TWI757259B - 電池管理系統 - Google Patents

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盧卡茲 卡巴西克
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英商歐希斯能源有限公司
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Abstract

本發明申請案揭露一種用於磷酸鋰鐵電池胞元之電池管理系統。該電池管理系統包含一充電模組，其係構建來對一磷酸鋰鐵電池胞元充電；及一邏輯模組，其係構建來控制充電模組，用以將磷酸鋰鐵電池胞元充電到一穿梭減少之充電狀態。該穿梭減少充電狀態等於或低於一預定穿梭充電狀態，於該預定狀態下該磷酸鋰鐵電池胞元在充電期間相對於時間或電荷之一者之充電狀態的第一階導數在一接近零之預定第一階導數臨界值的範圍以內，而該磷酸鋰鐵電池胞元在充電期間相對於時間或電荷之一者之充電狀態的第二階導數在一接近零之預定第二階導數臨界值的範圍以內且在與該第一階導數於該接近零之預定第一階導數臨界值的範圍以內時相同數值的時間或電荷下。

Description

電池管理系統
本發明係有關於一種用於鋰硫電池胞元之充電方法以及電池管理系統。
業界已知鋰硫電池胞元在充放電循環期間承受穿梭效應。形成在電池胞元中之經溶解的多硫化物於循環期間在陽極與陰極之間穿梭。該等經溶解的多硫化物與鋰金屬陽極以及硫陰極二者產生反應，致使兩個電極鈍化，導致電池胞元產生顯著的阻抗。又，此現象導致電池胞元容量快速降低，進而使得循環壽命不長。因此，業界對於增加鋰硫電池胞元之循環壽命有所需求。
電池管理系統係用以在充電與放電中至少一者期間控制電池。業界已知在一固定電流充電工作狀態下對鋰硫電池胞元充電一段預定時間。圖1係為顯示以固定電流對於一特定的鋰硫電池胞元進行充電之放電容量與循環次數之變化的圖表。此放電容量係為在一固定電流自電池胞元汲取出直到該電池胞元耗盡為止時可從該電池胞元抽出的總電量。在每次放電之後，該電池胞元係再次於一固定電流充電工作狀態下進行一段預定時間的充電。因 此，在經過前面數次循環之後，大致上相同的充電量於各次充電循環期間被施加到電池胞元。如同即將所見，該電池胞元具有大約80%容量效率之約為107次循環的循環壽命。在第107次循環之後，電池胞元將具有一循環最大放電容量，其低於該電池胞元在任何循環之最大放電容量的80%。該電池胞元之最大放電容量大約發生於第5次循環。將體認到的是，電池胞元之效率衰減可能取決於電池胞元化學性質，且特別可能取決於該電池胞元中所使用的電解質，以及製造誤差，即便意欲使電池胞元相同。
本發明企求提供至少一種對於先前技術之充電工作狀態的替換物。
在本發明之一樣態中係提供一種用於鋰硫電池胞元之電池管理系統。該電池管理系統包含一個充電模組，其係構建成用以充電一鋰硫電池胞元；以及一個邏輯模組，其係構建來控制該充電模組，以便於一充電循環期間將該鋰硫電池胞元充電到穿梭減少之充電狀態。該穿梭減少之充電狀態係等於或低於對應於一穿梭電壓之一充電狀態，在該穿梭電壓下，於充電期間該鋰硫電池胞元兩端之電壓相對於時間或電荷之一者的第一階導數在一接近零之預定第一階導數臨界值的範圍以內，而於充電期間該鋰硫電池胞元兩端之電壓相對於時間或電荷之一者的第二階導數在一接近零之預定第二階導數臨界值的範圍以內且在與該第一階導數於該接近零之預定第一階導數臨界值的 範圍以內時之相同數值的時間或電荷下。
