评估电化学电芯的充电状态（SOC）/放电状态（SOD）的方法和系统技术方案

一种用于评估二次电化学电芯的充电状态(SOC)/放电状态(SOD)的方法，所述电芯具有：第一工作模式，在该第一工作模式期间，所述电芯从与所述电芯的端子连接的电源充电；第二工作模式，在该第二工作模式期间，所述电芯向负载放电；以及休息模式，所述方法包括以下步骤：在所述第一工作模式和所述第二工作模式过程中以及在休息期间，测量所述电化学电芯的熵和焓，以及计算表示所述充电状态(SOC)/放电状态(SOD)的数据。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】评估电化学电芯的充电状态（SOC）/放电状态（SOD）的方法和系统
本专利技术涉及用于评估电化学电芯的充电状态(SOC)/放电状态(SOD)的方法。本专利技术还涉及系统。
技术介绍
电池的充电状态(SOC)是电池用户了解剩余的未使用容量并预测在特定放电负载下的电池服务终点的重要因素。应在一次(不可再充电)电池和二次(可再充电)电池中准确确定SOC。当前，主要的SOC确定方法基于：-使用下式的库仑计算：其中，在一次电池和二次电池的放电期间，±号为(﹣)，并且，在二次电池的充电期间，±号为(﹢)，并且，i(τ)＝放电电流和充电电流，并且τ＝时间；-卡尔曼滤波(KF)和扩展卡尔曼滤波(EKF)+建模；-神经网络。这些方法是经验性的而不是通用的，并且不适用于所有电池。碱性和干Zn/MnO2一次电池广泛用于许多应用，包括在电子、游戏、玩具、手电筒或遥控器中。Zn/MnO2电芯经济、实用并且在世界各地容易找到。碱性电芯和干电芯的全球销售额预计将在2017年分别达到USD5B和USD2.6B。然而，没有可靠的方法来确定其充电状态(SOC)。SOC是电池用户了解剩余的未使用容量并预测在特定放电负载下的电池服务终点的重要因素。更一般地，本专利技术的目的是使用热力学数据测量结果来预测电化学电芯的充电状态。
技术实现思路
针对可再充电电池，通过一种用于评估二次电化学电芯的充电状态(SOC)/放电状态(SOD)的方法来实现该目标，所述电芯具有：第一工作模式，在所述第一工作模式期间，所述电芯从与所述电芯的端子连接的电源充电；第二工作模式，在所述第二工作模式期间，所述电芯向负载放电；以及休息模式，所述方法包括以下步骤：-在所述第一工作模式和所述第二工作模式过程中以及在休息期间，测量所述电化学电芯的熵(ΔS)和焓(ΔH)，-根据以下第一规则计算表示所述充电状态(SOC)/放电状态(SOD)的数据：SOC＝α+βΔS+γΔHSOD＝100％-SOC其中，参数α、β和γ依赖于化学数据和所述电化学电芯的健康状态(SOH)。在各个SOC下，根据下式通过开路电压(OCV)的温度依赖性来确定熵和焓：其中，n是基本电极氧化还原处理中涉及的电子数。例如，针对H、Li、Na、K……，n＝1，针对Mg、Ca、Zn、Cd、Fe……，n＝2，并且针对B、Al、Fe……，n＝3。针对碱性电芯和干电芯，还利用一种用于评估一次电化学电芯的放电状态(SOD)的方法来实现上述目标，所述电芯具有：工作模式，在所述工作模式期间，所述电芯向负载放电；以及休息模式，所述方法包括以下步骤：-在所述工作模式过程中以及在休息期间，测量所述电化学电芯的熵(ΔS)和焓(ΔH)，-根据以下规则计算表示所述放电状态(SOD)的数据：SOD＝α’+β’ΔS+γ’ΔH其中，参数α’、β’和γ’依赖于化学数据和所述电化学电芯的健康状态(SOH)。根据本专利技术的SOC/SOD评估方法可以被实施用于评估水性锂电芯或有机锂电芯的放电状态(SOD)，以及用于可再充电电芯，可再充电电芯例如锂离子可再充电电芯、NiMH可再充电电芯、NiCd可再充电电芯或NaS可再充电电芯、钠离子可再充电电芯、固态锂可再充电电芯、氧化还原液流电池。根据本专利技术的SOC/SOD评估方法可以被有利地应用于预测一次(不可再充电)电芯的放电状态(SOD)，一次电芯诸如Li/MnO2电芯、Li/FeS2电芯、Li/CFX电芯、碱性电芯、锌碳干电芯和金属空气电芯。在本专利技术的有利版本中，根据本专利技术的SOC/SOD评估方法经由具有温度探针、电流探针和电压探针的集成电路在线实施，所述集成电路附接至所述电化学电芯或嵌入所述电化学电芯中。此外，所述集成电路是设置有计算和/或微处理能力以及RF通信能力的芯片。