根據(jù)鋰化反應(yīng)狀態(tài)擺動對鋰離子電池容量的估算值的制作方法
【專利說明】根據(jù)裡化反應(yīng)狀態(tài)擺動對裡離子電池容量的估算值
【背景技術(shù)】
[0001] 一種典型的可再充電的裡離子電池，包括由電解質(zhì)分隔的負(fù)電極和正電極。裡離 子在放電過程中由負(fù)電極通過電解質(zhì)運動到正電極，化及在充電過程中由正電極通過電解 質(zhì)運動到負(fù)電極。
[0002] 循環(huán)的充電/放電使電極退化W及進而可W降低電池的容量。該退化的機械的和 /或電化學(xué)的機制還不太清楚，W及因此，已經(jīng)開發(fā)的用于對電池健康狀況的估算的模型主 要地基于?？卺槍μ囟ǖ碾姵叵到y(tǒng)的短期的實證檢驗。雖然在一些方面是有用的，但是短 期的實證檢驗可能對于在更長時期上對慢電化學(xué)過程進行數(shù)學(xué)建模是不準(zhǔn)確并且不充分 的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 按照本說明書的示例的一種方法，設(shè)及響應(yīng)于車輛的裡離子電池模塊的容量損耗 和容量的估算而控制車輛的運行。容量損耗的估算值是包括裡離子電池模塊的電極的固態(tài) 電解質(zhì)中間相的裡化反應(yīng)狀態(tài)擺動和破裂的函數(shù)。
[0004] 在此處任一示例的進一步的示例中，容量損耗與裡化反應(yīng)狀態(tài)擺動的平方成比 例。
[0005] 在此處任一示例的進一步的示例中，容量損耗與常數(shù)和裡化反應(yīng)狀態(tài)擺動的平方 的乘積成比例。
[0006] 在此處任一示例的進一步的示例中，該函數(shù)還包括在給定的電壓范圍中裡離子電 池模塊的初始的負(fù)電極容量與裡離子電池模塊的電池單元容量的比率。
[0007] 在此處任一示例的進一步的示例中，該函數(shù)還包括裡離子電池模塊的充電-放電 循環(huán)的次數(shù)。
[0008] 在此處任一示例的進一步的示例中，容量W Q。代表，并且該函數(shù)為：
[0010] 其中，
[0011] Rac為在給定的電壓范圍中的裡離子電池模塊的陽極容量與初始電池單元容量的 初始比率，
[0012] A SOL。為裡化反應(yīng)的初始狀態(tài)，
[0013] n為充電-放電循環(huán)的次數(shù)，
[0014] a為裡離子電池模塊的常數(shù)，W及
[0015] i為多項式階導(dǎo)數(shù)。
[0016] 在此處任一示例的進一步的示例進一步包括在該車輛的存儲模塊中存儲容量W 替代先前的裡離子電池模塊容量。
[0017] 在此處任一示例的進一步的示例中，電極為裡離子電池模塊的負(fù)電極。
[001引在此處任一示例的進一步的示例中，電極包括由固態(tài)電解質(zhì)中間相的殼環(huán)繞的石 墨忍O
[0019] 在此處任一示例的進一步的示例中，該方法可W在包括裡離子電池模塊W及控制 器的車輛中實施，該控制器響應(yīng)于對裡離子電池模塊的容量損耗和容量的估算值而控制車 輛的運行，該估算值是包括裡離子電池模塊的電極的固態(tài)電解質(zhì)中間相的裡化反應(yīng)狀態(tài)擺 動和破裂的函數(shù)。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明，提供一種車輛，包含裡離子電池模塊；W及控制器，其響應(yīng)于對裡離 子電池模塊的容量損耗和容量的估算而控制所述車輛的運行，所述估算值是包括所述裡離 子電池模塊的電極的固態(tài)電解質(zhì)中間相的裡化反應(yīng)狀態(tài)擺動W及破裂的函數(shù)。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，其中所述容量損耗與裡化反應(yīng)狀態(tài)擺動的平方成比 例。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，其中所述容量損耗與常數(shù)和所述裡化反應(yīng)狀態(tài)擺動的 平方的乘積成比例。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，其中所述函數(shù)還包括在給定的電壓范圍內(nèi)所述裡離子 電池模塊的初始陽極容量與所述裡離子電池模塊的電池單元容量的比率。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，其中所述函數(shù)還包括所述裡離子電池模塊的充電-放 電循環(huán)的次數(shù)。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，其中所述容量由Q。表示，W及所述函數(shù)為：
