[发明专利]用于估计二次电池的参数的设备和方法

说明书

技术领域

本公开涉及一种用于估计指示随二次电池的充电或放电而改变的二次电池的电化学性质的、诸如二次电池的开路电压或荷电状态的参数的设备和方法。

本申请要求于2012年12月3日在大韩民国提交的韩国专利申请号10-2012-0139050和于2013年12月3日在大韩民国提交的韩国专利申请号10-2013-0149258的优先权，其公开内容被通过引用结合到本文中。

背景技术

电池是通过电化学氧化和还原反应而产生电能的设备，并具有大范围的各种应用。例如，电池的应用逐渐地扩展至诸如移动电话、膝上型计算机、数字式照相机、摄像机以及电动工具的手持式便携设备的电源；诸如电动自行车、电动摩托车、电动车辆、混合动力车辆、电动船以及电动飞行器的各种类型的电动装置；储能系统，用来储存在发电厂中通过新可更新能源产生的能量或过剩能量；以及不间断电源，用于到包括服务器计算机和用于无线通信的基站的各种信息和通信设备的稳定的功率供应。

电池包括三个基本元件：一个是阳极，包括在放电期间发射电子的同时氧化的材料，另一个是阴极，包括在放电期间接受电子的同时还原的材料，并且另一个是允许离子在阳极与阴极之间移动的电解质。

可将电池分类成在放电之后不能再使用的一次电池以及由于至少部分地可逆的电化学反应而可以反复地充电和放电的二次电池。

作为二次电池，已知铅酸电池、镍镉电池、镍锌电池、镍铁电池、银氧化物电池、镍金属氢化物电池、二氧化锌锰电池、锌溴电池、金属-空气电池以及锂二次电池。其中，锂二次电池具有比其他二次电池更高的能量密度、更高的电池电压以及更长的寿命，并且由于这些原因而在商业方面吸引了最大的注意。

锂二次电池具有在阴极和阳极处发生锂离子的嵌入和脱嵌反应的特性。也就是说，在放电期间，从包括在阳极中的阳极材料脱嵌的锂离子通过电解质而移动至阴极并嵌入包括在阴极中的阴极材料中，并且在充电期间反之亦然。

在锂二次电池中，由于被用作阴极材料的材料显著地影响二次电池的性能，所以已进行了提供在在高温下保持稳定性的同时具有高能量容量以及具有低制造成本的阴极材料的各种尝试。然而，仅一个阴极材料的使用在满足所有工业性能标准方面具有限制。

最近随着对化石燃料的耗尽和空气污染的关注的增长，对生态友好的能量的需求急剧增加。在此背景下，发达国家正在加速诸如电动车辆之类的电力驱动车辆或由从二次电池供应的电能供电和运行的混合动力车辆的商业化。

当电力驱动车辆运行时，二次电池的荷电状态(SOC)是估计电力驱动车辆的剩余驾驶距离并控制二次电池的充电或放电的开始和结束所需的参数。

通过测量二次电池的开路电压可正确地估计二次电池的SOC。这是因为二次电池的SOC与二次电池的开路电压具有一对一关系。然而，不可能在二次电池的充电或放电期间测量二次电池的开路电压。

因此，按照惯例，使用能够用二次电池的温度和电压来映射开路电压的复杂数学模型或实验获得的查找表来估计二次电池的开路电压。

然而，前一种方法具有要求复杂的计算的缺点，并且后一种方法具有当在动态条件下在二次电池的充电或放电期间应用时准确度降低的缺点。特别地，在电动车辆或混合动力车辆的情况下，当驾驶员使加速踏板工作时，二次电池以快速变化的放电速率(C速率)放电，并且当驾驶员使制动踏板工作时，二次电池执行再生充电，并且此过程重复。因此，需要一种在二次电池的动态使用环境中方便地且正确地估计二次电池的SOC的新方法。

发明内容

技术问题

本公开被设计成解决现有技术的问题，并且因此，本公开旨在提供一种用于在二次电池的动态使用期间方便地且正确地估计二次电池的开路电压和/或荷电状态(SOC)的设备和方法。

并且，本公开旨在提供一种在考虑市场中的二次电池所需的改善性能的情况下方便地且正确地估计由于包括在其中的至少两个阴极材料的混合阴极材料而展示出独有电化学性质的二次电池的开路电压和/或SOC的设备和方法。

技术解决方案

为了实现上述目的，根据本公开的一方面的用于估计二次电池的参数的设备包括：传感器装置，其用于当以充电电流增加至峰值且然后减小的模式对二次电池充电时在充电电流减小的同时测量多个电流电压数据；以及控制装置，其用于从传感器装置接收所述多个电流电压数据的输入，根据所述多个电流电压数据来计算表示电流与电压之间的相互关系的线性近似等式，并估计线性近似等式的Y截距作为二次电池的开路电压。

优选地，该控制装置此外可根据估计的开路电压来估计二次电池的荷电状态(SOC)。