【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开整体涉及一种用于电化学电池单元的退化诊断的方法。
技术介绍
1、对减少重型车辆(诸如卡车和共同汽车)的排放以及提高燃料经济性的努力已经带来包括使用一个或多个电机的推进系统的车辆的发展。这些电机可以由需要在指定充电站或区域充电的能量存储装置供电，该能量存储装置诸如包括二次锂离子电池的能量存储装置。这类车辆的示例包括混合动力电动车辆(hev)、插电式混合动力电动车辆(phev)和电池电动车辆(bev)。
2、用于车辆的能量存储装置(诸如二次锂离子能量存储装置)由多个单独的电化学电池单元构成。这些电化学电池单元可以通过电化学反应来存储或者释放能量。每个电化学电池单元包括阳极、阴极以及位于阳极与阴极之间的电解质。电解质是电绝缘但离子导电的电解质，从而使得离子能够移动通过电化学电池单元。电化学电池单元还包括布置在阳极与阴极之间的隔板。隔板被构造成容纳电解质并且防止阳极与阴极之间短路。
3、当考虑车辆的总寿命成本时，用于对车辆的电机供电的能量存储装置的使用寿命是一个基本因素。因此，一直在努力增加这类能量存储装置的使用寿命。能量存储装置的使用寿命取决于能量存储装置本身的配置，例如通过选择能量存储装置的组成材料(诸如电解质和/或电活性材料)。能量存储装置的操作方式也会影响使用寿命。换句话说，能量存储装置的使用寿命受到例如其充电和放电方式的影响。例如，较低充电速率一般可以使得能量存储装置老化的风险较低。然而，这又会导致充电过程的持续时间增加，从而可能导致车辆停止服务的时间较长。
4、锂离子电化学电池单元会
5、实际上，在电池单元内的整个电极区域中，退化的程度可能分布得非常不同。在汽车锂离子电池单元中，对于缠绕在体积通常小于0.5l的封装中的每个电极，通常可能有约1m2的电极面积。非均匀或非均质退化会驱使退化越来越快，这会导致电池单元的容量和/或功率损失越来越快。
6、退化最显著的后果之一是锂存量损失(lli)。lli是每个电极处的不同退化速率的结果，这会形成每个电极中锂离子的可用性的不匹配，从而使整个电池单元的可存取容量退化。近年来，许多学术团体已开发出用于通过分析电池单元电压来确定lli和其他退化后果(诸如活性材料损失(lam))的方法。
7、先前已知方法的一个示例依赖于从电化学电池单元中取出电极，取得电极中的每个电极的少量样品，并且形成包括所述样品的微型测试电池单元。所述微型测试电池单元此后经历循环并且记录循环性能。然而，此方法非常耗时，主要是由于用于微型测试电池单元循环的持续时间通常至少花费几个小时。由于电极通常包括由集电器分隔的两层电极活性材料，因而在组装成微型测试电池单元之前，可能还需要采取特定措施。在组装微型测试电池单元之前，必须从集电器移除这些层中的一个层(而不损坏另一个层)以便允许与集电器的正确电连接。这也相当耗时，因此增添了诊断的总持续时间。此外，如果希望研究电化学电池单元的不均匀老化，将必须测试极大量的微型电池，这自然会更加耗时，因此成本也相当高。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是使得能够较快地进行电化学电池单元的退化诊断。
2、所述目的通过所附独立权利要求的主题来实现。
3、根据本公开，提供了一种用于电化学电池单元的退化诊断的方法。该方法包括以下步骤：
4、a)通过使用参考电极，确定针对从电化学电池单元中取出的正电极相对于预选电位标度的第一开路电位，并且确定针对从电化学电池单元中取出的负电极相对于预选电位标度的第二开路电位；
5、b)通过将所确定的第一开路电位与相对于预选电位标度作为针对正电极的电荷的函数的开路电位的第一参考曲线进行比较来获得第一电荷值；
6、c)通过将所确定的第二开路电位与相对于预选电位标度作为针对负电极的电荷的函数的开路电位的第二参考曲线进行比较来获得第二电荷值；
7、d)将第一参考曲线和第二参考曲线布置在共同电荷标度上，使得对于所述共同电荷标度上的第一参考曲线和第二参考曲线，所获得的第一电荷值和所获得的第二电荷值相等；以及
8、e)此后，基于第一参考曲线和第二参考曲线，将剩余容量确定为第一预定义电位限值与第二预定义电位限值之间在所述共同电荷标度上的电荷差。
9、例如，与依赖于电化学电池单元或测试电池单元循环的现有技术方法相比，本专利技术方法显著较快，从而将诊断所需的时间减少到这类现有技术方法所需时间的一小部分。执行该方法的步骤(一次)通常可以在少于一分钟内完成。此外，除了从电化学电池单元中取出电极之外，该方法不需要采取任何特殊措施来制备用于确定开路电位的电极，该特殊措施诸如切割样品或者移除集电器的相对侧上的层中的一个层。替代地，可以通过经由电压表将参考电极连接到集电器的裸露部分来完成与电极的连接，该集电器当布置在电化学电池单元中时已用于提供与电极的电接触。该方法较快并且不需要采取特殊措施的事实也使得该方法非常具有成本效益。此外，该方法较快且简单的事实还使得该方法能够在希望研究潜在的非均质容量损失时被有效地使用。因此，通过使用本专利技术方法，可以显著减少研究电化学电池单元的退化以及了解该电化学电池单元的老化的持续时间。这又有利于用于开发电化学电池单元的替代配置的过程以及/或者电化学电池单元在其预期用于能量存储装置期间的操作控制。
10、根据第一替代方案，所述第一预定义电位限值可以对应于第一参考曲线的上截止电位值，并且所述第二预定义电位限值可以对应于第二参考曲线的上截止电位值。由此，实现了用于确定剩余容量的较快且简单的方法。
11、根据第二替代方案，该方法在步骤d)与步骤e)之间还包括进行以下操作的步骤f)：将所估计的电池单元电压曲线确定为布置在共同电荷标度上的第一参考曲线与第二参考曲线之间的差。在这种情况下，所述第一预定义电位限值可以对应于电化学电池单元在第一充电状态下的第一预标识电压，并且第二预定义电位限值可以对应于电化学电池单元在第二充电状态下的第二预标识电压。由此，可以实现对剩余容量的更准确的确定。这是由于本文中描述的方法的第二替代方案更适合对应于如何在电池单元水平上确定充电状态。
12、不管利用上文给出的第一替代方案和第二替代方案中的哪一者，第一开路电位在正电极上的第一位置处进行确定，并且第二开路电位在负电极的第二位置处进行确定。所述第一位置和所述第二位置可以对应于在取出正电极和负电极之前电化学电池单元内正电极和负电极的公共区。由此，确保针对电化学电池单元内的特定区执行诊断。
