用于估计二次电池的参数的设备和方法技术

本发明专利技术公开了用于估计二次电池的参数的方法和设备。所述设备包括：传感器，用于测量第一放电深度(DOD')下的开路电压(OCVm)，其中所述开路电压(OCVm)定义为所述第一放电深度(DOD')下的预定原始正极电压(Vc,o)和负极电压(Va)之差；以及控制单元，用于基于所述原始正极电压(Vc,o)和所述开路电压(OCVm)计算负极电压(Va)，确定原始负极电压(Va,o)等于所述负极电压(Va)，并且确定对应于所述原始负极电压(Va,o)的第二放电深度(DOD″)，从而根据所述第一放电深度(DOD')和所述第二放电深度(DOD″)之差确定所述二次电池的容量退化(△capa)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及一种二次电池，更具体地，涉及用于估计代表二次电池电状态的参数的设备和方法。本申请要求2012年4月30日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2012-0045868和2013年3月15日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2013-0028284的优先权，这些专利申请的内容以引用方式并入本文。
技术介绍
电池通过氧化还原反应产生电能并且以各种方式被广泛使用。例如，电池被应用于诸如蜂窝电话、笔记本、数码相机、摄像机、平板计算机和电动工具的便携式装置；诸如电动自行车、摩托车、电动车辆、混合动力车、电动船和电动飞机等的电驱动设备；用于存储由新再生能量或剩余能量所产生的电力的电力存储装置；用于向诸如服务器计算机和通信基站等各种信息通信装置稳定供电的不间断电源。电池包括三个基本部件：负极，其包含在放电期间发射电子的同时被氧化的材料；正极，其包含在放电期间接受电子的同时被还原的材料；电解质，其允许操作离子在负极和正极之间传递。电池可分为一次电池和二次电池，一次电池在放电之后不能被重新使用，二次电池允许重复进行充放电，因为它们的电化学反应至少是部分可逆的。二次电池包括本领域熟知的铅酸电池、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。在这些电池之中，锂二次电池由于其相比于其它二次电池的高能量密度、高电池电压和长生命周期而受到最多的关注。同时，二次电池的放电深度(DoD)相对表现出基于二次电池的原始容量的0至1的范围内的二次电池的放电容量。这里，原始容量是通过在从最大充电电压放电至最终放电电压的同时将寿命开始(BOL)状态下流出二次电池的电流量求积分而获得的值。例如，如果二次电池的原始容量是1000mAh并且在二次电池被完全充电之后从二次电池释放的放电电流的积分值是700mAh，将计算出放电深度(DoD)是0.7。参与二次电池的电化学反应的化学物质(例如，锂离子)随着充放电周期增加不可逆地消失。损失的化学物质造成二次电池的容量退化，并且如果二次电池遭遇容量退化，则二次电池的电压在放电深度(DoD)达到1之前达到最终放电电压。因此，在达到最终放电电压时的放电深度(DoD)与容量退化成比例地减小。例如，如果二次电池的最终放电电压是3.0V并且二次电池的容量退化增进达20％，则当二次电池的放电深度(DoD)增大至0.80时，二次电池的电压减小至3.0V，即，最终放电电压。二次电池的容量退化是准确计算二次电池的充电状态(SOC)所需的参数。SOC是相对地代表反映容量退化的、基于二次电池的整体容量的0至1的范围内的二次电池的目前剩余容量的参数。可如以下等式1中一样，使用二次电池的放电深度(DoD)计算二次电池的SOC。等式1SOC＝(DoDmax-DoD)/DoDmaxDoDmax＝1-△Capa这里，SOC是代表二次电池的目前充电状态的参数，DoDmax是代表当二次电池达到最终放电电压时的放电深度(DoD)的参数，DoD是代表目前放电深度(DoD)的参数，△Capa是代表在0至1的范围内的二次电池的容量退化的参数。在等式1中，由于DoD是可测量的参数，因此最终根据用△Capa表达的二次电池的容量退化来确定二次电池的SOC。可通过在被充电至最大充电电压的二次电池被充分放电至最终放电电压的同时将从二次电池拉出的电流量求积分然后将积分后的电流量与原始容量进行比较，更准确地计算二次电池的容量退化。然而，在实际使用二次电池的情况下，鲜少出现可使得准确计算二次电池的容量退化的完全放电事件。因此，在现有技术中，使用间接估计二次电池的容量退化的方法。例如，由于二次电池的内部电阻与容量退化相关，因此可通过二次电池的取样电压和电流估计二次电池的内部电阻，并且可根据估计的内部电阻估计二次电池的容量退化。然而，以此方式不能精确地测量二次电池的容量退化，此外，估计容量退化的准确度根据二次电池的温度变化而下降。
技术实现思路
