专利名称：监测电极和使用监测电极的二次电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种配置成测量二次电池的阴极和阳极之间的电位差并且还测量阴极和阳极各自的电压的监测电极，并且涉及一种使用所述监测电极的二次电池。
背景技术：
在电动汽车、混合动力汽车等的情况下，电池的安全直接关系到车辆的可销性。当前，电动汽车的电池的能量容量被要求是大约16 27kWh。在电动汽车的电池系统中，电池的各单元负责存储和发出能量。如果在相同的能量容量的基础上电池单元的数目更低，则装置和电气/电子组件的数目也可以得到减少，使得可以减小电池系统的重量以及电池系统的体积。因此，存在着对混合动力车以及电动汽车中使用的高能量电池单元的需求。能量是通过将容量乘以电压而获得的，并且电池单元的高能量意味着电池单元的 容量和密度的增加。然而，由于电池的安全与容量和能量密度成反比，所以在较高能量输出下安全性会降低。因此，为了连续地监测电池的性能和安全性以防止事故发生，应该对电池单元的阴极和阳极各自的电压进行监测。在设置了用于监测阴极和阳极各自的电压的监测电极以及使用该监测电极的二次电池的情况下，可以防止电池的性能退化从而增加使用寿命。此夕卜，可以在出现与安全性相关的问题之前控制和管理电池，并且因此可以提高高电压电池的安全性和可销性。此外，与其他汽车组件不同，电池是不断退化的组件。因此，诊断S0H(健康状态)以便向客户提供准确信息(例如，剩余行驶距离等)是很重要的。然而，在传统情况下，SOH不得不通过根据电池两端之间电压的变化计算电阻来推测。同时，在电动汽车中，急需减少充电时间。典型地，只要在低温充电或快速充电时阳极电压不为OV以下，电动汽车的电池就不会退化从而不会沉淀锂。即使从这个角度看，也需要用于测量电池两端各自的电压的技术。特别地，常规的锂二次电池在完成正常充电时，具有4. 2V的电池电压、4. 3V的阴极电压和O. IV的阳极电压。然而，在诸如低温充电或快速充电之类的异常充电时，电池电压是4. 2V，但是由于阴极和阳极的过电压的增大，阴极电压可能会被增大到大于或等于4. 3V的水平或者阳极电压可能会被减小到小于或等于O. IV的水平。在这种情况下，当阴极电压被增大到大于或等于4. 3V的水平时，电解质可能会分解，从而不合需要地恶化电池的性能并由于副反应而在电池中产生气体。此外，在阳极电压被减小到小于或等于OV的水平的情况下，锂离子不会嵌入到阳极中而是沉淀为锂金属，从而不合需要地恶化电池的性能并可能引起内部短路而导致安全性降低(即，锂在离子状态中是稳定的，但在金属状态中不稳定)。为了解决这样的问题，需要一种独立地测量电动车或混合动力车的电池中的阴极和阳极电压的技术。该相关技术仅仅用来增强对本发明的背景的理解，并且不应被看作是本领域中具有普通知识的技术人员所已知的常规技术。
发明内容
因此，本发明是紧记相关技术中遇到的上述问题而做出的，并且本发明的目的是提供一种可以测量二次电池的阴极和阳极之间的电位差并且也可以测量阴极和阳极各自的电压的监测电极，以及还提供一种使用所述监测电极的二次电池。为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种用于测量包括阴极、阳极和电解质的二次电池的阴极和阳极各自的电压的监测电极，该监测电极具有第一端部，其插入到二次电池中以便包含在电解质中但是布置成不与阴极或阳极接触；以及第二端部，其从第一端部延伸并且具有分别连接到阴极和阳极的分支。在该方面中，第一端部可以涂敷有绝缘层 使得所述第一端部与电解质中的阴极和阳极绝缘。因此，第一端部可以涂敷有钼、锂和钛酸锂中的任何一种。本发明的另一方面提供了一种用于测量包括阴极、阳极和电解质的二次电池的阴极和阳极各自的电压的监测电极。更具体地，监测电极包括一对第一端部，其插入到二次电池中以便包含在电解质中但是布置成不与阴极或阳极接触；以及一对第二端部，其从所述一对第一端部延伸并且被分别连接到阴极和阳极。本发明的另一方面提供了一种二次电池，其包括限定有内部空间的壳体；收容在壳体的内部空间中的阴极和阳极；装载到壳体的内部空间中的电解质；以及具有第一端部和第二端部的监测电极，其中第一端部插入到壳体的内部空间中以便包含在电解质中但是布置成不与阴极或阳极接触，第二端部从第一端部延伸并且具有分别连接到阴极和阳极的分支。在该方面中，二次电池还可以包括连接到监测电极的第一端部以及第二端部的分支的切换部件，使得第一端部和阴极、第一端部和阳极、或者阴极和阳极被电连接。另外，二次电池还可以包括连接到切换部件以测量第一端部和阴极或者第一端部和阳极之间的电位差的电压测量部件。
