包括基于反库仑效率的二次电化学单元异常检测和/或过充电防止的方法、装置和系统制造方法及图纸

检测二次(可再充电)电化学单元(例如二次电池和多电池二次电池组)中的异常和/或对二次电化学单元进行过充电保护的方法。在一些实施例中，这些方法基于被称为“反库仑效率”(RCE)的健康度量，该健康度量基于这样的原理，即，在再充电期间被添加到二次电化学单元的最大电荷量应该等于自最近的完全充电状态以来从二次电化学单元释放的净电荷量。基于RCE的健康度量可用于预测二次电化学单元中的会导致例如过热、爆炸和性能不佳等的异常。还公开了用于实现基于RCE的异常检测和/或过充电保护的装置和系统。护的装置和系统。护的装置和系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括基于反库仑效率的二次电化学单元异常检测和/或过充电防止的方法、装置和系统
[0001]相关申请数据
[0002]本申请要求于2020年12月22日提交的、标题为“Methods,Apparatuses,and Systems That Include Battery or Electrochemical Cell Overcharge Detection and Prevention Based on Reverse Coulombic Efficiency”的美国临时专利申请序列号63/128,918的优先权权益，该美国临时专利申请通过引用以其整体并入本文。
专利

[0003]本专利技术总体上涉及电池组(battery)管理领域。特别地，本专利技术涉及包括基于反库仑效率(reverse coulombic efficiency)的二次电化学单元异常检测和/或过充电防止的方法、装置和系统。
[0004]背景
[0005]使用锂金属阳极的可再充电电池组或二次电池组容易被过充电，因为在反复镀锂和剥离锂的过程中会形成/生长锂枝晶/苔藓状锂，如果处理不当，会导致电池(cell)爆炸。传统上，当电池在正常循环条件下被过充电或在放电期间短路时，电池循环停止，以防止电池爆炸。然而，这些方法只能检测严重的过充电和内部短路情况，这可能为时已晚，无法防止灾难性后果。
[0006]概述
[0007]在一个实施方式中，本公开涉及一种管理二次电化学单元的方法。该方法包括：在当前充电循环开始时，使充电电路将电荷添加到二次电化学单元；自动确定在当前充电循环期间通过充电电路添加的累积电荷(acumulative charge)；自动评估所添加的累积电荷是否使基于反库仑效率(RCE)的健康度量违反基于RCE的限制；以及当基于RCE的健康度量违反了基于RCE的限制时，自动使物理组件采取预定动作，该预定动作是基于RCE的限制的函数。
[0008]在另一实施方式中，本公开涉及一种装置或系统，该装置或系统包括：存储器，该存储器包含用于执行管理二次电化学单元的方法的机器可执行指令；和一个或更多个处理器，该一个或更多个处理器与存储器可操作地通信，其中该一个或更多个处理器被配置成执行计算机可执行指令，使得该装置或系统执行该方法。该方法包括：在当前充电循环开始时，使充电电路将电荷添加到二次电化学单元；自动确定在当前充电循环期间通过充电电路添加的累积电荷；自动评估所添加的累积电荷是否使基于反库仑效率(RCE)的健康度量违反基于RCE的限制；以及当基于RCE的健康度量违反了基于RCE的限制时，自动使物理组件采取预定动作，该预定动作是基于RCE的限制的函数。
[0009]在又一个实施方式中，本公开涉及一种计算机可读存储介质，其包含用于执行管理二次电化学单元的方法的机器可执行指令。该方法包括：在当前充电循环开始时，使充电电路将电荷添加到二次电化学单元；自动确定在当前充电循环期间通过充电电路添加的累积电荷；自动评估所添加的累积电荷是否使基于反库仑效率(RCE)的健康度量违反基于RCE
的限制；以及当基于RCE的健康度量违反了基于RCE的限制时，自动使物理组件采取预定动作，该预定动作是基于RCE的限制的函数。
[0010]附图简述
[0011]出于说明的目的，附图示出了本公开的一个或更多个实施例的方面。然而，应当理解，本公开不限于附图中所示的精确布置和工具，其中：
[0012]图1A是在包括好电池和坏电池的121个二次电池的示例数据集中，跨所有循环的发生频率与充电结束“反库仑效率”(RCE)健康指数值的关系图；
