專利名稱：用于在鋰離子二次電池中確定金屬鋰是否沉淀的確定系統(tǒng)和確定方法、以及裝備該確定 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在鋰離子二次電池中確定金屬鋰是否沉淀的確定系統(tǒng)和確定方法，以及裝備該確定系統(tǒng)的車輛。
背景技術(shù)：
通常要對鋰離子二次電池的內(nèi)部狀態(tài)進(jìn)行檢查。作為鋰離子二次電池的一種內(nèi)部狀態(tài)，期望通過檢查確認(rèn)金屬鋰是否沉淀。例如，在日本專利申請公開 8-190934(JP-A-8-190934)中被稱作“枝晶沉淀”的現(xiàn)象也是金屬鋰的沉淀。鋰離子二次電池初始不含有金屬鋰；然而，根據(jù)用途，金屬鋰可沉淀在負(fù)電極的表面上。已達(dá)到這種狀態(tài)的鋰離子二次電池需要被更換，因為性能上的惡化非常顯著。因此，必須在鋰離子二次電池中確認(rèn)金屬鋰是否沉淀。例如在日本專利申請公開2003-59544(JP-A-2003-5卯44)中描述了一種檢測鋰離子二次電池的內(nèi)部狀態(tài)的方法。在JP-A-2003-5%44中描述的方法中，鋰離子二次電池首先接受恒定電流充電，接著接受恒定電壓充電。于是獲得充電的電池與標(biāo)準(zhǔn)電池之間的指數(shù)(諸如充電容量和內(nèi)阻)上的差異。期望基于上述差異確認(rèn)被檢查的電池的內(nèi)部狀態(tài)。然而，為了應(yīng)用上述相關(guān)技術(shù)，用于給被檢查的電池充電的電源既需要與恒定電流充電兼容，又需要與恒定電壓充電兼容。因此需要復(fù)雜的電源系統(tǒng)。具體而言，例如在車載應(yīng)用中，難以通過車輛自身的電力系統(tǒng)執(zhí)行所需要的充電。通常情況下，車輛的電力系統(tǒng)未被設(shè)計用于恒定電壓控制。另外，作為檢查的結(jié)果可以獲得有關(guān)容量下降或內(nèi)阻增大的信息；然而，不能確定是什么因素給出所獲得的信息。即，不僅在金屬鋰沉淀的情況下，而且在不與金屬鋰沉淀同時出現(xiàn)的正常使用退化(在下文中稱做“循環(huán)退化”)的情況下，容量下降或內(nèi)阻增大的趨勢都被觀察到。因此，難以確定金屬鋰是否沉淀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供用于在不使用恒定電壓控制的情況下在鋰離子二次電池中確定金屬鋰是否沉淀的確定系統(tǒng)及確定方法，以及裝備該確定系統(tǒng)的車輛。本發(fā)明的第一方面提供一種用于在鋰離子二次電池中確定金屬鋰是否沉淀的確定系統(tǒng)。該確定系統(tǒng)包括放電單元，其使得鋰離子二次電池進(jìn)行恒定電流放電，直到鋰離子二次電池的電壓成為對應(yīng)于預(yù)定的低充電狀態(tài)的電壓為止；自然升高獲取單元，其在恒定電流放電終止后獲取鋰離子二次電池的電壓的自然升高；以及沉淀確定單元，其比較獲取的自然升高與預(yù)定的閾值，當(dāng)自然升高大于或者等于閾值時確定所述金屬鋰未沉淀，而當(dāng)自然升高小于閾值時確定金屬鋰沉淀。另外，根據(jù)第一方面的確定系統(tǒng)還可以包括閾值確定單元，其當(dāng)鋰離子二次電池的溫度下降時，增大在沉淀確定單元中使用的閾值，而當(dāng)鋰離子二次電池的溫度升高時，減小在沉淀確定單元中使用的閾值。這是因為鋰離子二次電池的內(nèi)阻在低溫下要比在高溫下大。另外，根據(jù)第一方面的確定系統(tǒng)還可以包括溫度校正單元，其當(dāng)鋰離子二次電池的溫度下降時，將獲取的自然升高校正為較小的值，而當(dāng)鋰離子二次電池的溫度升高時，將獲取的自然升高校正為較大的值，其中，沉淀確定單元可以將由溫度校正單元校正的自然升高與閾值相比較。這是因為鋰離子二次電池的內(nèi)阻在低溫下要比在高溫下大。