用于估计二次电池放电深度的方法和装置的制造方法

文档序号:8547962阅读:483来源:国知局
用于估计二次电池放电深度的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及用于估计二次电池放电深度(DOD)的装置和方法。
[0002]本申请要求于2012年12月4日提交的韩国专利申请N0.10-2012-0139750和于2013年12月4日提交的韩国专利申请N0.10-2013-0149795的优先权,其公开内容通过参考并入本文。
【背景技术】
[0003]电池是通过电化学氧化和还原反应产生电能的一种设备,并且具有广泛的各种应用。例如,电池的应用逐渐扩展到:例如移动电话,笔记本电脑,数码相机,摄像机,和电动工具的手持便携式设备的电源;各种类型的电动设备,例如电动自行车,电动摩托车,电动汽车,混合动力汽车,电动船,电动飞机;能量存储系统,用于存储通过在发电厂中的新的可再生能源或多余的能量产生的能量;和不间断电源,用于向各种信息和包括服务器计算机和无线通信基站的通信设备供应稳定的电源。
[0004]电池包括三个基本元件;一个是负极,其包括在放电期间发射电子的同时氧化的材料;另一个是正极,其包括在放电期间接受电子的同时还原的材料;还有一个是电解质,其允许离子在负极和正极之间移动。
[0005]电池可分为,放电后不能再使用的一次电池,和由于至少部分可逆的电化学反应而能够反复充电和放电的二次电池。
[0006]作为二次电池,众所周知的是铅酸电池,镍镉电池,镍锌电池,镍铁电池,氧化银电池,镍氢电池,锌锰电池,锌溴电池,金属空气电池,以及锂二次电池。在它们之中,锂二次电池具有更高的能量密度,更高的电池电压,和比其他二次电池更长的寿命,由于这些原因,它在商业方面吸引了最大的关注。
[0007]锂二次电池有一个特点,即在正极和负极会发生锂离子的嵌入和脱嵌反应。也就是,在放电期间,从负极中包含的负极材料中脱嵌的锂离子通过电解质移动到正极,并且嵌入到正极中包含的正极材料,在充电期间反之亦然。
[0008]在锂二次电池中,由于用作正极材料的材料显著影响二次电池的性能,所以已进行了各种尝试,试图提供一种具有高能容量、同时在高温时维持稳定性、以及具有低制造成本的正极材料。然而,仅使用一种正极材料在满足所有工业性能要求上有所限制。
[0009]近年来,随着对化石燃料枯竭和空气污染的关注,对环保能源的需求大幅增加。在这样的背景下,由二次电池提供的电能供电和运行的、诸如电动汽车或混合动力汽车等的电动车辆在发达国家加速商品化。
[0010]在电动车辆运行时,二次电池的放电深度(DOD)是需要用于估计电动车辆的剩余行驶距离、和用于控制二次电池开始和结束充电或放电的参数。
[0011]DOD是表示放电到当前的容量与完全充电状态的二次电池的容量相比的相对比率的参数,并且DOD可以通过测量二次电池的开路电压而正确地估计。这是因为二次电池的DOD与二次电池的开路电压具有一对一的关系。然而,在二次电池充电或放电期间,准确测量二次电池的开路电压电池是不容易的。
[0012]因此,传统地,复杂数学模型或能够将二次电池的温度和电压与开路电压映射的实验得到的查找表被用来估计二次电池的开路电压。
[0013]然而,前一方法存在需要复杂计算的缺点,后一方法存在在动态条件下在二次电池充电或放电期间应用时精度降低的缺点。特别是,在电动汽车和混合动力车的情况下,当驾驶员驱动加速器踏板时,二次电池以迅速变化的放电速率(C速率)放电,当驾驶员驱动制动踏板时,二次电池进行再生充电,并重复这个过程。因此,需要用于在二次电池的动态使用环境下,方便且正确地估计二次电池的DOD的方法。
[0014]公开内容
[0015]技术问题
[0016]本发明用来解决现有技术的问题,因此,本公开旨在提供用于在二次电池的动态使用期间,方便和正确地估计二次电池放电深度(DOD)的装置和方法。
