CN104685367B - 用于估计包括混合正极材料的二次电池的功率的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了用于估计包括混合正极材料的二次电池的功率的设备和方法。根据本发明的设备估计包括其中混合了至少第一正极材料和第二正极材料的混合正极材料的二次电池的功率，该设备包括：放电装置，用于在相互不同的多个放电速率(c速率)条件下使二次电池放电；传感器装置，用于测量对应于所述多个放电速率条件的多个放电终止电压(Vf)；以及控制装置，用于通过二维线性等式来近似所述多个放电速率与所述多个放电终止电压之间的关联，使用线性等式来计算二次电池的对应于最小放电电压(Vmin)的最大放电速率(Cmax)，并根据所计算的最大放电速率来估计二次电池的最大功率(Pmax)。

Description

用于估计包括混合正极材料的二次电池的功率的设备和方法
技术领域
本公开涉及用于估计包括混合正极材料的二次电池的功率的设备和方法。
本申请要求于2012年11月29日在大韩民国提交的韩国专利申请号10-2012-0137320的优先权，其公开内容被通过引用结合到本文中。
本申请要求于2013年11月29日在大韩民国提交的韩国专利申请号10-2013-0147620的优先权，其公开内容被通过引用结合到本文中。
背景技术
电池是通过电化学氧化和还原反应而产生电能的设备，并具有大范围的各种应用。例如，电池的应用范围逐渐地扩展至手持式便携设备的电源，诸如移动电话、膝上型计算机、数字式照相机、摄像机、平板计算机以及电动工具；各种类型的电驱动机构，诸如电动自行车、电动摩托车、电动车辆、混合动力车辆、电动船以及电动飞行器；储能系统，用来储存在发电厂中通过新可更新能源产生的电或过剩电；以及不间断电源，用于到包括服务器计算机和用于无线通信的基站的各种类型的信息和通信设备的稳定的功率供应。
电池包括三个基本元件：一个是负极，包括在在放电期间发送电子的同时氧化的材料，另一个是正极，包括在在放电期间接受电子的同时还原的材料，并且另一个是允许电子在负极与正极之间移动的电解质。
可将电池分类成在放电之后不能再使用的一次电池以及由于至少部分地可逆的电化学反应而可以反复地充电和放电的二次电池。
作为二次电池，已知铅酸电池、镍镉电池、镍锌电池、镍铁电池、银氧化物电池、镍金属氢化物电池、二氧化锌锰电池、锌溴电池、金属-空气电池以及锂二次电池。其中，锂二次电池具有比其他二次电池更高的能量密度、更高的电池电压以及更长的寿命，并且由于这些原因而在商业方面吸引了最大的注意。
锂二次电池的特征在于在正极和负极处发生锂离子的嵌入和脱嵌反应。也就是说，在放电期间，从包括在负极中的负极材料脱嵌的锂离子通过电解质而移动至正极并嵌入包括在正极中的正极材料中，并且在充电时反之亦然。
在锂二次电池中，由于被用作正极材料的材料显著地影响二次电池的性能，所以已进行了提供在在高温下保持稳定性的同时具有高能量容量以及具有低制造成本的正极材料的各种尝试。然而，仅利用一个正极材料，在满足所有行业性能标准方面仍存在限制。
最近，随着对化石燃料的耗尽和空气污染的关注的增长，对生态友好的能量的需求急剧增加。在此背景下，发达国家正在加速诸如电动车辆之类的电力驱动车辆或由从二次电池供应的电能供电和运行的混合动力车辆的商业化。
电动车辆的速度与二次电池的功率成比例。因此，电动车辆的控制单元具有监视二次电池可以提供多少功率的功能。并且，控制单元控制各种类型的驱动设备，包括在二次电池可以提供的最大功率范围内安全地驱动电动车辆的电动机。因此，为了优化电动车辆的行进性能，需要一种用于准确地计算二次电池的功率的方法。
发明内容
技术问题
二次电池的功率受到正极材料的电化学性质的影响。因此，该二次电池可基于包括在二次电池中的正极材料的类型而展示出独有的电化学性质。在这种情况下，准确地估计二次电池的功率更加困难。
本公开旨在提供一种用于准确地估计二次电池的功率的设备和方法，该二次电池包括考虑到市场上的二次电池所需的性能而包括至少两个正极材料的混合正极材料并由于该混合正极材料而展示出独有的电化学性质。
技术解决方案
为了实现上述目的，根据本公开的用于估计包括包含至少第一正极材料和第二正极材料的混合正极材料的二次电池的功率的设备包括被配置成在相互不同的多个放电速率(c速率)的条件下使二次电池放电的放电装置、被配置成测量对应于所述多个放电速率的条件的多个放电终止电压的传感器装置以及控制装置，其被配置成通过二维线性等式来近似所述多个放电速率与所述多个放电终止电压之间的关联，使用线性等式来计算对应于最小放电电压(Vmin)的二次电池的最大放电速率(Cmax)，并根据所计算的最大放电速率来估计二次电池的最大功率(Pmax)。
为了实现上述目的，用于估计根据本公开的二次电池的功率的方法包括：(a)在相互不同的多个放电速率(c速率)的条件下使二次电池放电，该二次电池包括包含至少第一正极材料和第二正极材料的混合正极材料，(b)测量对应于所述多个放电速率的条件的多个放电终止电压，(c)通过二维线性等式来近似所述多个放电速率与所述多个放电终止电压之间的关联，并使用线性等式来计算对应于最小放电电压(Vmin)的二次电池的最大放电速率(Cmax)，以及(d)根据所计算的最大放电速率来估计二次电池的最大功率(Pmax)。
根据一个方面，放电装置可在相互不同的所述多个放电速率的条件下以一定时间间隔使二次电池进行脉冲放电。
根据另一方面，所述多个放电速率的条件可大于在针对二次电池的每个充电状态(SOC)测量的I-V分布上观察到的过渡放电速率的最大值。
在这里，I-V分布是通过根据变化的放电速率来描绘二次电池的放电终止电压(Vf)而获得的图表，其中，在使具有相同SOC的二次电池以不同的放电速率放电达预定时间之后立即测量放电终止电压。
I-V分布示出了当放电速率在相同SOC条件下改变时二次电池的动态电压下降多少。I-V测量结果分布一般地具有线性函数的形式，其具有负斜率。
然而，当包括混合正极材料的二次电池的SOC(或开路电压)属于特定范围时，I-V测量结果分布的斜率基于特定放电速率而改变。
如上所述，可将I-V分布的斜率在其附近改变的放电速率定义为过渡放电速率，并且该过渡放电速率根据二次电池的SOC(或开路电压)而改变。可针对二次电池的每个SOC而描绘I-V测量结果分布。
根据另一方面，控制装置可使用至少两对的放电速率和放电终止电压来近似线性等式。
根据另一方面，所述控制装置可使用以下等式1和2来计算二次电池的最大放电速率(Cmax)和最大功率(Pmax)。
在这里，以C速率为单位来指示最大放电速率，但显而易见的是可通过单位转换而以安培为单位给出最大放电速率。
＜等式1＞
最大放电速率(Cmax)＝(线性等式的Y截距–最小放电电压)/线性等式斜率的绝对值
＜等式2＞
Pmax＝最大放电速率(Cmax)*最小放电电压(Vmin)
在本公开中，随着电压改变，与第一正极材料和第二正极材料反应的工作离子的反应浓度不同。