另外，根據(jù)第一方面的確定系統(tǒng)還可以包括初始允許性確定單元，其在所述恒定電流放電之前確定所述鋰離子二次電池的電壓是否高于或者等于預(yù)定的確定初始允許電壓；以及初步充電單元，其將所述鋰離子二次電池充電至預(yù)定的目標(biāo)充電電壓，其中，當(dāng)所述初始允許性確定單元確定所述鋰離子二次電池的電壓高于或者等于所述確定初始允許電壓時，所述恒定電流放電可以立即開始；而當(dāng)所述初始允許性確定單元確定所述鋰離子二次電池的電壓低于所述確定初始允許電壓時，可以通過所述初步充電單元對所述鋰離子二次電池充電，然后可以開始所述恒定電流放電。這是為了通過充分執(zhí)行恒定電流放電確保確定精度。另外，在根據(jù)第一方面的確定系統(tǒng)中，所述確定初始允許電壓可以對應(yīng)所述鋰離子二次電池的60 %至70 %的充電狀態(tài)。另外，在根據(jù)第一方面的確定系統(tǒng)中，對應(yīng)于所述預(yù)定的低充電狀態(tài)的電壓可以對應(yīng)所述鋰離子二次電池的10%至20%的充電狀態(tài)。本發(fā)明的第二方面提供了一種車輛，其包括鋰離子二次電池；和根據(jù)第一方面的確定系統(tǒng)。本發(fā)明的第三方面提供了一種用于在鋰離子二次電池中確定金屬鋰是否沉淀的確定方法。該確定方法包括使得所述鋰離子二次電池進(jìn)行恒定電流放電；當(dāng)所述鋰離子二次電池通過所述恒定電流放電具有預(yù)定的低充電狀態(tài)時，終止所述恒定電流放電；在所述恒定電流放電終止后，獲取所述鋰離子二次電池的電壓的自然升高；比較所述獲取的自然升高與預(yù)定的閾值；以及當(dāng)所述自然升高大于或者等于所述閾值時，確定所述金屬鋰未沉淀，而當(dāng)所述自然升高小于所述閾值時，確定所述金屬鋰沉淀。另外，根據(jù)第三方面的確定方法還可以包括當(dāng)所述鋰離子二次電池的溫度下降時，增大用于與所述自然升高比較的所述閾值，而當(dāng)所述鋰離子二次電池的溫度升高時，減小用于與所述自然升高比較的所述閾值。另外，根據(jù)第三方面的確定方法還可以包括當(dāng)所述鋰離子二次電池的溫度下降時，將所述獲取的自然升高校正為較小的值，而當(dāng)所述鋰離子二次電池的溫度升高時，將所述獲取的自然升高校正為較大的值；以及將所校正的自然升高與所述閾值相比較。另外，該確定方法還可以包括在所述恒定電流放電之前，確定所述鋰離子二次電池的電壓是否高于或者等于預(yù)定的確定初始允許電壓；以及當(dāng)確定所述鋰離子二次電池的電壓高于或者等于所述確定初始允許電壓時，立即開始所述恒定電流放電；而當(dāng)確定所述鋰離子二次電池的電壓低于所述確定初始允許電壓時，將所述鋰離子二次電池充電至預(yù)定的目標(biāo)充電電壓，然后開始所述恒定電流放電。另外，在根據(jù)第三方面的確定方法中，所述確定初始允許電壓可以對應(yīng)所述鋰離子二次電池的60 %至70 %的充電狀態(tài)。
另外，在根據(jù)第三方面的確定方法中，所述預(yù)定的低充電狀態(tài)可以為所述鋰離子二次電池的10%至20%的充電狀態(tài)。在金屬鋰沉淀的電池中，當(dāng)SOC低時，負(fù)電極的極化非常顯著，因此負(fù)電極的極化變大，然而正電極的極化不那么大。因此，當(dāng)SOC低時，只有負(fù)電極的極化對內(nèi)阻的升高有貢獻(xiàn)。因此，與金屬鋰未沉淀的電池相比，當(dāng)SOC低時，內(nèi)阻較小。在本發(fā)明的這些方面中， 在電池進(jìn)行恒定電流放電之后，根據(jù)電池電壓上的自然升高確定這種情形。根據(jù)本發(fā)明的這些方面，可以提供用于在不使用恒定電壓控制的情況下在鋰離子二次電池中確定金屬鋰是否沉淀的確定系統(tǒng)及確定方法，以及裝備該確定系統(tǒng)的車輛。


下面將參考附圖描述本發(fā)明的特征、優(yōu)點和技術(shù)及工業(yè)意義，其中類似的數(shù)字指示類似的元件，并且在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的鋰沉淀確定系統(tǒng)的方框圖；圖2是由根據(jù)本發(fā)明的實施例的鋰沉淀確定系統(tǒng)執(zhí)行的確定程序的流程圖；圖3為曲線圖，其示出了在根據(jù)本發(fā)明的實施例的確定程序中電池兩端的電壓的變化；圖4為曲線圖，其示出了在根據(jù)本發(fā)明的實施例的鋰離子二次電池中，SOC(充電狀態(tài))與正、負(fù)電極的電勢之間的關(guān)系；以及圖5是裝備圖1所示的鋰沉淀確定系統(tǒng)的混合動力車輛的透視圖。
