用于估算包含混合正极材料的二次电池的充电状态的设备和方法技术

本发明专利技术公开了一种用于估算包含混合正极材料的二次电池的充电状态(SOC)的设备和方法。所述SOC估算设备估算二次电池的SOC，所述二次电池包含：具有混合正极材料的正极，所述混合正极材料包含具有不同运行电压范围的第一正极材料和第二正极材料；具有负极材料的负极；和隔膜，所述隔膜用于将所述正极与所述负极隔开，且所述设备包括：传感器，所述传感器被构造为对起始放电电压和在将所述二次电池放电预定时间时的最终放电电压进行测量；和控制单元，所述控制单元被构造为通过使用起始放电电压和最终放电电压与二次电池的SOC之间的预定关系，对与测定的起始放电电压和测定的最终放电电压相对应的二次电池的SOC进行估算。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于估算包含混合正极材料的二次电池的充电状态的设备和方法
本专利技术涉及估算二次电池的SOC的方法和设备。本专利技术主张2012年6月13日在韩国提交的韩国专利申请10-2012-0063332号和2013年3月15日在韩国提交的韩国专利申请10-2013-0028286号的优先权，通过参考将其内容并入本文中。
技术介绍
电池通过氧化和还原反应产生电能并以多种方式被广泛应用。例如，电池应用于：便携式装置如移动电话、膝上型电脑、数字照相机、摄像机、台式计算机和电动工具；电动设备如电动自行车、摩托车、电动车辆、混合动力车辆、电动轮船和电动飞机；电力存储装置，所述电力存储装置用于存储由新再生能源产生的电力或发电站的剩余能量；用于向各种信息通信装置如服务器计算机和通信用基站稳定供应电力的不间断电源等。电池包括三种基本组件：负极，所述负极包含在放电期间发射电子同时被氧化的材料；正极，正极包含在放电期间接受电子同时被还原的材料；和电解质，所述电解质使得运行离子在负极与正极之间迁移。电池可以分为：原电池，所述原电池在放电之后不能再使用；和二次电池，所述二次电池允许重复充电和放电，因为其电化学反应至少部分可逆。如同本领域所熟知的，二次电池包括铅酸电池、镍-镉电池、镍-锌电池、镍-铁电池、氧化银电池、镍金属氢化物电池、锌-锰氧化物电池、锌-溴化物电池、金属-空气电池、锂二次电池等。其中，锂二次电池由于其比其他二次电池具有更高的能量密度、更高的电池电压和更长的寿命循环而引起了极大关注。在锂二次电池中，用作正极材料的材料大大影响二次电池的性能。因此，为了提供具有高温稳定性、大能量容量、长寿命和低制造成本的正极材料，已经进行了各种尝试。
技术实现思路
技术问题本专利技术涉及提供：混合正极材料，所述混合正极材料可以通过混合至少两种正极材料弥补个体正极材料的不足；和用于对包含所述混合正极材料的二次电池的SOC进行估算的设备和方法。技术方案在本专利技术的一个方面中，提供一种用于对二次电池的充电状态(SOC)进行估算的设备，所述二次电池包括：正极，所述正极具有包含具有不同运行电压范围的第一正极材料和第二正极材料的混合正极材料；具有负极材料的负极；和隔膜，所述隔膜用于将所述正极与所述负极隔开，所述设备包括：传感器，所述传感器被构造为对起始放电电压和在将二次电池放电预定时间时的最终放电电压进行测量；和控制单元，所述控制单元被构造为通过使用二次电池的起始放电电压和最终放电电压与SOC之间的预定关系对二次电池的与测定的起始放电电压和测定的最终放电电压相对应的SOC进行估算。在实施方案中，起始放电电压可以为在处于无负载状态的二次电池进入接通状态之后立即测定的电压且最终放电电压可以为处于接通状态的二次电池在接通放电预定时间之后测定的电压。下文中，将前一种电压称作接通电压，并将后一种电压称作接通放电电压。另外，处于接通状态的二次电池的放电称作接通放电。接通点可以在处于无负载状态的二次电池的电压达到平衡状态电压之前。当二次电池处于无负载状态时，二次电池的SOC会落在因在第一正极材料和第二正极材料之间迁移运行离子而造成电压松弛现象的范围内。在此情况中，尽管二次电池处于无负载状态，但二次电池的电压会在遵循由SOC确定的电压松弛曲线逐渐改变，直至达到平衡状态电压。电压松弛曲线可以具有拐点并成形为具有基于拐点变化的弯曲状。平衡状态电压表示在二次电池电化学稳定时的电压，由此电压基本不变并会与开路电压相对应。