图I是示出根据本发明示例性实施例的二次电池的透视图；图2是示出图I的二次电池的框图；并且图3是示出根据本发明另一示例性实施例的二次电池的框图。
具体实施例方式在下文中，将参考附图描述根据本发明优选实施例的监测电极和使用监测电极的二次电池。应该理解的是，本文中使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括一般的机动车辆(诸如包括运动型多功能车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆在内的客车)、包括各种艇和船在内的水运工具、飞行器等，并且包括混合动力车、电动车、插电式混合电动车、氢动力车以及其它代用燃料车(例如从除石油以外的资源中取得的燃料)。如本文中所述，混合动力车是具有两个或更多个动力源的车辆，例如既有汽油动力又有电动力的车辆。
图I是示出根据本发明实施例的二次电池的透视图，并且图2是示出图I的二次电池的框图。用于根据本发明实施例的二次电池，监测电极起测量包含阴极140、阳极160和电解质120的二次电池100的阴极140和阳极160各自的电压的作用，并且包括第一端部320和第二端部340，其中第一端部320插入到二次电池100中以便包含在电解质120中并且由电解质120包围，但是布置成不与阴极140或阳极160接触；第二端部340从第一端部320延伸并且具有分别连接到阴极140和阳极160的分支342、344。二次电池100典型地被配置成设置有壳体，并且阴极140、阳极160和用于将它们分隔开的隔板被收容在壳体中，并且壳体充满电解质120使得各部件被包含在其中。根据本发明的监测电极300被安装在这样的二次电池100中，并且具有第一端部320和第二端部340，其中第一端部320插入到二次电池100的内部以便被包含在电解质120中并且由电解质120包围。如此，应注意的是，监测电极300的第一端部320布置成使得该第一端部被防止与电池100的阴极140和阳极160发生接触。 监测电极300的第二端部340从第一端部320延伸并且具有分别连接到阴极140和阳极160的分支342、344。在这样的配置中，监测电极300具有分别连接到电池的电解质120、阴极140和阳极160的三个节点。这样的监测电极300被连接到稍后将描述的切换部件400，使得阴极140和阳极160被电连接或者阴极140和第一端部320被连接或者阳极160和第一端部320被连接，由此不仅测量电池两端之间的电位差而且测量阴极140单独的电压或阳极160单独的电压。当以这种方式独立地测量阴极140的电压或阳极160的电压时，可以利用相应电极的电压作为用于评价电极安全性的数据，从而防止电池由于快速充电等而退化，其有各种实际用途。监测电极的第一端部320可以涂敷有绝缘层322，使得其与电解质120中的阴极140和阳极160绝缘。绝缘层322优选地由要求与阴极140和阳极160绝缘并且与电解质100电连通的材料制成。第一端部320可以涂敷有钼、锂或钛酸锂。图3是示出根据本发明另一实施例的二次电池的框图。如图3所示，在包括阴极140、阳极160和电解质120的二次电池100中，监测电极测量阴极140和阳极160各自的电压，并且包括一对第一端部320和一对第二端部340,其中所述一对第一端部320插入到二次电池100中以便包含在电解质120中并且由电解质120包围，但是被布置成不与阴极140或阳极160接触；所述一对第二端部340从所述一对第一端部320延伸并且被连接到阴极140和阳极160。在这种情况下，监测电极300原本具有一对线。因此，可以使用连接到阴极140或阳极160的监测电极300独立地或同时地测量电池两端的电压，而无需附加的切换部件400。此外，使用这样的监测电极的二次电池包括限定有内部空间的壳体。在这种情况下，阴极140和阳极160被收容在壳体的内部空间中，并且电解质120被装载到壳体的内部空间中。监测电极300包括第一端部320和第二端部340，其中第一端部320插入到壳体的内部空间中以便包含在电解质120中并且由电解质120包围，但是布置成不与阴极140或阳极160接触；第二端部340从第一端部320延伸并且具有分别连接到阴极140和阳极160 的分支 342、344。此外，二次电池还可以包括连接到监测电极300的第一端部320和第二端部的分支342、344的切换部件400，使得第一端部320和阴极140、第一端部320和阳极160、或者阴极140和阳极160被电连接。