具體實施例方式下面將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例。根據(jù)本實施例的用于鋰離子二次電池的鋰沉淀確定系統(tǒng)1構(gòu)造成圖1中所示。圖1所示的用于鋰離子二次電池的鋰沉淀確定系統(tǒng)1在電池組5中確定金屬鋰是否沉淀。電池組5是其中多個鋰離子二次電池串聯(lián)的電池組。鋰沉淀確定系統(tǒng)1包括電流表2、電壓表3、處理單元4、負(fù)載7和溫度計11。電流表2測量流過電池組5的電流大小。電壓表3測量電池組5的兩端之間的電壓。處理單元 4獲取電壓表3的測量結(jié)果等，然后基于測量結(jié)果進(jìn)行上述確定或者執(zhí)行所述確定所需要的處理。處理單元4還控制負(fù)載7。溫度計11獲取電池組5的溫度。負(fù)載7包括充電單元8、放電單元9和DC/DC變換器10。充電單元8用于向電池組5提供充電電流。例如，充電單元8是發(fā)電動機(jī)。放電單元9從電池組5接收放電電流以按照某種方式工作。例如，放電單元9是電動機(jī)。一個裝置可以既用作充電單元8又用作放電單元9。DC/DC變換器10利用放電單元9以恒定電流放電方式放電，其中恒定電流放電將在下面描述。另外，在負(fù)載7和電池組5之間設(shè)置繼電器6。繼電器6也由處理單元 4操作。由圖1中示出的鋰沉淀確定系統(tǒng)1按照在圖2的流程圖中示出的程序進(jìn)行確定。 首先，開始恒定電流放電(Si)。也就是說，繼電器6被連接，通過來自電池組5的放電電流使放電單元9工作。此時，放電單元9的工作狀態(tài)受到控制，同時監(jiān)視電流表2以使得放電電流恒定。
恒定電流放電的電流值被設(shè)定成落在不使電池組5的電池退化的范圍內(nèi)。為使電池組5的電池在恒定電流放電中不發(fā)生退化，應(yīng)當(dāng)將電流值的安培值設(shè)定成低于或等于指示電池組5的電池容量的Ah (安培小時)值的3倍。例如，當(dāng)電池組5的電池容量為5Ah 時，恒定電流放電的電流值應(yīng)低于或等于15A。具有上述電流值的電流幾乎不對電池的使用壽命造成不利影響。另外，應(yīng)當(dāng)將該電流值設(shè)為高于或等于指示電池組5的電池容量的 Ah(安培小時)值的1/10的值。這是因為過低的電流使得確定周期時間變大。注意，當(dāng)在步驟Sl中開始恒定電流放電之前電池組5的兩端之間的電壓過低時， 可以在恒定電流放電之前初步以一定程度對電池組5進(jìn)行充電。在這種情況下，關(guān)于電池組兩端的初步電壓設(shè)定用于確定是否執(zhí)行初步充電的閾值(初步充電確定閾值)。關(guān)于該閾值，例如，可以設(shè)想將對應(yīng)于SOC(充電狀態(tài))的60-70%的電壓用作確定初始允許電壓。 然后，當(dāng)電池組5兩端的初步電壓高于或等于確定初始允許電壓時，立即開始恒定電流放電；然而，當(dāng)電池組5兩端的初步電壓低于確定初始允許電壓時，進(jìn)行充電。當(dāng)初步充電確定閾值過低時，恒定電流放電不能充分執(zhí)行，存在不能充分獲得鋰沉淀確定系統(tǒng)1的確定精度的可能性。另一方面，當(dāng)初步充電確定閾值過高時，會執(zhí)行不必要的過程，需要額外的確定時間。另外，希望將初步充電的目標(biāo)充電電壓值設(shè)定在與初步充電確定閾值(對應(yīng)于 SOC (充電狀態(tài))的60-70%的電壓)相等的值和比初步充電確定閾值高出SOC的10%的值之間。這是因為，在目標(biāo)充電電壓過低時，恒定電流放電開始時的電池電壓不足，因此測量精度惡化。另外一個原因是，當(dāng)目標(biāo)充電電壓過高時，充電及稍后的恒定電流放電需要時間。充電當(dāng)然是利用負(fù)載7的充電單元8來進(jìn)行的。當(dāng)在步驟Sl中開始的恒定電流放電正在進(jìn)行時，始終監(jiān)視電池組5的兩端之間的電壓。