极材料和第二正电极材料，并且第一正电极材料和第二正电极材 料的混合比例可以被设置为2:8。
[0136] 根据又另一实施例，当期望具有较廉价的制造成本的二次电池时，则具有较低材 料成本的正电极材料可以被选作第一和第二正电极材料中的任何一个，并且所选正电极材 料的混合比例可以被设置成尽可能地高。在一个示例中，Li[Ni 1/3Mm/3Co1/3]02和LiFePO4可 以被分别选作第一正电极材料和第二正电极材料，并且第一正电极材料和第二正电极材料 的混合比例可以被设置为1:9。
[0137] 根据又另一实施例，当期望具有良好的放电功率和优越的高温稳定性的二次电池 时，则具有与运行离子的快速反应速度的正电极材料和具有优越的高温稳定性的正电极材 料可以被分别选作第一和第二正电极材料，并且可以考虑到放电功率和高温稳定性之间的 平衡而设置正电极材料的混合比例。在一个示例中，Li[Ni 1/3Mm/3Co1/3]02和LiFePO4可以被 分别选作第一正电极材料和第二正电极材料，并且第一正电极材料和第二正电极材料的混 合比例可以被设置为4:6。
[0138] 根据又另一实施例，当期望具有单位重量大容量的二次电池时，则具有单位重量 大容量的正电极材料可以被选作第一和第二正电极材料中的任何一个，并且所选正电极材 料的混合比例可以被设置成尽可能地高。在一个示例中，Li[Ni 1/3Mm/3Co1/3]02和LiFePO4可 以被分别选作第一正电极材料和第二正电极材料，并且第一正电极材料和第二正电极材料 的混合比例可以被设置为9:1。
[0139] 仅为了例示而提供上述用于选择第一和第二正电极材料并且调节其混合比例的 方法。因而，本领域技术人员显然应明白，取决于二次电池的设计条件，可以适当地选择第 一和第二正电极材料，并且可以适当地设置相应的正电极材料的混合比例。
[0140]此外，掺合正电极材料中可以包括的正电极材料的数目不限于2。此外，为了增强 正电极材料掺合物的性能，可以向掺合正电极材料添加其它添加剂，诸如导电剂、粘合剂等 等，但不限于此。
[0141]根据一个实施例，掺合正电极材料可以包括三种不同的正电极材料，并且示例可 以包括如下掺合正电极材料，其包括LiMn2〇4、Li [LiaNixCoyMnz]〇2[a 2 0;a+x+y+z = I ;x、y和 z中的至少一个不为0]和LiFePCk。
[0142] 根据又另一实施例，掺合正电极材料可以包括四种不同的正电极材料，并且示例 可以包括如下掺合正电极材料，其包括LiNiO 2、LiMn2Ck、Li [LiaNixCoyMnz]O2[a 2 0;a+x+y+z =1 ;x、y和z中的至少一个不为0]和LiFePCU。
[0143] 包括掺合正电极材料的二次电池可以被安装至可通过电能运行的各种类型的电 驱动设备，并且电驱动设备不限于任何特定类型。
[0144] 根据一方面，电驱动设备可以是移动计算机设备，诸如移动电话、膝上型计算机、 平板电脑等等，或者手持多介质设备，包括数码相机、摄影机、音频/视频回放装置等等。
[0145] 根据另一方面，电驱动设备可以是可通过电移动的电功率设备，诸如电动车辆、混 合动力车辆、电动自行车、电动摩托车、电动火车、电动船只、电动飞机等等，或者包括马达 的电动工具，诸如电钻、电磨等等。
[0146] 根据又另一方面，电驱动设备可以是安装在电网中的大容量蓄电设备，以储存可 再生能量或者发电盈余，或者是在紧急情况下，诸如断电时向多种信息通信设备，包括服务 器计算机或者移动通信设备供电的不间断电源，等等。
[0147] 图5是示意性地示出根据本公开的实施例的用于估计包括掺合正电极材料的二次 电池的状态的设备100的配置的方框图。
