DE102018107348A1

DE102018107348A1 - Verfahren und vorrichtung zur überwachung einer gleichstromquelle

Info

Publication number: DE102018107348A1
Application number: DE102018107348.8A
Authority: DE
Inventors: Raghunathan K; Brian J. Koch
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2018-03-27
Publication date: 2018-10-04
Also published as: CN108693475B; US20180284195A1; US10408883B2; CN108693475A

Abstract

Die Evaluierung einer Gleichstromquelle kann die Kommunikation mit einem Spannungsmesser beinhalten, der so angeordnet ist, dass er das elektrische Potenzial über positive und negative Elektroden hinweg überwacht. Das Verfahren beinhaltet das Ermitteln einer Vollzellen-Leerlaufspannung („OCV“), einer zugehörigen positiven Halbzellen-OCV und einer zugehörigen negativen Halbzellen-OCV an einem Anfangspunkt der Gleichstromquelle. Ein Lithium-Gleichgewichtsmodell wird ausgeführt, um eine Vielzahl von Anfangszuständen zu ermitteln, die mit einer Elektrodenausrichtung der Gleichstromquelle verbunden sind. Ein Verwendungszustand für die Vollzellen-OCV wird ermittelt. Eine Optimierungsroutine wird unter Verwendung des Lithium-Gleichgewichtsmodells zum Ermitteln von Anwendungszuständen, die der Elektrodenausrichtung der Gleichstromquelle zugeordnet sind, basierend auf dem Verwendungszustand für die Vollzellen-OCV und den der Elektrodenausrichtung zugeordneten Anfangszuständen ausgeführt. Ein Verhältnis von negativ zu positiv („N/P“) wird basierend auf den Verwendungszuständen ermittelt, und die Batterielebensdauer wird basierend auf dem N/P-Verhältnis bewertet.

Description

EINLEITUNG
Einige Gleichstromquellen können im Betrieb Leistungsänderungen aufweisen.
KURZDARSTELLUNG
Eine Gleichstromquelle mit einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode wird beschrieben. Ein Verfahren zum Auswerten der Gleichstromquelle ist in einer Steuerung verkörpert, die mit einem Spannungsmesser in Verbindung steht, der so angeordnet ist, dass er das elektrische Potenzial zwischen der positiven und der negativen Elektrode überwacht. Das Verfahren beinhaltet das Ermitteln einer Vollzellen-Leerlaufspannung („OCV“), einer zugehörigen positiven Halbzellen-OCV und einer zugehörigen negativen Halbzellen-OCV an einem Anfangspunkt der Gleichstromquelle. Ein Lithium-Gleichgewichtsmodell wird ausgeführt, um eine Vielzahl von Anfangszuständen zu ermitteln, die mit einer Elektrodenausrichtung der Gleichstromquelle basierend auf der Vollzellen-OCV, der positiven Halbzellen-OCV und der negativen Halbzellen-OCV zu dem Lebensanfang der Gleichstromquelle zu ermitteln. Ein Verwendungszustand für die Vollzellen-OCV wird ermittelt. Eine Optimierungsroutine wird unter Verwendung des Lithium-Gleichgewichtsmodells zum Ermitteln von Anwendungszuständen, die der Elektrodenausrichtung der Gleichstromquelle zugeordnet sind, basierend auf dem Verwendungszustand für die Vollzellen-OCV und den der Elektrodenausrichtung zugeordneten Anfangszuständen ausgeführt. Ein Verhältnis von negativ zu positiv („N/P“) wird basierend auf den Verwendungszuständen ermittelt, die der Elektrodenausrichtung der Gleichstromquelle zugeordnet sind, und die Batterielebensdauer wird basierend auf dem N/P-Verhältnis bewertet.
Ein Aspekt der Offenbarung beinhaltet das Ermitteln der Vielzahl von Anfangszuständen, die mit der Elektrodenausrichtung assoziiert sind, was das Ermitteln eines anfänglichen positiven stöchiometrischen Koeffizienten, eines endgültigen positiven stöchiometrischen Koeffizienten, eines anfänglichen negativen stöchiometrischen Koeffizienten und eines endgültigen negativen stöchiometrischen Koeffizienten in Verbindung mit einer anteiligen Lithiumbelegung zum Anfangspunkt der Gleichstromquelle umfasst.
Ein anderer Aspekt der Offenbarung beinhaltet das Ermitteln der Verwendungszustände, die mit der in Gebrauch befindlichen Elektrodenausrichtung verbunden sind, welche das Ermitteln von Verwendungswerten für den anfänglichen positiven stöchiometrischen Koeffizienten, den endgültigen positiven stöchiometrischen Koeffizienten, den anfänglichen negativen stöchiometrischen Koeffizienten und den endgültigen negativen stöchiometrischen Koeffizienten beinhaltet, der mit der anteiligen Lithiumbelegung der verwendeten Gleichstromquelle verbunden ist.
Ein anderer Aspekt der Offenbarung beinhaltet das Ermitteln des N/P-Verhältnisses basierend auf den Werten der Verwendung für den anfänglichen positiven stöchiometrischen Koeffizienten, dem endgültigen positiven stöchiometrischen Koeffizienten, dem anfänglichen negativen stöchiometrischen Koeffizienten und dem endgültigen negativen stöchiometrischen Koeffizienten.
Ein anderer Aspekt der Offenbarung beinhaltet das Ermitteln von Daten für die Vollzellen-OCV und die Halbzellen-OCV für jede der positiven und negativen Elektroden, die ein Ladungs-/Entladungs-Profil mit niedriger Ladungsrate verwenden.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet, dass das Lithium-Gleichgewichtsmodell eine Form aufweist, die mit der Gleichung assoziiert ist: $U_{c e l l} (S O C) = U_{p o s} (y_{f} - S O C (y_{f} - y_{i})) - U_{n e g} (x_{f} + S O C (x_{i} - x_{f}))$
worin:

SOC der gegenwärtige Ladezustand ist,
Ucell(SOC) die Vollzellen-OCV beim SOC ist,
Upos die positive Halbzellen-OCV am SOC ist,
Uneg die negative Halbzellen-OCV beim SOC ist,
yi der anfängliche positive stöchiometrische Koeffizient ist,
yf der endgültige positive stöchiometrische Koeffizient ist,
xi der anfängliche negative stöchiometrische Koeffizient ist; und
xf der endgültige negative stöchiometrische Koeffizient ist.