這是監(jiān)視兩端之間的電壓是否已經(jīng)降至預(yù)定放電終止電壓VQ(S2)。此時的放電終止電壓VQ期望是對應(yīng)于低SOC的10-20%的電壓。如果放電終止電壓VQ過高，則不能實現(xiàn)正確的確定，這將在下面進(jìn)行描述。另一方面，如果放電終止電壓VQ過低，則使電池組5處于過度放電狀態(tài)。也就是說，確定過程自身使電池組5退化。當(dāng)兩端之間的電壓已降至放電終止電壓VQ(S2 是)時，恒定電流放電被終止，繼電器6被打開(S； )。于是，此后，電池組5兩端之間的電壓自然升高至一定程度。然后獲取電壓升高量、即電壓恢復(fù)量VR (S4)。這些細(xì)節(jié)將在下面來描述。然后，將獲取的電壓恢復(fù)量VR與為此預(yù)設(shè)的閾值(鋰沉淀確定閾值)作比較(S5)。當(dāng)獲取的電壓恢復(fù)量VR低于或等于該閾值時(S5:是)，確定在電池組5中金屬鋰發(fā)生沉淀(S6)。當(dāng)獲取的電壓恢復(fù)量 VR高于該閾值時(S5:否)，確定在電池組5中金屬鋰未沉淀(S7)。至此，根據(jù)本實施例的確定的基本程序得到了描述。接著，將參照附圖3進(jìn)一步詳細(xì)描述在圖2的流程圖中示出的過程。圖3為曲線圖，其示出了在圖2所示過程的執(zhí)行過程當(dāng)中電池組5的電壓變化。縱坐標(biāo)軸代表電池電壓(每個電池兩端的電壓)[V]，橫坐標(biāo)軸代表時間[s]。圖3的曲線圖示出了曲線X和曲線Y。曲線X是在電池組5中金屬鋰未沉淀時獲得的電壓變化的實例。曲線Y是在電池組 5中金屬鋰發(fā)生沉淀時獲得的電壓變化的實例。在圖3中，電壓最低時的時間Z對應(yīng)圖2的步驟S3中恒定電流放電終止時的時間。在圖3中，曲線X和曲線Y重疊示出，以便恒定電流放電終止時的時間相對于橫坐標(biāo)軸彼此重合。于是，為方便起見，將橫坐標(biāo)軸的零點設(shè)為曲線X中恒定電流放電開始(對應(yīng)圖2中的Si)時的時間。在圖3中，時間Z之前(左側(cè))的部分是恒定電流放電從圖2中的步驟Sl執(zhí)行到步驟S3的時間。在圖3中，恒定電流放電開始時的電池電壓被設(shè)為3. 6V，放電終止電壓VQ 被設(shè)為2.3V(電池電壓)。在恒定電流放電期間，電池電壓逐漸降低。曲線X和曲線Y在恒定電流放電期間在曲線的形狀上略有不同；然而，這種不同落在個體差異范圍內(nèi)，不是顯著差異。當(dāng)恒定電流放電在時間Z上終止時，電池電壓從此陡峭升高。然而，電池電壓并非無限制地升高，曲線X會聚于約3. 3-3. 4V，曲線Y會聚于約2. 7-2. 8V。會聚的電池電壓和 2. 3V的放電終止時的電池電壓VQ之間的差值是在圖2的步驟S4中獲取的電壓恢復(fù)量VR。 也就是說，曲線X的電壓恢復(fù)量VR約為1. 0-1. IV，曲線Y的電壓恢復(fù)量VR約為0. 4-0. 5V。 下面將描述確定圖3中的電壓恢復(fù)量VR的具體方式。在此獲得的電壓恢復(fù)量VR與鋰沉淀確定閾值進(jìn)行比較。在圖3中，該閾值被設(shè)為 0.8V(電池電壓為3. IV)；然而，這只是一個實例。在曲線X上，電壓恢復(fù)量VR比該閾值大， 因此可以確定在電池組5中金屬鋰未沉淀。在曲線Y上，電壓恢復(fù)量VR小于或等于該閾值， 因此可以確定在電池組5中金屬鋰發(fā)生沉淀。因此，可以確定在電池組5中金屬鋰是否沉淀。注意，金屬鋰沉淀的這種確定并不意味著金屬鋰是因為上述恒定電流放電而沉淀；這種確定意味著在恒定電流放電(或先前的初步充電)開始之前金屬鋰已經(jīng)發(fā)生了沉淀。另外，在圖3中能夠明顯看到，本實施例中的有關(guān)金屬鋰是否沉淀的確定可以適當(dāng)?shù)卦诤愣娏鞣烹婇_始約30分鐘之后進(jìn)行。接著，將參考圖4的曲線圖描述能夠通過上述程序確定金屬鋰是否沉淀的原因。 圖4為曲線圖，其示出了在鋰離子二次電池中，SOC(充電狀態(tài))與正、負(fù)電極的電勢之間的關(guān)系。在圖4的曲線圖中，縱坐標(biāo)軸代表電極電勢，橫坐標(biāo)軸代表電池的S0C。圖4的曲線圖示出了曲線D、曲線E和曲線F。曲線D是關(guān)于正電極電勢的曲線。