锂硫可再充电电池电量测量系统和方法技术方案

提供了用于准确地确定锂硫电池的荷电状态和相对年龄的系统和方法。分别测量具体类型的锂硫电池的电池单元电阻和渐减输入电荷，以便确定电池的荷电状态和年龄。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及锂硫电池的充电，并且更为具体地涉及用于准确地确 定锂硫电池的荷电状态和相对年龄的系统和方法。
技术介绍
辨别在便携式消费电子设备(如蜂窝电话或膝上型电脑)的可再充电 电池中储存有多少能量的能力是设^f吏用者高度重视的特征。因此，普通 的设备系统，比如那些4吏用锂离子、镍金属氢化物、或镍镉可再充电电池 的系统，引入了某些技术来计量当前储存在电池单元中的能量或电荷的 量。 一种普通的方法是使用查询表，基于针对电池的测量开路电压来确定该电池的荷电状态。参见例如授予Barsoukov等人的美国专利号 6， 789， 026，以及授予Guiheen等人的美国专利号6, 774， 636，其全部内容 通过引用结合于此。电池的荷电状态("S0C")是当前储存的电荷，其^L^示为电池中所 能储存的最大电荷的一部分。电池的SOC是非常有用的信息，原因在于其 使用者可以知道在其当前充/放电周期期间，相对于电池的最大电荷或容 量该电池的充电状况如何。然而，电池的最大容量随着电池的"年龄，，(即 电池所经受的充放电周期数，并非电池已存在的实际时间量)而降级。上 述传统的基于开路电压的算法没有使用随着电池变老而充分表达其特性 的存储查询表来确定其荷电状态。近些年来，锂硫电池由于其重量轻和高能量密度而得到关切。锂阳极 (例如，纯锂或者锂与锡或铝的合金的锂箔或真空沉积的锂，其具有或不 具有整体集电器或各种嵌锂化合物，如石墨、焦炭以及锡氧化物等)的使 用提供了机会以构造比诸如锂离子、镍金属氢化物或镍镉电池单元之类的 电池单元重量更轻并且具有更高能量密度的锂^l电池单元。这些特征对于 便携式电子设备中的电池是高度希望的。锂硫电池设计特别适于便携式电子设备，因为它们的重量轻并JL^面 积大，这允许充电时的高速率能力以及减小的电流密度。用于制造锂电池的几种阴极材料是已知的，包括具有硫-硫键的阴极材料，其中高能量容 量以及再充电能力通过硫-硫键的电化学裂解(通过还原)以及重新形成 (通过氧化)来实现。含硫的阴极材料，其具有硫-硫键，供具有锂阳极 的电化学电池单元使用，如上所述，可以包括元素石危、有机琉化合物、各 种多硫化合物或碳硫合成物。因此，期望提供用于准确地确定锂硫电池单元的荷电状态以及用于准 确地确定电池单元年龄的系统和方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供用于准确地确定锂硫电池单元的荷电状态的系 统和方法。本专利技术的另 一 目的是提供用于准确地确定电池单元年龄的系统和方法。根据本专利技术的一个实施例，提供了 一种用于创建针对具有已知容量的 具体类型的锂硫电池的电池单元电阻对比于荷电状态的查询表的方法。该方法包括对电池进行充电，直到电池上的电压增加到预定的最大电压； 继续对处于预定最大电池电压的电池充电，直到输入到该电池的电流减小 到预定最小电流；为该电池测量电池单元电阻，其中该电池单元电阻被定 义为针对所述具体类型的锂>^危电池的处于100%荷电状态的电池单元电 阻；以及记录处于100%荷电状态的该电池单元电阻。接下来，该方法教 导将该电池放电其容量的预定百分比，使得当前的电池荷电状态小于先 前的电池荷电状态；为该电池测量电池单元电阻，其中该电池单元电阻被阻；记录处于当前荷电状态的电池单元电阻；以及重复这些放电、测量和 记录步骤，直到该电池的当前荷电状态等于预定的较低截止电压。最后， 该方法教导，针对从0%至100°/。的荷电状态值，创建电池单元电阻对比于 荷电状态的查询表。附图说明在考虑以下结合附图的详细描述后，本专利技术的上述以及其它优点将更 为明显，在全部附图中同样的参考标记指示同样的部分，其中 图1是根据本专利技术的说明性电池测量系统的简化示意框图；图2示出了针对典型的锂硫电池的电池单元电阻对比于荷电状态的 样图；图3示出了针对典型的锂硫电池的放电容量和渐减输入充电容量每 个对比于年龄的样图比较；以及图4示出了针对典型的锂硫电池的渐减充电输入对比于被测量为其 原始容量百分比的当前容量的样图。具体实施方式本专利技术提供了用于准确地确定锂硫电池单元的荷电状态的系统和方 法。按照本专利技术的一方面，用于每种锂硫电池的查询表或算法准备并存储 在计算机芯片或数据库中。在本专利技术的各种实施例中，这种芯片或数据库 可优选地嵌入锂硫电池/充电器系统本身或负栽绘图设备内。这些查询表 针对各种类型的锂硫电池，将处于各种周围环境温度下的电池单元电阻 ("CR")和电池的年龄例如对比于荷电状态("S0C")相关联。