二次电池的电压达到平衡状态电压所花费的时间可以为几十秒到几小时，取决于二次电池的SOC、二次电池的温度等。接通放电指的是在二次电池进入接通状态时在二次电池电连接到负载时所造成的放电。在实施方案中，可以将预充电电容器设置在二次电池与负载之间。预充电电容器并联连接在二次电池与负载之间，且当将二次电池连接到负载时，预充电电容器防止冲流(rushcurrent)施加到负载。如果实施接通放电，则对预充电电容器进行充电，且如果预充电电容器完成充电，则放电电流从二次电池流到负载。在相关领域中，将接通放电称作预充电。如果发生接通放电，则弱放电电流(例如小于1C)从二次电池流到负载。另外，将接通放电保持短的时间如几秒到几十秒。如果造成接通放电，二次电池的电压会从接通电压下降并持续短的时间，返回电压松弛曲线并随电压松弛曲线变化。接通放电电压是在接通放电期间二次电池的电压下降而直至二次电池的电压返回电压松弛曲线之后所示的电压变化图案中的预定点处测定的电压。例如，接通放电电压可以为在开始接通放电之后预定时间(例如10秒)处测定的电压。作为另一个实例，接通放电电压可以为在完成接通放电之后预定时间(例如5秒)处测定的电压。作为另一个实例，接通放电电压还可以为在由接通放电造成的二次电池的电压变化结束时(即当二次电池的电压返回电压松弛曲线时)测定的电压。作为另一个实例，接通放电电压可以为在由接通放电形成的二次电池的电压变化图案中形成最低点时测定的电压。作为另一个实例，接通放电电压可以为在由接通放电形成的二次电池的电压变化图案中每单位时间的电压变化最大时测定的电压。运行离子指的是在二次电池充电或放电时与第一和第二正极材料电化学反应的离子。运行离子可以随二次电池的类型变化。例如，在锂二次电池的情况中，运行离子可以为锂离子。所述反应表示二次电池的充电或放电过程所伴随的包括第一和第二正极材料的氧化和还原反应的电化学反应，且可以随二次电池的运行机理而变化。例如，电化学反应指的是，运行离子嵌入第一正极材料和/或第二正极材料或从其脱嵌。在此情况中，嵌入第一和/或第二正极材料或从其脱嵌的运行离子的浓度可以随二次电池电压的变化而变化，因此第一和第二正极材料可以具有不同的运行电压范围。例如，在特定电压范围内，与第二正极材料相比，运行离子优先嵌入第一正极材料中，在另一个电压范围内，与第一正极材料相比，运行离子优先嵌入第二正极材料中。另外，在特定电压范围内，与第一正极材料相比，运行离子优先从第二正极材料脱嵌，在另一个电压范围内，与第二正极材料相比，运行离子优先从第一正极材料脱嵌。在实施方案中，为了满足与第一和第二正极材料反应的运行离子的浓度随电压而变化的条件，第一和第二正极材料可以满足如下条件中的至少一个条件。例如，当对各种正极材料的dQ/dV分布进行测量时，第一和第二正极材料可以在呈现在dQ/dV分布中的主峰的位置和/或强度方面存在不同。此处，dQ/dV分布表示正极材料在各个电压下相对于运行离子的容量特性。所述主峰的位置和/或强度的不同可以随第一和第二正极材料的类型而变化。在另一个实施方案中，当在各个SOC处对包含第一和第二正极材料的锂二次电池的放电电阻进行测量时，放电电阻曲线会呈凸起的图案。此处，SOC表示存储在二次电池中的电能的量并认为是充电状态的参数。SOC可以使用参数SOC和z来定量表达。当SOC以百分比表达时，使用SOC参数，且当SOC表达为不大于1的值时，使用z参数。利用安培计可以测量SOC，且不限制于此。在另一个实例中，当关于各个SOC对包含第一和第二正极材料的二次电池的放电电阻进行测量时，放电电阻曲线可以在凸起的图案之前和之后具有至少两个拐点。在另一个实例中，包含第一和第二正极材料的二次电池的开路电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于估算二次电池的充电状态(SOC)的设备，所述二次电池包含：具有混合正极材料的正极，所述混合正极材料包含具有不同运行电压范围的第一正极材料和第二正极材料；具有负极材料的负极；和隔膜，所述隔膜用于将所述正极与所述负极隔开，所述设备包含：传感器，所述传感器被构造为对起始放电电压和在将所述二次电池放电预定时间时的最终放电电压进行测量；和控制单元，所述控制单元被构造为通过使用起始放电电压和最终放电电压与二次电池的SOC之间的预定关系，对与测定的起始放电电压和测定的最终放电电压相对应的二次电池的SOC进行估算。