Ein anderer Aspekt der Offenbarung umfasst das Ausführen der Optimierungsroutine unter Verwendung des Lithium-Gleichgewichtsmodells zum Ermitteln von Verwendungszuständen, die mit der Elektrodenausrichtung der Gleichstromquelle verbunden sind, welche das Ausführen eines Minimierungsverfahrens des kleinsten Quadrats zum Ermitteln von Werten für yi, yf, xi, xf basierend auf der Vollzellen-OCV, der positiven Halbzellen-OCV und der negativen Halbzellen-OCV für die Gleichstromquelle beinhaltet.
Ein anderer Aspekt der Offenbarung beinhaltet das Bewerten der Batterielebensdauer basierend auf dem N/P-Verhältnis, welches das Bewerten einer verbleibenden Betriebslebensdauer der Gleichstrom-Energiequelle basierend auf dem N/P-Verhältnis beinhaltet.
Ein anderer Aspekt der Offenbarung beinhaltet das Ermitteln der SOC-Kapazität basierend auf den Werten der Verwendung für den anfänglichen positiven stöchiometrischen Koeffizienten und dem endgültigen positiven stöchiometrischen Koeffizienten, und das Ermitteln einer negativen SOC-Kapazität basierend auf den Werten der Verwendung für den anfänglichen negativen stöchiometrischen Koeffizienten und den endgültigen negativen stöchiometrischen Koeffizienten.
Ein anderer Aspekt der Offenbarung beinhaltet das Bewerten eines Batteriezustandsschätzers basierend auf den positiven und negativen SOC-Kapazitäten.
Ein anderer Aspekt der Offenbarung beinhaltet das Bewerten eines Batteriezustandsschätzers basierend auf einem Verhältnis der negativen und positiven SOC-Kapazitäten.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet das Bewerten des Batteriezustandsschätzers auf der Grundlage eines Verhältnisses der negativen und positiven SOC-Kapazitäten, was das Anzeigen einer Lebensdauer am Ende der Gleichstromquelle umfasst, wenn das Verhältnis der negativen und positiven SOC-Kapazitäten geringer ist als Eins.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet das Ermitteln der Vollzellen-OCV, der assoziierten positiven Halbzellen-OCV und der zugehörigen negativen Halbzellen-OCV für jeden von mehreren SOC-Zuständen zwischen einem minimalen SOC und einem maximalen SOC an einem Anfangspunkt der Gleichstromquelle.
Ein anderer Aspekt der Offenbarung beinhaltet, dass die Gleichstromquelle eine Lithium-Ionen-Batterie ist.
Die genannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren, gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von einigen der besten Ausführungsformen und anderen Arten zur Ausführung der vorliegenden Lehren unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlich hervor.
Figurenliste
Im Folgenden werden exemplarisch eine oder mehrere Ausführungsformen mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, in welchen:

1 zeigt schematisch eine wiederaufladbare Gleichstromquelle mit positiven und negativen Elektroden, die durch ein Voltmeter überwacht wird, das mit einer Steuerung in Verbindung steht, gemäß der Offenbarung;
2 zeigt grafisch parametrische Daten, die dem Betrieb einer Gleichstromquelle zugeordnet sind, einschließlich einer Vollzellen-OCV, einer positiven Halbzellen-OCV und einer negativen Halbzellen-OCV, die alle in Bezug auf eine Zellenkapazität und einen Ladezustand (SOC) gezeigt sind, gemäß der Offenbarung;
3 zeigt graphisch ein Beispiel einer charakteristischen Kurve für das positive Halbzellen-OCV, wobei die positive Halbzellen-OCV in Bezug auf den SOC gemäß der Offenbarung gezeigt ist;
4 zeigt graphisch ein Beispiel einer charakteristischen Kurve für die negative Halbzellen-OCV, worin die negative Halbzellen-OCV in Bezug auf den SOC gemäß der Offenbarung gezeigt ist;
5 zeigt graphisch Lebensanfangsdaten, die mit einer Gleichstromquelle verbunden sind, gemäß der Offenbarung;
6 zeigt grafisch Verwendungsdaten, die mit einer Gleichstromquelle verbunden sind, gemäß der Offenbarung;
7 zeigt grafisch einen endgültigen positiven stöchiometrischen Koeffizienten und einen anfänglichen negativen stöchiometrischen Koeffizienten in Bezug auf eine Zellenkapazität (Ah), die die Batterielebensdauer angibt, gemäß der Offenbarung;
8 zeigt grafisch Zustände für einen anfänglichen positiven stöchiometrischen Koeffizienten und einen endgültigen negativen stöchiometrischen Koeffizienten in Bezug auf eine Zellenkapazität (Ah), die eine Batterielebensdauer angibt, gemäß der Offenbarung; und
9 zeigt grafisch Daten, die mit dem Verwendungsdienst einer Gleichstromquelle verbunden sind, einschließlich eines negativen/positiven Verhältnisses (N/P-Verhältnisses) und einer Zellenkapazität (Ah), die in Abhängigkeit von der Lebensdauer gemäß der Offenbarung aufgetragen sind.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die Komponenten der offenbarten Ausführungsformen, die hierin beschrieben und veranschaulicht sind, können in einer Vielfalt von verschiedenen Konfigurationen angeordnet und konstruiert sein. Daher ist die folgende ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen nicht dazu gedacht, den Umfang der Offenbarung, wie beansprucht, einzuschränken, sondern sie ist lediglich repräsentativ für mögliche Ausführungsformen davon. Obwohl zahlreiche spezielle Einzelheiten in der folgenden Beschreibung offengelegt werden, um ein gründliches Verständnis der hierin offenbarten Ausführungsformen bereitzustellen, können zudem einige Ausführungsformen ohne einige oder alle diese Details in die Praxis umgesetzt werden. Darüber hinaus wurde zum Zwecke der Klarheit bestimmtes technisches Material, das im entsprechenden Stand der Technik verstanden wird, nicht ausführlich beschrieben, um ein unnötiges Verschleiern der Offenbarung zu vermeiden. Darüber hinaus kann die Offenbarung, wie hierin veranschaulicht und beschrieben, in Abwesenheit eines Elements ausgeführt werden, das hierin nicht ausdrücklich offenbart ist.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, worin gleiche Bezugszeichen gleichen oder ähnlichen Komponenten in den verschiedenen Figuren entsprechen, veranschaulicht 1 in Übereinstimmung mit hierin offenbarten Ausführungsformen eine wiederaufladbare Gleichstromquelle 10 mit einem positiven Anschluss 12 und einem negativen Anschluss 14. In einer Ausführungsform ist die Gleichstromquelle 10 als eine Lithium-Ionen-Batterie konfiguriert. Ein Spannungsmesser 20 ist angeordnet, um das elektrische Potenzial zwischen dem positiven Anschluss 12 und dem negativen Anschluss 14 zu überwachen. Das Voltmeter 20 steht in Verbindung mit einer Steuerung 30, die einen ausführbaren Code 32 beinhaltet.