因此，對應於(或指出)穿梭電壓之預定數值係以電壓表示，其中該電壓對於時間或電荷係呈現平坦態。指出該穿梭電壓之預定值可在充電期間於鋰硫電池胞元兩端的電壓產生平坦情況加以訂定。因此，穿梭減少之充電狀態便能夠等於或低於指出一穿梭電壓的一預定值，其中在該預定值，該鋰硫電池胞元兩端之電壓平坦化。在不希望受任何理論加以限制下，亦能夠體認到該穿梭電壓係為穿梭效應顯著開始時之電壓。指出穿梭電壓之預定值便可視為穿梭電壓。
預定第一階導數臨界值可為小於0.1伏特/安培小時。該預定第一階導數臨界值可為小於0.05伏特/安培小時。該預定第一階導數臨界值可為小於0.01伏特/安培小時。該預定第一階導數臨界值可為小於0.1伏特/分鐘。該預定第一階導數臨界值可為小於0.05伏特/分鐘。該預定第一階導數臨界值可為小於0.01伏特/分鐘。該預定第一階導數臨界值可為大於0.001伏特/安培小時。該預定第一階導數臨界值可為大於0.005伏特/安培小時。該預定第一階導數臨界值可為大於0.009伏特/安培小時。該預定第一階導數臨界值可為大於0.001伏特/分鐘。該預定第一階導數臨界值可為大於0.005伏特/分鐘。該預定第一階導數臨界值可為大於0.009伏特/分鐘。
預定第二階導數臨界值可為小於0.1伏特/(安培小時)2。該預定第二階導數臨界值可為小於0.05伏 特/(安培小時)2。該預定第二階導數臨界值可為小於0.01伏特/(安培小時)2。該預定第二階導數臨界值可為小於0.1伏特/(分鐘)2。該預定第二階導數臨界值可為小於0.05伏特/(分鐘)2。該預定第二階導數臨界值可為小於0.01伏特/(分鐘)2。該預定第二階導數臨界值可為大於0.001伏特/(安培小時)2。該預定第二階導數臨界值可為大於0.005伏特/(安培小時)2。該預定第二階導數臨界值可為大於0.009伏特/(安培小時)2。該預定第二階導數臨界值可為大於0.001伏特/(分鐘)2。該預定第二階導數臨界值可為大於0.005伏特/(分鐘)2。該預定第二階導數臨界值可為大於0.009伏特/(分鐘)2。
將能夠體認到的是，在指出該穿梭電壓之數值係以不同於伏特之單位進行量測的情況下，該預定第一階導數臨界值以及預定第二階導數臨界值之單位便會不同。
根據本發明之其他樣態係提供一種用於鋰硫電池胞元之電池管理系統。該電池管理系統係包含一充電模組，其係構建來對一鋰硫電池胞元進行充電；以及一邏輯模組，其係構建來控制該充電模組，以便於一充電循環期間將該鋰硫電池胞元充電到穿梭減少之充電狀態。該穿梭減少之充電狀態係等於或低於對應到一穿梭電壓的一充電狀態，在該穿梭電壓下，於充電期間該鋰硫電池胞元兩端之電壓相對於時間或電荷平坦化。
由本發明之其他樣態觀察，穿梭減少之充 電狀態係等於或低於對應於一穿梭電壓的一充電狀態，在該穿梭電壓下，該鋰硫電池胞元在充電期間的充電電壓或狀態大致上呈平坦化，或者充電電壓或狀態之變化減少。
此充電循環可為在前一次充電循環之後，其中該邏輯模組係構建來控制該充電模組，用以將鋰硫電池胞元充電到一第一充電狀態，其高於穿梭減少之充電狀態。
因此，該電池管理系統能夠實現於初始充電循環次數中顯著減少穿梭效應的優點，且能夠在初始充電循環次數期間將電池胞元充電到一更高的充電狀態。
邏輯模組能夠進一步構建來將該穿梭電壓訂定為一電壓，在該電壓下，於該充電循環之前的任何先前充電循環期間，該鋰硫電池胞元兩端的電壓具有相對於時間或電荷之一者的一第一階導數，其在接近零之第一階導數臨界值的範圍以內；及相對於時間或電荷之一者的一第二階導數，其在接近零之第二階導數臨界值的範圍以內且在與該第一階導數於該接近零之第一階導數臨界值的範圍以內時之相同數值之時間或電荷下。
任何的先前充電循環可為前一次的充電循環。因此，該電池胞元便能夠訂定在一充電循環中指出穿梭電壓之預定值，其中該電池胞元係充電到第一充電狀態，其高於穿梭減少之充電狀態。