[0148] 如图所示，设备100包括传感器单元120和控制单元130,并且与包括掺合正电极材 料的二次电池110电连接，以使用扩展卡尔曼滤波器估计二次电池110的状态。
[0149] 二次电池110在负荷140电连接。负荷140被包括在上述电驱动设备中，并且负荷 140指的是被包括在电驱动设备中的以二次电池110放电期间供应的电能运行的耗能装置。 虽然本公开不限于特定类型的负荷，但负荷可以为但是不限于旋转动力装置诸如马达、功 率转换装置诸如逆变器等等。
[0150] 另外，设备100可以可选地还包括存储单元160。存储单元160不限于任何特定类型 的存储介质，只要其能够记录并且擦除信息。在一个示例中，存储单元160可以为RAM、R0M、 寄存器、硬盘驱动器、光学记录介质或者磁记录介质。此外，存储单元160可以经由例如数据 总线等等与控制单元130连接，以允许被控制单元130访问。存储单元160也存储和/或更新 和/或擦除和/或发送程序，包括由控制单元130实施的各种控制逻辑，和/或当实施控制逻 辑时生成的数据。存储单元160逻辑上可分为两个或者更多个，并且可被包括在控制单元 130中，但是不限于此。
[0151] 另外，状态估计设备100可以可选地还包括显示单元150。显示单元150不限于任何 特定类型，只要其能够作为图形界面显示控制单元130所生成的信息。在一个示例中，显示 单元150可以为液晶显示器、LED显示器、OLED显示器、E-INK显示器、柔性显示器等等。显示 单元150可以直接或者间接地与控制单元130连接。在后一种情况下，显示单元150可以位于 与控制单元130所处的区域物理上分离的区域中。此外，第三方控制单元(未示出）可以被布 置在显示单元150和控制单元130之间，在这种情况下，第三方控制单元可以从控制单元130 接收将在显示单元150上显示的信息，并且在显示单元150上显示所接收的信息。为此，第三 方控制单元和控制单元130可以通过通信接口连接。
[0152] 在控制单元130的控制下，传感器单元120以一定时间间隔重复地测量被施加在二 次电池110的正电极和负电极之间的电压以及流入和流出二次电池110的电流，并且向控制 单元130输出测量电压和电流。可以在相同的时间点或者在不同的时间点测量电压和电流。
[0153] 传感器单元120可以包括电压测量装置和电流测量装置。电压测量装置可以被配 置成基于参考电位测量二次电池110的电压的电路。电流测量装置可以被配置成安装在充 电电流或者放电电流流动的线路上的感测电阻器。然而，本公开不限于电压测量装置和电 流测量装置的特定配置。
[0154] 电压测量装置和电流测量装置可以被包括在一个传感器单元120中，并且彼此可 以物理上分离。在该示例中，应将传感器120理解为包括彼此分离的电压测量装置和电流测 量装置的概念。
[0155] 控制单元130是能够使用扩展卡尔曼滤波器算法实施估计二次电池110的状态所 必要的至少一个或者更多个控制逻辑的组成元件，在非限制性示例中被预先定义为软件。
[0156] 为了在二次电池的状态估计中应用扩展卡尔曼滤波器，必需通过将二次电池视为 一个系统而定义状态方程和输出方程。
[0157] 在优选实施例中，可以从电路模型导出状态方程和输出方程。电路模型可以包括 串联和/或并联连接的至少一个或者更多个电路单元，以模拟包括掺合正电极材料的二次 电池的电压变化。
[0158] 图6示出能够从其导出扩展卡尔曼滤波器的状态方程和输出方程的根据本公开的 实施例的电路模型200。
