用于估计包含混合正极材料的二次电池的功率的设备和方法_2

文档序号:8449376阅读:来源:国知局
>[0045] 在本公开中,所述存储单元可W储存和更新关于选自针对每种充电状态定义的所 述第一电阻、第二电阻、临界电流的量值、第一电压和第二电压的至少一种的数据。
[0046] 根据另一个方面,根据本公开用于估计二次电池的功率的设备可W包含在利用所 述二次电池作为能源的各种电驱动装置中。
[0047] 为了达到上述目的,根据本公开用于估计二次电池功率的方法包括:测量二次电 池的放电电流,所述二次电池包括包含混合正极材料的正极、负极和隔膜,所述混合正极材 料包括至少第一正极材料和第二正极材料,并且所述第一正极材料的工作电压范围高于所 述第二正极材料的工作电压范围;估计所述二次电池的充电状态;利用在第一条件下对应 于所述充电状态的预定义的第一电阻和在第二条件下对应于所述充电状态的预定义的第 二电阻来确定所述二次电池的放电电压,其中在所述第一条件下放电电流的量值小于临界 电流量值,在所述第二条件下放电电流的量值大于所述临界电流量值,并根据估计的放电 电压和测量的放电电流来估计所述二次电池的功率。
[0048] 可选地,根据本公开用于估计二次电池功率的方法还可W包括储存所述二次电池 的估计功率,和/或将所述二次电池的估计功率输出到外部,和/或将所述二次电池的估计 功率作为图形界面显不。
[0049] 本公开的目的也可W通过计算机可读记录介质达成,所述计算机可读记录介质上 具有了用于执行估计所述二次电池功率的方法的计算机程序。
[0050] 有益效果
[0051] 根据本公开,可W在所述二次电池电阻改变的充电状态范围内,容易而简单地估 计包含混合正极材料的二次电池的功率。
【附图说明】
[0052] 附图示出了本公开的优选实施方式并且与前面的公开内容一起,用来提供本公开 技术精神的进一步理解,并因此,本公开不被解释为限于附图。其中
[0053] 图1是显示在二次电池W5c的放电速率脉冲放电期间,测量根据充电状态所述二 次电池的电阻的结果的图。
[0054] 图2是显示在二次电池W5c的放电速率脉冲放电期间,测量根据充电状态所述二 次电池的开路电压的结果的图。
[0055] 图3是显示当二次电池W不同的放电速率量值脉冲放电时,通过根据改变充电状 态来测量放电电压的变化模式而得到的I-V曲线的图。
[0056] 图4是根据本公开的示例性例子,示出用于估计二次电池功率的设备的构造的框 图。
[0057] 图5是显示本公开的第一电阻和第二电阻与I-V曲线的左侧和右侧上直线段的每 个斜率对应。
[005引图6是根据本公开的示例性例子示出用于估计二次电池功率的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0059] W下将参考所述附图详细描述本公开的示例性实施例。在描述之前,应该理解,说 明书和权利要求书中使用的术语不应该被解释为限于一般的和词典的含义,而是在允许发 明人为了最佳说明而恰当定义术语的原则基础上,根据与本公开的技术方面相对应的含义 和概念进行解读。因此,本文中提出的描述只是仅仅为了说明目的的优选例子,不打算限制 本公开的范围,因此应该理解,可在不背离本公开的精神和范围下对其作出其它等效替换 和修改。
[0060] 下面描述的实施例设及本公开的技术方面应用于裡二次电池的情况。在此,裡二 次电池表示在充电和放电期间裡离子担任工作离子并在正极和负极处引起电化学反应的 二次电池。所述工作离子表示在二次电池的充电或放电期间参与电化学氧化和还原反应的 离子,并且例如,裡可W如此工作。因此,即使二次电池的名称根据裡二次电池中使用的电 解液或隔膜的类型、用于包装所述二次电池的盒的、所述裡二次电池的内部或外部结构等 而改变,利用裡离子作为工作离子的任何二次电池都应该被视为包括在裡二次电池的范围 内。