邏輯模組能夠基於該預定值訂定出穿梭減少之充電狀態。該邏輯模組能夠進一步構建來接收對應於 穿梭電壓的該預定值。對應於穿梭電壓之預定值可從該電池管理系統之一記憶體接收。對應於穿梭電壓之預定值可從與該電池管理系統之邏輯模組不同的一模組接收。對應於穿梭電壓之預定值可從一另外的裝置接收。
邏輯模組能夠進一步構建來接收指出另一個鋰硫電池胞元之穿梭電壓的一數值。因此，便可接收到指出在另一個鋰硫電池胞元中顯著開始穿梭效應之電壓的一數值。
電池管理系統能夠用於具有大致上與另一個鋰硫電池胞元之穿梭電壓相同的一穿梭電壓之一鋰硫電池胞元。
邏輯模組能夠進一步構建來將穿梭電壓訂定為所接收之另一鋰硫電池胞元的穿梭電壓。因此，該邏輯模組便能夠提供指出穿梭電壓的一預定值，此係藉由量測具有大致上與該鋰硫電池胞元之穿梭電壓相同之穿梭電壓的一個類似鋰硫電池胞元所獲得。
如果在預定的循環次數以前並未訂定出穿梭電壓，則穿梭電壓可為所接收之另一個鋰硫電池胞元的穿梭電壓。
如先前所述，該預定的循環次數可為70次到120次充電循環之間。該預定的循環次數能夠大於50次充電循環。該預定的循環次數能夠大於70次充電循環。該預定的循環次數能夠大於80次充電循環。該預定的循環次數能夠少於120次充電循環。該預定的循環次數能夠少於 100次充電循環。
邏輯模組能夠進一步構建來控制該充電模組，用於在一脈衝式充電工作狀態下將鋰硫電池胞元充電到穿梭減少之充電狀態與第一充電狀態中至少一者。在數個實施例中，該脈衝式充電工作狀態係為一種脈衝帶寬調變充電工作狀態。因此，鋰硫電池胞元之充電能夠使用一脈衝帶寬調變工作狀態，其中電荷係以數個脈衝傳遞到該電池胞元，該等脈衝在各個脈衝之間具有一段降低充電的週期。在一些實施例中，降低充電的週期可為沒有充電的一週期。
用於該脈衝帶寬調變工作狀態之負載循環可為大於30%。用於該脈衝帶寬調變工作狀態之負載循環能夠可為70%。用於該脈衝帶寬調變工作狀態之負載循環可為大約為50%。脈衝帶寬調變工作狀態中之各個脈衝的週期可為大於5毫秒。脈衝帶寬調變工作狀態中之各個脈衝的週期可為小於40毫秒。脈衝帶寬調變工作狀態中之各個脈衝的週期可大約為20毫秒。在某些實施例中，尤其是在電池胞元係用以驅動具有高慣性矩之一負載時，脈衝帶寬調變工作狀態中的各個脈衝之週期可為大於40毫秒。
電池管理系統能夠進一步包含一放電模組，其係構建來控制該鋰硫電池胞元之放電。
放電模組能夠構建來在一脈衝放電工作狀態下控制該鋰硫電池胞元的放電。該脈衝放電工作狀態可 為一脈衝帶寬調變工作狀態。
本發明延伸適用於一包含該電池管理系統之鋰硫電池。
從本發明之其他樣態觀察係得知提供一種用以管理一鋰硫電池胞元的方法。該方法包含在一充電循環期間將一鋰硫電池胞元充電到穿梭減少之充電狀態。該穿梭減少之充電狀態係等於或低於對應於一穿梭電壓的一充電狀態，在該穿梭電壓下，充電期間該鋰硫電池胞元兩端之一電壓相對於時間或電荷之一者的一第一階導數在一接近零之預定第一階導數臨界值的範圍以內，而在充電期間該鋰硫電池胞元兩端之一電壓相對於時間或電荷之一者的一第二階導數係在一接近零之預定第二階導數臨界值的範圍以內且在與該第一階導數於該接近零之預定第一階導數臨界值的範圍以內時相同數值之時間或電荷下。
預定第一階導數臨界值可為小於0.1伏特/安培小時。該預定第一階導數臨界值可為小於0.05伏特/安培小時。該預定第一階導數臨界值可為小於0.01伏特/安培小時。該預定第一階導數臨界值可為小於0.1伏特/分鐘。該預定第一階導數臨界值可為小於0.05伏特/分鐘。該預定第一階導數臨界值可為小於0.01伏特/分鐘。該預定第一階導數臨界值可為大於0.001伏特/安培小時。該預定第一階導數臨界值可為大於0.005伏特/安培小時。該預定第一階導數臨界值可為大於0.009伏特/安培小時。該預定第一階導數臨界值可為大於0.001伏特/分鐘。該預定第一階導數 臨界值可為大於0.005伏特/分鐘。該預定第一階導數臨界值可為大於0.009伏特/分鐘。
