[发明专利]金属电池及其电池管理系统、控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属电池技术领域，特别涉及一种金属电池及其电池管理系统、控制方法。

背景技术

锂金属电池早于锂离子电池诞生，并且在二十世纪八十年代，Moli公司将其商业化，售卖超过200万只锂金属电池。其后，因为锂金属电池存在的安全隐患，造成了几起严重的安全事故，Moli被迫召回了大量的电池，随后公司破产并被收购。其中一种重要的安全隐患来自于负极锂枝晶的生成带来的电池内部短路及相关的热失效风险。锂离子电池的诞生，很大程度上就是为了解决金属锂电池的安全问题，通过在负极引入可脱嵌锂锂的层状材料，如石墨，解决了锂金属在充电过程中不均匀生长进而形成枝晶及其他问题。然而，由于在负极增加可脱嵌锂锂的层状材料，电芯的体积比和重量比能量密度都有所下降。随着电池应用领域的扩大，对高能量密度的电池需求日益强烈，而锂离子电池将近达到理论的能量密度上限，难于满足不断增长的需求，尤其是在电动汽车、无人机、手机等应用领域。因此，金属电池，如锂金属电池、镁金属电池、钠金属电池等，再次引起了广泛的兴趣和产品化的尝试。

金属电池内部枝晶的生长，通常发生在电池充电过程中。如图1所示，以锂金属电池为例，在电池充电过程中，由于负极上锂金属不均匀的析出、生长，造成锂金属沉积，一层很薄的SEI膜很快在生成的锂金属表面形成。在锂金属生成的过程中，体机会膨胀，导致SEI膜破坏。经过多次循环，进而导致有树枝状枝晶的生成。如此的枝晶，可以在电池内部由负极表面的不同的位置同时或异时发生。如图2所示，随着枝晶的生长，最终刺穿隔膜，到达正极，造成电池内部形成局部的短路，造成发热甚至电池内部的热失控，进而造成不可恢复的严重失效，如着火甚至爆炸。

为了抑制或解决枝晶的生长，现有常见的做法有通过使用不易被刺穿的固态多孔隔膜，或者在正负极之间引入第三电极，来监控枝晶的生长。然而，现有的解决枝晶的方法，都在不同程度上增加了电池的制造难度或者材料成本，而且会降低电池的性能。例如，固态多孔隔膜的使用虽然可以在一定程度上防止枝晶刺穿，但是，固态隔膜的离子导电率通常低于液态或者胶态电解质，并且与正负极很难形成很好的界面，导致电芯的放电能力变弱，循环寿命降低。通过在正负极之间引入第三电极来监控锂枝晶的生成，并可以选择多一定程度的干预，但是增加了电池内部结构的复杂度，造成现有的生产设备和工艺无法与之吻合。引入新的电极，同时带来其他的潜在的失效风险，降低了电芯的可靠性，不可避免的导致生产良率的下降。而且，为了配合第三电极的功能，电池管理系统也要相应的变得复杂。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种简单的电池管理系统，能够有效检测金属电池的电芯内部的枝晶的形成，以便于及时采取安全措施，避免安全事故的发生。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种电池管理系统，用于管理金属电池的电芯，所述电池管理系统包括：

检测电路，用于检测所述金属电池的电气参数；以及

控制电路，用于获取所述电气参数，并根据所述电气参数确定所述金属电池的电芯的安全性能。

进一步地，所述检测电路包括如下至少一种：电流检测电路、电压检测电路、电量计；

或/及，所述电气参数包括如下至少一种：所述金属电池的能量、所述金属电池的电量、所述金属电池的电压、所述金属电池的电流、所述电芯的能量、所述电芯的电量、所述电芯的电压、所述电芯的电流。

进一步地，所述控制电路包括如下至少一种：微处理器、电路板组成电路。

进一步地，所述电池管理系统还包括存储器，所述存储器与所述检测电路以及所述控制电路分别电连接，所述存储器用于存储所述金属电池的电气参数；

其中，所述控制电路从所述存储器中获取所述金属电池在不同时刻的电气参数，并且根据所述不同时刻的电气参数确定所述金属电池的电芯的安全性能。

进一步地，所述存储器还用于预先存储一预设值；

其中，所述控制电路根据所述不同时刻的电气参数确定所述金属电池的电气参数的变化值，并根据所述变化值与所述预设值的比较结果确定所述金属电池的电芯的安全性能。

进一步地，所述控制电路根据所述金属电池处于充电状态下的不同时刻的电气参数确定所述金属电池的电气参数的变化速率，并根据所述变化速率与所述预设值的比较结果确定所述金属电池的电芯的安全性能。