Der Begriff „Steuerung“ und andere verwandte Begriffe, wie Steuermodul, Modul, Steuerung, Steuereinheit, Prozessor und ähnliches, beziehen sich auf eine oder mehrere Kombinationen einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung(en) (ASIC), elektronische(r) Schaltkreis(e), Zentraleinheit(en), wie z.°B. Mikroprozessor(en) und mit diesen verbundene nicht-transitorische Speicherkomponente (n) in Form von Speicher- und Speichergeräten (Lesespeicher, programmierbarer Lesespeicher, Direktzugriff, Festplatte usw.). Die nicht-transitorische Speicherkomponente ist in der Lage, maschinenlesbare Befehle in der Form einer oder mehrerer Software- oder Firmware-Programme oder - Routinen, kombinatorischen Logikschaltung(en), Eingabe-/Ausgabeschaltung(en) und - vorrichtungen, Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen und anderen Komponenten zu speichern, auf die durch einen oder mehrere Prozessoren zugegriffen werden kann, um eine beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Antriebs-/Abtriebsschaltung(en) und Vorrichtungen beinhalten Analog-/Digitalwandler-verwandte Geräte, die Sensoreingaben mit einer vorgegebenen Abruffrequenz oder in Reaktion auf ein Auslöseereignis überwachen. Software, Firmware, Programme, Befehle, Steuerroutinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe beziehen sich auf von einer Steuereinheit ausführbaren Befehlssätze, wie z. B. Kalibrierungen und Wertetabellen. Jede Steuerung führt Steuerroutine(n) aus, um die gewünschten Funktionen bereitzustellen. Die Routinen können in regelmäßigen Intervallen, wie z. B. während des laufenden Betriebs alle 100 Mikrosekunden, ausgeführt werden. Alternativ dazu können Routinen in Reaktion auf ein Auslöseereignis ausgeführt werden. Die Kommunikation zwischen den Steuerungen und zwischen Steuerungen, Stellgliedern und/oder Sensoren kann über eine Punkt-zu-Punkt-Direktverkabelung, eine Netzwerkkommunikations-Busverbindung, eine drahtlose Verbindung oder eine geeignete Kommunikationsverbindung bewerkstelligt werden und ist durch die Leitung 25 gekennzeichnet. Die Kommunikation beinhaltet den Austausch von Datensignalen auf eine geeignete Art, darunter auch z. B. elektrische Signale über ein leitfähiges Medium, elektromagnetische Signale durch die Luft, optische Signale über Lichtwellenleiter und dergleichen. Datensignale können diskrete, analoge oder digitalisierte analoge Signale beinhalten, die Eingaben von Sensoren und Stellgliedbefehle, sowie Kommunikationssignale zwischen Steuereinheiten darstellen. Der Begriff „Signal“ bezieht sich auf eine physisch wahrnehmbare Anzeige, die Informationen übermittelt und kann eine geeignete Wellenform (z. B. elektrische, optische, magnetische, mechanische oder elektromagnetische) umfassen, wie beispielsweise Gleichstrom, Wechselspannung, Sinuswellen, Dreieckswelle, Rechteckwelle, Vibration und dergleichen, die durch ein Medium laufen können.
Der Begriff „Modell“ bezeichnet einen prozessorbasierten oder einen über einen Prozessor ausführbaren Code und die zugehörige Kalibrierung, die die physische Existenz einer Vorrichtung oder eines physischen Prozesses simuliert. Wie hier verwendet, beschreibt der Begriff „dynamisch“ Schritte oder Prozesse, die in Echtzeit ausgeführt werden und durch das Überwachen oder sonstige Ermitteln von Parameterzuständen und dem regelmäßigen oder periodischen Aktualisieren von Parameterzuständen beim Ausführen einer Routine oder zwischen Iterationen beim Ausführen der Routine gekennzeichnet sind. Die Begriffe „Kalibrierung“, „Kalibrieren“ und verwandte Begriffe beziehen sich auf ein Ergebnis oder ein Verfahren, das eine tatsächliche oder Standardmessung, die mit einer Vorrichtung verbunden ist, mit einer wahrgenommenen oder beobachteten Messung oder einer befohlenen Position vergleicht. Eine hierin beschriebene Kalibrierung kann auf eine speicherbare parametrische Tabelle, mehrere ausführbare Gleichungen oder eine andere geeignete Form reduziert werden. Der Begriff „Parameter“ bezieht sich auf eine messbare Größe, die eine physikalische Eigenschaft einer Vorrichtung oder eines anderen Elements darstellt, die durch einen oder mehrere Sensoren und/oder ein physikalisches Modell erkennbar ist. Ein Parameter kann einen diskreten Wert aufweisen, z. B. „1“ oder „0“, oder kann stufenlos eingestellt werden.
Ein Prozess zum Überwachen und Bewerten einer Ausführungsform der Gleichstromquelle 10 wird beschrieben und beinhaltet das Ermitteln und Verwenden einer Vollzellen-Leerlaufspannung (OCV) und Halbzellen-OCVs aus Lade-Entlade-Profilen. Die Vollzellen-OCV und die Halbzellen-OCVs werden vorteilhafterweise beim Schätzen der Zellenstöchiometrie für die Gleichstromquelle 10 verwendet. Dies umfasst die Überwachung der individuellen Elektrodenkapazitäten und eines N/P-Verhältnisses zu Beginn der Lebensdauer und während der Verwendung, einschließlich der Charakterisierung einer OCV-Schaltung, die bei einer Onboard-Batteriezustandsschätzung (BSE) verwendet wird. Ein Zellengleichgewicht der Gleichstromquelle 10 kann ermittelt werden, welches verwendet werden kann, um die Zellenleistung vorherzusagen. Solche Ergebnisse können die Ursachenanalyse unterstützen, um Zellfehlermechanismen, wie das Auftreten von Lithium-Plattierung oder einen Verlust der Elektrodenkapazität, zu identifizieren. Der Prozess kann Basisdaten für zellporöse Elektrodenmodelle bereitstellen, die zum Vorhersagen der Zellenleistung und zum frühzeitigen Erkennen des Auftretens eines Zellenfehlers in der Gleichstromquelle 10 verwendet werden können.
