用于估计包括混合正极材料的二次电池的功率的设备和方法_4

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的内电阻说成是随着增加的 放电速率而逐渐地减小并向预定值收敛。
[0135] 可通过最小放电电压(Vniin)和最大放电速率(Cniax)的乘法运算来计算二次电池的 最大功率,其引起二次电池下降至最小放电电压(2. 6V)。
[0136] 最大放电速率(Cmax)对应于其中图4中所示的分布当在X轴向方向上延伸时与X 轴相遇的点处的放电速率(亦即,X轴交叉点放电速率)。
[0137] X轴交叉点放电速率(Cmax)对应于上述等式3的(OCVtl - Vmin)/Rdis,并且可通过对二 次电池的放电期间的放电速率和放电终止电压(V f)进行采样而使用数学公式(OCVtl-Vf)/ Cdis来实时地计算分母R dis。
[0138] 当二次电池的OCVtl属于第一电压范围(AV1)或第二电压范围(AV 2)时,二次电 池的放电终止电压(Vf)以预定斜率减小,无论放电速率的量值如何,并且因此,即使使用等 式3来实时地估计二次电池的最大功率,也不发生与实际测量最大功率的差。然而,当二次 电池的OCVJi于过渡电压范围(AV t)时,如果使用等式3来计算最大功率,则出现与实际 测量最大功率的差。
[0139] 例如,当在二次电池放电的同时二次电池的0〇^是3. 55V时,放电终止电压(Vf) 随着增加的放电速率而沿着I-V分布⑨改变。并且,当I-V分布⑨在X轴方向上延伸时,如 果计算X轴交叉点放电速率(C max),则可获得约14c的放电速率,并且其与实际测量的最大 放电速率基本上相同。然而,如果根据在二次电池以2c的放电速率放电时测量的放电终止 电压(V f)来计算二次电池的内电阻Rds,并且用数学公式(OCV-Vmin)/Rdis来计算最大放电 速率,则其值对应于其中直线F当在X轴方向上延伸时与X轴相遇的点处的放电速率(约 5c),并且该值大大小于其中I-V分布⑨与X轴相遇的点处的最大放电速率14c。因此,当 包括混合正极材料的二次电池的OCVJl于过渡电压范围(AV t)时,如果使用实时地使用等 式3计算的最大放电速率来估计最大功率,则存在估计最大功率低于实际测量最大功率的 问题。因此,在二次电池的OCVJi于过渡电压范围(AV t)的情况下,需要估计二次电池的 最大功率的新方法。
[0140] 本申请的发明人已注意到这样的事实,即当二次电池的OCVJi于过渡电压范围 (AV t)时,在第二放电速率范围内观察到的第二分布(D)向下界分布(E)收敛,第二分布 (D)的X轴交叉点放电速率(C max)与二次电池的实际测量最大放电速率基本上相同,并且第 二分布(D)的X轴交叉点放电速率在其中下界分布(E)与X轴相遇的点处向近似放电速率 (Omax)收敛。
[0141] 并且,本申请的发明人已经验证,在二次电池的最大功率的实时估计中,可通过从 具有足够大的量值的多个放电速率(c)中对多个放电终止电压(V f)进行采样、获得使用采 样数据通过二维线性等式aVf=-R diJdOCVtl"近似的分布、通过使用线性等式的Y截距OCVtl 和斜率Rdis以及二次电池的最小放电电压V min通过数学公式C max = (0CV ^ - Vmin)/Rdis来获得 二次电池的最大放电速率(Cniax)并通过数学公SP niax= Cniaj^Vniin,来估计二次电池的最大功 率(Pmax)而使误差最小化。
[0142] 下面,提供了基于上述常规问题和新实验发现而设计的根据本公开的用于估计二 次电池的功率的设备的详细描述。
[0143] 图5是图示出根据本公开的示例性示例的用于估计二次电池的功率的设备100的 结构的框图。
[0144] 参考图5,根据本公开的用于估计二次电池的功率的设备100包括放电装置110、 传感器装置120以及控制装置130。
[0145] 为了估计包括混合正极材料的二次电池140的最大功率,可将设备100连接在二 次电池140与负载150之间。
