5引在此QiMd為在第一循環(huán)中的容量損耗，S化I為在第一循環(huán)后負(fù)電極30的裡化反 應(yīng)狀態(tài)。
[0154] 相似地，在第二循環(huán)后的裡化反應(yīng)狀態(tài)，
[01 巧]SOLz = SOL 1-a ( A SOLi) 2 = SOL mm+ A SOLi-a ( A SOLi) 2 (25)
[015引 ASOLz= (1-a A SOL I) ASOLi =
[0157] (I -a ((I -a A SOL〇) A SOL〇)) (I -a A SOL〇) A SOLo = A SOL 廠2a ( A SOL〇) 2+
[015引 2曰2 ( A SOL0) 3-曰3 ( A SOL0) 4
[0159] (26)
[0160] 由于ASOL〇< I W及a< 1，所W較高階的0(aAS0L。）> 7可W被忽略。
[0161] 用于在第n個(gè)循環(huán)后（n > 3)的裡化反應(yīng)狀態(tài)的通用方程式可W表述為
[0164] 其中Q。為隨著附加的役齡老化的n個(gè)循環(huán)后的電池容量。
[016引如果電池被完全放電到最小推薦電池電壓（例如，2. OV)，那么SOLmm= 0,因此n 個(gè)循環(huán)后的容量為 [0166] 璋。====孩、媒X (&、微批…至)訪(及說化。)2爭（'巧…巧(巧…巧及:2姑說化〇)5…裝;二典-… 巧(淹…8) 、辦化9)勺
[0167] (29)
[0168] 因此循環(huán)中的電池容量可W通過負(fù)電極30的"裡化反應(yīng)狀態(tài)的擺動(dòng)"W及僅僅一 個(gè)常數(shù)"a"來描述。此外，容量衰減也為理論陽極容量與電池單元容量（在100 %的SOC 上）的初始比率的函數(shù)，即Ra。。"a"的值為沈I層的材料性能、電極材料性能、裡化反應(yīng)率 (即，應(yīng)用的電流密度、粒子半徑、電極的擴(kuò)散率、運(yùn)行溫度等）的函數(shù)。在高的充放電率或 低的運(yùn)行溫度下，其他機(jī)制（諸如電極粒子破裂、結(jié)合退化）將對所描述的退化機(jī)制具有附 加的效果。
[0169] 示例
[0170] 電池單元在C/2的充放電率上W 4. 2V-2. OV的電壓極限循環(huán)。在運(yùn)個(gè)電壓范圍內(nèi) 該正電極與電池單元的理論容量比Rac為1. 45。C/2的循環(huán)率由于其相對低的循環(huán)率W及 由粒子破裂和材料損耗引發(fā)的任意退化可W被最小化而被選擇。在C/2的速率上的每40 個(gè)循環(huán)后，在相同的電壓極限中的成對的C/10的循環(huán)被用來測量電池單元容量W避免在 循環(huán)過程中阻抗上升的效果。圖9示出了在循環(huán)過程中的不同階段的電池單元的電壓分 布。在給定的電壓極限中循環(huán)了 379循環(huán)的電池單元的電壓與第一個(gè)循環(huán)新的電池單元相 比具有更低的放電容量。從該電壓曲線可知在循環(huán)過程中存在容量損耗。為確認(rèn)不存在材 料的退化，針對不同的循環(huán)數(shù)將差分電壓相對電池單元容量（dV/dQ相對曲繪圖。在該差 分電壓曲線中，循環(huán)過程中的峰值之間的距離沒有改變，即Ax2。在石墨NMC(儀儘 鉆）電池單元化學(xué)特性中的差分電壓曲線的峰值之間的距離指示了可用于裡存儲(chǔ)的負(fù)電 極材料的總量。如果運(yùn)些峰值之間的距離在循環(huán)過程中減小，則表示存在石墨電極材料從 合成電極中的損耗。在給定的示例系統(tǒng)中，因此不存在在循環(huán)過程中的電極材料的損耗。
[0171] 圖10示出了循環(huán)過程中電池單元的容量的曲線圖。在C/2的循環(huán)率上的每40個(gè) 循環(huán)之后，2個(gè)慢循環(huán)（在C/10的速率上）被實(shí)施W獨(dú)立于阻抗上升來測量電池單元的真 正容量。示出了更高容量的循環(huán)代表了在C/10循環(huán)上的電池單元的容量。將試驗(yàn)性的結(jié) 果與模型（方程式29)預(yù)測（由紫色虛線表示）相比較，該模型預(yù)測與試驗(yàn)性的結(jié)果非常 接近地匹配，參數(shù)恒定為a = 0. 001。因此，僅一個(gè)單獨(dú)的參數(shù)"a"被需要擬合試驗(yàn)數(shù)據(jù)。 運(yùn)表明模型準(zhǔn)確預(yù)測了電池單元的容量保持。
[0172] 在此用于在多個(gè)充電/放電循環(huán)之后的電池容量估算的示例的方法可W被用來 增強(qiáng)與電池健康相關(guān)W及即時(shí)剩余電池壽命的控制。運(yùn)個(gè)公開的方法提供了容量的估算 值，其是包括了關(guān)于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(dòng)的函 數(shù)。該估算值與主要依賴實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的其他模型相比是相對簡單的。舉例來說，該估算值可 W基于有限的信息做出，包括在給定的電壓范圍內(nèi)負(fù)電極容量與電池容量的比率，來自已 知的電壓范圍中的給定的電池化學(xué)特性的僅數(shù)十個(gè)慢充電/放電循環(huán)的數(shù)據(jù)，W及在運(yùn)行 中的電池充電過程中的荷電狀態(tài)的擺動(dòng)。運(yùn)個(gè)信息可W從電池供應(yīng)商處獲取，從參考電極 測量，W及在使用過程中通過車輛的車載數(shù)據(jù)或測試數(shù)據(jù)使用充電電流的"安培-小時(shí)"積 分獲取。因此，一旦處于車輛中，此處的方法可W僅使用車載信息而不需要額外的數(shù)據(jù)輸入 或附加的額外數(shù)據(jù)收集的情況下提供容量的估算值。
