負極電壓(Va)之差； 根據(jù)所述原始正極電壓(\。)和所述開路電壓(OCVm)計算負極電壓(Va)，并且確定所述原始負極電壓(\。)等于所述負極電壓(Va)； 獲得對應于所述原始負極電壓(\。)的第二放電深度(DOD");并且 根據(jù)所述第一放電深度(D0D’)和所述第二放電深度(DOD")之差確定所述二次電池的容量退化(Λ capa)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于估計二次電池的參數(shù)的方法，所述方法還包括: 從所述原始正極電壓的分布曲線和移位多達所述容量退化的原始負極電壓的分布曲線獲得所述二次電池的劣化的開路電壓分布曲線。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于估計二次電池的參數(shù)的方法，所述方法還包括: 測量所述二次電池的開路電壓，并且使用所測量的開路電壓根據(jù)所述劣化的開路電壓分布曲線確定所述二次電池的放電深度。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于估計二次電池的參數(shù)的方法，所述方法還包括: 測量所述二次電池的放電深度(DoD)，并且使用所測量的放電深度(DoD)根據(jù)所述劣化的開路電壓分布曲線確定所述二次電池的開路電壓。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于估計二次電池的參數(shù)的方法，所述方法還包括: 測量所述二次電池的放電深度(DoD)，并且使用所測量的放電深度(DoD)和所確定的容量退化確定所述二次電池的SOC。
15.根據(jù)權(quán)利要求10至14中的任一項所述的用于估計二次電池的參數(shù)的方法，所述方法還包括: 存儲、顯示或傳輸所確定的容量退化、所確定的開路電壓、所確定的放電深度(DoD)或所確定的SOC。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于估計二次電池的參數(shù)的方法， 其中所述二次電池包括具有第一正極材料和第二正極材料的共混正極材料，以及 其中所述第一正極材料和所述第二正極材料具有不同的操作電壓范圍。
17.一種計算機可讀記錄介質(zhì)，根據(jù)權(quán)利要求10至16中的任一項定義的用于估計二次電池的參數(shù)的方法被編程和記錄在所述計算機可讀記錄介質(zhì)上。
【文檔編號】G01R31/36GK104395771SQ201380033205
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2013年3月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月30日
【發(fā)明者】趙源泰, 鄭根昌, 車善英 申請人:株式會社Lg化學