在这种情况下，当根据SOC来测量电阻分布时，包括第一正极材料和第二正极材料的二次电池在电阻分布上具有凸起模式，并且在凸起模式的顶点之前和之后出现两个拐点。
并且，当根据SOC来测量开路电压分布时，包括第一正极材料和第二正极材料的二次电池在开路电压分布上具有至少一个电压坪。
在这里，工作离子表示在包括混合正极材料的二次电池的充电或放电期间引起与第一正极材料和第二正极材料的电化学反应的离子。
工作离子可基于二次电池的类型而改变。例如，在锂二次电池的情况下，锂离子可以是工作离子。
电化学反应包括在使二次电池充电或放电时发生的第一正极材料和第二正极材料的氧化和还原反应，并且可基于二次电池的工作机制而改变。
例如，电化学反应可表示工作离子到第一正极材料和/或第二正极材料中的嵌入或工作离子从第一正极材料和/或第二正极材料的脱嵌。
在这种情况下，嵌入第一正极材料和第二正极材料的工作离子的浓度或从第一正极材料和第二正极材料脱嵌的工作离子的浓度可根据二次电池的电压而改变。
例如，在二次电池的放电条件下，工作离子可在某个电压范围内与第二正极材料相比优先地嵌入第一正极材料中，并且在另一电压范围内反之亦然。
作为另一示例，在二次电池的充电条件下，工作离子可在某个电压范围内与第一正极材料相比优先地从第二正极材料脱嵌，并且在另一电压范围内反之亦然。
在下文中，基于当二次电池放电时工作离子在高电压范围内与第二正极材料相比优先地嵌入第一正极材料中且在低电压范围内反之亦然的前提下提供以下描述。
二次电池的开路电压表示在二次电池的充电或放电停止且二次电池处于电化学稳定状态时测量的电压。可将开路电压视为等效于SOC 的参数，因为开路电压与二次电池的SOC具有一对一关系。
在本公开中，第一正极材料和第二正极材料不限于特定种类的材料，如果其与工作离子的反应浓度根据二次电池的电压而相互不同的话。
根据一个方面，第一正极材料可以是用一般化学式A[AxMy]O2+z 表示的碱金属化合物(A包括Li、Na和K的至少一个元素；M包括选自Ni、Co、Mn、Ca、Mg、Al、Ti、Si、Fe、Mo、V、Zr、Zn、Cu、Al、Mo、Sc、Zr、Ru和Cr的至少一个元素；x≥0，1≤x+y≤2，-0.1 ≤z≤2；针对化合物而选择x、y、z以及包括在M中的组分的化学当量系数以保持电中性)。
可选地，第一正极材料可以是在US 6,677,082和US 6,680,143中公开的碱金属化合物xLiM1O2-(1-x)Li2M2O3(M1包括具有3的平均氧化状态的至少一个元素；M2包括具有4的平均氧化状态的至少一个元素；0≤x≤1)。
根据另一方面，第二正极材料可以是用一般化学式LiaM1 xFe1-xM2 yP1-yM3 zO4-z(M1包括选自Ti、Si、Mn、Co、Fe、V、Cr、Mo、Ni、 Nd、Al、Mg和Al的至少一个元素；M2包括选自Ti、Si、Mn、Co、 Fe、V、Cr、Mo、Ni、Nd、Al、Mg、Al、As、Sb、Si、Ge、V和S 的至少一个元素；M3包括选自包括F的卤族元素的至少一个元素；0 ＜a≤2，0≤x≤1，0≤y＜1，0≤z＜1；针对化合物选择a、x、y、z 和包括在M1、M2和M3中的组分的化学当量系数以保持电中性)或 Li3M2(PO4)3〔M包括选自Ti、Si、Mn、Fe、Co、V、Cr、Mo、Ni、 Mg和Al的至少一个元素＝表示的锂金属磷酸盐。
根据另一方面，第一正极材料可以是Li[LiaNibCocMndO2+z](a≥0； a+b+c+d＝1；b、c和d中的至少一个不是零；0.1≤z≤2)。并且，第二正极材料可以是选自由LiFePO、LiMnxFeyPO4(0＜x+y≤1)和 Li3Fe2(PO4)3组成的组的至少一个。
根据另一方面，第一正极材料和/或第二正极材料可包括涂层。涂层可包括碳层，或者氧化物层或氟化物层，包括选自由Ti、Si、Mn、 Co、Fe、V、Cr、Mo、Ni、Nd、Al、Mg、Al、As、Sb、Si、Ge、V 和S组成的组的至少一个元素。
在本公开中，在考虑要制造的二次电池的使用目的和性能的同时选择第一正极材料和第二正极材料的类型和混合比以在放电电阻分布上产生凸起模式或在开路分布上产生至少一个电压坪。
在一个实施例中，在其中期望具有高放电功率的二次电池的情况下，可将Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2和LiFePO4分别地选作第一正极材料和第二正极材料，并且可将第一正极材料和第二正极材料的混合比设置成5:5。
在另一实施例中，在其中期望具有高温稳定性的二次电池的情况下，可将Li[Ni1/ 3Mn1/3Co1/3]O2和LiFePO4分别地选作第一正极材料和第二正极材料，并且可将第一正极材料和第二正极材料的混合比设置成2:8。
在另一实施例中，在其中期望具有低成本的二次电池的情况下，可将Li[Ni1/3Mn1/ 3Co1/3]O2和LiFePO4分别地选作第一正极材料和第二正极材料，并且可将第一正极材料和第二正极材料的混合比设置成1:9。
在另一实施例中，在其中期望具有高放电功率和高温稳定性的二次电池的情况下，可将Li[Ni0.5Mn0.3Co0.2]O2和LiFePO4分别地选作第一正极材料和第二正极材料，并且可将第一正极材料和第二正极材料的混合比设置成4:6。
在另一实施例中，在其中期望具有每重量高容量的二次电池的情况下，可将Li[Ni0.5Mn0.3Co0.2]O2和LiFePO4分别地选作第一正极材料和第二正极材料，并且可将第一正极材料和第二正极材料的混合比设置成9:1。
如上的控制第一正极材料和第二正极材料的类型和混合比的方法仅仅是示例。在考虑要在混合正极材料上赋予的电化学性质的相对重要性和平衡的情况下针对每个正极材料适当地选择第一正极材料和第二正极材料并调谐混合比对于本领域的技术人员而言是显而易见的。
在本公开中，可包括在混合正极材料中的正极材料的数目不限于两个。作为示例，混合正极材料可包括三个不同的正极材料。例如，混合正极材料可包括LiMn2O4、Li[LiaNixCoyMnzO2(a≥0；x+y+z＝1； x、y和z中的至少一个不是零)以及LiFePO4。作为另一实施例，混合正极材料可包括四个不同的正极材料。例如，混合正极材料可包括 LiMn2O4、Li[LiaNixCoyMnzO2(a≥0；x+y+z＝1；x、y和z中的至少一个不是零)LiFePO4。
并且，为了增强混合正极材料的性质，可向混合正极材料添加其他添加剂，例如导电材料、粘合剂等，并且不存在对其的特定限制。因此，可将包括至少两个正极材料的任何混合正极材料理解为包括在本公开的范围内，无论正极材料的数目和其他添加剂的存在如何。
根据本公开，二次电池基于开路电压而在预定义最小放电电压与预定义最大放电电压之间充电或放电。作为示例，最小放电电压可从 2.0至3.0V，并且最大放电电压可从4.0至4.6V。在下文中，将最小放电电压与最大放电电压之间的电压范围称为二次电池的使用电压范围。