曲線E是關(guān)于其中金屬鋰未沉淀的負(fù)電極上的負(fù)電極電勢的曲線。曲線F是關(guān)于其中金屬鋰沉淀的負(fù)電極上的負(fù)電極電勢的曲線。注意，正電極電勢不因金屬鋰是否沉淀而不同。如上所述，這是因為金屬鋰沉淀在負(fù)電極上。圖4中的正電極電勢的曲線D整體向上傾斜。具體在曲線D中，低SOC范圍中的斜率陡峭。該斜率對應(yīng)鋰離子二次電池的正電極上的極化量。也就是說，鋰離子二次電池的正電極上的極化在除低SOC范圍之外的范圍上基本恒定，并且在低SOC范圍上要高于在其他范圍上。另一方面，負(fù)電極電勢的曲線E(無金屬鋰沉淀)整體向下傾斜。具體地，與在曲線E中一樣，低SOC范圍中的斜率陡峭。斜率的絕對值對應(yīng)鋰離子二次電池的負(fù)電極上的極化量。也就是說，鋰離子二次電池的負(fù)電極上的極化在除低SOC范圍之外的范圍上基本恒定，并且在低SOC范圍上要高于在其他范圍上。另外，在曲線D具有大極化的范圍中，曲線E也具有大極化。也就是說，在金屬鋰未沉淀的鋰離子二次電池中，隨著正電極的極化加大，負(fù)電極的極化也加大。另外，圖4中的曲線E整體位于曲線D下方。也就是說，在SOC 最低的圖4的左端，曲線E位于曲線D下方。在金屬鋰沉淀的情況下，曲線F可以被設(shè)想是通過大致將曲線E整體平行稍微向
8右移動獲得的。因此，在曲線F具有大極化的范圍中，曲線D具有小極化。另外，除了極化大的范圍之外，曲線F基本與圖4中的曲線E重疊。當(dāng)用于圖4時，根據(jù)本實施例的參考圖2和3描述的電壓測量如下。首先，鋰離子二次電池的電池電壓對應(yīng)圖4中的相同SOC上的正電極電勢和負(fù)電極電勢之間的差。例如， G-G'為其實例。此時，假定G-G’是恒定電流放電開始時(圖2中的Si)的電壓(圖3中的3. 6V)。于是，在金屬鋰未沉淀時，H-H’對應(yīng)恒定電流放電終止時(圖2中的S3)的電壓 VQ(圖3中的時間Z上的2. 3V)；然而，在金屬鋰沉淀時，J-J’對應(yīng)電壓VQ。H-H’的長度等于J-J’的長度，G-G'的長度大于H-H’的長度或J-J’的長度。另外，G、G’和J這三個點落在相應(yīng)曲線的小極化范圍內(nèi)；然而，H、H’和J’這三個點落在相應(yīng)曲線的大極化范圍內(nèi)。此時，關(guān)注金屬鋰未沉淀時恒定電流放電終止的時間，H和H’點都落在上述大極化范圍內(nèi)。也就是說，正電極和負(fù)電極均被大大極化。大極化意味著鋰離子二次電池的內(nèi)阻大。通過這種方式，放電在大內(nèi)阻狀態(tài)下終止，因此此后的電壓恢復(fù)量VR大。這是因為電壓恢復(fù)量VR大致與放電終止時的鋰離子二次電池的內(nèi)阻[Ω]和放電即將終止之前的電流值[A]的乘積成比例。另一方面，當(dāng)金屬鋰沉淀時，如上所述，點J’落在大極化范圍內(nèi)；然而，點J落在小極化范圍內(nèi)。也就是說，負(fù)電極被大大極化，但正電極未受到這么大的極化。因此，放電終止時的鋰離子二次電池的內(nèi)阻要比金屬鋰未沉淀時的小。因此，放電終止之后的電壓恢復(fù)量VR也小這么多。這是可以基于電壓恢復(fù)量VR確定金屬鋰是否沉淀的原因。在此，在獲取電壓恢復(fù)量VR之前進(jìn)行恒定電流放電的作用是使目標(biāo)鋰離子二次電池處于可測定的狀態(tài)。也就是說，當(dāng)鋰離子二次電池的SOC高(在圖4的點G和G’附近)時，根據(jù)金屬鋰是否沉淀，極化態(tài)幾乎不存在差異。這是因為在這個范圍中，圖4中的曲線E和曲線F幾乎相互重疊。因此，在這種狀態(tài)下難以作出判斷。鋰離子二次電池的SOC通過恒定電流放電下降至圖4中的點H、H’、J和J’附近。 通過這樣做，根據(jù)金屬鋰是否沉淀，極化態(tài)存在差異。這是因為在這個范圍上，圖4中的曲線E和曲線F不相互重疊。在這種狀態(tài)下獲取電壓恢復(fù)量VR，因此能夠確定金屬鋰是否沉淀。換句話說，恒定電流放電的作用是使鋰離子二次電池處于足以使極化態(tài)根據(jù)金屬鋰是否沉淀而表現(xiàn)出差異的低充電狀態(tài)。注意，鋰離子二次電池的內(nèi)阻具有溫度依賴性。也就是說，低溫下的內(nèi)阻趨于比高溫下的內(nèi)阻大。