Der Prozess zum Überwachen und Bewerten einer Ausführungsform der Gleichstromquelle 10 stellt ein Zellendiagnosewerkzeug bereit, das die Ausrichtung der positiven und negativen Elektroden 12, 14 in der Gleichstromquelle 10 ermittelt. Dies beinhaltet das Ermitteln von Lebensanfang-Halbzellen-OCVs für die positive und die negative Elektrode 12, 14, die vorzugsweise von Lade-Entlade-Profilen niedriger Rate abgeleitet sind. Beispiele für Lade-Entlade-Profile mit niedriger Rate zum Ermitteln der Lebensanfang-Halbzellen-OCVs für die positiven und negativen Elektroden sind graphisch unter Bezugnahme auf die 3 bzw. 4 gezeigt. Das Verfahren beinhaltet auch die Ausführung und Analyse unter Verwendung von Parametern, die mit einem Lithium-Gleichgewichtsmodell assoziiert sind, das verwendet werden kann, um die Elektrodenausrichtung (Stöchiometrie) aus den Vollzellen-OCV-Daten zu ermitteln und individuelle Elektrodenkapazitäten und ein negatives-zu-positives („N/P“) Verhältnis zu schätzen. Die Elektrodenausrichtung wird im Zusammenhang mit der Stöchiometrie beschrieben, die eine quantitative Beziehung zwischen Produkten und Reaktanten in einer chemischen Reaktion anzeigt. Wie hierin verwendet, ist der stöchiometrische Ausdruck eine Rechnung dafür, wieviel Lithium von der Anode oder positiven Elektrode 12 zur Kathode oder negativen Elektrode 14 während der Entladung übertragen wird, und wird vorzugsweise relativ zur gesamten Lithiumspeicherkapazität jeder Elektrode ausgedrückt. Ein Beispiel von Parametern, die sich auf das Lithium-Gleichgewichtsmodell beziehen, wird beschrieben unter Bezugnahme auf 2 und GL. 1.
2 zeigt graphisch Daten 100, die zu einer Ausführungsform der Gleichstromquelle 10 gehören, die unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wurde, einschließlich Parametern, die in einem Lithium-Gleichgewichtsmodell verwendet werden können, um die Elektrodenausrichtung (Stöchiometrie) aus den Vollzellen-OCV-Daten zu ermitteln und individuelle Elektrodenkapazitäten und ein Verhältnis von negativ zu positiv („N/P“) abzuschätzen. Das Lithium-Gleichgewichtsmodell kann wie folgt ausgedrückt werden: $U_{c e l l} (S O C) = U_{p o s} (y_{f} - S O C * (y_{f} - y_{i})) - U_{n e g} (x_{f} + S O C * (x_{i} - x_{f}))$
worin:

SOC ist der Ladezustand der Gleichstromquelle 10,
Ucell(SOC) ist die Vollzellen-OCV beim SOC,
Upos ist die positive Halbzellen-OCV am SOC ist,
Uneg ist die negative Halbzellen-OCV beim SOC,
yi ist der anfängliche positive stöchiometrische Koeffizient,
yf ist der endgültige positive stöchiometrische Koeffizient,
xi ist der anfängliche negative stöchiometrische Koeffizient, und
xf ist der endgültige negative stöchiometrische Koeffizient

Der Begriff „anfänglich“ bezieht sich auf den Zustand, wenn die Zelle vollständig geladen ist, und „endgültig“ bezieht sich auf den Zustand, wenn die Zelle vollständig entladen ist.
Die horizontale Achse von 2 zeigt eine Zellenleistungsfähigkeit (Ah) 102 und SOC (%) 104, worin der SOC zwischen einem maximalen Wert (100%) und einem minimalen Wert (0%) liegt. Aufgetragene Ergebnisse beinhalten die Vollzellen-OCV 130, eine Positiv-Halbzellen-OCV 110 und eine Negativ-Halbzellen-OCV 120. Die linke vertikale Achse 106 zeigt die Größenordnung der Vollzellen-OCV und der positiven Halbzellen-OCV, und die rechte vertikale Achse 108 zeigt die Größenordnung der negativen Halbzellen-OCV, worin die Nullpunktskala und die Größenordnung der linken vertikalen Achse sich von der Nullpunktskala und der Größenordnung der rechten vertikalen Achse unterscheidet, um die hierin beschriebenen Konzepte zu veranschaulichen.
Die positive Halbzellen-OCV 110, d. h. Upos, repräsentiert die Potenzialdifferenz zwischen der positiven Elektrode, z. B. der positiven Elektrode 12, und einer Referenzelektrode, und Uneg ist die Differenz zwischen der negativen und der gleichen Referenzelektrode. Die Referenzelektrode ist in diesem Fall Lithiummetall, das ein festes und unveränderliches Potenzial aufweist, das in diesem System willkürlich als 0,0 V beschrieben wird. Eine Referenzelektrode kann aus anderen Materialien als Lithiummetall hergestellt werden, wenn auch mit unterschiedlichen, aber festen und unveränderlichen Potenzialen, und kann durch denselben Effekt ersetzt werden. Es werden Verfahren und Vorrichtungen zum Messen der positiven und negativen Halbzellen-OCVs verstanden. Die Vollzellen-OCV, d. h. Ucell, stellt eine arithmetische Differenz zwischen der positiven Halbzellen-OCV und der negativen Halbzellen-OCV dar, die bei einer gegebenen Größenordnung des SOC ermittelt werden kann.
Die positive Halbzellen-OCV ist in 2 durch die Linie 110 angezeigt. Zu den Parametern, die der positiven Halbzellen-OCV 110 zugeordnet sind, gehören der anfängliche positive stöchiometrische Koeffizient yi, der durch den Punkt 112 angegeben ist, und der endgültige positive stöchiometrische Koeffizient yf, der durch den Punkt 114 angegeben ist. Der anfängliche positive stöchiometrische Koeffizient yi repräsentiert eine anfängliche anteilige Lithiumbelegung der positiven Elektrode bei einer Zellen-SOC = 100%, und der endgültige positive stöchiometrische Koeffizient yf repräsentiert eine endgültige anteilige Lithiumbelegung der positiven Elektrode bei einer Zellen-SOC = 0%. Die negative Halbzellen-OCV ist in 2 durch die Linie 120 angezeigt. Der anfängliche negative stöchiometrische Koeffizient xi 122 repräsentiert eine anfängliche anteilige Lithiumbelegung der negativen Elektrode bei SOC = 100%, und der endgültige negative stöchiometrische Koeffizient xf 124 repräsentiert eine endgültige anteilige Lithiumbelegung der negativen Elektrode bei SOC = 0%. Der anfängliche positive stöchiometrische Koeffizient yi 112, der endgültige positive stöchiometrische Koeffizient yf 114, der anfängliche negative stöchiometrische Koeffizient xi 122 und der endgültige negative stöchiometrische Koeffizient xf 124 beziehen sich auf die Elektrodenausrichtung der Gleichstromquelle 10. Ein Bereich für eine positive Kapazität $Q_{p o s}^{T}$
140 und ein Bereich für eine negative Kapazität $Q_{n e g}^{T}$
150 sind ebenfalls angegeben.
