确定锂硫电池的剩余容量的方法及实现该方法的电池组技术

本发明专利技术提供一种使用通过在开路状态下施加恒定电流获得的压降值来确定锂硫电池的剩余容量的方法以及实现该方法的电池组。余容量的方法以及实现该方法的电池组。余容量的方法以及实现该方法的电池组。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】确定锂硫电池的剩余容量的方法及实现该方法的电池组


[0001]本申请要求于2020年10月21日提交的韩国专利申请No.10
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2020
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0136625的优先权的权益，通过引用将其全部内容合并于此。
[0002]本专利技术涉及一种确定锂硫电池的剩余容量的方法以及实现该方法的电池组。

技术介绍

[0003]近年来，随着便携式电子设备、电动车辆和大容量储能系统的发展，对大容量电池的需求正在出现。锂硫电池是使用具有S
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S键(硫
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硫键)的硫基材料作为正极活性材料并使用锂金属作为负极活性材料的二次电池，其优点是作为正极活性材料的主要材料的硫资源很丰富、无毒且原子重量低。
[0004]锂硫电池的理论放电容量为1672mAh/g
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sulfur，理论能量密度为2600Wh/kg，并且锂硫电池的理论能量密度远高于目前正在研究的其他电池系统的理论能量密度，因此作为一种具有高能量密度特性的电池而受到关注。
[0005]典型的锂硫电池包括由锂金属或锂金属合金形成的阳极(负极)和由元素硫或其他电活性硫材料形成的阴极(正极)。
[0006]锂硫电池的阴极处的硫在放电时分两个阶段被还原。在第一阶段，硫(例如元素硫)被还原为多硫化锂(Li2S8、Li2S6、Li2S5、Li2S4)。这些物质大部分可溶于电解质溶液。在第二阶段，多硫化锂被还原为可以沉积在阳极表面的Li2S。相反，在充电期间，Li2S被氧化为多硫化锂(Li2S8、Li2S6、Li2S5、Li2S4)，然后被氧化为锂和硫。
[0007]当锂硫电池的剩余容量(SOC)为70％时，多硫化锂呈现最大值，之后其减少。根据该机制，当剩余容量(SOC)为70％时，锂硫电池的电化学反应发生变化，并且如图1所示，锂硫电池的OCV或操作电压与剩余容量彼此不成比例。
[0008]因此，与因为电压根据放电量不断降低而仅通过测量电压来确定剩余容量的典型锂离子电池不同，锂硫电池具有当剩余容量小于70％时仅通过测量电压无法可靠地确定剩余容量的特性。
[0009]作为解决这些问题的常规技术，已知一种通过引入复合建模来推导内阻的方法、一种通过光学方法来监测电解质特性的变化的方法等。
[0010]然而，在如上所述的常规技术的情况下，估计剩余容量的方法看起来不仅复杂，而且剩余容量估计的精度不够。
[0011][现有技术文件][0012][专利文件][0013]韩国专利公开No.10
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2018
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0041149