[0159] 参考图6,电路模型200包括并联连接的第一正电极材料电路单元221和第二正电 极材料电路单元222,并且可选地包括与第一和第二正电极材料电路单元221、222串联连接 的负电极材料电路单元210。
[0160] 负电极材料电路单元210包括负电极材料的开路电压元件210a和与负电极材料的 电化学性能相关的阻抗元件210b。
[0161] 当对二次电池充电或者放电时，在负电极材料的开路电压元件21Oa和阻抗元件 210b的两端处形成每个对应于0CVa(z a[k])和Vi,a[k]的电压。
[0162] 负电极材料电路单元210模型化成使得在负电极材料电路单元210处形成的电压 通过负电极材料的荷电状态za[k]和阻抗元件而变化。
[0163] 荷电状态^化]代表运行离子嵌入负电极材料或者与其分离的程度。za[k]随着负 电极材料的荷电状态减小，也就是说随着运行离子与负电极材料分离而减小。
[0164] 0CVa(Za[k])随着za[k]减小而处于增大趋势，并且该趋势随着z a[k]增大而反转。 可以在通过负电极材料制作半单体后，通过使用在将荷电状态（即，za[k])从1改变至0的同 时进行放电测试从而获得的开路电压曲线来确定〇CV a(Za[k])。通过本领域中使用的一般方 法制作半单体，从而获得负电极材料的开路电压曲线。优选地，半单体的参考电极可以是锂 金属。
[0165] 0CVa(za[k])可以是但是不限于构成开路电压曲线的每fz a[k]的开路电压值的表 格数据形式的查找表，并且可以是通过对开路电压曲线数值分析而函数化的查找函数。
[0166] 当能够与负电极材料分离的运行离子的总容量为Qa时，Za[k]是下列参数，一旦运 行尚子开始分尚，其就与分尚运行尚子容量与Qa的比率成比例地从1减小，并且然后在与总 容量Qa对应的所有运行呙子都分呙时变为0。因而，Za[k]是从负电极材料分呙的运行呙子的 量相关的参数，并且其对应于上述负电极材料的半单体的荷电状态。此外，由于从负电极材 料分离的运行离子的比例直接对应于二次电池的荷电状态，所以z a [ k ]可以对应于作为二 次电池荷电状态的zc^ii[k]。
[0167] 设置阻抗元件210b以电路模拟诸如在电流流经负电极材料时产生的IR电压的电 压，以及由负电极材料的极化而产生的极化电压，并且阻抗元件210b可以包括至少一个电 路元件。
[0168] 本文使用的"IR"电压指的是在对二次电池充电或者放电时由二次电池的内部电 阻产生的电压。
[0169] 由于IR电压，所以二次电池的电压在二次电池充电期间高于开路电压并且在二次 电池放电期间低于开路电压。
[0170] 阻抗元件210b可以包括至少一个电阻器、至少一个电容器、至少一个电感器(未示 出）或者其组合。当阻抗元件210b包括多个电路元件时，电路元件可以彼此串联或者并联连 接。同时，当在电流流经二次电池时不产生IR电压和极化电压时，可以从电路模型中排除阻 抗元件210b。
[0171] 在优选示例中，阻抗元件210b包括RC电路，并且可选地包括与RC电路串联连接的 电阻器Ro, a，RC电路包括并联连接的电阻器RjP电容器Ca。
[0172] 通过实验，至少基于负电极材料的电化学性能，并且基于负电极中包括的金属集 电极等等的电性能而确定电阻器RdPRo, a以及电容器Ca的值。
[0173] 可以省略阻抗元件210b中所包括的电阻器和/或电容器。此外，阻抗元件210b可以 另外地包括另一电路元件，诸如电感器，并且可以另外地包括另一电阻器、另一电容器、另 一电感器或者其组合。
[0174] V1,a[k]代表在阻抗元件210b处形成的电压，并且可以使用从组成阻抗元件210b的 电路元件之间的连接关系和电路元件的电特性值导出的阻抗电压计算公式确定。电特性值 可以是电阻值、电容值和电感值中的任何一个。
