[發明專利]鋰-硫電池管理系統

有效

• 申請號: 201680073459.1
• 申請日: 2016-11-30
• 公開（公告）號: CN108370169B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 克里斯多夫·黑爾
• 申請（專利權）人: 約翰森·馬瑟公開有限公司
• 主分類號: G01R31/387
• 分類號: G01R31/387;G01R31/382;G01R31/392;G01R31/396;G01R31/367
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 胡彬

提供了用于確定鋰?硫電池(LS1)的荷電狀態的鋰?硫電池管理系統。該管理系統包括具有至少一個電抗元件(Cb)的第一電路，并且該第一電路被配置為經由至少一個電抗元件(Cb)從電池(LS1)進行固定的電荷量放電和對電池(LS1)進行固定的電荷量充電。所述管理系統還包括用于監視放電和充電的第二電路(DA1、MC1)，并且該第二電路被配置為測量固定的電荷量的放電時間和充電時間，并且基于那些時間確定荷電狀態。進一步提供了用于確定鋰?硫電池的荷電狀態的方法。

技術領域

本發明一般地涉及一種用于確定鋰-硫電池的荷電狀態(the state of charge)的鋰-硫電池管理系統。

背景技術

可靠地確定在例如便攜式電子產品和電動車輛運輸中用作電源的電池的剩余電量的能力被制造商和消費者同樣高度重視，以便計算車輛的剩余使用時間或可用距離。

在汽油車輛的情況下，可以簡單地測量燃料液位，然而在電動及混合動力車輛和電子裝置中，因為電池被用作其電源，所以測量電池中累積的殘余能量更加困難。電池的荷電狀態(SOC)可以例如被表示為直到需要再充電為止的電池中剩余容量的量與由該電池提供的總容量相比的百分比指示符。

認為SOC₀是在時間t₀處的初始SOC百分比，在時間t處的電池的SOC百分比被定義為：

其中，I是電流，其被定義為對于放電來說為負并且對于充電來說為正，并且Q_t是以Ah為單位的電池的最大容量。

其中電池被認為是充滿電的初始SOC₀可以參照對電池進行放電之前的最大開路電壓(OCV)來設置，可選地參照電阻和溫度測量來設置以提高精度。

測定各種化學電池的SOC的常見方法是基于電壓測量，其中，典型地電池的電壓將關于其剩余容量下降。然而，鋰-硫電池的電壓并不隨電池放電而線性地下降，并且對于放電特性中的大部分來說典型地是平穩的，這意味著電壓的使用并不非常適合確定鋰-硫電池的SOC。

確定電池的SOC的另一已知方法是從電池開始放電的時刻執行庫倫計數，使得由電池輸出的電荷被計數并且仍然在電池內的剩余電荷可以被計算。對于任何電池來說，庫倫計數只有在任何放電的啟動之前初始容量值是已知的情況下才是切實可行的，并且如果沒有使用其他的容量估算方法，那么庫倫計數只有當電池從100％SOC啟動時才可以實際被實施。在實踐中，電池可能并不從充滿電狀態開始其放電，或因為其已經經受局部放電、尚未充滿電或經受自放電，并且因此需要確定放電開始容量的額外方法。

已經被研究用作SOC確定手段的鋰-硫電池的一個特性是如在先前專利申請(諸如申請美國2009/0055110(Sion Power))中確定的電池的內部電阻與其SOC之間的可測量的關系。典型地，電池電阻的確定是通過在充電或放電任一者中施加已知電流、監視電壓的變化、以及應用特定的算法來預測電池SOC。

實踐中，通過電流源的應用的電池電阻的確定并不是如此直接，如在歐洲專利申請號1506497.5(OXIS Energy等)中所確定的，因為存在與確定電阻時所使用的施加的電流脈沖的持續時間和電池的響應有關的其他因素。這些因素通常基于鋰-硫電池在載荷(或者充電)下的特性。在上述歐洲專利申請號1506497.5(OXIS Energy等人)中已經使用預測誤差最小化(Prediction Error Minimisation)和自適應神經模糊推理系統(AdaptiveNeuro-Fuzzy Inference System)SOC估算的過程解決了在載荷下時解決鋰-硫電池特性的問題的嘗試，宣稱5％的容量確定的潛在平均誤差和14％的最大誤差。然而，此技術的實施需要相當復雜精妙的算法和合適的處理能力以處理所需的計算次數。

因此，本發明的一個目的是提供用于確定鋰-硫電池的SOC的改進的系統。

發明內容