[發明專利]使用聲學信號確定電化學系統的特性

在審

• 申請號: 201880056907.6
• 申請日: 2018-08-30
• 公開（公告）號: CN111344894A
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 丹尼爾·A·史丹葛特;葛瑞格·大衛斯;蕭爾喬·比斯瓦司;安德魯·G·謝;貝瑞·凡·泰薩爾;湯瑪士·豪得森;竇珊
• 申請（專利權）人: 費賽普公司;普林斯頓大學托管委員會
• 主分類號: H01M10/42
• 分類號: H01M10/42;G01N29/00;H01M10/48
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 田婷

使用聲學信號預測電池的充電狀態(SOH)、健康狀況(SOC)及其他特性的系統及方法，包括確定在兩個或更多個充電狀態下的聲學數據及確定表示在所述兩個或更多個充電狀態下的所述聲學數據的精簡聲學數據集。所述精簡聲學數據集包括與所述充電狀態相關的飛行時間(TOF)位移、總信號振幅或其他數據點。機器學習模型使用至少所述精簡聲學數據集結合如電壓及溫度的非聲學數據來預測任何其他獨立電池的特性。

相關申請案的交叉引用

本專利申請主張2017年9月1日申請的、正在審查的、已讓渡于本申請案的受讓人的、且全文以引用方式明確并入本申請中的名稱為“超聲方法用于確定電化學系統的充電狀態和健康狀態的用途”的臨時專利申請第62/553,287號的權益。

聯邦政府贊助研究或開發的聲明

本發明是在美國聯邦政府的支持下依據高級能量研究計劃署授予的授權案第DE-AR0000621號完成的。美國聯邦政府擁有本發明的特定權利。

技術領域

本公開的實施方式涉及電化學系統的檢測及診斷。更具體而言，實施方式涉及超聲波信號在測定電化學系統的特性(如充電狀態(SOC)及健康狀況(SOH))中的用途。

背景技術

出于各種原因(包括電池壽命的改良、更高的生產效率、故障的提早預測等)，追蹤電化學系統(如電池)的特性(如充電狀態(SOC)、健康狀況(SOH)、內部損壞等)是重要的。然而，在操作中，有效且低成本地可靠追蹤或測定此類特性的能力是一項挑戰。

例如，在常規的實施方案中，SOC預測可包括與庫侖計數(簿記(bookkeeping))組合的電壓監測(直接測量)。出于各種原因，這可能帶來挑戰。首先，對于電壓測量，大多數電池容量(尤其是磷酸鐵鋰(LFP)電池)上的電壓讀數的平坦度存在困難。此外，電壓衰減、變化的電池電阻抗及變動的放電速率影響基于電壓的SOC測量的準確度。其次，庫侖計數也是一門不精確科學，因為放電速率、環境因素(如溫度)及電池劣化都會影響用于任何給定放電周期的實際充電容量。這可能導致濫用循環，使得放電條件導致對SOC的不正確估計，且電池因此無意中變得過度放電。這可能引起電池的損壞且導致SOC預測的進一步不準確，從而致使持續的過度放電及電池損壞。

因此，需要可直接測量電池的機械及物理狀態以增強SOC、SOH及電池故障的測定的低成本且高準確度技術。

發明內容

本發明的示例性實施方式涉及使用聲學信號預測電池的充電狀態(SOH)、健康狀況(SOC)及其他特性的系統及方法，且包含確定在兩個或更多個充電狀態下的聲學數據，及確定表示在該兩個或更多個充電狀態下的該聲學數據的一精簡聲學數據集。該精簡聲學數據集包含與所述充電狀態相關的飛行時間(TOF)位移、總信號振幅或其他數據點。機器學習模型使用至少該精簡聲學數據集結合例如電壓及溫度的非聲學數據來預測任何其他獨立電池的特性。

例如，一個示例性實施方式涉及一種非侵入式分析電化學系統的方法，所述方法包括使至少一第一電池經受充電-放電循環的至少一部分。在所述充電-放電循環的至少所述部分期間的兩個或更多個時間例項下，通過所述第一電池的至少一部分傳輸聲學信號且接收對應響應信號，其中，所述兩個或更多個時間例項對應于所述第一電池的兩個或更多個充電狀態。確定至少一精簡聲學數據集，所述精簡聲學數據集包括表示在所述兩個或更多個充電狀態下的所傳輸的聲學信號或所述響應信號中的一者或多者的一個或多個數據點。

另一示例性實施方式涉及一種非侵入式分析電化學系統的方法，所述方法包括：使用至少一第一數據庫以及一第二電池的聲學數據或非聲學數據中的一者或多者預測所述第二電池的特性，其中，所述第一數據庫包括至少一精簡聲學數據集，所述精簡聲學數據集包括一個或多個數據點，所述一個或多個數據點表示在第一電池的兩個或更多個充電狀態下通過所述第一電池的至少一部分傳輸的聲學信號以及對所述傳輸信號的響應信號中的一者或多者。