[发明专利]用于评估电化学电池质量的系统和方法

说明书

用于测量电化学电池中的内部故障的方法和系统。一种用于检测电化学电池中的内部故障的方法包括测量第一电化学电池和第二电化学电池的公共的端子之间的电压差或电压差变化率。测量是时间测量。基于测量接受第一电化学电池或第二电化学电池，或者基于测量电化学电池的内部故障拒绝第一电化学电池或第二电化学电池。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年11月10日提交的美国临时专利申请序列号62/420,053的优先权，其通过引用整体并入本文。

政府赞助声明

本公开根据由美国导弹防御局颁发的合同号HQ014715C8004在政府支持下进行。政府拥有本发明中的某些权利。

技术领域

本公开一般而言涉及对电化学电池的评估，诸如评估是否存在一个或多个内部故障，并且更特别地涉及为了检测电化学电池中的内部短路而对电池进行的评估。

背景技术

锂离子电池被用作从消费者电子设备到HEV/PHEV/EV动力传动系统(drivetrain)的广泛应用中的电源。与这种蓄电池化学相关联的安全风险包括由电池中的内部短路引发的灾难性电池故障的可能性。为了降低这种安全故障的可能性，电池制造商采用质量控制表征方案(quality control characterization protocol)，其中允许电池静置数天或数周，以筛查异常高的自放电的存在，所述异常高的自放电可能表明诸如内部短路之类的内部故障。这种老化方案(aging protocol)在工厂中紧接在电池组装之后施用。

目前需要老化步骤来评估电池质量并筛查内部短路，所述内部短路不仅会降低电池性能而且在少数情况下会导致随后的剧烈电池故障。老化步骤通常涉及在老化时段的过程内检查跨单个电池的端子的开路电压的变化。可以拒绝表现出电压下降大于某一水平的电池。观察可以指示存在内部短路的开路电压变化的测试方法是相对不灵敏的，并且因此需要相当长的时间段(例如，通常为7至28天)来明确检测内部短路。稳定的开路电压指示没有明显内部短路的电池，而开路电压下降大于某个预定阈值则用于指示存在异常高的自放电率或存在内部短路。

为了可检测，内部短路应当对电池电压衰减产生足够的影响，即，产生明显比在正常的没有短路的电池中见到的电压衰减大的电压衰减，以越过使用传统检测方法的检测的阈值。这种筛查方法既耗时又总是占据锂离子电池制造中的总循环时间。

发明内容

目前需要创建用于快速且高效地检测电化学电池中的内部故障的系统和筛查方法。筛查内部故障可能需要花费数周或数月进行测试，并且测试程序可能会耗尽电池的电势。解决当前电化学电池测试程序中的问题的一种解决方案是测量两个或更多个电池之间的电压差，以确定是否存在内部短路、自放电或其它故障。本公开中的系统和方法被提供用来评估电池质量，包括识别蓄电池中(一个或多个)内部短路或者不可接受的高自放电率的存在，并且适用于具有任何化学和任何容量的电池。本公开的系统和方法的一些实施例允许更快速地检测电池中诸如内部短路之类的内部故障，使得需要现有方法通常使用的时间段的不到1％，并且具有比使用现有技术高的灵敏度。

在一些实施例中，用于检测电化学电池中的一个或多个内部故障的方法包括测量第一电化学电池的测试端子和第二电化学电池的测试端子之间的电压差或电压差变化率，其中测试端子具有相同的极性。在测试时段内测量电压差或电压差变化率，该测试期在本文中可以被称为测量时间或测量电压的时间。基于电压差测量，接受第一电化学电池或第二电化学电池。当通过测量电压差检测到电化学电池中的内部故障时，该电化学电池被拒绝。