Die positive Kapazität $Q_{p o s}^{T}$
140 wird basierend auf der Zellenleistungsfähigkeit (Kapazität) in Bezug auf den anfänglichen positiven stöchiometrischen Koeffizienten yi und den endgültigen positiven stöchiometrischen Koeffizienten yf ermittelt und kann wie folgt berechnet werden: $Q_{p o s}^{T} = \frac{capacity}{(y_{f} - y_{i})}$
Die negative Kapazität $Q_{n e g}^{T}$
150 wird basierend auf der Zellenleistungsfähigkeit (Kapazität) in Bezug auf den anfänglichen negativen stöchiometrischen Koeffizienten xi und den endgültigen negativen stöchiometrischen Koeffizienten xf ermittelt und kann wie folgt berechnet werden: $Q_{n e g}^{T} = \frac{capacity}{(x_{i} - x_{f})}$
Parametrische Zustände für die positive Halbzellen-OCV bei dem SOC, d. h. Upos, und die negative Halbzellen-OCV bei dem SOC, d. h. Uneg, können bei einem Lebensanfang-Punkt der Gleichstromquelle 10 ermittelt werden.
Die OCV der Gleichstromquelle 10 neigt dazu, sich im Gebrauch zu verschieben. Im Gebrauch befindliche Zustände des anfänglichen positiven stöchiometrischen Koeffizienten yi, des endgültigen positiven stöchiometrischen Koeffizienten yf, des anfänglichen negativen stöchiometrischen Koeffizienten xi und des endgültigen negativen stöchiometrischen Koeffizienten xf können verwendet werden, um die OCV-Verschiebung zu überwachen, die sich alle auf die Elektrodenausrichtung der Gleichstromquelle 10 beziehen. Die positive Kapazität $Q_{p o s}^{T}$
140 und die negative Kapazität $Q_{n e g}^{T}$
150 kann zur Charakterisierung der OCV-Verschiebung verwendet werden.
5 zeigt grafisch Daten, die zu einer Ausführungsform der Gleichstromquelle 10 gehören, die unter Bezugnahme auf 1 an einem Lebensanfang-Punkt beschrieben wurde. Die horizontale Achse zeigt eine Zellenleistungskapazität (Ah) 502. Aufgetragene Ergebnisse beinhalten die Vollzellen-OCV 504, eine positive Halbzellen-OCV 506 und eine negative Halbzellen-OCV 508. Die linke vertikale Achse zeigt die Größenordnung der Vollzellen-OCV und der positiven Halbzellen-OCV, und die rechte vertikale Achse zeigt die Größenordnung der negativen Halbzellen-OCV, worin die Nullpunktskala und die Größenordnung der linken vertikalen Achse sich von der Nullpunktskala und der Größenordnung der rechten vertikalen Achse unterscheidet, um die hierin beschriebenen Konzepte zu veranschaulichen. Eine positive Kapazität $Q_{p o s}^{T}$
540 kann durch Ermitteln der relevanten Zustände und Verwenden von GL. 2, verwendet werden und eine negative Kapazität $Q_{n e g}^{T}$
550 kann durch Ermitteln der relevanten Zustände und Verwenden von Gl. 3 ermittelt werden. Überlappung der positiven Kapazität $Q_{p o s}^{T}$
540 und die negative Kapazität $Q_{n e g}^{T}$
550 kann verwendet werden, um ein Zellenfenster zu definieren, wobei unbenutzte Teile der Vollzellen-OCV 504, der positiven Halbzellen-OCV 506 und der negativen Halbzellen-OCV 508 durch gestrichelte Linien angezeigt sind.
6 zeigt grafisch Daten, die zu einer Ausführungsform der Gleichstromquelle 10 gehören, die unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wurde, wenn es in Gebrauch ist, einschließlich sich wiederholender Lade- und Entladezyklen. Die horizontale Achse zeigt eine Zellenkapazität (Ah) 602. Aufgetragene Ergebnisse beinhalten die Vollzellen-OCV 604, eine positives Halbzellen-OCV 606 und eine negatives Halbzellen-OCV 608. Die linke vertikale Achse zeigt die Größenordnung der Vollzellen-OCV und der positiven Halbzellen-OCV, und die rechte vertikale Achse zeigt die Größenordnung der negativen Halbzellen-OCV, wobei die Nullpunktskala und die Größenordnung der linken vertikalen Achse sich von der Nullpunktskala und der Größenordnung der rechten vertikalen Achse unterscheidet, um die hierin beschriebenen Konzepte zu veranschaulichen. Eine positive Kapazität $Q_{p o s}^{T}$
640 kann durch Ermitteln der relevanten Zustände und Verwenden von GL. 2, verwendet werden und eine negative Kapazität $Q_{n e g}^{T}$
650 kann durch Ermitteln der relevanten Zustände und Verwenden von Gl. 3 ermittelt werden. Überlappung der positiven Kapazität $Q_{p o s}^{T}$
640 und die negative Kapazität $Q_{n e g}^{T}$
650 kann verwendet werden, um ein Zellenfenster zu definieren, wobei unbenutzte Teile der Vollzellen-OCV 604, der positiven Halbzellen-OCV 606 und der negativen Halbzellen-OCV 608 durch gestrichelte Linien angezeigt sind.
Ein Vergleich zwischen dem Zellenfenster 525, das dem Lebensanfang der Gleichstromquelle 10 von 5 zugeordnet ist und das mit der Betriebsleistung der Gleichstromquelle 10 von 6 verbundene Zellenfenster 625 kann verwendet werden, um die OCV-Verschiebung zu charakterisieren und die Vorhersagbarkeit von Parametern bezüglich des Batteriezustands zu verbessern. Die angezeigte Überlappung der positiven Kapazität $Q_{p o s}^{T}$
540 und der negativen Kapazität $Q_{n e g}^{T}$
550 kann verwendet werden, um die Elektrodenausrichtung aus den Vollzellen-OCV-Daten zu ermitteln, was ein Hinweis auf einen stöchiometrischen Punkt sein kann.
Ein Verhältnis, das hierin als negativ/positiv oder „N/P“ bezeichnet wird, kann wie folgt basierend auf dem anfänglichen positiven stöchiometrischen Koeffizienten yi, dem endgültigen positiven stöchiometrischen Koeffizienten yf, dem anfänglichen negativen stöchiometrischen Koeffizienten xi und dem endgültigen negativen stöchiometrischen Koeffizienten xf ermittelt werden. $N / P = \frac{(y_{f} - y_{i})}{(x_{i} - x_{f})}$
Das N/P-Verhältnis ist ein Indikator für die Zellenkapazität (Ah) der Gleichstromquelle 10. Dieses Verhältnis ist unter Bezugnahme auf 9 dargestellt.