在这里，使用电压范围可基于第一正极材料和第二正极材料的类型和混合比而改变，并且可划分成三个电压范围，即第一正极材料电压范围(△V1)、过渡电压范围(△Vt)以及第二正极材料电压范围 (△V2)。
在这里，第一正极材料电压范围(△V1)表示其中当二次电池放电时(无论放电速率的量值如何)工作离子主要嵌入第一正极材料中的电压范围。并且，过渡电压范围(△Vt)表示其中基于特定放电速率 (过渡放电速率)，当二次电池放电时，工作离子主要嵌入的正极材料从第一正极材料变成第二正极材料的电压范围。并且，第二正极材料电压范围(△V2)表示其中当二次电池放电时(无论放电速率的量值如何)工作离子主要嵌入第二正极材料中的电压范围。
当放电速率(C速率)在二次电池的脉冲放电期间增加时，放电终止电压(Vf)随着放电速率增加而减小。也就是说，即使脉冲放电之前的二次电池的开路电压(OCV0)是相同的(亦即，即使SOC是相同的)，二次电池的放电终止电压(Vf)随着放电速率增加而减小。也是因为随着放电速率增加，从二次电池消耗的能量的量增加且因此二次电池的SOC减小。然而，放电终止电压(Vf)的减小模式可基于三个电压范围之中的OCV0所属的电压范围而改变。
＜情况1：OCV0属于第一正极材料电压范围(△V1)＞
由于工作离子在二次电池脉冲放电时主要嵌入第一正极材料中，所以放电终止电压(Vf)根据第一正极材料的电阻特性而减小，无论二次电池的放电速率如何。因此，I-V分布随着放电速率增加而具有放电终止电压(Vf)的线性减小模式，其具有负斜率，并且随着OCV0在第一电压范围(ΔV1)内变低，I-V分布向下移位。
＜情况2：OCV0属于过渡电压范围(△Vt)＞
工作离子在二次电池脉冲放电时主要嵌入其中的正极材料的类型基于过渡放电速率而从第一正极材料变成第二正极材料。
为了方便描述，将低于过渡放电速率的放电速率范围称为第一放电速率范围，并且将高于过渡放电速率的放电速率范围称为第二放电速率范围。并且，将在第一放电速率中观察到的I-V分布称为第一分布，并将在第二放电速率范围内观察到的I-V分布称为第二分布。
当二次电池脉冲放电时，在放电速率属于第一放电速率范围的情况下，工作离子主要嵌入第一正极材料中，类似于情况1。因此，在第一放电速率范围内观察到的第一分布根据第一正极材料的电阻特性而示出减小模式。并且，第一分布的减小斜率比情况1的I-V分布的斜率更大。这是因为随着嵌入第一正极材料的工作离子的量增加，第一正极材料的电阻增加。并且，随着OCV0在过渡电压范围(ΔVt)内变低，第一分布的减小斜率增加。这是因为随着工作离子可以嵌入第一正极材料的容量的消耗，第一正极的电阻随着OCV0在过渡电压范围 (ΔVt)内变低而进一步增加。在这里，第一分布的减小斜率增加的程度可基于第一正极材料的类型而改变。
相反地，当二次电池放电时，在放电速率属于第二放电速率范围的情况下，随着工作离子可以嵌入第一正极材料的容量的显著消耗，工作离子开始嵌入第二正极材料中。因此，在第二放电速率范围内观察到的第二分布根据第二正极材料的电阻特性而具有减小模式。然而，第二分布的减小斜率小于第一分布的减小斜率。
同时，在其中OCV0对应于过渡电压范围(ΔVt)的下限电压且二次电池的放电速率属于第二放电速率范围的情况下，可以将在第二放电速率范围内观察到的I-V分布称为下界分布。这是因为随着OCV0更接近于过渡电压范围(ΔVt)的下限电压，在第二放电速率范围内观察到的第二分布朝着下界分布收敛。
并且，过渡放电速率未被固定于预定值，并且趋向于随着二次电池的OCV0在过渡电压范围(△Vt)内减小而减小。当OCV0减小时，工作离子可以嵌入第一正极材料的容量同样地减小，并且即使二次电池以低放电速率放电，工作离子也开始嵌入第二正极材料。
＜情况3：OCV0属于第二正极材料电压范围(△V2)＞
当二次电池放电时，无论放电速率的量值如何，工作离子主要被嵌入第二正极材料。因此，I-V分布在整个放电速率范围内具有线性减小模式，其具有恒定斜率，并且随着OCV0在第二正极材料电压范围内变低，I-V分布的减小斜率增加。这是因为随着工作离子可以嵌入第二正极材料中的容量的消耗，在OCV0在过渡电压范围(ΔVt)内变低时，第二正极材料的电阻增加或者负极材料的电阻增加。在这里，减小斜率增加的程度可基于第二正极材料的类型而改变。
优选地，当放电装置使二次电池以不同量值的放电速率放电时，优选的是将每个放电速率设置为大于过渡放电速率。
在本公开中，当放电装置使二次电池以不同量值的放电速率放电时，优选的是将每个放电速率设置成大于过渡放电速率的最大值。
在本公开中，当将用于通过线性等式来近似放电速率与放电终止电压之间的关联(correlation)的一对数据，即放电速率和放电终止电压(Vf)，定义为I-V数据时，I-V数据的数目可为至少两个，优选地至少三个。
同时，当二次电池的OCV0属于过渡电压范围(△Vt)时，由等式1和2计算的最大功率Pmax对应于二次电池可以提供的最大功率的下限值。因此，二次电池实际上可以提供的最大功率具有大于或等于所计算最大功率(Pmax)的值。
根据本公开的用于估计二次电池的功率的设备还可包括与控制装置相连的显示装置，并且控制装置可通过显示装置来输出二次电池的估计最大功率。可将该最大功率显示为字符、数字、图表或其组合。
根据本公开的用于估计二次电池的功率的设备可向外部控制单元发送二次电池的估计最大功率。
根据本公开的用于估计二次电池的功率的设备还可包括与控制装置相连的存储装置，并且该控制装置可在存储装置中记录所述多个放电速率和放电终止电压(Vf)和/或近似的线性等式的斜率和Y截距和 /或二次电池的估计最大功率。
可将根据本公开的用于估计二次电池的功率的设备包括在电驱动机构中。
根据一方面，电驱动机构可以是移动计算机设备，诸如移动电话、膝上型计算机以及平板计算机，或者包括数字式照相机、摄像机、音频/视频播放器等的手持式多媒体设备。
根据另一方面，电驱动机构可以是由电供以动力的电动运输系统，诸如电动车辆、混合动力车辆、电动自行车、电动摩托车、电动火车、电动船、电动飞行器或包括诸如电钻和电动磨床之类的电动机的动力工具。
根据另一方面，电驱动机构可以是安装在电网中以储存发电厂的新的可更新能量或过剩能量中的大容量储能系统或者在诸如灯火管制之类的紧急情况下向包括服务器计算机或移动通信设备的各种信息和通信系统供应功率的可中断电源。
并且，二次电池还可包括包含工作离子的电解质以及用以将正极从负极电分离并允许工作离子移动的隔离物。
电解质不限于特定类型，如果其包括工作离子且可能借助于工作离子在正极和负极处引起电化学氧化或还原反应的话。
并且，二次电池还可包括用以密封正极、负极以及隔离物的壳体。该壳体在其材料方面不具有特殊限制，如果其具有化学安全性的话。
二次电池的外观由壳体的结构确定。壳体的结构可以是本领域中已知的各种结构中的一个，并且通常可具有圆筒形状、棱柱形状、袋状形状、硬币形状等。