[0061] 此外,本公开可W应用于裡二次电池W外的其它二次电池。因此,即使工作离子不 是裡离子,可W应用本公开的技术方面的任何二次电池无论都应该视为包括在本公开的范 围内,与它的类型无关。
[0062] 此外,二次电池不限于构成所述二次电池的元件的数量。因此,所述二次电池应该 解释为不仅包括包含负极、电解液和正极作为基本单位的单位电池胞,而且包括单位电池 胞的组件、包含多个串联和/或并联连接的组件的模块、包含多个串联和/或并联连接的组 件的电池组、包含多个串联和/或并联连接的电池组的电池系统等等。
[0063] 在本公开的示例性实施例中,二次电池包括LiNii/3C〇i/3Mni/3化(NMC正极材料)和 LiFeP〇4(LFP正极材料)分别作为第一正极材料和第二正极材料。所述NMC正极材料与所 述LFP正极材料的混合比是7:3 (重量比)。二次电池中包括的负极材料是石墨,并且作为 电解液,使用其中向碳酸己締醋巧C):碳酸二甲醋值MC):碳酸己基甲醋W3:4:3的混合比 (重量比)的溶剂添加裡盐LiPFe的电解液。使用在多孔聚締姪基底表面上涂有无机粒子 的隔膜。二次电池制造成袋型二次电池,并且具有43. 05Ah的容量。二次电池制成允许它 基于开路电压(0CV)在2.6V至4.2V的范围内充电和放电。
[0064] 图1和2是分别显示在二次电池W5c的放电速率脉冲放电期间,测量根据充电状 态(S0C)二次电池的电阻和开路电压的结果的图。
[0065] 参考图1,可观察到,在特定的S0C范围(大约在20至40%的范围内)形成二次 电池的电阻部分增加然后降低的凸起图形,两个拐点(参见虚线圆)出现在所述凸起图形 顶点的之前和之后。
[0066] 参考图2,可观察到在所述特定的S0C范围内包括所述拐点的电压坪(见虚线 框)。在此,所述电压坪表示相对于拐点电压变化小的曲线部分。
[0067] 在二次电池的电阻和开路电压曲线中观察到凸起图形和电压坪的原因是因为,在 所述特定的S0C范围内二次电池放电期间,嵌入裡离子的正极材料的类型从NMC正极材料 改变为LFP正极材料。
[0068] 也就是说,当二次电池在比所述引起正极材料改变的S0C范围高的S0C范围内放 电时,裡离子主要嵌入NMC正极材料,并且随着嵌入所述NMC正极材料的裡离子的量增加, 二次电池的开路电压变低。相反,当二次电池在比所述引起正极材料改变的S0C范围低的 S0C范围内放电时,裡离子主要嵌入LFP正极材料,并且随着嵌入所述LFP正极材料的裡离 子的量增加,二次电池的开路电压变低。此外,当二次电池在所述引起正极材料改变的S0C 范围内放电时,因为消耗了可观部分的裡离子嵌入NMC正极材料的容量,裡离子开始嵌入 LFP正极材料中。甚至在裡离子正嵌入所述LFP正极材料的同时,所述裡离子仍继续嵌入所 述NMC正极材料中,当所述NMC正极材料消耗了接受裡离子嵌入的全部容量时,从那时起裡 离子只嵌入所述LFP正极材料中。
[0069] 当二次电池在与接近3. 2V的电压范围相当的S0C范围内放电时,发生正极材料类 型的改变,在此电压范围下在图2显示的0CV曲线上形成所述拐点。
[0070] 参考图1所示的凸起图形,在所述顶点右侧的S0C范围内,二次电池的电阻突然增 加,而相反,在所述顶点左侧的S0C范围内,二次电池的电阻再次降低。
[0071] 在此,二次电池的电阻在所述凸起的图形中突然增加的原因是因为,由于所述NMC 正极材料消耗了接受裡离子的大部分容量,所述NMC正极材料的电阻突然增加。
[0072] 此外,二次电池的电阻在所述凸起图形中再次降低的原因是因为,随着裡离子开 始嵌入所述LFP正极材料中,所述LFP正极材料的低电阻特性表现为二次电池的电阻。