[0027] 其中，Rac為在給定的電壓范圍內(nèi)裡離子電池模塊的陽極容量與初始的電池單元容 量的初始比率，
[0028] A SOL。為裡化反應(yīng)的初始狀態(tài)，
[0029] n為充電-放電循環(huán)的次數(shù)，
[0030] a為裡離子電池模塊的常數(shù)，W及
[0031] i為多項式階導(dǎo)數(shù)。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，進一步包含存儲模塊，其被配置用于存儲所述容量W 代替所述裡離子電池模塊的先前容量。
[0033] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，其中所述電極為所述裡離子電池模塊的負(fù)電極。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，其中所述電極包括由所述固相電解質(zhì)中間相的殼所環(huán) 繞的石墨忍。
【附圖說明】
[0035] 由W下【具體實施方式】，本公開的各種特征和益處對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易 見的。伴隨【具體實施方式】的附圖可W簡要描述如下。
[0036] 圖1概要地示出了具有控制器的示例車輛，該控制器響應(yīng)于對電池容量損耗和容 量的估算值而控制車輛的運行，該估算值是包括裡離子電池模塊的電極的固態(tài)電解質(zhì)中間 相的裡化反應(yīng)狀態(tài)擺動和破裂的函數(shù)；
[0037] 圖2示出了具有石墨忍和固態(tài)電解質(zhì)中間相殼的示例電極粒子；
[0038] 圖3示出了處于裡化狀態(tài)的圖2的電極粒子；
[0039] 圖4示出了具有固態(tài)電解質(zhì)中間相殼中的破裂的圖2的電極粒子；
[0040] 圖5為電極粒子中的徑向應(yīng)力曲線圖；
[0041] 圖6為電極粒子中的切向應(yīng)力曲線圖；
[0042] 圖7為在固態(tài)電解質(zhì)中間相殼和石墨忍中的張應(yīng)力曲線圖；
[0043] 圖8為作為裡化反應(yīng)狀態(tài)的函數(shù)的電極粒子中的歸一化應(yīng)變能的曲線圖；
[0044] 圖9為作為在電池單元的不同次數(shù)的充電/放電循環(huán)后的放電容量的函數(shù)的電壓 的曲線圖；
[0045] 圖10為作為充電/放電循環(huán)次數(shù)的函數(shù)的模型電池單元容量和驗證容量的曲線 圖。
【具體實施方式】
[0046] 在使用車輛中的裡離子電池中的一個挑戰(zhàn)是對電池健康的管理。裡離子電池的電 極在一個時間段中退化并引起容量衰減。對車輛中的電池健康的缺乏了解可能導(dǎo)致對與電 池健康相關(guān)的車輛功能的管理不當(dāng)。
[0047] 裡離子電池中的電極的化學(xué)退化可能由電池電解質(zhì)的不穩(wěn)定性引發(fā)并可能引發(fā) 不可逆地消耗裡元素的反應(yīng)。該反應(yīng)在電極上形成了固態(tài)電解質(zhì)中間相（"SEI")。舉例 來說，特別對于石墨電極，該SEI形成了圍繞石墨忍的殼。雖然SEI構(gòu)造降低了電池中的活 性裡的量（并因此降低了容量），但是有限量SEI的形成對于純化與電解質(zhì)的進一步的反應(yīng) W及穩(wěn)定電池是被期望的。
[0048] 隨著充電和放電，電極中的裡的擴散可能引起擴散應(yīng)力。運樣的應(yīng)力可能造成電 極材料中的機械退化。在相對高的充電/放電循環(huán)率下電極材料（諸如石墨）中擴散應(yīng)力 的機制是為容量衰減并由此為電池健康進行建模的焦點區(qū)域。然而，在較低的循環(huán)率上， SEI的破裂可W作為容量衰減的機制。如在此處進行的更詳細(xì)的討論，SEI中的裡化反應(yīng)擺 動，W及SEI中所導(dǎo)致的應(yīng)力，可W用于電池容量損耗的估算并因此還可W用于對車輛中 的電池健康的加強的管理。容量損耗可W用于估算容量。
[0049] 圖1概要地示出了示例的車輛20,其具有可再充電的裡離子電池模塊22(下文稱 為"電池22")。該電池22包括至少一個裡離子電化學(xué)電池單元24,但更典型地可能包括多 個裡離子電化學(xué)電池單元。該電池24總體包括設(shè)置在正電極28和負(fù)電極30之間的電解 質(zhì)26?？刂破?2響應(yīng)電池22的容量損耗和容量控制車輛20中的一個或多個操作。該容 量損耗為電池22中的