优选地，针对各个充电状态(SOC)值根据下式通过所述电化学电芯端子间的开路电压(OCV)的温度依赖性来确定熵(ΔS)和焓(ΔH)：在本专利技术的另一实施方式中，提出了一种用于评估二次电化学电芯的健康状态(SOH)的方法，所述电芯具有：第一工作模式，在所述第一工作模式期间，所述电芯从与所述电芯的端子连接的电源充电；第二工作模式，在所述第二工作模式期间，所述电芯向负载放电；以及休息模式，所述方法包括以下步骤：-在所述第一工作模式和所述第二工作模式过程中以及在休息期间，测量所述电化学电芯的熵(ΔS)和焓(ΔH)，-在所述第一工作模式和所述第二工作模式过程中以及在休息期间，测量所述电化学电芯的所述充电状态(SOC)/放电状态(SOD)，-根据以下规则，根据所测得的熵(ΔS)、所测得的焓(ΔH)以及测得的充电状态/放电状态(SOC/SOD)识别参数α、β和γ：SOC＝α+βΔS+γΔHSOD＝100％-SOC-根据所识别出的参数α、β和γ以及根据与所述电化学电芯关联的化学数据得出所述健康状态(SOH)。在本专利技术的有利版本中，根据本专利技术的SOH评估方法经由具有温度探针、电流探针和电压探针的集成电路在线实施，所述集成电路附接至所述电化学电芯或嵌入所述电化学电芯中。此外，所述集成电路是设置有计算和/或微处理能力以及RF通信能力的芯片。根据本专利技术的另一方面，提出了一种用于评估二次或可再充电电化学电芯的充电状态(SOC)/放电状态(SOD)的系统，所述电芯具有：第一工作模式，在所述第一工作模式期间，所述电芯从与所述电芯的端子连接的电源充电；第二工作模式，在所述第二工作模式期间，所述电芯向负载放电；以及休息模式，所述系统包括：-用于在所述第一工作模式和所述第二工作模式过程中以及在休息期间测量所述电化学电芯的熵(ΔS)和焓(ΔH)的装置，-用于根据以下规则计算表示所述充电状态(SOC)/放电状态(SOD)的数据的装置：SOC＝α+βΔS+γΔHSOD＝100％-SOC其中，参数α、β和γ依赖于化学数据和所述电化学电芯的健康状态(SOH)。在本专利技术的另一实施方式中，提出了一种用于评估一次电化学电芯的放电状态(SOD)的系统，所述电芯具有：工作模式，在所述工作模式期间，所述电芯向负载放电；以及休息模式，所述系统包括：-用于在所述工作模式过程中以及在休息期间测量所述电化学电芯的熵(ΔS)和焓(ΔH)的装置，-用于根据以下规则计算表示所述放电状态(SOD)的数据的装置：SOD＝α’+β’ΔS+γ’ΔH其中，参数α’、β’和γ’依赖于化学数据和所述电化学电芯的健康状态(SOH)。根据本专利技术的所述SOC/SOD评估系统还可以包括与附接至所述电化学电芯或嵌入所述电化学电芯中的温度探针和电压探针连接的集成电路。该集成电路可以有利地实现所述计算装置并且包括电信装置。所述集成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种评估二次电化学电芯的充电状态(SOC)/放电状态(SOD)的方法，所述电芯具有：第一工作模式，在所述第一工作模式期间，所述电芯从与所述电芯的端子连接的电源充电；第二工作模式，在所述第二工作模式期间，所述电芯向负载放电；以及休息模式，所述方法包括以下步骤：/n-在所述第一工作模式和所述第二工作模式过程中以及在休息期间，测量所述电化学电芯的熵(ΔS)和焓(ΔH)，/n-根据以下第一规则来计算表示所述充电状态(SOC)/所述放电状态(SOD)的数据：/nSOC＝α+βΔS+γΔH/nSOD＝100％-SOC/n其中，参数α、β和γ依赖于化学数据和所述电化学电芯的健康状态(SOH)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171207 SG 10201710152T1.一种评估二次电化学电芯的充电状态(SOC)/放电状态(SOD)的方法，所述电芯具有：第一工作模式，在所述第一工作模式期间，所述电芯从与所述电芯的端子连接的电源充电；第二工作模式，在所述第二工作模式期间，所述电芯向负载放电；以及休息模式，所述方法包括以下步骤：
-在所述第一工作模式和所述第二工作模式过程中以及在休息期间，测量所述电化学电芯的熵(ΔS)和焓(ΔH)，
-根据以下第一规则来计算表示所述充电状态(SOC)/所述放电状态(SOD)的数据：
SOC＝α+βΔS+γΔH
SOD＝100％-SOC
其中，参数α、β和γ依赖于化学数据和所述电化学电芯的健康状态(SOH)。