[0146] 二次电池140可以是锂二次电池。然而,本公开不限于电池类型。
[0147] 可将二次电池140安装在能够通过电能工作的各种类型的电驱动机构中,并且电 驱动机构不限于特定类型。
[0148] 在一个实施例中,电驱动机构可以是移动计算机设备,诸如移动电话、膝上型计算 机以及平板计算机或者包括数字式照相机、摄像机和音频/视频播放器设备的手持式多媒 体设备。
[0149] 在另一实施例中,电驱动机构可以是通过电移动的电动设备,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、电动飞行器或包括诸如电钻和电动 磨床之类的电动机的动力工具。
[0150] 在另一实施例中,电驱动机构可以是安装在电网中以存储通过发电厂的新的可更 新能量或过剩电产生的电的大容量储能系统以及用以在例如灯火管制之类的紧急情况下 向包括服务器计算机和移动通信设备的各种类型的信息和通信设备供应功率的不间断电 源。
[0151] 负载150被包括在各种类型的电驱动机构中,并且是包括在靠在二次电池140放 电时供应的电能工作的电驱动机构中的能量消耗设备。作为非限制性示例,负载150可以 是诸如电动机之类的循环驱动设备或诸如逆变器之类的功率转换设备,然而,本公开不限 于负载类型。
[0152] 放电装置110在控制装置130的控制下以一定时间间隔用多个不同的放电速率(C 速率)的放电电流使二次电池140进行脉冲放电。在这里,至少两个放电速率是优选的。并 且,可任意地设置脉冲放电时间和放电静止时间。例如,可将脉冲放电时间和放电静止时间 每个设置成10秒。放电装置110可从控制装置130接收用于控制二次电池140的放电速 率的控制信号。当接收到控制信号时,放电装置110将二次电池140的放电速率从一个值 变成另一个。
[0153] 优选地,在放电装置110使二次电池 140放电时施加的放电速率条件是足够大的。 例如,将放电速率条件设置成大于在二次电池 140的I-V分布上观察到的过渡放电速率的 最大值。
[0154] 作为非限制性示例,当混合正极材料以7:3的比(重量比)包括LMC正极材料和 LFP正极材料时,优选的是放电速率条件大于或等于5c (参见图4)。
[0155] 作为非限制性示例,当放电速率条件大于或等于5c时,可将放电速率条件设置成 6c和8c (两个)或6c、8c和IOc (三个)。
[0156] 放电装置110可以是例如可调节地控制供应给负载150的负载电流的量值的装 置。可通过已知电路容易地实现用于控制负载电流的量值的装置,并且在本文中省略了其 详细描述。
[0157] 作为另一示例,放电装置110可包括放电电路,并且可以是用于强制地使二次电 池140以不同的放电速率放电的装置。
[0158] 在后一种情况下,放电电路可包括多个电阻器部件,并且放电装置110可通过电 阻器部件的选择性连接来控制放电电流的放电速率。
[0159] 传感器装置120在每个脉冲放电结束时在控制装置130的控制下测量二次电池的 放电终止电压(V f)。优选地,传感器装置120包括用以测量二次电池140的跨正极和负极 的电压的电压测量电路。
[0160] 放电终止电压(Vf)表示在脉冲放电的应用终止时的时间点测量的二次电池的动 态电压。如果将放电条件设置成n,则测量的放电终止电压(V f)的数目也是η。
[0161] 传感器装置120可向控制装置130输出测量的放电终止电压(Vf)。传感器装置120 可从控制装置130接收用于测量放电终止电压(V f)的控制信号。当接收到控制信号时,传 感器装置120测量放电终止电压(Vf)并将其输出到控制装置130。
[0162] 控制装置130通过控制放电装置110和传感器装置120来获得在多个放电速率条 件下测量的多个放电终止电压(V f)。
[0163] 并且,控制装置130将所述多个放电速率(c)和与之相对应的所述多个放电终止 电压(V f)之间的关联近似为二维线性等式"Vf=-R diJc+OCV/。在该线性等式中,放电速 率(c)和放电终止电压(Vf)表示输入和输出变量,并且-R dis和OCV ^分别地表示斜率和Y 截距。