有利效果
根据本公开，即使包括混合正极材料的二次电池展示出独有放电性质，也可以可靠地估计二次电池的功率。
附图说明
附图举例说明本公开的优选实施例并连同前述公开一起用于提供本公开的技术精神的进一步理解，并且因此不应将本公开理解为局限于附图。
图1是示出了在10秒和5c的脉冲放电条件下执行混合脉冲功率表征(HPPC)测试以针对每个充电状态(SOC)确定二次电池的最大功率的结果的图表。
图2是示出了在5c的放电速率下的二次电池的脉冲放电期间根据 SOC来测量二次电池的内电阻的结果的图表。
图3是示出了在5c的放电速率下的二次电池的脉冲放电期间根据 SOC来测量二次电池的开路电压(OCV)的结果的图表。
图4是示出了用于各种SOC条件的I-V分布的图表，每个分布是通过描述在不同量值的放电速率下的二次电池的脉冲充电期间测量的放电终止电压(Vf)的变化模式而获得的。
图5是图示出根据本公开的示例性示例的用于估计二次电池的功率的设备的结构的框图。
图6是图示出根据本公开的示例性示例的用于估计二次电池的功率的方法的流程图。
具体实施方式
下面将参考附图来详细地描述本公开的示例性实施例。在描述之前，应理解的是不应将在本说明书和所附权利要求中所使用的术语理解为局限于一般和词典意义，而是基于允许本发明人为了最佳说明而适当地定义术语的原理基于对应于本公开的技术方面的意义和概念来解释。因此，在本文中提出的描述仅仅是用于举例说明的目的的优选示例，并不意图限制本公开的范围，因此应理解的是在不脱离本公开的精神和范围的情况下可对其实现其他等价物和修改。
下面所述的实施例叙述其中将本公开的技术方面应用于锂二次电池的情况。在这里，锂二次电池是其中锂离子充当工作离子并在充电和放电期间在正极和负极处引起电化学反应的二次电池。工作离子表示在二次电池的充电和放电期间参与电化学氧化和还原反应的离子，并且例如锂离子可这样工作。因此，应将使用锂离子作为工作离子的任何二次电池理解为包括在锂二次电池的范围内，即使二次电池的名称基于在锂二次电池中使用的电解质或隔离物的类型、用来封装二次电池的壳体的类型、锂二次电池的内部或外部结构等而改变。
并且，可将本公开应用于除锂二次电池之外的二次电池。因此，即使用作工作离子的离子并不是锂离子，也应将可应用本公开的技术方面的任何二次电池理解为包括在本公开的范围内，无论其类型如何。
应注意的是在其中使用术语‘二次电池’而不是术语‘锂二次电池’的某些实施例中，使用相应实施例中的二次电池作为涵盖各种类型的二次电池的概念。
并且，二次电池不限于组成二次电池的许多元件。因此，应将二次电池理解为不仅包括包含负极、电解质和正极作为基本单元的单位电池胞，而且和包括单位电池胞的组件、包括被串联地和/或并联地连接的多个组件的模块、包括串联地和/或并联地连接的多个模块的组、通过串联地和/或并联地连接多个组的电池系统等。
在本公开的示例性实施例中，二次电池包括LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 (NMC正极材料)和LiFePO4(LFP正极材料)分别地作为第一正极材料和第二正极材料。NMC正极材料和LFP正极材料的混合比是7:3 (重量比)。包括在二次电池中的负极材料是石墨，并且作为电解质，使用电解质溶液，其中，以3:4:3(重量比)的混合比向碳酸乙酯(EC)：碳酸二甲酯(DMC)：碳酸甲乙酯(EMC)的溶液添加锂盐LiPF6。使用在多孔聚烯烃基底的表面上涂有无机颗粒的隔离物。以袋型二次电池的形式来制造二次电池，并且其具有43.05Ah的容量。二次电池被制造成允许其基于开路电压(OCV)在2.6至4.2V范围内充电和放电。
图1是示出了在10秒和5c的脉冲放电条件下执行混合脉冲功率表征(HPPC)测试以针对每个充电状态(SOC)确定二次电池的最大功率的结果的图表。
使用以下等式3来计算二次电池的最大功率。在等式3中，Vmin表示最小放电电压(＝2.6V)，OCV0表示二次电池的脉冲放电之前的开路电压，Vf表示在脉冲放电结束之后立即测量的二次电池的动态电压，Rdis表示可根据在二次电池的放电期间观察到的电压减小量来计算的内电阻，并且Cdis表示放电速率(5c)。
＜等式3＞
Pmax＝Vmin*(OCV0–Vmin)/Rdis
Rdis＝(OCV0–Vf)/Cdis
参考图1，可以看到二次电池的最大功率(Pmax)随着SOC的增加而线性地减小，并且然后在SOC为约15—40％时展示出Dip模式(参见点线框)。下面将其中生成Dip模式的SOC范围称为过渡状态范围。
同时，在过渡状态范围内用■指示的点线分布示出在不使用等式 2的情况下通过恒定功率(CP)放电测试而实际测量的二次电池的最大功率。
在Dip模式周围，当比较实线和点线分布时，可以看到在使用等式3计算的二次电池的最大功率与实际测量的最大功率之间存在相当大的差。也就是说，使用等式3计算的最大功率低于实际测量的最大功率。
与此类似，当二次电池在过渡状态范围内放电时发生最大功率差的原因是因为二次电池的电阻特性在过渡状态范围内急剧地改变。
图2和3是示出了在5c的放电速率下的二次电池的脉冲放电期间根据SOC来测量二次电池的内电阻和开路电压的结果的图表。
参考图2，可以观察到，在过渡状态范围内形成部分地增加且然后减小的二次电池的内电阻的凸起模式，并且在凸起模式的顶点之前和之后出现两个拐点(参见点线圆圈)。
参考图3，可以观察到在过渡状态范围内的包括拐点的电压坪(参见点线框)。在这里，电压坪表示在拐点附近具有小的电压变化的分布部分。
与此类似，在内电阻和开路电压分布上观察到凸起模式和电压坪的原因是因为锂离子在二次电池的放电期间嵌入其中的正极材料的类型从NMC正极材料变成LFP正极材料，并且因此，对二次电池的内电阻有所贡献的正极材料的类型改变。
也就是说，当使二次电池在高于过渡状态范围的SOC范围内放电时，锂离子主要嵌入NMC正极材料中，并且随着嵌入NMC正极材料中的锂离子的量增加，二次电池的开路电压变低。相反地，当使二次电池在低于过渡状态范围的SOC范围内放电时，锂离子主要嵌入LFP正极材料中，并且随着嵌入LFP正极材料中的锂离子的量增加，二次电池的开路电压变低。并且，当二次电池在过渡状态范围内放电时，锂离子主要地嵌入其中的正极材料的类型从NMC正极材料变成LFP 正极材料。当二次电池在一定开路电压(3.2V)周围的SOC下放电时发生此正极材料变化，在该开路电压下在图3中所示的开路电压分布上形成拐点。
此外，当更具体地观察图2中所示的内电阻凸起模式时，可以看到其中二次电池的内电阻突然地增加的SOC范围(在顶点的右侧)和其中二次电池的内电阻再次减小的SOC范围(在顶点的左侧)。
在这里，二次电池的内电阻突然增加的原因是因为随着将接受锂离子的NMC正极材料的大部分容量的消耗，NMC正极材料的电阻突然地增加。
并且，二次电池的内电阻再次地减小的原因是随着锂离子嵌入 LFP正极材料的开始，LFP正极材料的低电阻特性表现为二次电池的内电阻。