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.06.13 KR 10-2012-0063332;2013.03.15 KR 10-2011.一种用于估算二次电池的充电状态(SOC)的设备，所述设备包含：传感器，所述传感器被构造为对二次电池的起始放电电压和最终放电电压进行测量，所述最终放电电压为处于无负载状态的二次电池的电压达到平衡状态电压之前在将二次电池放电预定时间时的放电电压；和控制单元，所述控制单元被构造为通过使用起始放电电压和最终放电电压与二次电池的SOC之间的预定关系，对与测定的起始放电电压和测定的最终放电电压相对应的二次电池的SOC进行估算。2.根据权利要求1的用于估算二次电池的SOC的设备，其中所述起始放电电压为处于无负载状态的二次电池进入接通状态之后立即测定的电压，以及其中所述最终放电电压为处于接通状态的二次电池实施接通放电预定时间之后测定的接通放电电压。3.根据权利要求2的用于估算二次电池的SOC的设备，其中所述预定关系是查找表，所述查找表定义了接通电压和接通放电电压与二次电池的SOC之间的关系。4.根据权利要求2的用于估算二次电池的SOC的设备，其中所述预定关系是查找函数，所述函数使用接通电压和接通放电电压作为输入参数，并使用SOC作为输出参数。5.根据权利要求3的用于估算二次电池的SOC的设备，还包含存储所述查找表的存储单元。6.根据权利要求4的用于估算二次电池的SOC的设备，还包含存储所述查找函数的存储单元。7.根据权利要求2的用于估算二次电池的SOC的设备，其中通过应用与所述接通放电相同的放电条件来预先确定所述关系。8.根据权利要求2的用于估算二次电池的SOC的设备，其中所述接通放电为恒流放电。9.根据权利要求1的用于估算二次电池的SOC的设备，还包含选择性连接到所述二次电池的放电单元，其中所述控制单元将所述放电单元连接到所述二次电池以将所述二次电池放电预定时间。10.根据权利要求2的用于估算二次电池的SOC的设备，其中在所述二次电池进入接通状态时，自动实施所述接通放电。11.根据权利要求2的用于估算二次电池的SOC的设备，其中所述二次电池包含：具有混合正极材料的正极，所述混合正极材料包含具有不同运行电压范围的第一正极材料和第二正极材料；具有负极材料的负极；和隔膜，所述隔膜用于将所述正极与所述负极隔开。12.根据权利要求11的用于估算二次电池的SOC的设备，其中当所述二次电池处于无负载状态时，所述SOC落在通过在所述第一正极材料与所述第二正极材料之间迁移运行离子而造成电压松弛现象的SOC范围内。13.根据权利要求12的用于估算二次电池的SOC的设备，其中当所述二次电池处于无负载状态时，所述二次电池的电压以遵循源自所述电压松弛现象的电压松弛曲线的方式变化。14.根据权利要求13的用于估算二次电池的SOC的设备，其中所述接通放电电压是选自电压变化图案中的电压，所述电压变化图案在接通放电期间二次电池的电压下降然后返回至所述电压松弛曲线时呈现。15.根据权利要求14的用于估算二次电池的SOC的设备，其中所述接通放电电压为：在完成所述接通放电时测定的电压、在所述接通放电开始之后经过预定时间时测定的电压、在所述接通放电完成之后经过预定时间时测定的电压、在所述二次电池的电压返回至所述电压松弛曲线时测定的电压、在由所述接通放电形成的二次电池的电压变化图案中形成最低点时测定的电压、或在由所述接通放电形成的二次电池的电压变化图案中每单位时间的电压变化最大时测定的电压。16.根据权利要求1的用于估算二次电池的SOC的设备，还包含用于将估算的SOC显示为图形界面的显示单元，其中所述控制单元被构造为将估算的SOC输出到所述显示单元。17.根据权利要求1的用于估算二次电池的SOC的设备，还包含存储估算的SOC的存储单元，其中所述控制单元被构造为将估算的SOC存储在所述存储单元中。18.根据权利要求1的用于估算二次电池的SOC的设备，其中所述控制单元被构造为将估算的SOC输出到外...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵源泰，车善英，郑根昌，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国;KR