預定第二階導數臨界值可為小於0.1伏特/(安培小時)2。該預定第二階導數臨界值可為小於0.05伏特/(安培小時)2。該預定第二階導數臨界值可為小於0.01伏特/(安培小時)2。該預定第二階導數臨界值可為小於0.1伏特/(分鐘)2。該預定第二階導數臨界值可為小於0.05伏特/(分鐘)2。該預定第二階導數臨界值可為小於0.01伏特/(分鐘)2。該預定第二階導數臨界值可為大於0.001伏特/(安培小時)2。該預定第二階導數臨界值可為大於0.005伏特/(安培小時)2。該預定第二階導數臨界值可為大於0.009伏特/(安培小時)2。該預定第二階導數臨界值可為大於0.001伏特/(分鐘)2。該預定第二階導數臨界值可為大於0.005伏特/(分鐘)2。該預定第二階導數臨界值可為大於0.009伏特/(分鐘)2。
如先前所述，將能夠體認到的是，在指出該穿梭電壓之數值係以不同於伏特之單位進行量測的情況下，該預定第一階導數臨界值以及預定第二階導數臨界值之單位便會不同。
本發明之方法能夠進一步包含在該充電循環之前一次充電循環中，將鋰硫電池胞元充電到一第一充電狀態，其高於穿梭減少之充電狀態。
本發明之方法能夠進一步包含將穿梭電壓訂定為一電壓，在該電壓下，於該充電循環以前的任何先 前充電循環期間，該鋰硫電池胞元兩端之電壓具有相對於時間或電荷之一者在接近零之預定第一階導數臨界值的範圍以內之一第一階導數，及相對於時間或電荷之一者在接近零之預定第二階導數臨界值的範圍以內的一第二階導數且在與該第一階導數於該接近零之預定第一階導數臨界值的範圍以內時之相同數值的時間或電荷下。
在一實施例中，本發明之方法能夠包含企圖訂定指出該穿梭電壓之預定值。用以訂定指出穿梭電壓之預定值的方法能夠如先前文中所述。
因此，在第一階導數且/或第二階導數從不在臨界值為零的範圍以內時，指出穿梭電壓之預定值並無法用本發明之方法訂定。在如此情況下，指出穿梭電壓之預定值便必須以一不同的方式加以訂定。
該任何先前的充電循環可為前一次的充電循環。
本發明之方法能夠包含基於該預定值而訂定穿梭減少的充電狀態。本發明之方法能夠進一步包含接收對應於該穿梭電壓之預定值。
本發明之方法能夠進一步包含接收指出另一鋰硫電池胞元之穿梭電壓的一數值。
本發明之方法能夠用於具有大致上與該另一鋰硫電池胞元之穿梭電壓相同的一穿梭電壓之一鋰硫電池胞元。
指出該穿梭電壓之預定值可為指出所接收 之該另一鋰硫電池胞元的穿梭電壓之數值。
如果在一段預定的先前循環次數之前並未訂定出穿梭電壓，則該穿梭電壓可為所接收之該另一鋰硫電池胞元的穿梭電壓。
因此，在本發明之實施例中，本發明之方法包含企圖訂定出指出穿梭電壓的預定值，指出該電壓之預定值能夠以多種方式進行訂定。
該預定的循環次數可為70次到120次的充電循環之間。該預定的循環次數能夠大於50次的充電循環。 該預定的循環次數能夠大於70次的充電循環。該預定的循環次數能夠大於80次的充電循環。該預定的循環次數能夠少於120次的充電循環。該預定的循環次數能夠少於100次的充電循環。
本發明之方法能夠進一步包含在一脈衝式充電工作狀態下將鋰硫電池胞元充電到穿梭減少之充電狀態與第一充電狀態中至少一者。
本發明之方法能夠進一步包含控制該鋰硫電池胞元的放電。
該鋰硫電池胞元之放電能夠在一脈衝工作狀態下進行。
