[发明专利]用于估算包含混合正极材料的二次电池的充电状态的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及估算二次电池的SOC的方法和设备。

本发明主张2012年6月13日在韩国提交的韩国专利申请10-2012-0063332号和2013年3月15日在韩国提交的韩国专利申请10-2013-0028286号的优先权，通过参考将其内容并入本文中。

背景技术

电池通过氧化和还原反应产生电能并以多种方式被广泛应用。例如，电池应用于：便携式装置如移动电话、膝上型电脑、数字照相机、摄像机、台式计算机和电动工具；电动设备如电动自行车、摩托车、电动车辆、混合动力车辆、电动轮船和电动飞机；电力存储装置，所述电力存储装置用于存储由新再生能源产生的电力或发电站的剩余能量；用于向各种信息通信装置如服务器计算机和通信用基站稳定供应电力的不间断电源等。

电池包括三种基本组件：负极，所述负极包含在放电期间发射电子同时被氧化的材料；正极，正极包含在放电期间接受电子同时被还原的材料；和电解质，所述电解质使得运行离子在负极与正极之间迁移。

电池可以分为：原电池，所述原电池在放电之后不能再使用；和二次电池，所述二次电池允许重复充电和放电，因为其电化学反应至少部分可逆。

如同本领域所熟知的，二次电池包括铅酸电池、镍-镉电池、镍-锌电池、镍-铁电池、氧化银电池、镍金属氢化物电池、锌-锰氧化物电池、锌-溴化物电池、金属-空气电池、锂二次电池等。其中，锂二次电池由于其比其他二次电池具有更高的能量密度、更高的电池电压和更长的寿命循环而引起了极大关注。

在锂二次电池中，用作正极材料的材料大大影响二次电池的性能。因此，为了提供具有高温稳定性、大能量容量、长寿命和低制造成本的正极材料，已经进行了各种尝试。

发明内容

技术问题

本发明涉及提供：混合正极材料，所述混合正极材料可以通过混合至少两种正极材料弥补个体正极材料的不足；和用于对包含所述混合正极材料的二次电池的SOC进行估算的设备和方法。

技术方案

在本发明的一个方面中，提供一种用于对二次电池的充电状态(SOC)进行估算的设备，所述二次电池包括：正极，所述正极具有包含具有不同运行电压范围的第一正极材料和第二正极材料的混合正极材料；具有负极材料的负极；和隔膜，所述隔膜用于将所述正极与所述负极隔开，所述设备包括：传感器，所述传感器被构造为对起始放电电压和在将二次电池放电预定时间时的最终放电电压进行测量；和控制单元，所述控制单元被构造为通过使用二次电池的起始放电电压和最终放电电压与SOC之间的预定关系对二次电池的与测定的起始放电电压和测定的最终放电电压相对应的SOC进行估算。

在实施方案中，起始放电电压可以为在处于无负载状态的二次电池进入接通状态之后立即测定的电压且最终放电电压可以为处于接通状态的二次电池在接通放电预定时间之后测定的电压。下文中，将前一种电压称作接通电压，并将后一种电压称作接通放电电压。另外，处于接通状态的二次电池的放电称作接通放电。接通点可以在处于无负载状态的二次电池的电压达到平衡状态电压之前。

当二次电池处于无负载状态时，二次电池的SOC会落在因在第一正极材料和第二正极材料之间迁移运行离子而造成电压松弛现象的范围内。在此情况中，尽管二次电池处于无负载状态，但二次电池的电压会在遵循由SOC确定的电压松弛曲线逐渐改变，直至达到平衡状态电压。

电压松弛曲线可以具有拐点并成形为具有基于拐点变化的弯曲状。平衡状态电压表示在二次电池电化学稳定时的电压，由此电压基本不变并会与开路电压相对应。二次电池的电压达到平衡状态电压所花费的时间可以为几十秒到几小时，取决于二次电池的SOC、二次电池的温度等。

接通放电指的是在二次电池进入接通状态时在二次电池电连接到负载时所造成的放电。

在实施方案中，可以将预充电电容器设置在二次电池与负载之间。预充电电容器并联连接在二次电池与负载之间，且当将二次电池连接到负载时，预充电电容器防止冲流(rush current)施加到负载。

如果实施接通放电，则对预充电电容器进行充电，且如果预充电电容器完成充电，则放电电流从二次电池流到负载。

在相关领域中，将接通放电称作预充电。

如果发生接通放电，则弱放电电流(例如小于1C)从二次电池流到负载。另外，将接通放电保持短的时间如几秒到几十秒。如果造成接通放电，二次电池的电压会从接通电压下降并持续短的时间，返回电压松弛曲线并随电压松弛曲线变化。