Das Lithium-Gleichgewichtsmodell, beschrieben unter Bezugnahme auf GL. 1 und 2 kann vorteilhaft verwendet werden, um eine Auswertung einer Ausführungsform der Gleichstromquelle 10, die mit Bezug auf 1 beschrieben wurde, in einem Betrieb zu erhalten. Diese Bewertung kann das Charakterisieren der Gleichstromquelle 10 durch Überwachen von Zuständen zum Ermitteln einer positiven Halbzellen-OCV, einer negativen Halbzellen-OCV und einer Vollzellen-OCV für jeden einer Vielzahl von SOC-Zuständen zwischen einem minimalen SOC und einem maximalen SOC bei einem Lebensanfang-Punkt der Gleichstromquelle 10 beinhalten. 3 zeigt graphisch ein Beispiel einer charakteristischen Kurve für die positive Halbzellen-OCV 310, worin die positive Halbzellen-OCV 310 in Bezug auf den SOC 305 gezeigt ist. Die Kennlinie wird vorzugsweise mit niedrigen Lade-/Entladeraten ermittelt. 4 zeigt graphisch ein Beispiel einer charakteristischen Kurve für die negative Halbzellen-OCV 410, worin die negative Halbzellen-OCV 410 in Bezug auf den SOC 405 gezeigt ist, der auf der horizontalen Achse aufgetragen ist. Die Kennlinie wird vorzugsweise mit niedrigen Lade-/Entladeraten ermittelt.
Das Lithium-Gleichgewichtsmodell, einschließlich GL. 2 kann in ausführbaren Code, einschließlich eines Algorithmus und kalibrierten Koeffizienten, die in der Speichervorrichtung der Steuerung 30 gespeichert sind, umgewandelt werden. Das Lithium-Gleichgewichtsmodell kann ausgeführt werden, um eine Vielzahl von Zuständen zu ermitteln, einschließlich des anfänglichen positiven stöchiometrischen Koeffizienten yi, des endgültigen positiven stöchiometrischen Koeffizienten yf, des anfänglichen negativen stöchiometrischen Koeffizienten xi und des endgültigen negativen stöchiometrischen Koeffizienten xf, die alle der fraktionierte Lithiumbelegung am Lebensanfang-Punkt der Gleichstromquelle zugeordnet sind. Diese Werte können in der Speichervorrichtung 34 der Steuerung 30 gespeichert werden.
Während des Betriebs eines Systems, das die Gleichstromquelle 10 verwendet, kann ein Verwendungszustand für die Vollzellen-OCV durch direkte Überwachung oder ein anderes geeignetes Messsystem ermittelt werden.
Die Steuerung 30 kann eine Optimierungsroutine ausführen, die das Lithium-Gleichgewichtsmodell von GL. 2 und den Verwendungszustand für die Vollzellen-OCV verwendet, um Verwendungszustände für den anfänglichen positiven stöchiometrischen Koeffizienten yi, den endgültigen positiven stöchiometrischen Koeffizienten yf, den anfänglichen negativen stöchiometrischen Koeffizienten xi und den endgültigen negativen stöchiometrischen Koeffizienten xf zu ermitteln. Die Optimierungsroutine kann eine geeignete Routine sein, z. B. ein Minimierungsverfahren für kleinste Quadrate, das den Verwendungszustand für die Vollzellen-OCV, d. h. Ucell (SOC) verwendet. Die Optimierungsroutine verwendet den Verwendungszustand für die Vollzellen-OCV und die Werte für die positive Halbzellen-OCV in Bezug auf den SOC und die negative Halbzellen-OCV in Bezug auf den SOC, um die Verwendungszustände zu ermitteln.
Die Optimierungsroutine kann vereinfacht werden, sodass sie Verwendungswerte für den endgültigen positiven stöchiometrischen Koeffizienten yf und den anfänglichen negativen stöchiometrischen Koeffizienten xi findet. 7 zeigt grafisch Zustände für den endgültigen positiven stöchiometrischen Koeffizienten yf 710 und den anfänglichen negativen stöchiometrischen Koeffizienten xi 720 in Bezug auf die Zellenkapazität (Ah), die auf der x-Achse 705 angezeigt ist und von links nach rechts abnimmt. Die Zellenkapazität (Ah) gibt eine maximale Menge an elektrischer Energie an, die in der Gleichstromquelle 10 gespeichert werden kann. Wie angegeben, nehmen der endgültige positive stöchiometrische Koeffizient yf 710 und der anfängliche negative stöchiometrische Koeffizient xi 720 beide mit einer Abnahme der Zellenkapazität (Ah) ab. 8 zeigt grafisch Zustände für den anfänglichen positiven stöchiometrischen Koeffizienten yi 810 und den endgültigen negativen stöchiometrischen Koeffizienten xf 820 in Bezug auf die Zellenleistungsfähigkeit (Ah), die auf der x-Achse 805 angezeigt ist und von links nach rechts abnimmt. Wie angegeben, bleiben der anfängliche positive stöchiometrische Koeffizient yi 810 und der endgültige negative stöchiometrische Koeffizient xf 820 bei einer Abnahme der Zellenkapazität (Ah) unverändert. Somit können der anfängliche positive stöchiometrische Koeffizient yi 810 und der endgültige negative stöchiometrische Koeffizient xf 820 vorkalibriert und in der Speichervorrichtung 34 gespeichert werden und müssen nicht bei der Verwendung ermittelt werden.