以下參考所附圖式進一步說明本發明之實施例，其中：圖1顯示繪示在固定電流下進行充電之一典型鋰硫電 池胞元的放電容量對於循環次數之變化的一圖表；圖2顯示繪示一典型鋰硫電池胞元在充電期間所開始的穿梭效應之一圖表；圖3顯示繪示另一典型鋰硫電池胞元在充電期間所開始的穿梭效應之一圖表；圖4顯示繪示使用根據本發明之一實施例之一電池管理系統之一鋰硫電池胞元的充電特性之一圖表；圖5顯示繪示根據本發明之一實施例的電池管理系統之充電放電特性的一圖表；以及圖6顯示繪示使用根據本發明之一實施例的電池管理系統之一鋰硫電池胞元的充電特性之一圖表。
在用於鋰硫電池胞元之電池管理系統的發展期間，業界理解到穿梭效應之顯著開始僅會在充電期間該電池胞元兩端的電壓達到某一特定的電壓時發生，該特定電壓之術語係稱之為穿梭電壓。穿梭電壓大致上對應該電池胞元之一充電狀態。已知在穿梭效應顯著開始之後，儘管能夠將額外的電荷施加到電池胞元，即使該電池胞元兩端之電壓會增加，增加量亦為極小。在某些情況中，諸如溫度超過攝氏45度的情況下，進一步的充電事實上會使電壓降低。另外理解到的是，在初始的充電循環次數期間，則穿梭效應之顯著開始完全不會發生。
圖2顯示繪示一典型鋰硫電池胞元在充電期間開始有穿梭效應的一圖表。在該圖表中，「穿梭電壓」 標示線表示訂定的穿梭電壓，其對應到一充電狀態，超過該電壓之進一步的充電將會使得兩個電極產生顯著的鈍化，降低該電池胞元之庫倫效率。在此特定案例中之穿梭電壓係訂定為大約2.41伏特。可見的是，第一次循環展現出一電壓充電特性，其在充電容量大約為2.4安培小時的情況下，超過該穿梭電壓上升至大約2.45伏特之電壓。如先前所述，電池胞元之最大容量會在第一次充電循環以後發生，如此電池胞元中可見的。儘管圖表中並未顯示，此電池胞元之最大容量會發生在第50次到第100次充電循環之間。能夠體認到的是，在第100次充電循環時，電壓在充電期間並不會顯著超過2.41伏特的穿梭電壓。此外，儘管各對於第100次、第150次以及第200次充電循環而言，導入到該電池之總充電量擴展到4安培小時，將體認到的是，隨著循環次數增加，電壓增加趨勢會在更早的時間點產生顯著遲緩現象。在第100次充電循環時，電壓特性大致上會在電容量大約3.2安培小時趨於平坦而接近穿梭電壓。在第150次充電循環時，電壓特性大致上會在電容量大約2.7安培小時趨於平坦而接近穿梭電壓。在第200次充電循環時，電壓特性大致上會在電容量大約2.3安培小時趨於平坦而接近穿梭電壓。假設在達到穿梭電壓之後將額外的充電量輸入到電池胞元，大致上會啟動並且驅動穿梭效應，導致電極之鈍化，並且降低電池胞元之庫倫效率。
儘管對於此特定電池胞元而言之穿梭電壓 係訂定為2.41伏特，但經發現該等具有相同電池胞元組成(例如，相同的電解質、相同的硫裝載)之電池胞元，在穿梭電壓方面由於製造品質以及內阻抗而展現出微小的變化。類似電池胞元中之穿梭電壓已發現最低為2.4伏特。將會體認到的是，由於不同的電池胞元組成(例如，不同的電解質、不同的硫裝載)，亦會使該電壓產生變化。
圖3顯示繪示另一典型鋰硫電池胞元在充電期間開始有穿梭效應的一圖表。與圖2方式相似，標示為「無穿梭」之標示線係表示電池胞元的初始充電循環。標示為「穿梭」之標示線顯示在此較後面的充電循環期間於大約2.35伏特開始產生本質的穿梭效應。
基於以上的觀察，經發現能夠藉著控制對電池胞元之充電，以致於使該電池胞元之充電狀態不會達到或是超過一穿梭減少的充電狀態，而避免電池胞元的電極由於穿梭效應而顯著鈍化。該穿梭減少之充電狀態係對應到發生本質開始穿梭效應的一電壓。本質上，經發現如果充電期間該電池胞元兩端之電壓沒有達到或是超過該穿梭電壓，便能夠避免一鋰硫電池胞元產生顯著的電極鈍化。