在本发明的说明性实施例中，取决于如图2所示设置的切换部件400的切换的选择，在二次电池的两端被连接的情况下，可以确定其两端之间的电位差。此外，在阴极140和第一端部320被连接的情况下，可以测量阴极140的电压，并且在阳极160和第一端部320被连接的情况下，可以测量阳极160的电压。由此，可以仅使用单个组件来确定以上三种情况的电压。此外，除了测量电池两端各自的电压之外，还消除了对常规电压表的需要，由此降低制造成本。然而，根据本发明的二次电池还可以包括连接到切换部件400以测量第一端部320和阴极140之间或者第一端部320和阳极160之间的电位差的电压测量部件。电压测 量部件(未示出)被连接到切换部件400使得取决于切换部件400的切换而测量电压，并且由此获得的数据被转送到诸如BMS(电池控制器)之类的电气/电子组件等，使得可以确定电池的退化程度，并且可以对电池进行控制以便确保安全性，以及在危险情况出现之前向用户提供警告，由此提高车辆的安全性和可销性。如上文中所述，本发明提供了监测电极和使用监测电极的二次电池。根据本发明的监测电极使得能够不仅测量二次电池的阴极和阳极之间的电位差而且测量阴极和阳极各自的电压，从而防止电池的性能发生退化并提高安全性和可销性。此外，可以消除与实施电池的快速充电技术有关的问题，使得将来可以开发出更高效的电池充电技术。尽管出于例证的目的已经公开了本发明的优选实施例，但是本领域技术人员应该理解的是，可以做出各种修改、添加和替换，而不脱离所附权利要求中所公开的本发明的范围和精神。
权利要求
1.一种用于监视和测量具有阴极、阳极和电解质的二次电池的阴极和阳极各自的电压的电极，所述电极包括 第一端部，其插入到所述二次电池中以便包含在所述电解质中但是布置成使得所述第一端部不与所述阴极或所述阳极接触；以及 第二端部，其从所述第一端部延伸并且具有分别连接到所述阴极和所述阳极的分支。
2.如权利要求I所述的监测电极，其中所述第一端部涂敷有绝缘层使得所述第一端部与所述电解质中的所述阴极和所述阳极绝缘。
3.如权利要求I所述的监测电极，其中所述第一端部涂敷有钼、锂和钛酸锂中的任何一种。
4.一种用于监视和测量具有阴极、阳极和电解质的二次电池的阴极和阳极各自的电压的电极，包括 一对第一端部，其插入到所述二次电池中以便包含在所述电解质中但是布置成使得所述第一端部不与所述阴极或所述阳极接触；以及 一对第二端部，其从所述一对第一端部延伸并且被连接到所述阴极和所述阳极。
5.一种二次电池，包括 限定有内部空间的壳体； 收容在所述壳体的所述内部空间中的阴极和阳极； 装载到所述壳体的所述内部空间中的电解质；以及 包含第一端部和第二端部的监测电极，其中所述第一端部插入到所述壳体的所述内部空间中以便包含在所述电解质中但是布置成使得所述第一端部不与所述阴极或所述阳极接触，所述第二端部从所述第一端部延伸并且具有分别连接到所述阴极和所述阳极的分支。
6.如权利要求5所述的二次电池，还包括连接到所述监测电极的所述第一端部以及所述第二端部的所述分支的切换部件，使得所述第一端部和所述阴极、所述第一端部和所述阳极、或者所述阴极和所述阳极被电连接。
7.如权利要求6所述的二次电池，还包括连接到所述切换部件以测量所述第一端部和所述阴极或者所述第一端部和所述阳极之间的电位差的电压测量部件。
8.一种方法，包括 通过电极监视和测量具有阴极、阳极和电解质的二次电池的阴极和阳极各自的电压，其中第一端部插入到所述二次电池中以便包含在所述电解质中但是布置成使得所述第一端部不与所述阴极或所述阳极接触；并且 其中第二端部从所述第一端部延伸并且具有分别连接到所述阴极和所述阳极的分支。
9.一种系统,包括 电池； 电极，其被配置成监视和测量具有阴极、阳极和电解质的电池的阴极和阳极各自的电压， 其中第一端部被配置成插入到所述二次电池中以便包含在所述电解质中并由所述电解质包围，但是布置成使得所述第一端部不与所述阴极或所述阳极接触；并且 其中第二端部从所述第一端部延伸并且具有分别连接到所述阴极和所述阳极的分支。
全文摘要
本发明提供了监测电极和使用监测电极的二次电池。所述监测电极用于监视和测量具有阴极、阳极和电解质的二次电池的阴极和阳极各自的电压，并且包括第一端部，其插入到二次电池中以便包含在电解质中但是布置成使得第一端部不与阴极或阳极接触；以及第二端部，其从第一端部延伸并且具有分别连接到阴极和阳极的分支。
文档编号G01R1/04GK102841231SQ20111039114
公开日2012年12月26日 申请日期2011年11月30日 优先权日2011年6月22日
发明者金东建 申请人:现代自动车株式会社, 起亚自动车株式会社