[发明专利]具有混合电极的电池管理系统

说明书

提供了具有混合电极的电池管理系统。一个实施例中的电池系统包括具有阳极的电池单元，该阳极包括石墨和显示出表观热力学滞后的次要活性材料。控制器可操作地连接到存储器，其被配置为执行存储器中的程序指令，以执行对电池单元至第一电势的充电，和对电池单元从第一电势的放电以生成第一放电对比容量曲线。在对电池单元至第二电势的第二充电以及对电池单元从第二电势的第二放电以生成第二放电对比容量曲线之后，控制器标识第一放电对比容量曲线与第二放电对比容量曲线之间的偏移，并且基于所标识的偏移更新电池单元的模型。控制器然后基于更新的模型修改电池单元的至少一个操作参数。

技术领域

本公开总地涉及电池，并且更特别地，涉及用于电池的电池管理系统，所述电池包括具有表观热力学滞后的材料作为负电极中的次要组分。

背景技术

许多新的电池化学品正在进入市场，以提供专门化应用中所要求的能力。一度，锂离子电池市场受这样的电池在便携式电子器件中的使用所驱动，所述便携式电子器件要求高能量，但仅要求有限的寿命和功率。更新近地，其他行业已经聚焦于电池的使用。作为举例，电池通常被并入到动力工具和某些类型的混合电动车辆中。每个新行业要求不同的性能特性。诸如汽车应用之类的某些应用在针对大电池组的电池安全性和长寿命（至少10到15年）两方面要求电池稳定性。

锂离子电池已经成为电动出行和便携式电子器件应用两者中的行业标准。锂离子电池基于锂离子在负电极（也称为“阳极”）和正电极（也称为“阴极”）之间的移动来操作。在商业上可获得的设备中，负电极基于石墨——一种碳材料，其嵌入锂并具有372 mAh/g_石墨的重量容量。硅已经归因于它与锂形成合金并实现3579 mAh/g_si的重量密度的能力，而被标识为潜在的负电极材料。然而，目前，使用纯硅作为负电极因为在纯硅的锂化过程期间发生的高体积膨胀率和相关联的表观热力学滞后而已经被证实是具有挑战性的，所述表观热力学滞后在针对这样的设备的电势对比容量曲线中得到证明。尽管如此，一些电池向石墨基负电极中并入小量的纯硅或含硅材料（诸如氧化硅（SiO）或硅合金（SiB₃、Si₂Fe、TiSi₂等）），以将负电极的重量容量增加到纯石墨的水平以上。

当电池被并入到车辆应用中时，电池管理系统（BMS）耦合到诸如锂离子电池之类的电池，以控制电池的操作。BMS一般包括控制器，所述控制器执行存储在存储器中的程序指令，以操作电池来控制电池充电和放电的速度。充电和放电设定点基于电池操作参数的模型，所述模型可以与车辆一起被提供或者可以远离车辆地被维护。为了确保选择合适的设定点，理解不容易获得的各种电池参数——包括充电状态（SOC）、健康状态（SOH）和电池容量——是必要的。向用户呈现SOC、SOH和电池容量中的一个或多个以便防止电池的不适当耗尽也是有用的。

因此，所需要的是一种改进的BMS。如果BMS基于电池的可测量的电化学特征——其准确地标识电池SOC和/或SOH和/或容量——来控制电池，则将是有利的。

发明内容

根据一个实施例，一种电池系统包括：电池单元，其包括阴极和阳极，阳极包括碳基活性材料和次要活性材料，所述次要活性材料在电势对比容量曲线中显示出表观热力学滞后。所述系统包括可操作地连接到存储器的控制器，其被配置为执行存储器中的程序指令，以标识用于电池的充电策略。用于电池的充电策略的标识中的步骤之一是执行对电池单元至第一电势的第一充电，并且然后执行对电池单元从第一电势的第一放电以生成第一放电对比容量曲线。控制器还被配置为执行程序指令，以在第一充电和放电之前或之后，执行对电池单元至第二电势的第二充电，并且然后执行对电池单元从第二电势的第二放电以生成第二放电对比容量曲线。控制器然后标识第一放电对比容量曲线与第二放电对比容量曲线之间的偏移，并基于所标识的偏移更新电池单元的模型。基于更新的模型修改电池单元的至少一个操作参数并将所述至少一个操作参数存储在存储器中。然后，由控制器基于所存储的经修改的操作参数来操作电池单元。