另外亦發現，在一初始循環範圍中，並不會顯著產生該穿梭效應。在一範例鋰硫電池胞元中，其充電電壓圖表係顯示於圖2中，該穿梭效應直到經過大約100次充電循環以後才變得顯著。因此，能夠在一第一工作狀態下對該鋰硫電池胞元進行前100次的充電循環(或 是直到判定出顯著發生穿梭效應為止)。在該第一工作狀態中，電池胞元兩端之最大充電電壓(或是該電池胞元之充電狀態)可以不用加以控制或是限制。第一充電工作狀態之後係為一第二充電工作狀態，其中該電池胞元之最大充電狀態在充電期間係加以控制成不會超過一訂定的穿梭電壓或是穿梭減少之充電狀態，藉以減少穿梭效應的顯著開始現象。
圖4顯示繪示使用根據本發明之一實施例之一電池管理系統之一鋰硫電池胞元的充電特性之一圖表。此圖表左側軸線表示單位為安培小時之容量量測值。充電容量標示線(圖式中簡寫之“chrg cap”標示線)及放電容量標示線(圖式中簡寫之“discharge cap”標示線)係相對於左側軸線之容量量測值進行繪製。初始壽命放電深度(圖式中簡寫之“BOL DOD”標示線)係相對於右側軸線進行繪製，其表示針對包含作為溶劑之含有二草酸酯的一電解質之一鋰硫電池胞元的放電量測深度。可見的是，隨著循環次數增加，該電池胞元之充電容量會下降。換言之，施加到該鋰硫電池胞元之充電量呈現隨著循環次數增加而緩步下降的趨勢。能夠預期到的是，該鋰硫電池胞元之放電容量亦會隨著循環次數增加而減低。對於各個循環而言，鋰硫電池胞元之一最大充電狀態係經控制成不會超過對應到該電池胞元兩端為2.41伏特之一電壓的充電狀態，其係經訂定為在超過便會顯著開始有穿梭效應的電壓。儘管鋰硫電池胞元之效率會緩慢衰減(如同藉由初始壽命放電深度 標示線所量測)，但如此可以達成比容許發生穿梭效應顯著開始情況(如圖1中所示)更為緩和的衰減方式。
亦發現到的是，僅將電池胞元充電到2.41伏特會使該電池胞元產生一較低的放電容量，其本身亦會使電池胞元降低相對於該電池胞元之初始壽命的放電深度。例如，能夠見到的是，70%的放電深度在圖1與圖4中皆顯示發生於100次到110次循環的循環次數之間。然而，60%之放電深度於圖1中發生在大約150次的循環次數，而於圖4中則發生於大約200次的循環次數，顯示出電池胞元之循環壽命得到改善。
同樣發現到的是，自適性充電能夠提供更多的好處。在一自適性充電工作狀態中，其係構建出一第一子集合之充電循環、以及一接續第一子集合之後進行的第二子集合之充電循環。在第一子集合之充電循環期間，可以不用限制充電期間之充電狀態或是該電池胞元兩端之最大電壓。在第二子集合之充電循環期間，該電池胞元僅能充電到一穿梭減少之充電狀態之極限。以此方式，發現到自適性充電能夠進一步改善電池胞元之循環壽命。第二子集合能夠在第一次循環中預期會發生穿梭效應之實質肇始時開始實行。
圖5顯示繪示根據本發明之一實施例的電池管理系統之充電放電特性的一圖表。圖5之充電特性顯示出將一脈衝式充電工作狀態施加到電池胞元。充電量能夠以脈衝導入電池，致使充電期間該電池胞元兩端之電壓同 樣具有一脈衝特性。該充電特性從0安培小時之電池胞元容量運作到大約10安培小時。超過此容量，電池胞元便進行放電。在此特定實施例中，該電池胞元之充電與放電二者皆在一脈衝工作狀態下運作。在放電期間，電流係以脈衝方式從電池胞元汲取出。各個脈衝之週期大約為20毫秒。經發現對於鋰硫電池胞元而言，使用一脈衝工作狀態進行充電及/或放電能夠進一步減少穿梭效應，並從而增加循環壽命。
圖6顯示繪示使用根據本發明之一實施例的電池管理系統之一鋰硫電池胞元的充電特性的一圖表。相較於具有設定用以減少穿梭效應之一最大充電狀態的脈衝式充電/放電工作狀態，此圖表顯示針對固定電流充電工作狀態之充電與放電容量(不具用以減少該穿梭效應之充電狀態容量)。此兩種充電方法之效率亦顯示於脈衝帶寬調變(PWM)效率對初始壽命(BOL)的標示線中，以及固定電流效率對BOL的標示線中。可見的是，雖然固定電流充電法在僅剛超過100次充電循環之後顯現出80%的效率，但具備穿梭效應減少充電狀態之PWM充電工作狀態則在超過180次循環之後展現出80%之效率，表示顯著提升了該電池胞元之效率。