這意味著與高溫情況下相比，上述電壓恢復(fù)量VR在低溫下趨于變大。因此，用于與電壓恢復(fù)量VR作比較的鋰沉淀確定閾值期望地具有溫度依賴性。也就是說，與高溫情況相比，在低溫下使用大閾值。相反地，與低溫情況相比，在高溫下使用小閾值。為了實現(xiàn)上述配置，只需在處理單元4中存儲限定了用于電池組5的各個溫度上的閾值的映射。當(dāng)然，在該映射中，指定用于低溫的閾值應(yīng)當(dāng)比指定用于高溫的閾值大。然后，基于溫度計11獲取的溫度，從映射中的閾值當(dāng)中選擇合適的閾值?？蛇x的是，所獲取的電壓恢復(fù)量VR本身可以基于電池組5的溫度得到校正，以替代基于電池溫度從映射中選擇用于與電壓恢復(fù)量VR做比較的閾值。也就是說，當(dāng)電池溫度下降時，將電壓恢復(fù)量VR校正為更小的值；而當(dāng)電池溫度升高時，將電壓恢復(fù)量VR校正為更大的值。此后，將經(jīng)校正的電壓恢復(fù)量VR與閾值做比較。同樣通過上述方式，能夠處理鋰離子二次電池的內(nèi)阻的溫度依賴性。
接下來將描述圖3中確定電壓恢復(fù)量VR的方法。其中的一些確定方法可以想到； 然而可以使用任何一種確定方法，只要每次都使用同一種方法。最簡單的方法基于固定等待時間。也就是說，事先確定用于在時間Z之后采樣電池組5兩端的電壓的等待時間，以獲取電壓恢復(fù)量VR。通過在經(jīng)過等待時間之后從電池電壓中減去每個電池的放電終止電壓 VQ，可以確定電壓恢復(fù)量VR。在圖3中，時間Z之后電壓陡峭上升的時期略短于100秒，因此只需要將等待時間設(shè)為大于或等于100秒。另一種確定方法關(guān)注電池電壓的升高。也就是說，在時間Z之后，周期性地重復(fù)對電池組5兩端之間的電壓進(jìn)行采樣。于是，在每次采樣時，電池組5兩端之間的電壓均升高；然而，由于圖3中的曲線在時間Z之后變得更接近水平線，電壓上的升高變得非常小。 于是，關(guān)于按照恒定時間間隔采樣的相鄰電壓值之間的升高設(shè)定閾值(電壓恢復(fù)量確定閾值)?？梢曰谄渲须妷荷咝∮诨虻扔陂撝档碾姵仉妷捍_定電壓恢復(fù)量VR。另一種可以想到的方法例如是這樣一種確定方法，其中時間Z之后電壓值變化曲線近似收斂至有限值的函數(shù)，然后基于該有限值確定電壓恢復(fù)量VR。這些公知方法中的任何一種均可使用。用于配備在車輛上的鋰離子二次電池可被視為是根據(jù)本實施例的在鋰離子二次電池中確定金屬鋰是否沉淀的方法的主要應(yīng)用。該車輛可以是任何一種全部或部分以來自鋰離子二次電池的電能作為功率源的車輛。該車輛例如可以是電動車、混合動力車、插電式 (plug-in)混合動力車、混合動力軌道車輛、叉車、電動輪椅、電力輔助自行車、電動小型摩托車或類似車輛。也就是說，可以通過將圖1示出的鋰沉淀確定系統(tǒng)1與車載鋰離子二次電池外接的方式實施確定操作。可選的是，可以通過讓車輛控制單元包含圖1所示的鋰沉淀確定系統(tǒng)1的功能的方式由車輛本身實施確定操作。在圖5中示出了這種車輛的實例。車輛400是一種通過結(jié)合使用引擎440和電動機(jī)420來驅(qū)動的混合動力車。車輛400包括車體490、引擎440、裝配在引擎440上的電動機(jī)420、電纜450、控制單元430和內(nèi)部包括多個電池的電池組401。控制單元430不僅包括用于驅(qū)動電動機(jī)420的轉(zhuǎn)換器或類似設(shè)備，還包括圖1所示的鋰沉淀確定系統(tǒng)1的功能。 然而，車輛400中的電動機(jī)420充當(dāng)圖1的元件當(dāng)中的充電單元8和放電單元9。對于車輛400，圖3中的電壓恢復(fù)量VR期望約為1 [V]。這將可靠地啟動引擎 440。然而，當(dāng)電池組5因為金屬鋰沉淀而發(fā)生退化時，可能出現(xiàn)電壓恢復(fù)量VR變成只約為 0.5[V]的情形。當(dāng)通過根據(jù)本實施例的確定方法檢測到這種狀態(tài)時，可以提示用戶采取合適的措施，例如更換電池。在這里，在車輛400中通常不采取恒定電壓控制的方式來驅(qū)動電動機(jī)420。因此， 控制單元430幾乎都不具有恒定電壓控制功能。