[0173] 雖然在所示的示例中示出了特征的組合，但是并非運(yùn)些特征的全部需要被組合W 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的各種實(shí)施例的益處。換句話說，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例設(shè)計(jì)的系統(tǒng)將不需要包 括在任一附圖中示出的所有的特征或在附圖中概要的示出的所有部分。而且，一個(gè)示例實(shí) 施例中的所選擇的特征可W與其他示例實(shí)施例中的所選擇的特征相結(jié)合。
[0174] 前述的說明在本質(zhì)上為示例性的而非限定性的。不必偏離本發(fā)明的本質(zhì)的對所公 開的示例的變化和修改對本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的。給予本發(fā)明的法律保護(hù)的范圍 僅能通過學(xué)習(xí)所附的權(quán)利要求書來確定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種方法，包含： 響應(yīng)于對車輛的鋰離子電池模塊的容量損耗和容量的估算值而控制所述車輛的運(yùn)行， 所述估算是包括所述鋰離子電池模塊的電極的固態(tài)電解質(zhì)中間相的鋰化狀態(tài)擺動(dòng)以及斷 裂的函數(shù)。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述容量損耗與所述鋰化反應(yīng)狀態(tài)擺動(dòng)的平方成比 例。3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述容量損耗與常數(shù)和所述鋰化反應(yīng)狀態(tài)擺動(dòng)的平 方的乘積成比例。4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述函數(shù)還包括在給定的電壓范圍內(nèi)所述鋰離子電 池模塊的初始負(fù)電極容量與所述鋰離子電池模塊的電池單元容量的比率。5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述函數(shù)還包括所述鋰離子電池模塊的充電-放電 循環(huán)的次數(shù)。6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述容量由Qn表示，以及所述函數(shù)為：其中，Rac為在給定的電壓范圍內(nèi)所述鋰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， A SOL。為鋰化反應(yīng)的初始狀態(tài)， η為充電-放電循環(huán)的次數(shù)， α為所述鋰離子電池模塊的常數(shù)，以及 i為多項(xiàng)式階導(dǎo)數(shù)。7. 如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包含在所述車輛的存儲(chǔ)模塊中存儲(chǔ)所述容量以代 替所述鋰離子電池模塊的先前容量。8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電極為所述鋰離子電池模塊的負(fù)電極。9. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電極包括由所述固態(tài)電解質(zhì)中間相的殼所環(huán)繞 的石墨芯。
【專利摘要】一種方法，包括響應(yīng)于對車輛的鋰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(yùn)行。該估算值為包括鋰離子電池模塊的電極的固態(tài)電解質(zhì)中間相的鋰化反應(yīng)狀態(tài)擺動(dòng)以及破裂的函數(shù)。該方法可以在車輛中實(shí)施，車輛包括鋰離子電池模塊以及控制器，該控制器響應(yīng)于這樣的估算值而控制該車輛的運(yùn)行。
【IPC分類】G01R31/36
【公開號】CN105527576
【申請?zhí)枴緾N201510673733
【發(fā)明人】魯托伊·D·德什潘德, 道恩·貝爾納迪
【申請人】福特全球技術(shù)公司
【公開日】2016年4月27日
【申請日】2015年10月16日
【公告號】DE102015117155A1, US20160107590