在本說明書之說明以及發明申請專利範圍的全文中，字詞「包含」與「包括」及其變化用語係表示「包括但非限定於」，且該等字詞並非用以(且無法用以)排除其他的組件、整體或步驟。本發明之說明以及發明申 請專利範圍全文中，除非文中特別指出，單數字詞係包含複數字詞。尤其是，除非文中特別指出，文中所使用之不定冠詞數於本說明書中能夠理解為考量到複數以及單數。
除了無法相容以外，結合本發明之一特定樣態、實施例或是範例所描述之特性、整體或是特徵係理解能夠適用於本文中任何其他的樣態、實施例或是範例。本說明書中所揭露之所有特徵(包括任何所附申請專利範圍、摘要以及圖式)，且/或揭露的任何方法或程序之步驟能夠以任何組合方式加以混合，除非組合方式其中至少某些此等特徵且/或步驟彼此互斥。本發明並非限定於任何先前詳細描述之實施例。本發明係延伸包括此說明書中所揭露的特性之任何一種創新或是任何創新組合(包括任何所附申請專利範圍、摘要以及圖式)，或是如文中揭露之任何方法或程序的步驟之任何一種創新或是任何創新組合。

Claims (27)

  1. 一種用於鋰硫電池胞元之電池管理系統，該電池管理系統包含：一充電模組，其係構建來對一鋰硫電池胞元進行充電；及一邏輯模組，其係構建來控制該充電模組作下列動作：訂定一穿梭電壓，在該穿梭電壓下，該鋰硫電池胞元兩端之電壓於充電期間相對於時間或電荷之一者係呈現平坦態；以及在一充電循環期間將該鋰硫電池胞元充電到一穿梭減少之充電狀態，該穿梭減少之充電狀態等於或低於對應於該穿梭電壓之一充電狀態。
  2. 如請求項1之電池管理系統，其中該穿梭電壓係一電壓，在該電壓下，於充電期間該鋰硫電池胞元兩端之電壓相對於時間或電荷之一者的一第一階導數係在一接近零之預定第一階導數臨界值的範圍以內，而在與該第一階導數於該接近零之預定第一階導數臨界值的範圍以內時之相同數值的時間或電荷下，該鋰硫電池胞元兩端之電壓於充電期間相對於時間或電荷中之一者的一第二階導數係在一接近零之預定第二階導數臨界值的範圍以內。
  3. 如請求項2之電池管理系統，其中該充電循環係接續在一在前的充電循環之後，在該在前的充電循環中，該邏輯模組係構建來控制該充電模組，以便將該鋰硫 電池胞元充電到一第一充電狀態，該第一充電狀態高於該穿梭減少之充電狀態。
  4. 如請求項3之電池管理系統，其中該邏輯模組係進一步構建來將該穿梭電壓訂定為一電壓，且在該電壓下，於該充電循環之前的任何先前充電循環期間，該鋰硫電池胞元兩端之電壓於充電期間相對於時間或電荷之一者係呈現平坦態。
  5. 如請求項4之電池管理系統，其中該任何先前的充電循環係為前一次之充電循環。
  6. 如請求項1之電池管理系統，其中該邏輯模組係進一步構建來接收指出另一鋰硫電池胞元之一穿梭電壓的一數值。
  7. 如請求項6之電池管理系統，其中該電池管理系統係用於具有大致上與該另一鋰硫電池胞元之該穿梭電壓相同的一穿梭電壓之一鋰硫電池胞元。
  8. 如請求項6之電池管理系統，其中該邏輯模組係進一步構建來將該穿梭電壓訂定為指出所接收之該另一鋰硫電池胞元之該穿梭電壓的該數值。
  9. 如請求項8之電池管理系統，其中若在一預定循環次數以前未訂定出該穿梭電壓，則該穿梭電壓係經訂定為所接收之該另一鋰硫電池胞元的該穿梭電壓。
  10. 如請求項9之電池管理系統，其中該預定循環次數係在70與120次的充電循環之間。