然而，并不會因此產(chǎn)生不便。這是因為在根據(jù)本實施例的方法中，使用恒定電流控制，但未使用恒定電壓控制。當(dāng)然，出于某些其他原因，控制單元430可以具有恒定電壓控制功能。另外，用于裝備在除車輛之外的、將電池用作能源中的至少一種的設(shè)備上的鋰離子二次電池可以被設(shè)為確定對象。這種設(shè)備例如可以是各種家具電器、辦公儀器和工業(yè)儀器，諸如個人計算機(jī)、蜂窩式電話、電池驅(qū)動的電動工具和不可中斷的功率源。另外，未形成為電池組的形式的電池也可以被設(shè)為確定對象。
如上面詳細(xì)描述的那樣，根據(jù)本實施例，鋰離子二次電池執(zhí)行恒定電流放電，直到電池電壓已降至放電終止電壓VQ，然后在放電終止之后獲取電壓恢復(fù)量VR。如上所述，電壓恢復(fù)量VR取決于放電終止時的鋰離子二次電池的內(nèi)阻，并且內(nèi)阻根據(jù)在鋰離子電池中金屬鋰是否沉淀而發(fā)生變化。因而可以基于電壓恢復(fù)量VR確定在鋰離子電池中金屬鋰是否沉淀。因此，能夠確定在鋰離子二次電池中金屬鋰是否沉淀的系統(tǒng)及方法和配備這種系統(tǒng)的車輛得以實現(xiàn)。此時，能夠根據(jù)電池溫度進(jìn)行確定。已參照僅用于說明目的的示例性實施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述。應(yīng)當(dāng)理解，本說明書不應(yīng)期望是詳盡的或者是本發(fā)明的限制形式，并且本發(fā)明可適用于其他系統(tǒng)和應(yīng)用場合。本發(fā)明的范圍包括本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的各種修改和等同結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種用于在鋰離子二次電池(5)中確定金屬鋰是否沉淀的確定系統(tǒng)(1)，其特征在于包括放電單元(9)，其使得所述鋰離子二次電池( 進(jìn)行恒定電流放電，直到所述鋰離子二次電池(5)的電壓成為對應(yīng)于預(yù)定的低充電狀態(tài)的電壓為止；自然升高獲取單元O)，其在所述恒定電流放電終止后獲取所述鋰離子二次電池(5) 的電壓的自然升高；以及沉淀確定單元G)，其比較所述獲取的自然升高與預(yù)定的閾值，當(dāng)所述自然升高大于或者等于所述閾值時確定所述金屬鋰未沉淀，而當(dāng)所述自然升高小于所述閾值時確定所述金屬鋰沉淀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的確定系統(tǒng)(1)，還包括閾值確定單元，其當(dāng)所述鋰離子二次電池 (5)的溫度下降時，增大在所述沉淀確定單元中使用的所述閾值，而當(dāng)所述鋰離子二次電池(5)的溫度升高時，減小在所述沉淀確定單元中使用的所述閾值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的確定系統(tǒng)(1)，還包括溫度校正單元，其當(dāng)所述鋰離子二次電池 (5)的溫度下降時，將所述獲取的自然升高校正為較小的值，而當(dāng)所述鋰離子二次電池(5) 的溫度升高時，將所述獲取的自然升高校正為較大的值，其中所述沉淀確定單元(4)將由所述溫度校正單元校正的自然升高與所述閾值相比較。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項的確定系統(tǒng)(1)，還包括初始允許性確定單元，其在所述恒定電流放電之前確定所述鋰離子二次電池(5)的電壓是否高于或者等于預(yù)定的確定初始允許電壓；以及初步充電單元，其將所述鋰離子二次電池( 充電至預(yù)定的目標(biāo)充電電壓，其中當(dāng)所述初始允許性確定單元確定所述鋰離子二次電池(5)的電壓高于或者等于所述確定初始允許電壓時，所述恒定電流放電立即開始；而當(dāng)所述初始允許性確定單元確定所述鋰離子二次電池(5)的電壓低于所述確定初始允許電壓時，通過所述初步充電單元對所述鋰離子二次電池(5)充電，然后開始所述恒定電流放電。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的確定系統(tǒng)(1)，其中所述確定初始允許電壓對應(yīng)所述鋰離子二次電池(5)的60%至70%的充電狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項的確定系統(tǒng)(1)，其中對應(yīng)于所述預(yù)定的低充電狀態(tài)的電壓對應(yīng)所述鋰離子二次電池(5)的10%至20%的充電狀態(tài)。