[0164] 并且,控制装置130使用该线性等式对放电速率为0时的开路电压(OCVtl)进行外 推。在这里,开路电压(OCV ci)是二次电池140的脉冲放电之前的电压,并表示基本上无负 载状态下的开路电压。
[0165] 并且,控制装置130基于最小放电电压(Vmin)来计算开路电压(OCV tl)的偏移 (OCVtl-Vmin),并使用线性等式的偏移和斜率(R dis)来计算二次电池的最大放电速率(Cmax)。 在这里,最大放电速率(Cniax)表示允许二次电池140的电压下降至最小放电电压(V niin)的放 电速率。随后,控制装置130使用计算的最大放电速率(Cmax)和最小放电电压(V min)来估计 二次电池的最大功率(Cniaj^Vniin)。
[0166] 用于估计二次电池的功率的设备100还可包括存储装置160。存储装置160不限 于特定类型,如果其为能够记录和擦除信息的存储介质的话。
[0167] 作为示例,存储装置160可以是随机存取存储器(RAM)、只读存储器(R0M)、寄存 器、硬盘、光学记录介质或磁记录介质。
[0168] 并且,可经由例如数据总线将存储装置160连接到控制装置130以允许由控制装 置130访问。
[0169] 并且,存储装置160可存储和/或更新和/或擦除和/或发送包括由控制装置130 执行的各种控制逻辑的程序和/或由控制逻辑的执行产生的数据。
[0170] 可将存储装置160在逻辑上划分成至少两个,并且不限于被包括在控制装置130 中。
[0171] 存储装置160可包括与不同放电速率条件有关的数据、与由传感器装置120测量 的所述多个放电结束电压(V f)有关的数据、与二维线性等式的斜率和Y截距及下限放电电 压(Vmin)有关的数据和与所计算的最大放电速率和最大功率有关的数据。
[0172] 为了执行各种控制逻辑和/或计算逻辑,控制装置130可以可选地包括本领域中 众所周知的处理器、专用集成电路(ASIC)、芯片组、逻辑电路、寄存器、通信调制解调器和数 据处理设备。并且,当用软件来实现控制逻辑时,可将控制装置130实现为程序模块的组 件。在这种情况下,可将程序模块存储在存储器中并由处理器执行。可将存储器设置在处 理器内部或外面,并且可用各种已知手段来连接到处理器。并且,可将存储器包括在存储装 置160中。并且,存储器通常表示存储信息的所有设备,无论设备类型如何,并且不只是特 定存储器设备。
[0173] 可选地,用于估计二次电池的功率的设备100还可包括显示装置150。显示装置 150不限于特定类型,如果其可以将关于由控制装置130估计的二次电池140的最大功率的 信息显示为图形界面的话。作为示例,显示装置150可以是液晶显示器(LCD)、发光二极管 (LED)显示器、有机发光二极管(OLED)显示器、电泳墨水(E墨水)显示器、柔性显示器等。 显示装置151可直接地或间接地与控制装置130相连接。当采用后者时,显示装置151可位 于在物理上与控制装置130位于其中的区域分离的区域中。并且,可将第三控制装置(未 示出)插入显示装置151与控制装置130之间以从控制装置130接收要在显示装置151上 显示的信息并允许在显示装置151上显示信息。为此,可经由通信线路将第三控制装置连 接到控制装置130。
[0174] 显示装置151不一定被包括在根据本公开的设备中,并且可被包括在与根据本公 开的设备相连的其他设备中。在这种情况下,可用包括在其他设备中的控制装置的介质将 显示装置151间接地连接到控制装置130而不是直接地连接。因此,应理解的是显示装置 151和控制装置130的电连接包括这种间接连接方法。
[0175] 控制装置130可形成与外部控制设备的通信接口。并且,通过通信接口,可将与二 次电池的最大放电速率和/或最大功率有关的数据发送到外部控制装置。外部控制装置可 以是装配有负载150的设备的控制装置。作为示例,在其中将二次电池140安装在电动车 辆中的情况下,控制装置130可将与二
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