与其它普通的电池系统不同，锂硫电池包括阴极，该阴极的活性化学 材料在放电期间经历一系列氧化还原反应。这些反应涉及从较高多硫化合 物(例如，Li2S8)到中间多硝/(匕合物、然后再到较^f氐多硫^f匕合物(例如， Li2S)的多硫化合物的还原。锂石克电池单元的这种电化学特性导致放电期 间的电解液中的遂二渐电阻变化，其不在其它普通的电池系统中发生。电池 单元电阻("CR")的这种变化可以用来准确地确定锂硫电池的荷电状态， 如下所述。参考图1，已知类型的锂硫电池10与测量系统100—起示出，测量 系统100包括电压表6、电^^5以及热电偶7。当电池充电继电器4被 激活时，电源3能够用于给电池10充电。阻塞二极管8用于限制电流流 动的方向，使得在充电期间电流仅从电源3向电池10流动。当电池放电 继电器11被激活时，电池10可通过设备或负载12和阻塞二极管13放电。 图1中的电路既能够用来创建本专利技术的用于电池的查询表，又能够4吏用这 些表来确定电池的荷电状态和年龄。计算机1通过信号接口 2接收来自电压表6的电压测量值。计算机1 还通过该信号接口 2接收来自热电偶7的电池温度测量值以及来自电流表 5的电流测量值。计算机1还通过信号接口 2来控制电池放电继电器4和电池放电继电器11的开关状态。计算机1可以优选地为专用集成芯片(ASIC芯片)，其可以是并入到电池10中的独立芯片或者可以并入到负 载12中(例如需要从电池10供电的膝上型计算机)。信号接口2可以优 选地为系统管理总线(SM总线)，其为控制接口。电源3可以优选地为充 电器系统，而电流表5和电压表6优选地不是独立设备，而优选地是电子 电路。图1所示的测量系统100能够用来创建针对如下具体类型的锂石克电池 的电池单元电阻("CR")对比于荷电状态("S0C")的查询表。首先，电 池充电继电器4被激活而电池放电继电器11则被失活。接下来，在使用 电压表6来监视iiA电池10的充电电压的同时，通过增加电源3的输出 电流，电池10以初始恒定电流("1。")例如500毫安被充电。电池10以 该恒定电流充电，直到电压表6所测得的电池上的电压到达最大允许电压 ("VMax")。例如，电池制造商基于安全考虑来确定VMax。针对锂硫电池的 V吣的典型值是每电池单元2.5伏特。对于由多个串联连接的电池单元构 成的电池10而言，VMax(Battery)-VMax(Cell)* N，其中N为串联连接的电池单元 数。当到达V^时，充电继续并钳位于这个恒定电压VMax,并且充电电流 因此减小。该步骤通常被称为渐减充电。当输入电流减小到某点时，例如 减小到初始恒定电流("I。")的20%以下时，正纟皮充电的电池单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于创建针对具体类型的锂硫电池的电池单元电阻对比于荷电状态的查询表并确定该电池容量的方法，所述方法包括以下步骤：　　　　ａ）对所述电池进行充电，直到所述电池上的电压增加到预定的最大电压；　　　　ｂ）继续对处于所述预定最大电压的所述电池充电，直到对所述电池的输入电流减小到预定最小电流；　　　　ｃ）针对所述电池测量电池单元电阻，所述电池单元电阻被定义为针对所述具体类型的锂硫电池的处于１００％荷电状态的电池单元电阻；　　　　ｄ）记录处于１００％荷电状态的所述电池单元电阻；　　　　ｅ）以放电速率将所述电池放电至预定的较低截止电压并记录放电时段；　　　　ｆ）用所述放电速率积分所述放电时段并存储结果，所述积分结果被定义为针对所述具体类型的锂硫电池的电池容量；　　　　ｇ）针对所述电池测量电池单元电阻，所述电池单元电阻被定义为针对所述具体类型的锂硫电池的处于０％荷电状态的电池单元电阻；　　　　ｈ）记录处于０％荷电状态的所述电池单元电阻；　　　　ｉ）以所述电池容量的预定百分比对所述电池充电，使得当前的电池荷电状态超过先前的电池荷电状态；　　　　ｊ）针对所述电池测量电池单元电阻，所述电池单元电阻被定义为针对所述具体类型的锂硫电池的处于所述当前荷电状态的电池单元电阻；　　　　ｋ）记录处于当前荷电状态的所述电池单元电阻；　　　　ｌ）重复所述步骤（ｉ）、（ｊ）和（ｋ），直到所述电池的当前荷电状态等于针对所述具体类型的锂硫电池的所述电池容量；以及　　　　ｍ）针对从０％到１００％的荷电状态值，创建电池单元电阻对比于荷电状态的所述查询表。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：特蕾西E凯莱，查里克莱亚斯科尔迪利斯凯利，文森特J普利西，
申请(专利权)人：赛昂能源有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]