Die Verwendungszustände für den anfänglichen positiven stöchiometrischen Koeffizienten yi, den endgültigen positiven stöchiometrischen Koeffizienten yf, den anfänglichen negativen stöchiometrischen Koeffizienten xi und den endgültigen negativen stöchiometrischen Koeffizienten xf sind mit der Elektrodenausrichtung der Gleichstromquelle 10 assoziiert und können verwendet werden, um das Verhältnis von negativ zu positiv („N/P“) zu berechnen, z. B. wie beschrieben mit Bezug auf GL. 4. Das N/P-Verhältnis kann verwendet werden, um die Gleichstromquelle 10 zu bewerten, einschließlich der Bewertung ihrer Lebensdauer
9 zeigt graphisch Daten, die mit dem Verwendungsdienst einer Ausführungsform der Gleichstromquelle 10, die unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wurde, assoziiert sind und ein N/P-Verhältnis 910 und eine Zellenkapazität (Ah) 920, die in Relation zur Nutzungsdauer 905 (z. B. in Einheiten von Tagen) aufgetragen ist, beinhalten. Der Maßstab für das N/P-Verhältnis ist auf der linken vertikalen Achse angegeben, und der Maßstab für die Zellkapazität (Ah) ist auf der rechten vertikalen Achse angegeben. Das N/P-Verhältnis von 1,0 wird durch eine horizontale Linie angezeigt. Die Zellkapazität 920 verringert sich mit zunehmender Lebensdauer. Das N/P-Verhältnis ist für einen langen Zeitraum größer als 1,0 und beginnt dann mit einer Verringerung der Zellkapazität 920 zu sinken. Wenn die Zellenkapazität 920 ungefähr 50% ihrer ursprünglichen Kapazität beträgt, fällt das N/P-Verhältnis 910 kritisch auf ein Niveau, das kleiner als 1,0 ist. Es wurde gezeigt, dass diese Beziehung zwischen der Zellenkapazität 920 und dem N/P-Verhältnis 910 eine wiederholbare Eigenschaft von Ausführungsformen der Gleichstromquelle 10 ist und somit in einer On-Board-Routine verwendet werden kann, um die Gleichstromquelle 10 unaufdringlich zu überwachen.
Die hierin beschriebenen Konzepte veranschaulichen ein exemplarisches Verfahren eines Computersystems, das entweder Befehle darauf speichert oder Anweisungen von einer Fernsteuerung empfängt, die mit dem System in Verbindung steht. Die Konzepte können durch einen Computeralgorithmus, einen maschinenlesbaren Code, ein nicht-flüchtiges computerlesbares Medium oder Softwareanweisungen implementiert werden, die in geeignete programmierbare logische Vorrichtung(en) programmiert sind, wie etwa das eine oder mehrere Module, einem damit in Verbindung stehenden Server, ein Mobilgerät, das mit dem Computersystem und/oder dem Server oder einer Kombination derselben in Verbindung steht.
Ausführungsformen in Übereinstimmung mit der aktuellen Offenbarung können als Apparatur, Verfahren oder Produkt eines Computerprogrammes dargestellt werden. Entsprechend kann die vorliegende Offenbarung die Form einer gesamten Hardware-, Softwareverkörperung (einschließlich Firmware, fixe Software, Microcode usw.) annehmen als Ausführungsform, die Software- und Hardwareaspekte kombiniert und die hierin als ein „Modul“ oder „System“ bezeichnet werden kann. Außerdem kann die vorliegende Offenbarung die Form eines Computerprogrammprodukts annehmen, welches in einem konkreten Ausdrucksmedium, das über einen für Computer verwendbaren Programmcode verfügt, eingesetzt werden kann.
Jede Kombination aus einer oder mehrerer Medien, die durch Computer verwendet oder gelesen werden können, sind anwendbar. Zum Beispiel kann ein Computer lesbares Medium eine oder mehrere Computerdisketten, eine Festplatte, ein Random Access Memory (RAM) Gerät, ein Read-Only-Memory (ROM) Gerät, ein Erasable Programmable Read-Only Memory (EPROM oder Flash Speicher) Gerät, ein tragbares Compact Disk Read-Only Memory (CDROM), ein optisches Speichergerät und ein magnetisches Speichergerät einschließen. Es kann ein Computerprogrammcode für die Durchführung des Betriebes der vorliegenden Offenbarung in jeder Kombination von einer oder mehrerer Programmiersprachen geschrieben werden.
Ausführungsformen können auch in Cloud-Computing-Umgebungen implementiert sein und als solche entfernt angeordnet sein. In dieser Beschreibung und den folgenden Ansprüchen kann „Cloud-Anlagen“ als ein Modell für das Ermöglichen eines universellen, bequemen, nach Bedarf Netzwerkzuganges zu einem gemeinsam genutzten Pools von konfigurierbaren Ressourcen (z. B. Netzwerke, Server, Speicher, Anwendungen und Services), der schnell über Virtualisierung freigeschaltet und mit einem minimalen Managementaufwand oder Interaktion des Dienstanbieters ausgelöst und dann entsprechend skaliert wird, definiert werden. Ein Cloud-Modell kann aus verschiedenen Eigenschaften (z. B., Selbstbedienung nach Bedarf, breiter Netzwerkzugang, Bündelung von Ressourcen, schnelle Elastizität, gemessener Dienst usw.), Servicemodellen (z. B. Software als ein Service („SaaS“), Plattform als ein Service („PaaS“), Infrastruktur als ein Service („IaaS“) und Entwicklungsmodelle (z. B. private Cloud, Kommunikationscloud, öffentliche Cloud, Hybridcloud usw.) zusammengestellt werden.
Das Flussdiagramm und die Blockdiagramme in den Flussdiagrammen veranschaulichen die Architektur, die Funktionalität und den Betrieb möglicher Implementierungen von Systemen, Verfahren und Computerprogrammprodukten gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. In dieser Hinsicht kann jeder Block in den Block- oder Flussdiagrammen ein Modul, ein Segment oder einen Abschnitt eines Codes darstellen, der zum Implementieren der spezifizierten logischen Funktion(en) einen oder mehrere ausführbare Befehle beinhaltet. Es wird auch darauf hingewiesen, dass jeder Block der Blockdiagramme und/oder Flussdiagrammdarstellungen und Kombinationen von Blöcken in den Blockdiagrammen und/oder Flussdiagrammdarstellungen durch Einzelzweck-Hardware-basierte Systeme, die die spezifizierten Funktionen oder Vorgänge durchführen, oder Kombinationen von Einzelzweck-Hardware und Computerbefehlen implementiert werden können. Diese Computerprogrammanweisungen können auch in einem computerlesbaren Medium gespeichert sein, das einen Computer oder eine andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung steuern kann, um in einer bestimmten Art und Weise zu funktionieren, sodass die in dem computerlesbaren Medium gespeicherten Befehle einen Herstellungsartikel erzeugen, einschließlich Anweisungssätze, die die Funktion/Vorgang, der in dem Ablaufdiagramm und/oder Blockdiagrammblock oder -blöcken angegeben ist, implementieren.
Während die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren die vorliegenden Lehren unterstützen und beschreiben, wird der Umfang der vorliegenden Lehren jedoch einzig und allein durch die Ansprüche definiert. Während einige der besten Ausführungsformen und anderen Arten zur Ausführung der vorliegenden Lehren ausführlich beschrieben wurden, gibt es verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Umsetzung der vorliegenden Lehren, die in den hinzugefügten Ansprüchen definiert sind.