[0013]图1B是图1A数据的召回率(recall)和精确率(precision)百分比与充电结束RCE距100％(完全充电)的偏差的关系图，示出了充电结束RCE值的常态窗口的示例选择；
[0014]图2是在每个放电循环后未完全再充电的示例电池在多个充电/放电循环和时间上的充电状态(SOC)图，示出了净放电的度量；
[0015]图3A是第一测试电池的充电结束RCE健康指数与循环编号(cycle number)的关系图，如使用RCE健康指数的常态范围100％
±
2％所确定的，该第一测试电池在大约135个循环处经历异常，其中，该异常是这样一类异常，其使得电池在再充电时接受的电荷量超过自最近的完全充电状态以来释放的净放电电荷量；
[0016]图3B是与图3A的数据相对应的充电容量与循环编号的关系图；
[0017]图4A是第二测试电池的充电结束RCE健康指数与循环编号的关系图，如使用RCE的常态范围100％
±
2％所确定的，该第二测试电池在刚好300个循环后经历异常，其中，该异常是这样一类异常，其使得电池在再充电时接受的电荷量超过自最近的完全充电状态以来释放的净放电电荷量；
[0018]图4B是与图4A的数据相对应的充电容量与循环编号的关系图；
[0019]图5是示出可在二次电化学单元的充电期间执行的示例基于RCE的方法的流程图；
[0020]图6A是第三测试电池的充电容量和容量保持率(capacity retention)中的每一个与循环编号的关系图，该第三测试电池被测试以示出充电结束RCE值的移动平均差(difference
‑
in
‑
moving
‑
averages，DMA)分析的应用；
[0021]图6B是图6A的二次测试电池的充电结束RCE值、DMA值和相关DMA数据与循环编号的关系图，示出了DMA分析比严格的RCE分析更早检测到异常的能力的示例；
[0022]图6C是在121个测试电池上执行的许多测试循环内的发生频率与DMA值的关系图，示出了用于为基于RCE的限制确定一个DMA值的DMA值分布；
[0023]图7A是第四测试电池的充电容量和容量保持率中的每一个与循环编号的关系图，该第四测试电池被测试以示出充电结束RCE值的DMA分析的另一个应用；
[0024]图7B是图7A的二次测试电池的充电结束RCE值、DMA值和相关DMA数据与循环编号的关系图，示出了DMA分析比严格的RCE分析更早检测到异常的能力的另一个示例；
[0025]图8是RCE健康指数与循环编号的关系图，示出了一个示例，其中测试电化学电池在相对早期的充电循环中经历了RCE值的振荡，之后RCE健康指数值稳定在100％左右，然后在后来的循环中大大超过102％；
[0026]图9是RCE健康指数与循环编号的关系图，示出了一个示例场景，其中多于一个的基于RCE的限制可用于修复电化学单元；
[0027]图10是示出对包括修复协议的二次电化学单元充电的示例方法的流程图；
[0028]图11是示出实现本公开的至少一个基于RCE的方法的各种系统的高级框图；以及
[0029]图12是示出实现本公开的任何一个或更多个基于RCE的方法的示例计算系统的高级框图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种管理二次电化学单元的方法，所述方法包括：在当前充电循环开始时，使充电电路将电荷添加到所述二次电化学单元；自动确定在当前充电循环期间通过所述充电电路添加的累积电荷；自动评估添加的累积电荷是否使基于反库仑效率(RCE)的健康度量违反基于RCE的限制；以及当所述基于RCE的健康度量违反了所述基于RCE的限制时，自动使物理组件采取预定动作，所述预定动作是所述基于RCE的限制的函数。2.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述基于RCE的健康度量违反了所述基于RCE的限制时，自动使所述充电电路停止将电荷添加到所述二次电化学单元。3.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述基于RCE的健康度量违反了所述基于RCE的限制时，自动使微处理器标记所述二次电化学电池以进行更换。4.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述基于RCE的健康度量违反了所述基于RCE的限制时，自动使电池组管理系统禁止所述二次电化学单元的使用。