此外，可以看到当二次电池在低于过渡状态范围的SOC范围内放电时，随着SOC变低，二次电池的内电阻再次增加。在过渡状态范围下用作负极材料(石墨)的材料的增加的电阻中可以找到增加的内电阻的原因。
图4是示出了用于各种SOC条件的I-V分布的图表，每个分布是通过描述在不同量值的放电速率下的二次电池的脉冲充电期间测量的放电终止电压(Vf)的变化模式而获得的。图4中所示的图表的横轴表示二次电池的放电速率(c速率)，并且竖轴表示二次电池的放电终止电压(Vf)。在竖轴上，指示在2.60与4.20V之间的二次电池的使用电压范围。在这里，二次电池的使用电压范围可基于第一正极材料和第二正极材料的类型和混合比而改变。
放电终止电压(Vf)表示在二次电池脉冲放电达10秒之后立即测量的二次电池的动态电压。并且，当使二次电池在许多放电速率条件下的脉冲电流中放电时，脉冲放电开始之前的二次电池的开路电压 (OCV0)被设置成是相等的。因此，同一分布上的多个点指示在同一初始条件下(即，OCV0是相同的)在不同放电速率下的脉冲放电期间测量放电终止电压(Vf)的结果。
在图4中，其中每个分布与Y轴交叉的点指示脉冲放电开始之前的二次电池的开路电压(OCV0)。例如，对应于SOC 100％的I-V分布(①)示出当二次电池的OCV0是4.20V时放电终止电压(Vf)在二次电池分别地在5c和10c的放电速率的条件下放电达10秒的同时如何改变。
可将在图4的竖轴上所指示的使用电压范围划分成第一电压范围 (ΔV1)、过渡电压范围(ΔVt)以及第二电压范围(ΔV2)。
其中Y截距(即，OCV0)属于第一电压范围(ΔV1)和第二电压范围(ΔV2)的I-V分布具有放电终止电压(Vf)的减小模式，其具有恒定斜率。相反地，其中Y截距(即，OCV0)属于过渡电压范围(Δ Vt)的分布具有使得放电终止电压(Vf)的减小斜率改变的模式。
首先，当二次电池的OCV0属于第一电压范围(ΔV1)时，在二次电池脉冲放电的同时，工作离子主要嵌入NMC正极材料中。因此，无论二次电池的放电速率如何，放电终止电压(Vf)在显示出对NMC 正极材料的电阻特性的依赖性的同时减小。因此，可以看到I-V分布(①—⑤)具有线性减小的模式，其随着放电速率的增加而具有预定的恒定斜率，并且在第一电压范围(ΔV1)内，随着OCV0变低，I-V 分布向下移位。
随后，当二次电池的OCV0属于过渡电压范围(ΔVt)时，在二次电池脉冲放电的同时，工作离子嵌入其中的正极材料的类型基于过渡放电速率(C1—C4)而从NMC正极材料变成LFP正极材料。在这里，过渡放电速率(C1—C4)表示其中I-V分布(⑥—⑨)与水平直线(A)交叉的点处的放电速率，该水平直线(A)具有指示为在其附近在图3中所示的开路电压分布上观察到电压坪的电压的开路电压(约 3.2V)的Y截距。过渡放电速率(C1—C4)随着二次电池的OCV0变低而向左移位。这是因为如果OCV0减小，则工作离子可以嵌入NMC 正极材料中时的容量同样地减小，并且即使二次电池以低放电速率放电，工作离子也很容易嵌入LFP正极材料中。
在下文中，为了方便描述，将低于过渡放电速率的放电速率范围称为第一放电速率范围，并且将高于过渡放电速率的放电速率范围称为第二放电速率范围。并且，将在第一放电速率中观察到的I-V分布称为第一分布(B)，并将在第二放电速率范围内观察到的I-V分布称为第二分布(D)。
当二次电池脉冲放电时，在放电速率属于第一放电速率范围的情况下，工作离子仍嵌入NMC正极材料中。因此，在第一放电速率范围内观察到的第一分布(B)示出根据NMC正极材料的电阻特性的减小模式。并且，第一分布(B)的减小的斜率大于I-V分布(①—⑤)。这是因为随着增加量的工作离子嵌入NMC正极材料中，NMC正极材料的电阻增加。并且，第一分布(B)的减小的斜率随着OCV0在过渡电压范围(ΔVt)内变低而增加。这是因为随着OCV0在过渡电压范围 (ΔVt)内变低，随着工作离子可以嵌入NMC正极材料中的容量的消耗，NMC正极材料的电阻进一步增加。在这里，第一分布(B)的减小的斜率增加的程度可基于第一正极材料的类型而改变。
相反地，当二次电池放电时，在放电速率属于第二放电速率范围的情况下，随着工作离子可以嵌入NMC正极材料中的容量的显著消耗，工作离子开始嵌入LFP正极材料中。因此，在第二放电速率范围内观察到的第二分布(D)在显示出对LFP正极材料的电阻特性的依赖性的同时具有减小的模式。然而，第二分布(D)的减小斜率小于第一分布(B)的减小斜率。
同时，在OCV0对应于过渡电压范围(ΔVt)的下限电压(约3.2V) 且二次电池的放电速率属于第二放电速率范围的情况下，可以将在第二放电速率范围内观察到的I-V分布(E)称为下界分布。这是因为随着OCV0接近于过渡电压范围(ΔVt)的下限电压，在第二放电速率范围内观察到的I-V分布向下界分布收敛。
随后，当二次电池的OCV0在二次电池脉冲放电的同时属于第二电压范围(ΔV2)时，工作离子主要嵌入LFP正极材料中，无论放电速率的量值如何。因此，I-V分布(⑩—)在总放电速率范围内具有线性减小模式，其具有预定恒定速率，并且I-V分布(⑩—)的斜率随着OCV0在第二电压范围(ΔV2)内变低而增加。这是因为随着OCV0变低，用作负极材料的材料的电阻增加且二次电池的内电阻增加。
图4中所示的I-V分布示出二次电池的电压如何基于放电速率的量值而改变，并且因此，I-V分布的斜率基本上对应于二次电池的内电阻。
由于I-V分布①—⑤和⑩—具有恒定斜率，所以即使二次电池的放电速率改变，也可以将二次电池的内电阻说成是恒定的。相反地， I-V分布⑥—⑨随着二次电池的增加的放电速率而具有减小的斜率，并向下界分布(E)收敛。因此，当在二次电池放电的同时二次电池的 OCV0属于过渡电压范围(ΔVt)时，可以将二次电池的内电阻说成是随着增加的放电速率而逐渐地减小并向预定值收敛。
可通过最小放电电压(Vmin)和最大放电速率(Cmax)的乘法运算来计算二次电池的最大功率，其引起二次电池下降至最小放电电压 (2.6V)。
最大放电速率(Cmax)对应于其中图4中所示的分布当在X轴向方向上延伸时与X轴相遇的点处的放电速率(亦即，X轴交叉点放电速率)。
X轴交叉点放电速率(Cmax)对应于上述等式3的(OCV0– Vmin)/Rdis，并且可通过对二次电池的放电期间的放电速率和放电终止电压(Vf)进行采样而使用数学公式(OCV0–Vf)/Cdis来实时地计算分母 Rdis。
当二次电池的OCV0属于第一电压范围(ΔV1)或第二电压范围 (ΔV2)时，二次电池的放电终止电压(Vf)以预定斜率减小，无论放电速率的量值如何，并且因此，即使使用等式3来实时地估计二次电池的最大功率，也不发生与实际测量最大功率的差。然而，当二次电池的OCV0属于过渡电压范围(ΔVt)时，如果使用等式3来计算最大功率，则出现与实际测量最大功率的差。