[0017]另外,考虑到市场上二次电池所需的改进的性能,本公开旨在提供方便和正确地估计由于包括至少两种正极材料的混合正极材料而表现出独特的电化学行为的二次电池的DOD的装置和方法。
[0018]技术解决方案
[0019]在本公开的一个方面,提供一种用于估计二次电池的放电深度(DOD)的装置,包括:传感器单元,被配置为以一定时间间隔重复地测量包括混合正极材料的二次电池的电压,该混合正极材料包含至少第一和第二正极材料;和控制单元,被配置为从所述传感器单元接收重复测量的多个电压,在对应于多个电压的电压变化曲线中识别拐点,并且通过使用在拐点被识别之后测量的电压作为参考电压,估计所述二次电池的D0D。
[0020]优选地,控制单元可以通过使用在自拐点被识别以后的预定时间之后测量的电压作为参考电压,来估计D0D。在此,预定时间可以是5至60秒,优选为20至40秒,更优选为40至60秒。预定时间可以根据二次电池的种类而改变。
[0021]在一方面,所述控制单元可以使用预先限定所述参考电压和所述DOD之间的相关性的查找表或查找函数,估计所述DOD。
[0022]在另一方面,所述控制单元可以在电压变化曲线中相对于时间的电压变化率(dV/dt)为最大时,识别所述拐点。
[0023]在一实施例中,所述控制单元可以在二次电池停止充电或放电之后测量的电压变化曲线中,识别所述拐点。
[0024]在另一实施例中,所述控制单元可以在二次电池正在充电时测量的电压变化曲线中,识别所述拐点。
[0025]优选地,所述二次电池可以具有包括至少一个拐点的开路电压曲线,或包括凸型图案的放电电阻曲线。
[0026]在另一方面,还提供一种用于估计二次电池的DOD的装置,包括:传感器单元,用于以一定时间间隔重复地测量包括混合正极材料的二次电池的电压,该混合正极材料包含至少第一和第二正极材料;和控制单元,用于从所述传感器单元接收重复测量的多个电压,在对应于多个电压的电压变化曲线中识别拐点,利用根据识别拐点之后测量的多个电压的外插(extrapolat1n)来估计参考电压,该参考电压用于估计所述二次电池的D0D,以及通过使用该参考电压估计所述DOD。
[0027]优选地,所述控制单元可以确定逼近函数,该函数用于逼近与所述拐点被识别之后测量的多个电压对应的电压变化曲线,并且通过使用该逼近函数估计与预定时间对应的电压作为参考电压。
[0028]在一方面中,通过使用该逼近函数,可以估计与在自拐点被识别的20秒或以上、优选30秒或以上、更优选40秒或以上之后的时间对应的电压作为参考电压。
[0029]在一方面中,所述控制单元可以通过使用预先限定所述参考电压和所述DOD之间的相关性的查找表或查找函数,估计所述DOD。
[0030]在另一方面中,所述控制单元可以在电压变化曲线中相对于时间的电压变化率(dV/dt)为最大时,识别所述拐点。
[0031 ] 在另一方面中,所述控制单元可以在二次电池停止充电或放电之后测量的电压变化曲线中、或在二次电池正在充电时测量的电压变化曲线中,识别所述拐点。
[0032]优选地,所述二次电池具有包括至少一个拐点的开路电压曲线,或包括凸型图案的放电电阻曲线。
[0033]在一方面,所述控制单元可以耦合到存储单元,并且所述控制单元可以将所述估计的DOD存储和维持在所述存储单元中。
[0034]在另一方面,所述控制单元可以耦合到显示单元,并且所述控制单元可以使用图形化界面(字母,数字,图表,等)在显示单元中显示所述估计的D0D。
[0035]在另一方面,所述控制单元可以耦合到通信接口,并且所述控制单元可以通过该通信接口而将所述估计的DOD发送到外部控制单元。
[0036]在本公开的另一方面中,还提供一种电动设备,其包括用于估计二次电池的DOD的上述装置。