5.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述基于RCE的健康度量低于上限但高于修复阈值时，将所述二次电化学单元识别为处于可修复或潜在可修复状态。6.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述基于RCE的健康度量小于下限时，自动使微处理器将所述二次电化学单元标记为具有异常。7.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述基于RCE的健康度量在常态窗口之外时，使电池组管理系统限制所述二次电化学单元的使用。8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述二次电化学单元是电池，并且使电池组管理系统限制使用包括使所述电池组管理系统降低所述电池的上截止电压。9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述二次电化学单元是多电池电池组，并且使电池组管理系统限制使用包括使所述电池组管理系统将负载重新分配到所述多电池电池组的一个或更多个其他电池。10.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述基于RCE的健康度量在常态窗口之外时，使电池组管理系统改变所述二次电化学单元的一个或更多个循环参数。11.根据权利要求1所述的方法，其中：所述基于RCE的限制是RCE常态窗口的上限；自动评估所述添加的累积电荷是否使所述基于RCE的健康度量违反所述基于RCE的限制包括确定所述基于RCE的健康度量是否大于所述上限；以及当所述基于RCE的健康度量大于所述上限时，自动使充电电路停止将电荷添加到所述二次电化学设备。12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述基于RCE的健康度量是充电结束RCE值。13.根据权利要求11所述的方法，还包括自动使微处理器标记所述二次电化学电池以进行更换。14.根据权利要求11所述的方法，还包括自动使电池组管理系统禁止所述二次电化学单元的使用。15.根据权利要求1所述的方法，其中：所述基于RCE的限制是RCE常态窗口的上限；
自动评估所述添加的累积电荷是否使所述基于RCE的健康度量违反所述基于RCE的限制包括确定所述基于RCE的健康度量是否大于所述上限；以及当所述基于RCE的健康度量大于所述上限时，自动使RCE块将所述上限减小到修复上限。16.根据权利要求1所述的方法，其中：所述基于RCE的限制是RCE常态窗口的下限；自动评估所述添加的累积电荷是否使所述基于RCE的健康度量违反所述基于RCE的限制包括确定所述基于RCE的健康度量是否小于所述下限；以及当所述基于RCE的健康度量小于所述下限时，自动使微处理器将所述二次电化学单元标记为具有异常。17.根据权利要求1所述的方法，其中：所述基于RCE的限制是RCE常态窗口；评估所述添加的累积电荷是否使所述基于RCE的健康度量违反所述基于RCE的限制包括确定所述基于RCE的健康度量是否在所述常态窗口之外；以及当所述基于RCE的健康度量在所述常态窗口之外时，使电池组管理系统限制所述二次电化学单元的使用。18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述二次电化学单元是电池，并且使电池组管理系统限制使用包括使所述电池组管理系统降低所述电池的上截止电压。19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述二次电化学单元是多电池电池组，并且使电池组管理系统限制使用包括使所述电池组管理系统将负载重新分配到所述多电池电池组的一个或更多个其他电池。20.根据权利要求1所述的方法，其中：所述基于RCE的限制是RCE常态窗口；评估所述添加的累积电荷是否使所述基于RCE的健康度量违反所述基于RCE的限制包括确定所述基于RCE的健康度量是否在所述常态窗口之外；以及当所述基于RCE的健康度量在所述常态窗口之外时，使电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：麦伟杰，甘宏，
申请(专利权)人：麻省固能控股有限公司，
类型：发明
国别省市：