例如，当在二次电池放电的同时二次电池的OCV0是3.55V时，放电终止电压(Vf)随着增加的放电速率而沿着I-V分布⑨改变。并且，当I-V分布⑨在X轴方向上延伸时，如果计算X轴交叉点放电速率 (Cmax)，则可获得约14c的放电速率，并且其与实际测量的最大放电速率基本上相同。然而，如果根据在二次电池以2c的放电速率放电时测量的放电终止电压(Vf)来计算二次电池的内电阻Rds，并且用数学公式(OCV–Vmin)/Rdis来计算最大放电速率，则其值对应于其中直线F 当在X轴方向上延伸时与X轴相遇的点处的放电速率(约5c)，并且该值大大小于其中I-V分布⑨与X轴相遇的点处的最大放电速率14c。因此，当包括混合正极材料的二次电池的OCV0属于过渡电压范围(Δ Vt)时，如果使用实时地使用等式3计算的最大放电速率来估计最大功率，则存在估计最大功率低于实际测量最大功率的问题。因此，在二次电池的OCV0属于过渡电压范围(ΔVt)的情况下，需要估计二次电池的最大功率的新方法。
本申请的发明人已注意到这样的事实，即当二次电池的OCV0属于过渡电压范围(ΔVt)时，在第二放电速率范围内观察到的第二分布 (D)向下界分布(E)收敛，第二分布(D)的X轴交叉点放电速率 (Cmax)与二次电池的实际测量最大放电速率基本上相同，并且第二分布(D)的X轴交叉点放电速率在其中下界分布(E)与X轴相遇的点处向近似放电速率(C*max)收敛。
并且，本申请的发明人已经验证，在二次电池的最大功率的实时估计中，可通过从具有足够大的量值的多个放电速率(c)中对多个放电终止电压(Vf)进行采样、获得使用采样数据通过二维线性等式“Vf＝-Rdis*c+OCV0”近似的分布、通过使用线性等式的Y截距OCV0和斜率Rdis以及二次电池的最小放电电压Vmin通过数学公式Cmax＝(OCV0–Vmin)/Rdis来获得二次电池的最大放电速率(Cmax)并通过数学公式 Pmax＝Cmax*Vmin,来估计二次电池的最大功率(Pmax)而使误差最小化。
下面，提供了基于上述常规问题和新实验发现而设计的根据本公开的用于估计二次电池的功率的设备的详细描述。
图5是图示出根据本公开的示例性示例的用于估计二次电池的功率的设备100的结构的框图。
参考图5，根据本公开的用于估计二次电池的功率的设备100包括放电装置110、传感器装置120以及控制装置130。
为了估计包括混合正极材料的二次电池140的最大功率，可将设备100连接在二次电池140与负载150之间。
二次电池140可以是锂二次电池。然而，本公开不限于电池类型。
可将二次电池140安装在能够通过电能工作的各种类型的电驱动机构中，并且电驱动机构不限于特定类型。
在一个实施例中，电驱动机构可以是移动计算机设备，诸如移动电话、膝上型计算机以及平板计算机或者包括数字式照相机、摄像机和音频/视频播放器设备的手持式多媒体设备。
在另一实施例中，电驱动机构可以是通过电移动的电动设备，诸如电动车辆、混合动力车辆、电动自行车、电动摩托车、电动火车、电动船、电动飞行器或包括诸如电钻和电动磨床之类的电动机的动力工具。
在另一实施例中，电驱动机构可以是安装在电网中以存储通过发电厂的新的可更新能量或过剩电产生的电的大容量储能系统以及用以在例如灯火管制之类的紧急情况下向包括服务器计算机和移动通信设备的各种类型的信息和通信设备供应功率的不间断电源。
负载150被包括在各种类型的电驱动机构中，并且是包括在靠在二次电池140放电时供应的电能工作的电驱动机构中的能量消耗设备。作为非限制性示例，负载150可以是诸如电动机之类的循环驱动设备或诸如逆变器之类的功率转换设备，然而，本公开不限于负载类型。
放电装置110在控制装置130的控制下以一定时间间隔用多个不同的放电速率(C速率)的放电电流使二次电池140进行脉冲放电。在这里，至少两个放电速率是优选的。并且，可任意地设置脉冲放电时间和放电静止时间。例如，可将脉冲放电时间和放电静止时间每个设置成10秒。放电装置110可从控制装置130接收用于控制二次电池140 的放电速率的控制信号。当接收到控制信号时，放电装置110将二次电池140的放电速率从一个值变成另一个。
优选地，在放电装置110使二次电池140放电时施加的放电速率条件是足够大的。例如，将放电速率条件设置成大于在二次电池140 的I-V分布上观察到的过渡放电速率的最大值。
作为非限制性示例，当混合正极材料以7:3的比(重量比)包括 LMC正极材料和LFP正极材料时，优选的是放电速率条件大于或等于 5c(参见图4)。
作为非限制性示例，当放电速率条件大于或等于5c时，可将放电速率条件设置成6c和8c(两个)或6c、8c和10c(三个)。
放电装置110可以是例如可调节地控制供应给负载150的负载电流的量值的装置。可通过已知电路容易地实现用于控制负载电流的量值的装置，并且在本文中省略了其详细描述。
作为另一示例，放电装置110可包括放电电路，并且可以是用于强制地使二次电池140以不同的放电速率放电的装置。
在后一种情况下，放电电路可包括多个电阻器部件，并且放电装置110可通过电阻器部件的选择性连接来控制放电电流的放电速率。
传感器装置120在每个脉冲放电结束时在控制装置130的控制下测量二次电池的放电终止电压(Vf)。优选地，传感器装置120包括用以测量二次电池140的跨正极和负极的电压的电压测量电路。
放电终止电压(Vf)表示在脉冲放电的应用终止时的时间点测量的二次电池的动态电压。如果将放电条件设置成n，则测量的放电终止电压(Vf)的数目也是n。
传感器装置120可向控制装置130输出测量的放电终止电压(Vf)。传感器装置120可从控制装置130接收用于测量放电终止电压(Vf) 的控制信号。当接收到控制信号时，传感器装置120测量放电终止电压(Vf)并将其输出到控制装置130。
控制装置130通过控制放电装置110和传感器装置120来获得在多个放电速率条件下测量的多个放电终止电压(Vf)。
并且，控制装置130将所述多个放电速率(c)和与之相对应的所述多个放电终止电压(Vf)之间的关联近似为二维线性等式“Vf＝-Rdis*c +OCV0”。在该线性等式中，放电速率(c)和放电终止电压(Vf)表示输入和输出变量，并且-Rdis和OCV0分别地表示斜率和Y截距。
并且，控制装置130使用该线性等式对放电速率为0时的开路电压(OCV0)进行外推。在这里，开路电压(OCV0)是二次电池140 的脉冲放电之前的电压，并表示基本上无负载状态下的开路电压。
并且，控制装置130基于最小放电电压(Vmin)来计算开路电压 (OCV0)的偏移(OCV0-Vmin)，并使用线性等式的偏移和斜率(Rdis) 来计算二次电池的最大放电速率(Cmax)。在这里，最大放电速率(Cmax) 表示允许二次电池140的电压下降至最小放电电压(Vmin)的放电速率。随后，控制装置130使用计算的最大放电速率(Cmax)和最小放电电压 (Vmin)来估计二次电池的最大功率(Cmax*Vmin)。