[0037]在本公开的另一方面中,还提供一种用于估计二次电池的DOD的方法,包括:(a)接收以一定时间间隔重复地测量的二次电池的多个电压,所述二次电池包括混合正极材料,混合正极材料至少包含第一和第二正极材料;(b)在对应于多个电压的电压变化曲线中识别拐点;(C)选择所述拐点被识别之后测量的电压,作为参考电压;和(d)通过使用该参考电压,估计所述二次电池的DOD。
[0038]在本公开的另一方面中,还提供一种用于估计二次电池的DOD的方法,包括:(a)接收以一定时间间隔重复地测量的二次电池的多个电压,所述二次电池包括包含至少第一和第二正极材料的混合正极材料;(b)在对应于多个电压的电压变化曲线中识别拐点;(C)利用根据识别拐点之后测量的多个电压的外插来估计参考电压,该参考电压用于估计所述二次电池的D0D;和(d)通过使用估计的参考电压估计所述D0D。
[0039]根据本公开所述的用于估计二次电池的DOD的方法还可以包括:存储估计的D0D、和/或显示估计的DOD和/或发送估计的DOD。
[0040]在本公开中,第一正极材料可以是由化学式A[AxMy]02+z(A包括Li,Na和K中的至少一个;M 包括选自 Ni,Co,Mn,Ca,Mg,Al,Ti,Si,Fe,Mo,V,Zr,Zn,Cu,Mo,Sc,Zr,Ru 和 Cr中的至少一个元素;x彡0,I < x+y ^ 2,-0.1 ^ z ^ 2 ;并且,选择x、y、z和包括在M中的成分的化学计量系数,以使得该化合物保持电中性)表示的碱金属化合物,或在US6677082和US6680143中公开的碱金属化合物XLiM1O2-(l_x) Li2M2O3 (M1包括具有等于3的平均氧化状态的至少一个元素;M2包括具有等于4的平均氧化状态的至少一个元素;0 < X < I)。[0041 ] 第二正极材料可以是由化学式LiaM1xFehM2yPpyM3zCVz表示的锂金属磷酸盐,其中,M1是从由Ti, Si, Mn, Co, V, Cr, Mo, Fe, Ni, Nd, Mg和Al构成的组中选择的至少一个元素;M2是从由 Ti, Si, Mn, Co, V, Cr, Mo, Fe, Ni, Nd, Mg, Al, As, Sb, Si, Ge, V 和 S 构成的组中选择的至少一个元素;M3是从包含F的卤族元素构成的组中选择的至少一个;0〈a彡2,O彡X彡1,O彡y<l, O ( z〈l ;并且,选择a、x、y、z和包括在M1、M2、和M3中的成分的化学计量系数,以使得锂金属磷酸盐保持电中性,或Li具(PO4)3,其中M是选自Ti,Si,Mn,Co,V,Cr,Mo,Ni, Mg和Al构成的组中的至少一个元素。
[0042]二次电池可以进一步包括具有工作离子的电解质,和将正极与负极电隔离、并且允许工作离子移动的隔板。电解质不限于特定类型,只要它包括工作离子且可以使用工作离子在正极和负极上引起电化学氧化或还原反应。
[0043]二次电池可以进一步包括壳体,以密封正极、负极、和隔板。壳体的材料没有特定限制,只要其具有化学安全性。
[0044]二次电池的外观由壳体的结构决定。壳体的结构可以是本领域已知的各种结构,典型地,可以具有圆柱形,棱形,袋形,硬币形,等。
[0045]根据本公开,可以在二次电池的动态使用期间,可靠地估计二次电池放电深度(DOD)。优选地,对于包括表现出独特电压变化图案的包括混合正极材料的二次电池,也可以获得可靠的DOD估计。
【附图说明】
[0046]附图示出本发明的优选实施例,并且与上述内容一起用于提供对本发明技术精神的进一步理解,因此,本发明不应解释为受限于附图。
[0047]图1是示意性地示出根据本公开示例性实施例的用于估计二次电池的放电深度(D
当前第1页1 2 3 4 5 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1