7.—種車輛000)，其特征在于包括鋰離子二次電池(5)；以及根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項的確定系統(tǒng)(1)。
8.一種用于在鋰離子二次電池(5)中確定金屬鋰是否沉淀的確定方法，其特征在于包括使得所述鋰離子二次電池( 進(jìn)行恒定電流放電；當(dāng)所述鋰離子二次電池( 通過所述恒定電流放電具有預(yù)定的低充電狀態(tài)時，終止所述恒定電流放電；在所述恒定電流放電終止后，獲取所述鋰離子二次電池(5)的電壓的自然升高；比較所述獲取的自然升高與預(yù)定的閾值；以及當(dāng)所述自然升高大于或者等于所述閾值時，確定所述金屬鋰未沉淀，而當(dāng)所述自然升高小于所述閾值時，確定所述金屬鋰沉淀。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的確定方法，還包括當(dāng)所述鋰離子二次電池( 的溫度下降時，增大用于與所述自然升高比較的所述閾值，而當(dāng)所述鋰離子二次電池(5)的溫度升高時，減小用于與所述自然升高比較的所述閾值。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的確定方法，還包括當(dāng)所述鋰離子二次電池(5)的溫度下降時，將所述獲取的自然升高校正為較小的值， 而當(dāng)所述鋰離子二次電池(5)的溫度升高時，將所述獲取的自然升高校正為較大的值；以及將所校正的自然升高與所述閾值相比較。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10中任一項的確定方法，還包括在所述恒定電流放電之前，確定所述鋰離子二次電池(5)的電壓是否高于或者等于預(yù)定的確定初始允許電壓；以及當(dāng)確定所述鋰離子二次電池(5)的電壓高于或者等于所述確定初始允許電壓時，立即開始所述恒定電流放電；而當(dāng)確定所述鋰離子二次電池(5)的電壓低于所述確定初始允許電壓時，將所述鋰離子二次電池( 充電至預(yù)定的目標(biāo)充電電壓，然后開始所述恒定電流放電。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的確定方法，其中所述確定初始允許電壓對應(yīng)所述鋰離子二次電池(5)的60%至70%的充電狀態(tài)。
13.根據(jù)權(quán)利要求8至12中任一項的確定方法，其中所述預(yù)定的低充電狀態(tài)為所述鋰離子二次電池(5)的10%至20%的充電狀態(tài)。
全文摘要
一種用于在鋰離子二次電池(5)中確定金屬鋰是否沉淀的確定系統(tǒng)(1)，其包括放電單元(9)，其使得鋰離子二次電池(5)進(jìn)行恒定電流放電，直到鋰離子二次電池(5)的電壓成為對應(yīng)于預(yù)定的低充電狀態(tài)的電壓為止；自然升高獲取單元(2)，其在恒定電流放電終止后獲取鋰離子二次電池(5)的電壓的自然升高；以及沉淀確定單元(4)，其比較所獲取的自然升高與預(yù)定的閾值，當(dāng)所述自然升高大于或者等于所述閾值時確定所述金屬鋰未沉淀，而當(dāng)所述自然升高小于所述閾值時確定所述金屬鋰沉淀。
文檔編號G01R31/36GK102193069SQ20111004066
公開日2011年9月21日 申請日期2011年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月22日
發(fā)明者伊藤有助, 真野亮 申請人:豐田自動車株式會社