用于估计二次电池的功率的设备100还可包括存储装置160。存储装置160不限于特定类型，如果其为能够记录和擦除信息的存储介质的话。
作为示例，存储装置160可以是随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、寄存器、硬盘、光学记录介质或磁记录介质。
并且，可经由例如数据总线将存储装置160连接到控制装置130 以允许由控制装置130访问。
并且，存储装置160可存储和/或更新和/或擦除和/或发送包括由控制装置130执行的各种控制逻辑的程序和/或由控制逻辑的执行产生的数据。
可将存储装置160在逻辑上划分成至少两个，并且不限于被包括在控制装置130中。
存储装置160可包括与不同放电速率条件有关的数据、与由传感器装置120测量的所述多个放电结束电压(Vf)有关的数据、与二维线性等式的斜率和Y截距及下限放电电压(Vmin)有关的数据和与所计算的最大放电速率和最大功率有关的数据。
为了执行各种控制逻辑和/或计算逻辑，控制装置130可以可选地包括本领域中众所周知的处理器、专用集成电路(ASIC)、芯片组、逻辑电路、寄存器、通信调制解调器和数据处理设备。并且，当用软件来实现控制逻辑时，可将控制装置130实现为程序模块的组件。在这种情况下，可将程序模块存储在存储器中并由处理器执行。可将存储器设置在处理器内部或外面，并且可用各种已知手段来连接到处理器。并且，可将存储器包括在存储装置160中。并且，存储器通常表示存储信息的所有设备，无论设备类型如何，并且不只是特定存储器设备。
可选地，用于估计二次电池的功率的设备100还可包括显示装置 150。显示装置150不限于特定类型，如果其可以将关于由控制装置130 估计的二次电池140的最大功率的信息显示为图形界面的话。作为示例，显示装置150可以是液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)显示器、有机发光二极管(OLED)显示器、电泳墨水(E墨水)显示器、柔性显示器等。显示装置151可直接地或间接地与控制装置130相连接。当采用后者时，显示装置151可位于在物理上与控制装置130位于其中的区域分离的区域中。并且，可将第三控制装置(未示出)插入显示装置151与控制装置130之间以从控制装置130接收要在显示装置151上显示的信息并允许在显示装置151上显示信息。为此，可经由通信线路将第三控制装置连接到控制装置130。
显示装置151不一定被包括在根据本公开的设备中，并且可被包括在与根据本公开的设备相连的其他设备中。在这种情况下，可用包括在其他设备中的控制装置的介质将显示装置151间接地连接到控制装置130而不是直接地连接。因此，应理解的是显示装置151和控制装置130的电连接包括这种间接连接方法。
控制装置130可形成与外部控制设备的通信接口。并且，通过通信接口，可将与二次电池的最大放电速率和/或最大功率有关的数据发送到外部控制装置。外部控制装置可以是装配有负载150的设备的控制装置。作为示例，在其中将二次电池140安装在电动车辆中的情况下，控制装置130可将与二次电池140的最大放电速率和/或最大功率有关的数据发送到以集成方式控制电动车辆的操作机构的控制单元。然后，控制单元可使用二次电池140的接收的最大放电速率和/或最大功率而使二次电池140的放电效率最大化。
在本公开的各种实施例的描述中，应理解的是称为‘装置’的元件是在功能上而不是在物理上区别的。因此，可将每个元件选择性地与其他元件集成，或者可将每个元件划分成子元件以用于一个或多个控制逻辑的高效执行。然而，对于本领域的技术人员而言显而易见的是即使将元件集成或划分，如果发现功能是相同的，也应将集成或划分元件理解为落在本公开的范围内。
控制装置130的各种控制逻辑和/或计算逻辑中的至少一个的选择性组合可变成根据本公开的用于估计二次电池的功率的方法的实施例。
图6是示意性地图示出根据本公开的示例性实施例的用于估计二次电池的最大功率的方法的流程图。
首先，在S10中，控制装置130从存储装置160读取估计二次电池的最大功率所需的控制逻辑并执行该控制逻辑。
随后，在S20中，控制装置130确定是否满足用于估计功率的条件。在这里，估计条件可包括在其之下二次电池将保持在无负载状态达至少预定时间(从数十秒至几分钟)的条件。可选地，可省略S20。
在S20中，当确定满足估计条件时，控制装置130前进至过程中的S30。相反地，在S20中，当未确定满足估计条件时，控制装置130 转到过程中的S20。
在S30中，控制装置120通过控制放电装置110和传感器装置120 通过使二次电池140在多个不同的放电速率条件下进行脉冲放电而针对每个放电速率条件获得二次电池的放电终止电压(Vf)。
在这里，放电速率条件和与之相对应的放电结束电压(Vf)形成 I-V数据。因此，如果在三个不同放电速率条件下使二次电池140脉冲放电，则控制装置120获得三个I-V数据。
优选地，所述多个放电速率条件是足够大的。作为示例，优选的是所述多个放电速率条件大于在二次电池140的I-V分布上观察到的过渡放电速率的最大值。
在S40中，控制装置130将在S30中获得的多个I-V数据记录在存储装置160中。随后，在S50中，控制装置130近似地计算线性等式“Vf＝-Rdis*c+OCV0”，其使用I-V数据来定义放电速率(c)与放电终止电压(Vf)之间的关联。
随后，在S60中，控制装置130根据线性等式来计算放电速率为 0时的开路电压(OCV0)，并基于最小放电电压(Vmin)来计算开路电压(OCV0)的偏移。
随后，在S70中，控制装置130使用线性等式的偏移值和斜率(Rdis) 来计算二次电池的最大放电速率(Cmax)。随后，在S80中，控制装置 130使用最大放电速率(Cmax)和最小放电电压(Vmin)来估计最大功率(Cmax*Vmin)。
同时，控制装置130可以可选地执行S90和/或S100和/或S110。也就是说，在S90中，控制装置130可将二次电池140的估计最大功率记录在存储装置160中。并且，在S100中，控制装置130可通过显示装置151将二次电池140的估计最大功率输出为图形界面。并且，控制装置130可将二次电池140的估计最大功率发送到外部控制单元。
在本公开中，可将控制装置130的各种控制逻辑和/或计算逻辑中的至少一个选择性地组合，并且可用计算机可读代码来编写组合控制逻辑，并记录在计算机可读记录介质中。
该记录介质不限于特定类型，如果其可被包括在计算机中的处理器访问的话。作为示例，记录介质可包括选自由ROM、RAM、寄存器、致密盘只读存储器(CD-ROM)、磁带、硬盘、软盘以及光学数据记录设备组成的组的至少一个。
并且，可将计算机可读代码调制到载波信号并在特定时间点包括在通信载波中，并且可分布在网络耦合计算机系统上，使得以分布式方式来存储和执行计算机可读代码。并且，可由本公开所属技术领域中的程序员来容易地推断用于实现组合控制逻辑的功能程序、代码以及代码段。