13、第一参考曲线可以是第一缩放参考曲线，该第一缩放参考曲线已相对于针对未退化电化学电池单元的正电极的参考曲线进行缩放，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于电化学电池单元(5)的退化诊断的方法，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一预定义电位限值对应于所述第一参考曲线(38)的上截止电位值(E1)，并且所述第二电位限值对应于所述第二参考曲线(36)的上截止电位值(E2)。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法在步骤d)
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述正电极(8)上的第一位置处确定所述第一开路电位，并且在所述负电极(6)上的第二位置处确定所述第二开路电位，所述第一位置和所述第二位置对应于在取出所述正电极和所述负电极(8,6)之前所述电化学电池单元(5)内的所述正电极(8)和所述负电极(6)的公共区。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一参考曲线(38)是第一缩放参考曲线，所述第一缩放参考曲线已相对于针对未退化电化学电池单元(5)的所述正电极(8)的参考曲线进行缩放以考虑所述电化学电池单元(5)中的所估计或预定的活性材料损失，并且所述第二参考曲线(36)是第二缩放参考曲线，所述第二缩放参考曲线已相对于针对未退
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述电化学电池单元(5)已充分放电之后，已从所述电化学电池单元(5)中取出所述正电极和所述负电极(8,6)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中预定的第一参考曲线和第二参考曲线(38,36)各自通过测量相对于所述预选电位标度作为具有与所诊断的所述电化学电池单元(5)相同配置的未退化电化学电池单元(5)的电极的电荷的函数的开路电位来确定，并且任选地随后进行缩放以考虑所估计或预定的活性材料损失。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括通过针对与所述电化学电池单元(5)内的不同区相对应的所述正电极和所述负电极(8,6)上的多个位置重复步骤a)至e)来确定整个所述电化学电池单元(5)的剩余容量分布。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在没有将所述正电极和所述负电极(8,6)的样品组装到测试电池单元的情况下，确定所述第一开路电池单元电位和所述第二开路电池单元电位。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述参考电极(20)包括：
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述多孔隔板(23)的形成所述远侧端部(21)的所述表面的面积小于所述正电极(8)和所述负电极(6)中的任一者的一侧的面积的5％或0.5％。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法由控制装置执行。
13.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中所述参考电极(20)是手动操作的参考电极(20)。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述电化学电池单元(5)是锂离子电池单元。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述预选电位标度是选自由以下各项组成的组的电位标度：Li/Li+标度、LiFePO4/FePO4标度、Li7Ti5O12/Li4Ti5O12标度和LiMn2O4/Li2Mn2O4标度。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于电化学电池单元(5)的退化诊断的方法，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一预定义电位限值对应于所述第一参考曲线(38)的上截止电位值(e1)，并且所述第二电位限值对应于所述第二参考曲线(36)的上截止电位值(e2)。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法在步骤d)
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述正电极(8)上的第一位置处确定所述第一开路电位，并且在所述负电极(6)上的第二位置处确定所述第二开路电位，所述第一位置和所述第二位置对应于在取出所述正电极和所述负电极(8,6)之前所述电化学电池单元(5)内的所述正电极(8)和所述负电极(6)的公共区。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一参考曲线(38)是第一缩放参考曲线，所述第一缩放参考曲线已相对于针对未退化电化学电池单元(5)的所述正电极(8)的参考曲线进行缩放以考虑所述电化学电池单元(5)中的所估计或预定的活性材料损失，并且所述第二参考曲线(36)是第二缩放参考曲线，所述第二缩放参考曲线已相对于针对未退化电化学电池单元(5)的所述负电极(6)的参考曲线进行缩放以考虑所述电化学电池单元(5)中的所估计或预定的活性材料损失。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述电化学电池单元(5)已充分放电之后，已从所述电化学电池单元(5)中取出所述正电极和所述负电极(8,6)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中预定的第一参考曲线和第二参考曲线(38,36)各自通过测量相对于所述预选...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·莱西，M·克勒特赫德森，
申请(专利权)人：斯堪尼亚商用车有限公司，
类型：发明
国别省市：
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