  11. 如請求項3至10中任一項之電池管理系統， 其中該邏輯模組係進一步構建來控制該充電模組，以便在一脈衝式充電工作狀態下將該鋰硫電池胞元充電到該穿梭減少之充電狀態及該第一充電狀態中之至少一者。
  12. 如請求項1至10中任一項之電池管理系統，其進一步包含一放電模組，其係構建來控制該鋰硫電池胞元之放電。
  13. 如請求項12之電池管理系統，其中該放電模組係構建來在一脈衝工作狀態下控制該鋰硫電池胞元之放電。
  14. 一種鋰硫電池，其包含如請求項1至13中任一項之電池管理系統。
  15. 一種用以管理鋰硫電池胞元之方法，該方法包含下列步驟：訂定一穿梭電壓，在該穿梭電壓下，該鋰硫電池胞元兩端之電壓於充電期間對於時間或電荷之一者係呈現平坦態；以及在一充電循環期間將一鋰硫電池胞元充電到一穿梭減少之充電狀態，該穿梭減少之充電狀態等於或低於對應於該穿梭電壓之一充電狀態。
  16. 如請求項15之用以管理鋰硫電池胞元的方法，其中該穿梭電壓係一電壓，在該電壓下，於充電期間該鋰硫電池胞元兩端之電壓相對於時間或電荷之一者的一第一階導數係在一接近零之預定第一階導數臨界值的範圍以內，而在與該第一階導數於該接近零之預定第一階導數 臨界值的範圍以內時之相同數值之時間或電荷下，該鋰硫電池胞元兩端之該電壓於充電期間相對於時間或電荷中之一者的一第二階導數係在一接近零之預定第二階導數臨界值的範圍以內。
  17. 如請求項16之用以管理鋰硫電池胞元的方法，其中該方法進一步包含：在該充電循環之前之一在前的充電循環中，將該鋰硫電池胞元充電到一第一充電狀態，該第一充電狀態高於該穿梭減少之充電狀態。
  18. 如請求項17之用以管理鋰硫電池胞元的方法，其中該方法進一步包含：將該穿梭電壓訂定為一電壓，在該電壓下，於該充電循環之前的任何先前充電循環期間，該鋰硫電池胞元兩端的電壓具有一第一階導數和一第二階導數，相對於時間或電荷之一者之該第一階導數係在該接近零之預定第一階導數臨界值的範圍以內，及在與該第一階導數於該接近零之預定第一階導數臨界值的範圍以內時之相同數值的時間或電荷下，相對於時間或電荷之一者之該第二階導數係在該接近零之預定第二階導數臨界值的範圍以內。
  19. 如請求項18之用以管理鋰硫電池胞元的方法，其中該任何先前的充電循環係為該在前的充電循環。
  20. 如請求項16至19中任一項之用以管理鋰硫電池胞元的方法，其中該方法進一步包含接收指出另一鋰硫電池胞元之一穿梭電壓的一數值。
  21. 如請求項20之用以管理鋰硫電池胞元的方法，其中該方法係用於具有大致上與該另一鋰硫電池胞元之一穿梭電壓相同的一穿梭電壓之一鋰硫電池胞元。
  22. 如請求項20之用以管理鋰硫電池胞元的方法，其中指出該穿梭電壓之該預定值係為指出所接收之該另一鋰硫電池胞元之該穿梭電壓的該數值。
  23. 如請求項20之用以管理鋰硫電池胞元的方法，其中若在一預定循環次數以前未訂定出該穿梭電壓，則該穿梭電壓係經訂定為所接收之該另一鋰硫電池胞元的該穿梭電壓。
  24. 如請求項23之用以管理鋰硫電池胞元的方法，其中該預定循環次數係在70與120次的充電循環之間。
  25. 如請求項17至19中任一項之用以管理鋰硫電池胞元的方法，其中該方法進一步包含在一脈衝式充電工作狀態下將該鋰硫電池胞元充電到該穿梭減少之充電狀態以及該第一充電狀態中之至少一者。
  26. 如請求項16至19中任一項之用以管理鋰硫電池胞元的方法，其中該方法進一步包含控制該鋰硫電池胞元之放電。
  27. 如請求項26之用以管理鋰硫電池胞元的方法，其中該鋰硫電池胞元之放電係在一脈衝工作狀態。
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