[0175] 第一正电极材料电路单元221包括与第一正电极材料对应的开路电压元件221a， 以及第一正电极材料的阻抗元件221b。
[0176] 当对二次电池充电或者放电时，在第一正电极材料的开路电压元件221a和阻抗元 件221b的两端处形成每个都对应于0(^。 1(2。1化])和1,。1[1^]的电压。因而，第一正电极材料 电路单元221被模型化成使得在第一正电极材料电路单元221处形成的电压通过第一正电 极材料的荷电状态 Zca[k]和阻抗元件而变化。
[0177] 荷电状态zcl[k]代表运行离子嵌入第一正电极材料内或者与其分离的嵌入或者分 离程度。由于zcl[k]根据运行离子与第一正电极材料的反应而从1减小至0,所以0CV cl(Zcl [k])具有随着Zcl[k]的减小而减小的趋势。可以通过以第一正电极材料制作半单体，并且在 放电的同时测量半单体的开路电压曲线，直到荷电状态（即，zd[k])从1变为0而提前地定义 OCVcaUc^k])。通过本领域中使用的一般方法制作半单体，以获得第一正电极材料的开路 电压曲线。优选地，半单体的参考电极可以为锂金属。
[0178] 0(^。1(2。1[10)可以是但是不限于构成开路电压曲线的每个 2。1[1^]的开路电压值的 表格数据形式的查找表，并且可以是通过对开路电压曲线数值分析而函数化的查找函数。 [0179] zcl[k]是与被嵌入第一正电极材料内的运行离子的容量关于能够被嵌入第一正电 极材料的运行离子的总容量Q c=I的比率成反比的参数。因而，Zc^k]是如下参数，其在运行离 子开始嵌入第一正电极材料时从1减小，并且在与总容量Qci对应的所有运行尚子都被嵌入 时变为0。也就是说，zca[k]是与和第一正电极材料反应的运行离子的量相关的参数，并且可 以被视为代表第一正电极材料的半单体的荷电状态的参数。
[0180]阻抗元件221b可以包括至少一个电路元件，以电路模拟在电流流经二次电池时的 电压，诸如第一正电极材料产生的IR电压、由第一正电极材料的极化而产生的极化电压等 等。阻抗元件221b可以包括至少一个电阻器、至少一个电容器、至少一个电感器或者其组 合。当阻抗元件221b包括多个电路元件时，电路元件可以彼此串联或者并联连接。同时，当 在电流流经二次电池时第一正电极材料不产生IR电压、极化电压等等时，可以从电路模型 中排除阻抗元件221b。
[0181] 在优选示例中，阻抗元件221b包括RC电路，并且可选地包括与RC电路串联连接的 电阻器(Row)，RC电路包括并联连接的电阻器(R cl)和电容器(Ccl)。
[0182] 通过实验，至少基于第一正电极材料的电化学性能和正电极中包括的金属集电极 等等的电性能而确定电阻器Ru和Ro,以及电容器C cl的值。
[0183] 可以省略阻抗元件221b中所包括的电阻器和/或电容器。此外，取决于第一正电极 材料的电化学性能，阻抗元件221b可以另外地包括另一电路元件，诸如电感器，并且可以另 外地包括另一电阻器、另一电容器、另一电感器或者其组合。
[0184] V1,cl[k]代表在阻抗元件221b处形成的电压，并且可以使用从组成阻抗元件221b 的电路元件之间的连接关系和电路元件的电特性值导出的阻抗电压计算公式确定。电特性 值可以是电阻值、电容值和电感值中的任何一个。
[0185] 第二正电极材料电路单元222包括与第二正电极材料对应的开路电压元件222a以 及阻抗元件222b。