[0073] 此外,能够看出当二次电池在比所述引起正极材料改变的S0C范围低的S0C范围 内放电时,随着soc变低,二次电池的电阻再次增加。该种电阻增加是由负极材料(石墨) 引起的,其电阻在所述较低的S0C范围内增加。
[0074] 图3是显示了在二次电池W具有不同量值的放电电流脉冲放电期间,通过在改变 二次电池的S0C的同时测量放电电压(VdJ的变化模式而得到的I-V曲线的图。
[0075] 图3所示的图的水平轴代表从所述放电电流的量值转换的放电速率(C-速率),而 纵轴表示二次电池的放电电压(Vdis)。在纵轴上,考虑到二次电池的使用电压范围2.60 - 4.20V,指出了总使用电压范围。显然,二次电池的使用电压范围可W基于所述第一正极材 料和第二正极材料的类型和混合比而改变。
[0076] 在此,放电电压(Vdis)表示在二次电池脉冲放电10秒之后立即测量的二次电池的 电压。此外,当二次电池W多种不同量值的放电电流脉冲放电时,二次电池在开始脉冲放电 之前的开路电压设定得相等。因此,同一曲线上的多个点指示当二次电池在相同的S0C条 件下W具有不同量值的放电电流脉冲放电时,测量所述放电电压(VdJ的结果。
[0077] 在图3中,每个曲线相交Y轴的点指示二次电池在开始脉冲放电之前的电压,并且 与开路电压基本对应。
[0078] 例如,对应于S0C100%的I-V曲线(①)显示当二次电池的开路电压是4. 20V时, 二次电池分别在放电速率5c和10c的条件下放电10秒时,放电电压(Vdis)如何改变。
[0079] 图3的纵轴上指出的使用电压范围可W分成第一电压范围(AVi)、过渡电压范围 (AVt)、和第二电压范围(AV2)。
[0080] 其中Y轴截点(即,开路电压)属于第一电压范围(AVi)和第二电压范围(AV2) 的I-V曲线具有斜率恒定的放电电压(VdJ的下降图形。相反,其中Y轴截点(即,开路电 压)属于过渡电压范围(AVt)的曲线具有放电电压(VdJ的下降斜率改变该样的图形。
[0081] 首先,当二次电池的开路电压属于第一电压范围(AVi)时,在二次电池脉冲放电 的同时,所述工作离子嵌入主要所述NMC正极材料中。因此,不考虑二次电池的放电速率, 放电电压降低,同时显示对所述NMC正极材料的电阻特性的依赖性。
[0082] 能够看出,其中二次电池的开路电压属于第一电压范围(AVt)的I--V曲线 (①-⑥)的下降斜率接近恒定,并且在所述第一电压范围(AVi)内随着开始放电之前的 开路电压变低,所述I-V曲线并行向下移位。
[008引所述I-V曲线(①-⑥)的下降斜率是放电电压改变与放电速率改变的比率,并 且因此,基本上与二次电池的电阻对应。然而,因为所述I-V曲线(①-⑥)的下降斜率 恒定,能够看出开路电压属于所述第一电压范围(AVi)的二次电池即使放电电流的量值改 变,仍然保持所述电阻。
[0084] 随后,当二次电池的开路电压属于过渡电压范围(AVt)时的I-V曲线(⑧-⑨) 具有在3. 2V左右下降斜率改变的特征。
[0085] 所述3. 2V与嵌入裡离子的正极材料从NMC正极材料改变为LFP正极材料时的过 渡电压(参见图2中的虚线框)对应。因此,当放电电流量值增加得足W将二次电池的电 压下降到大约3. 2V时,裡离子开始嵌入LFP正极材料中。此外,当LFP正极材料开始参与 电化学反应时,出现二次电池的电阻改变。参考图3,从I-V曲线(⑧-⑨)的下降斜率改 变上明确观察到在3. 2V左右处二次电池电阻改变的现象,并且能够看出下降斜率的改变 只在与过渡电压范围(AVt)对应的S0C范围内出现。
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