上文已详细地描述了本公开。然而，应理解的是详细描述和特定示例在指示本公开的优选实施例的同时仅仅是以举例说明的方式给出的，因为根据本详细描述，本公开的精神和范围内的各种变化和修改将变得对于本领域的技术人员而言显而易见。

Claims (22)

1.一种用于估计二次电池的功率的系统，包括：
二次电池，所述二次电池包括混合正极材料，所述混合正极材料至少包括第一正极材料和第二正极材料；
放电装置，所述放电装置被配置成利用相互不同并且大于过渡放电速率的多个放电速率对所述二次电池放电，其中所述过渡放电速率表示当所述二次电池被放电时工作离子主要嵌入的正极材料从第一正极材料变成第二正极材料时的放电速率；
传感器装置，所述传感器装置被配置成测量对应于所述多个放电速率的多个放电终止电压；以及
控制装置，所述控制装置被配置成用二维线性等式来近似所述多个放电速率与所述多个放电终止电压之间的关联，使用线性等式来计算所述二次电池的对应于最小放电电压的最大放电速率，并根据所计算的最大放电速率来估计所述二次电池的最大功率。
2.根据权利要求1所述的用于估计二次电池的功率的系统，其中，所述放电装置被配置成利用所述的相互不同的多个放电速率对所述二次电池脉冲放电。
3.根据权利要求1所述的用于估计二次电池的功率的系统，其中，所述第一正极材料和所述第二正极材料的类型和混合比被设置成使得所述二次电池的放电电阻分布具有凸起模式。
4.根据权利要求1所述的用于估计二次电池的功率的系统，其中，所述第一正极材料和所述第二正极材料的类型和混合比被设置成使得所述二次电池的开路电压分布具有至少一个电压坪。
5.根据权利要求1所述的用于估计二次电池的功率的系统，其中，在放电模式下与所述二次电池的工作离子反应的第一正极材料和第二正极材料的电压范围不同。
6.根据权利要求1所述的用于估计二次电池的功率的系统，其中，所述控制装置被配置成使用至少两对放电速率与放电终止电压来近似所述线性等式。
7.根据权利要求1所述的用于估计二次电池的功率的系统，其中，所述多个放电速率大于在针对所述二次电池的每个充电状态测量的I-V分布上观察到的过渡放电速率的最大值。
8.根据权利要求1所述的用于估计二次电池的功率的系统，其中，所述控制装置被配置成使用以下等式来计算所述最大放电速率：
最大放电速率(Cmax)＝(线性等式的Y截距-最小放电电压)/线性等式斜率的绝对值。
9.根据权利要求1或8所述的用于估计二次电池的功率的系统，其中，所述控制装置被配置成使用以下等式来估计所述最大功率：
Pmax＝最大放电速率*最小放电电压={(线性等式的Y截距-最小放电电压)/线性等式斜率的绝对值}*最小放电电压。
10.根据权利要求1所述的用于估计二次电池的功率的系统，进一步包括：
与所述控制装置相连的显示装置，
其中，所述控制装置被配置成通过所述显示装置输出所估计的所述二次电池的最大功率。
11.根据权利要求1所述的用于估计二次电池的功率的系统，其中，所述控制装置被配置成传送所估计的所述二次电池的最大功率发送到外部控制单元。
12.根据权利要求1所述的用于估计二次电池的功率的系统，进一步包括：
存储装置，所述存储装置与所述控制装置相连，
其中，所述控制装置被配置成将所述多个放电速率和放电终止电压、所近似的线性等式的斜率和Y截距或者所估计的所述二次电池的最大功率记录在所述存储装置中。
13.根据权利要求1所述的用于估计二次电池的功率的系统，其中，
所述第一正极材料是用一般化学式A[AxMy]O2+z表示的碱金属化合物，其中A包括Li、Na和K的至少一个元素；M包括选自Ni、Co、Mn、Ca、Mg、Al、Ti、Si、Fe、Mo、V、Zr、Zn、Cu、Al、Mo、Sc、Zr、Ru和Cr的至少一个元素；x≥0，1≤x+y≤2，-0.1≤z≤2；针对化合物而选择x、y、z以及包括在M中的组分的化学当量系数以保持电中性，并且
所述第二正极材料是用一般化学式LiaM1 xFe1-xM2 yP1-yM3 zO4-z表示的锂金属磷酸盐，其中M1包括选自Ti、Si、Mn、Co、Fe、V、Cr、Mo、Ni、Nd、Al、Mg和Al的至少一个元素；M2包括选自Ti、Si、Mn、Co、Fe、V、Cr、Mo、Ni、Nd、Al、Mg、Al、As、Sb、Si、Ge、V和S的至少一个元素；M3包括选自包括F的卤族元素的至少一个元素；0＜a≤2，0≤x≤1，0≤y＜1，0≤z＜1；针对化合物选择a、x、y、z和包括在M1、M2和M3中的组分的化学当量系数以保持电中性，或所述第二正极材料是用一般化学式Li3M2(PO4)3表示的锂金属磷酸盐，其中M包括选自Ti、Si、Mn、Fe、Co、V、Cr、Mo、Ni、Mg和Al的至少一个元素。
14.一种包括根据权利要求1所述的用于估计二次电池的功率的系统的电驱动机构。
15.一种用于估计二次电池的功率的方法，所述二次电池包括至少第一正极材料和第二正极材料的混合正极材料，该方法包括：
(a)利用相互不同并且大于过渡放电速率的多个放电速率对所述二次电池放电，其中所述过渡放电速率表示当所述二次电池被放电时工作离子主要嵌入的正极材料从第一正极材料变成第二正极材料时的放电速率；
(b)测量对应于所述多个放电速率的多个放电终止电压；以及
(c)用二维线性等式来近似所述多个放电速率与所述多个放电终止电压之间的关联，并使用线性等式来计算所述二次电池的对应于最小放电电压(Vmin)的最大放电速率(Cmax)；以及
(d)根据所计算的最大放电速率来估计所述二次电池的最大输出。
16.根据权利要求15所述的用于估计二次电池的功率的方法，其中，步骤(a)包括利用所述的相互不同的多个放电速率对所述二次电池脉冲放电。
17.根据权利要求15所述的用于估计二次电池的功率的方法，其中，步骤(c)包括使用至少两对放电速率与放电结束电压来近似所述线性等式。
18.根据权利要求15所述的用于估计二次电池的功率的方法，其中，在步骤(a)中，所述多个放电速率大于在针对所述二次电池的每个充电状态测量的I-V分布上观察到的过渡放电速率的最大值。
19.根据权利要求15所述的用于估计二次电池的功率的方法，其中，步骤(d)包括使用以下等式来估计所述二次电池的最大功率：
Pmax＝最大放电速率*最小放电电压
＝{(线性等式的Y截距–最小放电电压)/线性等式斜率的绝对值}*最小放电电压。
20.根据权利要求15所述的用于估计二次电池的功率的方法，进一步包括：
输出所估计的所述二次电池的最大功率。
21.根据权利要求15所述的用于估计二次电池的功率的方法，进一步包括：
传送所估计的所述二次电池的最大功率至外部控制单元。
22.根据权利要求15所述的用于估计二次电池的功率的方法，进一步包括：
存储所述多个放电速率与放电结束电压、所近似的线性等式的斜率和Y截距或所估计的所述二次电池的最大功率。
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