技术实现思路

[0014][技术问题][0015]构思本专利技术来解决上述现有技术的问题，因此，本专利技术的目的是提供用于确定锂
硫电池的剩余容量的方法以及实现该方法的电池组，该方法能够以简单的方式可靠地确定锂硫电池中的剩余容量。
[0016][技术方案][0017]为了实现上述目标，
[0018]本专利技术提供一种确定锂硫电池的剩余容量的方法，包括以下步骤：
[0019]a)在开路状态下向电池施加恒定电流之后，在0.01至0.3秒的范围内的任一点处测量初始压降值dV；
[0020]b)在施加恒定电流之后，在0.5秒至20秒的范围内的任一点处测量后续压降值dV2；
[0021]c)通过以下等式1计算附加压降值dV3；
[0022]d)通过以下等式2计算X的值；以及
[0023]e)根据X值确定电池的剩余容量(SOC、充电状态)：
[0024][等式1][0025]dV3＝dV2
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dV1
[0026][等式2][0027]X＝dV1
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dV3
[0028]此外，
[0029]本专利技术提供一种具有锂硫电池的电池组，包括，
[0030]恒流源，其用于向电池施加恒定电流；
[0031]测量部，其用于测量电池的电压和电流；
[0032]控制部，其用于控制恒流源和测量部；以及
[0033]算术部，其用于通过计算在测量部中测量的电压和电流值来确定电池的剩余容量，
[0034]其中，在确定电池的剩余容量时，
[0035]控制部在开路状态下从恒流源向电池施加恒定电流，并控制测量部在施加恒定电流之后的0.01至0.3秒的范围内的任一点处和在施加恒定电流之后的0.5至20秒的范围内的任一点处测量电压，以及
[0036]算术部根据电压测量值计算0.01至0.3秒的范围内的任一点处的压降值dV1和0.5至20秒的范围内的任一点处的压降值dV2，然后根据以下等式1和等式2计算dV3和X值，并根据X值计算电池的剩余容量：
[0037][等式1][0038]dV3＝dV2
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dV1
[0039][等式2][0040]X＝dV1
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dV3
[0041][有益效果][0042]本专利技术的用于确定锂硫电池的剩余容量的方法提供了以简单方式可靠地确定锂硫电池的剩余容量的效果。具体而言，即使剩余容量为70％以下，本专利技术也提供以高准确性确定剩余容量的效果。
[0043]此外，本专利技术的电池组通过实现上述方法提供扩大锂硫电池的应用目标和提高使
用方便性的效果。
附图说明
[0044]图1是示出OCV或操作电压与锂硫电池的剩余容量之间关系的曲线图。
[0045]图2是示出在锂硫电池的70％以下的SOC施加高输出脉冲(恒定电流)时出现的压降随时间变化的方面的曲线图。
[0046]图3是示出向锂硫电池施加高输出脉冲(恒定电流)时，初始压降dV1和附加压降dV3的总和、差值以及SOC随时间的关系的曲线图。
[0047]图4是示出向锂硫电池施加高输出脉冲(恒定电流)时，在每个SOC中单体的电压随时间变化的曲线图。
[0048]图5是示出根据通过向锂硫电池施加高输出脉冲(恒定电流)所获得的附加压降值dV3的测量时间点的、X值与SOC之间的关系的曲线图。
[0049]图6是示出根据通过向锂硫电池施加高输出脉冲而根据每个高输出脉冲获得的附加压降值dV3的测量时间点的、X值与SOC之间的关系的曲线图。
[0050]图7是示出X值与SOC之间的关系并分别示出和比较SOC拟合曲线的曲线图，该关系通过在锂硫电池的每个剩余容量(SOC)下施加高输出脉冲(恒定电流，1.0C)、然后在0.1秒的时间点测量初始压降值dV1、并在5秒的时间点测量后续压降值dV2来获得X值而获得。
[0051]图8示意性地示出根据本专利技术一个实施例的电池组的示例。
[0052]图9示意性地图示根据本专利技术一个实施例的剩余容量(SOC)的估计逻辑电路的示例。
具体实施方式
[0053]下面将参照附图详细描述本专利技术的优选实施例。描述本专利技术之前要说明的是，如果确定相关已知功能和配置的详细描述会不必要地混本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种确定锂硫电池的剩余容量的方法，包括以下步骤：a)在开路状态下向所述电池施加恒定电流之后，在0.01至0.3秒的范围内的任一点处测量初始压降值dV1；b)在施加所述恒定电流之后，在0.5秒至20秒的范围内的任一点处测量后续压降值dV2；c)通过以下等式1计算附加压降值dV3；d)通过以下等式2计算X的值；以及e)根据X值确定所述电池的剩余容量(SOC、充电状态)：[等式1]dV3＝dV2
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dV1[等式2]X＝dV1
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dV3。2.根据权利要求1所述的确定锂硫电池的剩余容量的方法，其中，在0.5C至2.0C下施加所述恒定电流。3.根据权利要求1所述的确定锂硫电池的剩余容量的方法，其中，所述恒定电流的施加能够通过在所述电池的操作期间产生的恒定电流来执行；或者能够从单独的恒流源执行；或者通过在所述电池的操作期间产生的恒定电流和所述单独的恒流源复合地执行。4.根据权利要求1所述的确定锂硫电池的剩余容量的方法，其中，当所述电池的剩余容量为70％以下时应用所述方法。5.根据权利要求3所述的确定锂硫电池的剩余容量的方法，其中，当所述电池剩余容量超过70％时，通过所述电池的开路电压(OCV)值来确定所述电池的剩余容量。6.根据权利要求1所述的确定锂硫电池的剩余容量的方法，其中，所述方法确定剩余容量，同时通过以下方法来补充剩余容量的确定：通过测量所述电池的电压来检测所述电池的剩余容量的电压方法；通过对电压和电流进行测量和积分来获得所述电池的剩余容量的积分方法；或者一起使用所述电压方法和所述积分方法的方法。7.根据权利要求1所述的确定锂硫电池的剩余容量的方法，其中，通过根据剩余容量预先获得每个X值并将每个X值用作参考来确定所述电池的剩余容量。8.一种具有锂硫电池的电池组，包括，恒流源，所述恒流源用于向所述电池施加恒定电流；测量部，所述测量部用于测量所述电池的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：金奉洙，申东析，金泽京，
申请(专利权)人：株式会社LG新能源，
类型：发明
国别省市：