技术问题本公开涉及提供用于估计二次电池的参数的设备和方法，其允许在实际使用二次电池的环境下简单且准确地估计二次电池的容量退化。本公开还涉及提供用于估计二次电池的参数的设备和方法，其允许通过使用估计的容量退化来估计二次电池的开路电压、放电深度(DoD)或充电状态(SOC)。技术方案在本公开的一方面，提供了一种用于估计二次电池的参数的设备，所述设备包括：传感器，其被配置为测量所述二次电池在第一放电深度(DOD')下的开路电压(OCVm)，所述开路电压(OCVm)对应于所述第一放电深度(DOD')下的预定原始正极电压(Vc,o)和负极电压(Va)之差；控制单元，其被配置为根据所述原始正极电压(Vc,o)和所述开路电压(OCVm)计算负极电压(Va)，确定原始负极电压(Va,o)等于所述负极电压(Va)，确定对应于所述原始负极电压(Va,o)的第二放电深度(DOD″)，并且根据所述第一放电深度(DOD')和所述第二放电深度(DOD″)之差确定所述二次电池的容量退化(△capa)。在本公开中，原始正极电压(Vc,o)和原始负极电压(Va,o)分别是通过实验测得的值，是预先当二次电池基本上没有容量退化时根据放电深度(DoD)被测得的正极电压和负极电压。可基于电势可为0(例如，锂电极)的参考电压测量原始正极电压(Vc,o)和原始负极电压(Va,o)。当二次电池的放电/充电周期还没有启动(寿命开始：BOL)时，仅在制造二次电池之后，二次电池可基本上没有容量退化。优选地，根据本公开的用于估计二次电池的参数的设备还可包括：存储单元，其中存储针对各放电深度(DoD)测得的原始正极电压(Vc,o)和原始负极电压(Va,o)作为分布曲线数据。下文中，针对各放电深度(DoD)测得的原始正极电压(Vc,o)和原始负极电压(Va,o)将被分别称为原始正极电压分布曲线(profile)和原始负极电压分布曲线。负极电压(Va)意指在二次电池的负极处形成的当前电压并且可从原始正极电压(Vc,o)和开路电压(OCVm)之差进行计算。第一放电深度(DoD')对应于通过安培计数计算的二次电池的经积分的电流量与二次电池的原始容量的相对比率。优选地，传感器可在二次电池充电或放电的同时测量电流，并且将测得的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于估计二次电池的参数的设备，所述设备包括：传感器，其被配置为测量所述二次电池在第一放电深度(DOD')下的开路电压(OCVm)，所述开路电压(OCVm)对应于所述第一放电深度(DOD')下的预定原始正极电压(Vc,o)和负极电压(Va)之差；控制单元，其被配置为根据所述原始正极电压(Vc,o)和所述开路电压(OCVm)计算负极电压(Va)，确定原始负极电压(Va,o)等于所述负极电压(Va)，确定对应于所述原始负极电压(Va,o)的第二放电深度(DOD″)，并且根据所述第一放电深度(DOD')和所述第二放电深度(DOD″)之差确定所述二次电池的容量退化(△capa)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.04.30 KR 10-2012-0045868;2013.03.15 KR 10-2011.一种用于估计二次电池的参数的设备，所述设备包括：
传感器，其被配置为测量所述二次电池在第一放电深度(DOD')
下的开路电压(OCVm)，所述开路电压(OCVm)对应于所述第一放
电深度(DOD')下的预定原始正极电压(Vc,o)和负极电压(Va)之差；
控制单元，其被配置为根据所述原始正极电压(Vc,o)和所述开路
电压(OCVm)计算负极电压(Va)，确定原始负极电压(Va,o)等于所述
负极电压(Va)，确定对应于所述原始负极电压(Va,o)的第二放电深度
(DOD″)，并且根据所述第一放电深度(DOD')和所述第二放电深
度(DOD″)之差确定所述二次电池的容量退化(△capa)。
2.根据权利要求1所述的用于估计二次电池的参数的设备，
其中所述控制单元从所述原始正极电压的分布曲线和移位多达所
述容量退化的所述原始负极电压的分布曲线获得所述二次电池的劣化
的开路电压分布曲线。
3.根据权利要求2所述的用于估计二次电池的参数的设备，
其中所述控制单元测量所述二次电池的开路电压，并且使用所测
量的开路电压根据所述劣化的开路电压分布曲线确定所述二次电池的
放电深度(DoD)。
4.根据权利要求2所述的用于估计二次电池的参数的设备，
其中所述控制单元测量所述二次电池的放电深度(DoD)，并且
使用所测量的放电深度(DoD)根据所述劣化的开路电压分布曲线确定
所述二次电池的开路电压。
5.根据权利要求2所述的用于估计二次电池的参数的设备，
其中所述控制单元测量所述二次电池的放电深度(DoD)，并且
使用所测量放电深度(DoD)和所确定的容量退化确定所述二次电池的

\t充电状态(SOC)。
6.根据权利要求1所述的用于估计二次电池的参数的设备，所述
设备还包括：
存储单元，其中存储根据放电深度(DoD)的变化的所述原始正
极电压(Vc,o)的分布曲线数据和根据放电深度(DoD)的变化的所述
原始负极电压(Va,o)的分布曲线数据。
7.根据权利要求1至5中的任一项所述的用于估计二次电池的参
数的设备，
其中所述控制单元存储、显示或传输所确定的容量退化、所确定
的开路电压、所确定的放电深度(DoD)或所确定的SOC。
8.根据权利要求1所述的用于估计二次电池的参数的设备，
其中所述二次电池包括具有第一正极材料和第二正极材...

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