[0186] 当对二次电池充电或者放电时，在第二正电极材料的开路电压元件222a和阻抗元 件222b的两端处形成每个都对应于0(^。 2(2。2化])和1,。2[1^]的电压。因而，第二正电极材料 电路单元222被模型化成使得在第二正电极材料电路单元222处形成的电压通过第二正电 极材料的荷电状态ζ ε2 [k]和阻抗元件222b而变化。
[0187] 荷电状态zc2[k]代表运行离子嵌入第二正电极材料内或者与其分离的嵌入或者分 离程度。由于zc2[k]根据运行离子与第二正电极材料的反应而从1减小至0,所以OCV c2(Zc2 [k])具有随着Zc2[k]的减小而减小的趋势。可以通过以第二正电极材料制作半单体，并且在 放电的同时测量半单体的开路电压曲线，直到荷电状态（即，Zd [ k ])从1变为0而提前地定义 0(^。2(2。2[幻）。通过本领域中使用的一般方法制作半单体，以获得第二正电极材料的开路 电压曲线。优选地，半单体的参考电极可以为锂金属。
[0188] 0(^。2(2。2[10)可以是但是不限于构成开路电压曲线的每个 2。2[1^]的开路电压值的 表格数据形式的查找表，并且可以是通过对开路电压曲线数值分析而函数化的查找函数。 [0189] zc2[k]是与被嵌入第二正电极材料内的运行离子的容量关于能够被嵌入第二正电 极材料的运行离子的总容量0。2的比率成反比的参数。因而，Zc^k]是如下参数，其在运行离 子开始嵌入第二正电极材料时从1减小，并且在与总容量Qc2对应的所有运行尚子都被嵌入 时变为0。也就是说，Zc^k]是与和第二正电极材料反应的运行离子的量相关的参数，并且可 以被视为代表第二正电极材料的荷电状态的参数。
[0190] 阻抗元件222b可以包括至少一个电路元件，以电路模拟在电流流经二次电池时的 电压，诸如流经第二正电极材料的电流产生的IR电压、由第二正电极材料的极化而产生的 极化电压等等。阻抗元件222b可以包括至少一个电阻器、至少一个电容器、至少一个电感器 或者其组合。当阻抗元件222b包括多个电路元件时，电路元件可以彼此串联或者并联连接。 同时，当在电流流经二次电池时第二正电极材料不产生IR电压、极化电压等等时，可以从电 路模型中排除阻抗元件222b。
[0191] 在优选示例中，阻抗元件222b包括RC电路，并且可选地包括与RC电路串联连接的 电阻器(Roy)，RC电路具有并联连接的电阻器(R c2)和电容器(Cc2)。
[0192] 通过实验，至少基于第二正电极材料的电化学性能和正电极中包括的金属集电极 等等的电性能而确定电阻器Ru和Ro,。2以及电容器C c2的值。
[0193] 可以省略阻抗元件222b中所包括的电阻器和/或电容器。此外，取决于第二正电极 材料的电化学性能，阻抗元件222b可以另外地包括另一电路元件，诸如电感器，并且可以另 外地包括另一电阻器、另一电容器、另一电感器或者其组合。
[0194] V1,c2[k]代表在阻抗元件222b处形成的电压，并且可以使用从组成阻抗元件222b 的电路元件之间的连接关系和电路元件的电特性值导出的阻抗电压计算公式确定。电特性 值可以是电阻值、电容值和电感值中的任何一个。
[0195] 对二次电池充电或者放电使得二次电池内的运行离子的迀移，并且可以由电路模 型200中的电流（Ia、Ic^I c2)流动代表运行离子的迀移。电流Ia与二次电池的电流I基本相 等。
[0196] 当对二次电池放电时，运行离子从负电极材料分离，并且朝着掺合正电极材料迀 移。在这种情况下，从负电极迀移至掺合正电极的一些运行离子朝着第一正电极材料移动， 而其余的运行离子朝着第二正电极材料移动。通过将运行离子的这种流动反映到电路模型 200中，能够认为从负电极流动至正电极的一些电流是朝着第一正电极材料流动的电流I cl， 并且其余