CN110649331B 用于基于电极晶体结构改变而操作电池的系统和方法 （罗伯特·博世有限公司）

A.苏巴拉曼R.克莱因JP2010103086A,201用于基于电极晶体结构改变而操作电池的提供了用于基于电极晶体结构改变而操作2基于晶体结构改变确定阈值电位，其通过执行充电和放电循环2.权利要求1所述的电池，其中基于来自所述多个充电和放电循环的放电曲线而确定4.权利要求1所述的电池，其中电池操作参数的确定包括基于所确定的阈值电位和来5.权利要求1所述的电池，其中电池操作参数的确定包括基于所确定的阈值电位而适6.权利要求5所述的电池，其中电池操作参数的确基于晶体结构改变确定阈值电位，其中电池的电极在超出阈8.权利要求7所述的方法，其中基于来自所述多个充电和放电循环的放电曲线而确定34[0002]本申请要求享有2018年6月27日提交的题为“MethodforOperatingBatteriesBasedonElectrodeCrystalStructureChange”的美国临时申请序列号62/690,376的常被合并到电力工具和某些类型的混合电动车辆中。每一种新的产业要求不同的性能特前的负电极是基于石墨，其为插入锂并且具有372mAh/g石墨的重量比容量（gravimetriccapacity）的材料。硅由于其与锂形成合金并且实现3579mAh/gSi的重量比密度作为负电极由于在纯硅的锂化过程期间发生的高体积膨胀率而已经证实是具有挑战性的。纯石墨的水平以上。[0007]因此所需要的是基于可测量的特征而设计BMS策略的改进方式，以便改进锂离子5不同的截止电位，以及基于来自所述多个充电和放电循环的对应放电曲线而确定阈值电[0017]在另外的实施例中，电池操作参数的确定包括选择处于阈值电位的2mV内的充电[0021]图3是针对由硅和导电添加剂组成的硅电极的锂化和脱锂与容量关系曲线的图[0022]图4是针对含硅电极的半单元测试的锂化和脱锂与容量关系曲线的图表，其示出[0023]图5是针对具有含硅负电极的锂离子电池的全单元测试的锂化和脱锂与以Ah计的[0024]图6描绘了通过可视化所测量的电位与时间关系的一系列三个实验，以论证可以[0025]图7描绘了模型优化过程的流程图，该模型优化过程使用晶体结构改变的电位来6[0026]图8描绘了使用晶体结构改变的检测以改进BMS中的模型电压预测和SOC估计精度[0028]可以以最有助于理解所要求保护的主题的方式将各种操作依次描述为多个分立100的操作和控制。BMS140的控制器144利用施行经编程的指令的通用或专用可编程处理器来实现。执行经编程的功能所必需的指令和数据存储在与控制器相关联的存储器单元布的美国专利号8,188,715中找到所述BMS和基于电化学模型的BMS的进一步讨论，该美国7[0034]正电极集电器204将电池单元102的正端子108与正电极208连接以便使得能够实池中的正电荷，并且然后从负电极216通过负电极集电器220流动到电池单元102的负端子并且经由正端子108回到电池单元102中，其中电子被正电极集电器204收集并且被分配到正电极208中。返回到正电极208的电子与已经跨过分离器212的锂离子相关联。将电池包100连接到为电池包100充电的外部电路导致电子和锂离[0036]当电极之一包含诸如硅或基于硅的材料之类的在锂化或脱锂期间经受晶体结构改变的材料时，OCP/SOC或OCP-容量关系展现与不经受晶体结构改变的电极材料相比不同[0037]图3描绘了针对包括硅和导电添加剂的硅电极的锂化和脱锂曲线。在图3的图表所观察到的改变是由于在~55mV以下应用的电位处的锂化期间发生的硅的晶体结构中的改个脱锂曲线之间的差异的区被指定在区2中并且通过箭[0040]在图4的图表400中，曲线404a表示电极到1mV的锂化，而曲线404b表示在锂化到基于硅的材料的脱锂曲线404b。8分地验证包含基于硅的材料的电池的电化学[0046]由于第一曲线504a中的电池的附加充电（通过圆圈512标记在单元以C/10的速型参数的不足数据质量、以及模型中使得某些参数难以或不可能唯一地识别的结构挑战。9[0051]图6中图示的过程可以针对期望数目的循环而重复以实现期望的精度。在截止电构改变的电位来识别对模型参数的更好拟合。针对每一个电极的OCPO与SOCO之间的固有热构改变的材料具有在单元使用期间可以改变例中，BMS在电位在曲线上的特定点处以近似10mV从针对其未发生晶体结构改变的曲线变和电池的特定化学品而指示晶体结构改变特征的另一期望的阈的阈值将是从基于容量的SOC改变的近似[0056]此外，电池单元可以以与以上参考图6所描述的类似的方式循环到各种充电截止可以将所确定的充电截止电位与从电化学模型预计的电位比较，以验证经预测的内部合限定针对参数变化的上限和下限。使用模型降阶技术从包括耦合偏微分方程的基于物且取决于模型状态的针对晶体结构改变的指示符函数，而wi是权重。针对函数的示例结[0062]图8描绘了基于晶体结构改变的检测而改进模型电压预测和SOC估计精度的过程[0063]所观察到的特征中的改变可以归因于在负电极的脱锂期间电池单元的OCP中的改因此通过检测和计及晶体结构改变来改进电压预测模型的质量导致针对BMS的改进的功率[0067]在另一实施例中，BMS配置成优化电池的操作规制以便减少电池寿命内的电池老刚好在其之外的电位处的电池操作相关。由于镀锂行为是公知的老化机制和潜在安全问[0068]检测晶体结构改变还帮助在缺失电化学模型的情况下经验快速充电算法的适在放电上的晶体结构改变的检测之后在逐个循环的基础上做出适配。在下个充电循环中，程中的晶体结构改变的知识可以用于适配快速充电期间的电池的最大电压或截止准则以[0070]在另一实施例中，BMS策略包括使用经验证的内部状态来将负电极电位控制到[0071]在另外的实施例中，BMS策略包括将负电极电位控制到55mV以下的区中的充电目是晶体结构改变发生所在的电位的估计而不是其