[發(fā)明專利]二次電池系統(tǒng)和估計二次電池內(nèi)部狀態(tài)的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910874842.2
• 申請日: 2019-09-12
• 公開（公告）號: CN110901399B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高橋賢司
• 申請（專利權(quán)）人: 豐田自動車株式會社
• 主分類號: B60L3/12
• 分類號: B60L3/12;B60L58/10;H01M10/42;H01M10/48
• 代理公司: 中原信達知識產(chǎn)權(quán)代理有限責任公司 11219
• 代理人: 韓峰;孫志湧

1.一種二次電池系統(tǒng)，其特征在于包括:

二次電池，所述二次電池具有正極和負極，所述正極包括正極活性物質(zhì)，所述負極包括第一負極活性物質(zhì)和第二負極活性物質(zhì)；以及

控制裝置，所述控制裝置被配置為基于所述二次電池的活性物質(zhì)模型來估計所述二次電池的內(nèi)部狀態(tài)，

其中：

伴隨著所述第一負極活性物質(zhì)中的電荷載體量的變化的所述第一負極活性物質(zhì)的體積變化量大于伴隨著所述第二負極活性物質(zhì)中的電荷載體量的變化的所述第二負極活性物質(zhì)的體積變化量；

所述控制裝置被配置為，在所述第一負極活性物質(zhì)和所述第二負極活性物質(zhì)處于相同電位的條件下，基于第一活性物質(zhì)模型來計算所述第一負極活性物質(zhì)中的電荷載體量；

所述控制裝置被配置為，基于要根據(jù)所述第一負極活性物質(zhì)中的所述電荷載體量而確定的所述第一負極活性物質(zhì)的表面應(yīng)力，來計算所述第一負極活性物質(zhì)的開路電位變化量；以及

所述控制裝置被配置為，在所述第一負極活性物質(zhì)中未生成表面應(yīng)力的狀態(tài)下，從所述第一負極活性物質(zhì)的開路電位和所述開路電位變化量來計算所述負極的開路電位。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次電池系統(tǒng)，其特征在于：

所述控制裝置被配置為，在所述第一負極活性物質(zhì)和所述第二負極活性物質(zhì)處于相同電位的條件下，通過收斂計算處理分別計算在所述第一負極活性物質(zhì)中流動的電流和在所述第二負極活性物質(zhì)中流動的電流，使得預(yù)定的收斂條件成立；

所述控制裝置被配置為，通過在與所述第一負極活性物質(zhì)和所述第二負極活性物質(zhì)中流動的電流相關(guān)的邊界條件下求解擴散方程，來計算所述第一負極活性物質(zhì)和所述第二負極活性物質(zhì)中的電荷載體的濃度分布；以及

所述控制裝置被配置為，從所述第一負極活性物質(zhì)和所述第二負極活性物質(zhì)中的所述電荷載體的濃度分布，來計算所述第一負極活性物質(zhì)和所述第二負極活性物質(zhì)中的電荷載體量。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的二次電池系統(tǒng)，其特征在于還包括：

電壓傳感器，所述電壓傳感器被配置為檢測所述正極和所述負極之間的電壓，

其中：

所述控制裝置被配置為，通過在與所述正極活性物質(zhì)中流動的電流相關(guān)的邊界條件下求解擴散方程，來計算所述正極活性物質(zhì)中的電荷載體的濃度分布；

所述控制裝置被配置為，從所述正極活性物質(zhì)中的所述電荷載體的所述濃度分布，來計算所述正極活性物質(zhì)中的電荷載體量；

所述控制裝置被配置為，基于要根據(jù)所述正極活性物質(zhì)中的所述電荷載體量而確定的所述正極活性物質(zhì)的開路電位，來計算所述正極的電位；

所述控制裝置被配置為，基于所述負極的所述開路電位來計算所述負極的電位；以及

所述控制裝置被配置為，在作為所述收斂條件的所述正極的電位和所述負極的電位之間的電位差與由所述電壓傳感器檢測到的電壓一致的條件下，計算所述第一負極活性物質(zhì)中流動的電流。

4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的二次電池系統(tǒng)，其特征在于：

所述控制裝置被配置為，將所述第一負極活性物質(zhì)中流動的電流劃分成在所述電荷載體的插入和解吸中涉及的反應(yīng)電流以及在所述電荷載體的插入和解吸中不涉及的電容器電流，并且通過將所述反應(yīng)電流代入到Butler-Volmer的關(guān)系式中來計算所述第一負極活性物質(zhì)的反應(yīng)過電壓；以及

所述控制裝置被配置為，從所述負極的所述開路電位和所述第一負極活性物質(zhì)的所述反應(yīng)過電壓來計算所述負極的電位。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次電池系統(tǒng)，其特征在于：

所述控制裝置被配置為，根據(jù)關(guān)系式，從所述正極活性物質(zhì)中的電荷載體量來計算所述第一負極活性物質(zhì)和所述第二負極活性物質(zhì)中的電荷載體的總量，在所述關(guān)系式中：使用所述正極的容量與所述負極的容量的容量比來定義要在所述正極活性物質(zhì)中的所述電荷載體量與所述第一負極活性物質(zhì)和所述第二負極活性物質(zhì)中的所述電荷載體的所述總量之間成立的關(guān)系；以及

所述控制裝置被配置為，使用要在所述第一負極活性物質(zhì)和所述第二負極活性物中的所述電荷載體的所述總量的時間變化量與所述正極活性物質(zhì)中流動的電流之間成立的電荷量守恒定律，來計算所述第一負極活性物質(zhì)和所述第二負極活性物質(zhì)中的所述電荷載體量。