Claims

Verfahren zum Bewerten einer Gleichstromquelle, die eine positive Elektrode und eine negative Elektrode beinhaltet, das Verfahren umfassend: das Ermitteln einer Vollzellen-Leerlaufspannung („OCV“), einer zugehörigen positiven Halbzellen-OCV und einer zugehörigen negativen Halbzellen-OCV an einem Lebensanfang-Punkt der Gleichstromquelle; das Ausführen eines Lithium-Gleichgewichtsmodells über eine Steuerung, um eine Vielzahl von Anfangszuständen zu ermitteln, die mit einer Elektrodenausrichtung der Gleichstromquelle basierend auf der Vollzellen-OCV, der positiven Halbzellen-OCV und der negativen Halbzellen-OCV zu dem Anfangspunkt der Gleichstromquelle zu ermitteln; das Ermitteln eines Verwendungszustands für die Vollzellen-OCV; das Ausführen einer Optimierungsroutine über die Steuerung unter Verwendung des Lithium-Gleichgewichtsmodells zum Ermitteln von Anwendungszuständen, die der Elektrodenausrichtung der Gleichstromquelle zugeordnet sind, basierend auf dem Verwendungszustand für die Vollzellen-OCV und den der Elektrodenausrichtung zugeordneten Anfangszuständen; das Ermitteln eines Verhältnisses von negativ zu positiv („N/P“) basierend auf den Verwendungszuständen, die der Elektrodenausrichtung der Gleichstromquelle zugeordnet sind; und das Evaluieren der Batterielebensdauer basierend auf dem N/P-Verhältnis.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Ermitteln der Vielzahl von Anfangszuständen, die mit der Elektrodenausrichtung assoziiert sind, das Ermitteln eines anfänglichen positiven stöchiometrischen Koeffizienten, eines endgültigen positiven stöchiometrischen Koeffizienten, eines anfänglichen negativen stöchiometrischen Koeffizienten und eines endgültigen negativen stöchiometrischen Koeffizienten in Verbindung mit einer anteiligen Lithiumbelegung zum Anfangspunkt der Gleichstromquelle beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Ermitteln der Verwendungszustände, die mit der in Gebrauch befindlichen Elektrodenausrichtung verbunden sind, das Ermitteln von Verwendungswerten für den anfänglichen positiven stöchiometrischen Koeffizienten, den endgültigen positiven stöchiometrischen Koeffizienten, den anfänglichen negativen stöchiometrischen Koeffizienten und den endgültigen negativen stöchiometrischen Koeffizienten beinhaltet, der mit der anteiligen Lithiumbelegung der verwendeten Gleichstromquelle verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 3, umfassend das Ermitteln des N/P-Verhältnisses basierend auf den Werten der Verwendung für den anfänglichen positiven stöchiometrischen Koeffizienten, dem endgültigen positiven stöchiometrischen Koeffizienten, dem anfänglichen negativen stöchiometrischen Koeffizienten und dem endgültigen negativen stöchiometrischen Koeffizienten.
Verfahren nach Anspruch 1, worin Daten zum Ermitteln der Vollzellen-OCV und der Halbzellen-OCV für jede der positiven und negativen Elektroden unter Verwendung eines Ladungs-/Entladungs-Profil mit niedriger Ladungsrate ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Lithium-Gleichgewichtsmodell die folgende Gleichung umfasst: $U_{c e l l} (S O C) = U_{p o s} (y_{f} - S O C (y_{f} - y_{i})) - U_{n e g} (x_{f} + S O C (x_{i} - x_{f}))$
worin; SOC der gegenwärtige Ladezustand ist, Ucell(SOC) die Vollzellen-OCV beim SOC ist, Upos die positive Halbzellen-OCV am SOC ist, Uneg die negative Halbzellen-OCV beim SOC ist, yi der anfängliche positive stöchiometrische Koeffizient ist, yf der endgültige positive stöchiometrische Koeffizient ist, xi der anfängliche negative stöchiometrische Koeffizient ist, und xf der endgültige negative stöchiometrische Koeffizient ist.
Verfahren nach Anspruch 6, worin das Ausführen der Optimierungsroutine unter Verwendung des Lithium-Gleichgewichtsmodells zum Ermitteln von Benutzungszuständen in Verbindung mit der Elektrodenausrichtung der Gleichstromquelle das Ausführen eines Minimierungsverfahrens der kleinsten Quadrate zum Ermitteln von Werten für yi, yf, xi umfasst. xf basierend auf der Vollzellen-OCV, der positiven Halbzellen-OCV und der negativen Halbzellen-OCV für die Gleichstromquelle umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Bewerten der Batterielebensdauer basierend auf dem N/P-Verhältnis das Bewerten einer Restlebensdauer der Gleichstromquelle basierend auf dem N/P-Verhältnis umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend: das Ermitteln einer positiven SOC-Kapazität auf der Grundlage der im Gebrauch befindlichen Werte für den anfänglichen positiven stöchiometrischen Koeffizienten und den endgültigen positiven stöchiometrischen Koeffizienten; und das Ermitteln einer negativen SOC-Kapazität auf der Grundlage der im Gebrauch befindlichen Werte für den anfänglichen negativen stöchiometrischen Koeffizienten und den endgültigen negativen stöchiometrischen Koeffizienten.
Steuerung in Kommunikation mit einem Voltmeter, das angeordnet ist, um eine Gleichstromquelle zu überwachen, wobei die Steuerung einen Befehlssatz beinhaltet, wobei der Befehlssatz ausführbar ist zum: Ermitteln einer Vollzellen-Leerlaufspannung („OCV“), einer zugehörigen positiven Halbzellen-OCV und einer zugehörigen negativen Halbzellen-OCV an einem Anfangspunkt der Gleichstromquelle; Ausführen eines Lithium-Gleichgewichtsmodells, um eine Vielzahl von Anfangszuständen zu ermitteln, die mit einer Elektrodenausrichtung der Gleichstromquelle basierend auf der Vollzellen-OCV, der positiven Halbzellen-OCV und der negativen Halbzellen-OCV zu dem Anfangspunkt der Gleichstromquelle zu ermitteln; Ermitteln eines Verwendungszustands für die Vollzellen-OCV; Ausführen einer Optimierungsroutine unter Verwendung des Lithium-Gleichgewichtsmodells zum Ermitteln von Anwendungszuständen, die der Elektrodenausrichtung der Gleichstromquelle zugeordnet sind, basierend auf dem Verwendungszustand für die Vollzellen-OCV und den der Elektrodenausrichtung zugeordneten Anfangszuständen; Ermitteln eines Verhältnisses von negativ zu positiv („N/P“) basierend auf den Verwendungszuständen, die der Elektrodenausrichtung der Gleichstromquelle zugeordnet sind; und Evaluieren der Batterielebensdauer basierend auf dem N/P-Verhältnis.