2.一种评估一次电化学电芯的放电状态(SOD)的方法，所述电芯具有：工作模式，在所述工作模式期间，所述电芯向负载放电；以及休息模式，所述方法包括以下步骤：
-在所述工作模式过程中以及在休息期间，测量所述电化学电芯的熵(ΔS)和焓(ΔH)，
-根据以下规则来计算表示所述放电状态(SOD)的数据：
SOD＝α’+β’ΔS+γ’ΔH
其中，参数α’、β’和γ’依赖于化学数据和所述电化学电芯的健康状态(SOH)。


3.根据权利要求2所述的方法，所述方法被实施用于评估水性锂电芯或有机锂电芯的放电状态(SOD)。


4.根据权利要求1或2所述的方法，所述方法被实施用于评估可再充电电芯的放电状态(SOD)，所述可再充电电芯诸如锂离子可再充电电芯、NiMH可再充电电芯、NiCd可再充电电芯或NaS可再充电电芯、钠离子可再充电电芯、固态锂可再充电电芯、氧化还原液流电池。


5.根据权利要求2所述的方法，所述方法被应用于预测一次(不可再充电)电芯的放电状态(SOD)，所述一次电芯诸如Li/MnO2电芯、Li/FeS2电芯、Li/CFX电芯、碱性电芯、锌碳干电芯和金属空气电芯。


6.根据权利要求1或2所述的方法，所述方法经由与位于所述电化学电芯上的温度探针和电压探针连接的集成电路在线实施。


7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，针对各个充电状态(SOC)值，根据下式通过电化学电芯端子间的开路电压(OCV)的温度依赖性来确定熵(ΔS)和焓(ΔH)：








8.一种评估一次(不可再充电)电化学电芯的健康状态(SOH)的方法，所述电芯具有：工作模式，在所述工作模式期间，所述电芯向负载放电；以及休息模式，所述方法包括以下步骤：
-在所述工作模式过程中以及在休息期间，测量所述电化学电芯的熵(ΔS)和焓(ΔH)，
-根据以下规则来计算表示所述放电状态(SOD)的数据：
SOD＝α’+β’ΔS+γ’ΔH
其中，参数α’、β’和γ’依赖于化学数据和所述电化学电芯的所述健康状态(SOH)。


9.一种评估二次电化学电芯的健康状态(SOH)的方法，所述电芯具有：第一工作模式，在所述第一工作模式期间，所述电芯从与所述电芯的端子连接的电源充电；第二工作模式，在所述第二工作模式期间，所述电芯向负载放电；以及休息模式，所述方法包括以下步骤：
-在所述第一工作模式和所述第二工作模式过程中以及在休息期间，测量所述电化学电芯的熵(ΔS)和焓(ΔH)，
-在所述第一工作模式和所述第二工作模式过程中以及在休息期间，测量所述电化学电芯的充电状态(SOC)/放电状态(SOD)，
-根据以下规则，根据所测得的熵(ΔS)、所测得的焓(ΔH)以及测得的充电状态(SOC)/放电状态(SOD)识别参数α、β和γ：
SOC＝α+βΔS+γΔH
SOD＝100％-SOC
-根据所识别出的参数α、β和γ并且根据与所述电化学电芯关联的化学数据得出所述健康状态(SOH)。


10.一种评估二次或可再充电电化学电芯的充电状态(SOC)/放电状态(SOD)的系统，所述电芯具有：第一工作模式，在所述第一工作模式期间，所述电芯从与所述电芯的端子连接的电源充电；第二工作模式，在所述第二工作模式期间，所述电芯向负载放电；以及休息模式，所述系统包括：
-用于在所述第一工作模式和所述第二工作模式过程中以及在休息期间测量所述电化学电芯的熵(ΔS)和焓(ΔH)的装置，
-用于根据以下规则来计算表示所述充...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·雅扎米，
申请(专利权)人：雅扎米IP私人有限公司，
类型：发明
国别省市：新加坡;SG