[发明专利]监测和平衡串联布置的锂硫电池中的容量

说明书

一种用于监测在串联布置的多个锂硫电池中的至少两个电池或电池模块A和B之间的相对容量和荷电状态的装置，包括：计时器；电压监测模块，其被配置为基于从电压监测电路接收到的信号来监测在串联布置的锂硫电池或电池模块中的每一个的两端的电压降；以及电池监测模块，其与计时器和电压监测模块耦合，并且被配置为在以恒定电流对电池进行充电的充电循环期间：记录引领充电的第一电池即电池A的监测电压在监测电压的变化率可测量地增加时达到被设置在充电的最高点附近的第一电压V₁(电池A)时的时间戳T₁(电池A)；记录跟随充电的电池B的监测电压达到第一电压V₁(电池A)时的时间戳T₁(电池B)；记录引领电池A的监测电压达到被设置为实质上在充电的认定最高点处的第二电压V₂(电池A)时的时间戳T₂(电池A)；在T₂(电池A)记录跟随的电池B的监测电压V₂(电池B)；以及至少基于T₁(电池A)、T₁(电池B)、V₂(电池A)和V₂(电池B)来确定指示在电池A与电池B之间的相对容量差的度量。

技术领域

本公开涉及用于监测和平衡串联布置的锂硫电池中的容量的装置、方法和计算机程序产品。本公开还涉及用于监测和平衡串联布置的锂硫电池中的电荷和容量的蓄电池管理系统或能量系统控制器。

背景技术

虽然锂离子二次电池如今已被大量生产并在普遍使用中，但是锂硫(Li-S)是具有比锂离子高5倍的理论能量密度的下一代电池化学物质，可以为一系列应用更好地用作电化学能量存储。

典型的锂-硫电池包括由锂金属或锂金属合金形成的阳极(负电极)和由元素硫或其他电活性硫材料形成的阴极(正电极)。硫或其它电活性含硫材料可以与诸如碳的导电材料混合以提高它的导电性。通常，碳和硫被研磨，且然后与溶剂和粘合剂混合以形成浆料。浆料被涂敷到集电器，且然后被干燥以除去溶剂。因而得到的结构被压延以形成复合结构，其被切割成期望的形状以形成阴极。将分离器放置在阴极上并将锂阳极放置在分离器上。然后将电解质引入组装好的电池中以润湿阴极和分离器。

锂硫电池是二次电池。当锂硫电池放电时，阴极中的硫在两个阶段中被还原。在第一阶段中，硫(例如元素硫)被还原成多硫化物物质S_n^2-(n≥2)。这些物质通常可溶于电解质中。在放电的第二阶段中，多硫化物物质被还原成硫化锂(Li₂S)，其可以沉积在阳极的表面上。

锂-硫电池可以通过向电池施加外部电流来被(再)充电。典型地，电池被充电至例如2.35V的固定截止电压。当电池被充电时，两阶段机制相反地出现，硫化锂被氧化成多硫化锂，且其后被氧化成锂和硫。在锂-硫电池的放电和充电分布曲线中都可以看到这种两阶段机制。因此，当锂-硫电池被充电时，在充电的第一阶段中，电压在长平稳时期期间保持相对恒定。然后，当电池在充电的第一阶段到第二阶段之间转变时(其出现在充电的最高点附近)，电压的变化率可测量地增加。

这种可再充电的二次电池(例如锂离子或Li-S)、尤其是其电池组(多个蓄电池)的使用——为了用所存储的电化学能量对它们进行充电用于以后的放电和使用的目的——在一系列应用(包括汽车、海运业和其他车辆应用)中、在家用和不间断能源供应中、以及在从间歇和可再生电源产生的能量的储存中变得日益重要，用于在国内和并网电力网络中的需求和负载整平。

为了有效地支持在这些应用中的能量储存和使用，最大化电池组中的电池的有效容量和使用寿命并且管理电池的充电和放电循环以优化性能是所期望的。